Chaotic Communication Systems with Signal Modulation Based on Controlled Symmetry of Semi-Implicit Finite-Difference Models

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article is devoted to investigation coherent communication system model with a new method of signal modulation based on variable symmetry of finite-difference schemes with subsequent experimental analysis of the effectiveness of different modulation techniques. The aim of the study is to investigate a computer model of chaotic communication system with signal modulation based on variable symmetry of semi-implicit finite-difference schemes. Novelty: elements of scientific novelty have finite-difference models of receivers/transmitters, allowing to realize a new method of modulation of chaotic signals. Result: obtaining a simulation model of coherent chaotic communication systems with tools for covertness and noise immunity analyses. Practical relevance: The simulation model of chaotic communication system is a necessary tool for analyzing the performance of the system before its physical implementation.

About the authors

V. G. Rybin

Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI"

Email: vgrybin@etu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1748-8642
SPIN-code: 5282-5287

References

  1. Ostrovskii V.Y., Karimov A.I., Rybin V.G., Kopets E.E., Butusov D.N. Comparing the Finite-Difference Schemes in the Simulation of Shunted Josephson Junctions // Proceedings of the 23rd Conference of Open Innovations Association (FRUCT, Bologna, Italy, 13‒16 November 2018). IEEE, 2018. PP. 300–305. doi: 10.23919/FRUCT.2018.8588028
  2. Kaddoum G. Wireless Chaos-Based Communication Systems: A Comprehensive Survey // IEEE Access. 2016. Vol. 4. PP. 2621‒2648. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2572730
  3. Ostrovskii V.Y., Rybin V.G., Karimov A.I., Butusov D.N. Inducing multistability in discrete chaotic systems using numerical integration with variable symmetry // Chaos, Solitons & Fractals. 2022. Vol. 165. Part 1. P. 112794. doi: 10.1016/j.chaos.2022.112794
  4. Rahman Z.A.S., Jasim B.H., Al-Yasir Y.I., Hu Y.F., Abd-Alhameed R.A., Alhasnawi B.N. A New Fractional-Order Chaotic System with its Analysis, Synchronization, and Circuit Realization for Secure Communication Applications // Mathematics. 2021. Vol. 9. Iss. 20. P. 2593. doi: 10.3390/math9202593
  5. Benkouider K., Bouden T., Sambas A., Mohamed M.A., Sulaiman I. M., Mamat M., et al. Dynamics, Control and Secure Transmission Electronic Circuit Implementation of a New 3D Chaotic System in Comparison With 50 Reported Systems // IEEE Access. 2021. Vol. 9. PP. 152150‒152168. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3126655
  6. Gokyildirim A., Kocamaz U.E., Uyaroglu Y., Calgan H. A novel five-term 3D chaotic system with cubic nonlinearity and its microcontroller-based secure communication implementation // AEU ‒ International Journal of Electronics and Communications. 2023. Vol. 160. P. 154497. doi: 10.1016/j.aeue.2022.154497
  7. Babajans R., Cirjulina D., Capligins F., Kolosovs D., Grizans J., Litvinenko A. Performance Analysis of Vilnius Chaos Oscillator-Based Digital Data Transmission Systems for IoT // Electronics. 2023. Vol. 12. Iss. 3. P. 709. doi: 10.3390/electronics12030709
  8. Cirjulina D., Babajans R., Kolosovs D., Litvinenko A. Experimental Study on Frequency Modulated Chaos Shift Keying Communication System // Proceedings of the Workshop on Microwave Theory and Techniques in Wireless Communications (MTTW, Riga, Latvia, 05‒07 October 2022). IEEE, 2022. doi: 10.1109/MTTW56973.2022.9942593
  9. Cui S., Zhang J. Chaotic Secure Communication Based on Single Feedback Phase Modulation and Channel Transmission // IEEE Photonics Journal. 2019. Vol. 11. Iss. 5. P. 7905208. doi: 10.1109/JPHOT.2019.2931615
  10. Butusov D.N., Karimov A.I., Tutueva A.V. Symmetric extrapolation solvers for ordinary differential equations // Proceedings of NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW, St. Petersburg, Russia, 02‒03 February 2016). IEEE, 2016. PP. 162‒167. doi: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448145
  11. Voroshilova A., Wafubwa J. Discrete Competitive Lotka–Volterra Model with Controllable Phase Volume // Systems. 2020. Vol. 8. Iss. 2. P. 17. doi: 10.3390/systems8020017
  12. Butusov D.N., Ostrovskii V.Y., Karimov A.I., Andreev V.S. Semi-Explicit Composition Methods in Memcapacitor Circuit Simulation // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems (IJERTCS). 2019. Vol. 10. Iss. 2. PP. 37–52. doi: 10.4018/IJERTCS.2019040103
  13. Terentev A.A., Butusov D.N., Fedoseev P.S. Novel Composition ODE Solver based on Semi-Implicit Integration // Proceedings of the International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM, St. Petersburg, Russia, 27‒29 May 2020). IEEE, 2020. PP. 128–132. doi: 10.1109/SCM50615.2020.9198821
  14. Reich S. Linearly implicit time stepping methods for numerical weather prediction // BIT Numerical Mathematics. 2006. Vol. 46. PP. 607–616. doi: 10.1007/s10543-006-0065-0
  15. Tutueva A., Butusov D. Avoiding Dynamical Degradation in Computer Simulation of chaotic Systems Using Semi-Explicit Integration: Rössler Oscillator Case // Fractal and Fractional. 2021. Vol. 5. Iss. 4. P. 214. doi: 10.3390/fractalfract5040214
  16. Karimov T., Rybin V., Kolev G., Rodionova E., Butusov D. Chaotic Communication System with Symmetry-Based Modulation // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Iss. 8. P. 3698. doi: 10.3390/app11083698
  17. Tutueva A.V., Karimov T.I., Andreev V.S., Zubarev A.V., Rodionova E.A., Butusov D.N. Synchronization of Chaotic Systems via Adaptive Control of Symmetry Coefficient in Semi-Implicit Models // Proceedings of the Ural Smart Energy Conference (USEC, Ekaterinburg, Russia, 13‒15 November 2020). IEEE, 2020. PP. 143–146. doi: 10.1109/USEC50097.2020.9281181
  18. Singh P.P. A Novel Chaotic System with Wide Spectrum, its Synchronization, Circuit Design and Application to Secure Communication // Indian Journal of Science and Technology. 2021. Vol. 14. Iss. 28. PP. 2351‒2367. doi: 10.17485/ijst/v14i28.1035
  19. Rybin V., Kolev G., Kopets E., Dautov A., Karimov A., Karimov T. Optimal Synchronization Parameters for Variable Symmetry Discrete Models of Chaotic Systems // Proceedings of the 11th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO, Budva, Montenegro, 07‒10 June 2022). IEEE, 2022. doi: 10.1109/MECO55406.2022.9797125
  20. Rybin V., Butusov D., Rodionova E., Karimov T., Ostrovskii V., Tutueva A. Discovering Chaos-Based Communications by Recurrence Quantification and Quantified Return Map Analyses // International Journal of Bifurcation and Chaos. 2022. Vol. 32. Iss. 9. P. 2250136. doi: 10.1142/S021812742250136X
  21. Pérez G., Cerdeira H.A. Extracting messages masked by chaos // Physical Review Letters. 1995. Vol. 74. Iss. 11. P. 1970. doi: 10.1103/PhysRevLett.74.1970
  22. Li S., Chen G., Alvarez G. Return-map cryptanalysis revisited // International Journal of Bifurcation and Chaos. 2006. Vol. 16. Iss. 5. PP. 1557–1568. doi: 10.1142/S0218127406015507
  23. Yang T., Yang L.B., Yang C.M. Cryptanalyzing chaotic secure communications using return maps // Physics Letters A. 1998. Vol. 245. Iss. 6. PP. 495–510. doi: 10.1016/S0375-9601(98)00425-3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».