Synchronization control of hyperbolic equations with van der Pol boundary condition and its application to secure communication systems

范德波尔边界条件双曲方程同步控制及其在安全通信系统中的应用

• 批准号: 21K03370
• 负责人: 佐野 英樹
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03370/
• 关键词: 双曲型偏微分方程式系; ファン・デル・ポール境界条件; 同期化制御; オブザーバ; 可観測性; 秘匿通信; バックステッピング; 半群; 双曲型偏微分方程式; バックステッピング法

ネットワークが高速化・大規模化する情報化社会において、安全性の高い暗号の技術開発は重要な課題である。本研究では、セキュリティの強い秘匿通信システム(情報信号を暗号化／復号するシステム)を構築するために、カオス的な振動現象を引き起こす双曲型偏微分方程式に着目して、その同期化制御を取り上げている。本研究の目的は、カオスを発生させる非線形境界条件(具体的にはファン・デル・ポール境界条件あるいはそれに積分項を追加した境界条件)を有する双曲型偏微分方程式に対して、同期化のための制御則を設計し、それを用いて効率的でかつ安全性の高い秘匿通信システムを構築することである。分布定数系のカオスを利用した秘匿通信システムの構築に関しては、佐野・若生・谷口の基礎研究 SICE Trans. (2021), J. Signal Processing (2022) がある。この中で後者は時空間異方性を考慮した双曲型偏微分方程式系を取り上げ、異方性そのものが共通暗号鍵として有用であることを明らかにしている。しかしながら共通暗号鍵の数が少ないため、令和4年度はファン・デル・ポール境界条件に積分項を追加した双曲型偏微分方程式系に対して、同期化制御問題を取り上げた。同期システムの構築にはボルテラ・フレドホルム型積分変換によるバックステッピング法を用い、二種類の積分方程式を解くことにより、同期化制御則を導出することに成功した。この場合、境界条件に追加した積分項に含まれる重み関数が共通暗号鍵となるため、従来の鍵空間が大幅に拡張されたことになる。

The development of high-speed and large-scale information society and the development of high-security secret codes are important issues. This research is based on the construction of a secret communication system (Intelligence Signal Encryption/Complex Number) The vibration phenomenon of めに, カオス is caused by the hyperbolic partial differential equation, and the synchronous control is controlled by the げている. The purpose of this study is to develop non-linear boundary conditions (specifically, non-linear boundary conditions)・デル・ポール Boundary condition あるいはそれに Points item をAdditional したBorder condition) を有するHyperbolic Partial Differential Equation に対して、Synchronization のためのcontrolled rule をDesign し、それをIt is built with high-efficiency and high-security secret communication system. Fundamental research on distributed fixed number system using したsecret communication システムのconstructed by に关しては, Sano Wakao and Taniguchi SICE Trans. (2021), J. Signal Processing (2022) がある. The latter is based on the consideration of space-time anisotropy and the system of hyperbolic partial differential equations. , the common code key for heterotropic そのものがとして is useful であることを明らかにしている.しかしながらCommon code key no number no less ないため、Reiwa 4th year はファン・デル・ポール realm strip The integral term is added to the system of hyperbolic partial differential equations, and the synchronization control problem is solved. Simultaneous システムのconstructed にはボルテラ・フレドホルム type integral conversion によるバックステッピング method The solution of the two types of integral equations was solved successfully, and the synchronization control rule was successfully derived. In this case, the boundary conditions are added and the points are added.

项目成果

Synchronizing chaotic PDE system using backstepping and its application to image encryption

• DOI: 10.1080/18824889.2022.2112528
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration
• 作者: H. Sano;M. Wakaiki

Stability analysis of heat exchangers with delayed boundary feedback

延迟边界反馈换热器的稳定性分析

• DOI: 10.1016/j.automatica.2021.109540
• 发表时间: 2021
• 期刊: Automatica
• 影响因子: 6.4
• 作者: 山田隆行;姫野哲人;Shinya Miyajima;H. Sano;深澤 正彰;Yohsuke Murase;出原浩史;Shinya Miyajima;MASAAKI FUKASAWA;Yohsuke Murase;H. Sano
• 通讯作者: H. Sano

Observers for 2 x 2 hyperbolic systems with coupled nonlocal boundary condition

具有耦合非局部边界条件的 2 x 2 双曲系统的观测器

• DOI: 10.23919/ascc56756.2022.9828178
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 13th Asian Control Conference
• 作者: 山田隆行;姫野哲人;Shinya Miyajima;H. Sano
• 通讯作者: H. Sano

分布定数系のカオスとその応用について

分布式常量系统中的混沌及其应用

• 发表时间: 2021
• 期刊: システム/制御/情報
• 作者: Takuya Tsuchiya;Ryosuke Urakawa;Gen Yoneda;佐野英樹・若生将史・谷口隆晴
• 通讯作者: 佐野英樹・若生将史・谷口隆晴

無限次元系のカオス同期化を用いた対称鍵生成と秘匿通信について

关于无限维系统中使用混沌同步的对称密钥生成和安全通信

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroki Ishizaka;Kenta Kobayashi;Takuya Tsuchiya;NAKAMURA Makoto; SATO Yuya;佐野英樹
• 通讯作者: 佐野英樹