Enhancing the security of a communication system using fractional-order chaotic systems

Abstract

This thesis provides a safe communication system based on optimal sliding mode step-by-step observers and fractional-order chaotic Chua's systems. On the emitter side, a fractional-order chaotic system is used as the drive system to create the encrypted message signal. The input secret message is modulated in the chaotic dynamics by insertion rather than being directly inserted into the chaotic signal on the transmission line. On the receiver side, a step-by-step fractional-order chaotic observer subject to unidentified input is suggested as the response system to obtain robust synchronization between the emitter and the receiver. The parameters of the sliding mode observer have been selected optimally using two optimization algorithms: the well-known intelligent optimization Grey-Wolf Optimizer (GWO) and the artificial hummingbird algorithm (AHA). We then made a comparison between both of them in order to achieve the best parameters. After the chaos, synchronization is attained. On the receiver side, the state variable estimation is successfully obtained, which leads to the precise reconstruction of the confidential information containing a signal, plain text, and voice message.

توفر هذه الأطروحة نظام اتصال آمنًا يعتمد علىالأنظمة الفوضوية الجزئية والوضع الانزلاقي الأمثل للمراقبي خطوة بخطوة. على جانب الباعث، يتم استخدام نظام فوضوي من أجل كسري كنظام محرك الأقراص لإنشاء إشارة الرسالة المشفرة. يتم تعديل رسالة الإدخال السري في الديناميكيات الفوضوية عن طريق الإدخال بدلاً من إدخالها مباشرة في الإشارة الفوضوية على خط الإرسال. على جانب جهاز الاستقبال، يُقترح مراقب فوضوي من الدرجة الجزئية خطوة بخطوة يخضع لمدخلات غير محددة كنظام استجابة للحصول على مزامنة قوية بين الباعث وجهاز الاستقبال, تم اختيار معاملات مراقب الوضع المنزلق خطوة بخطوة على النحو الأمثل باستخدام خوارزميتين للتحسين: التحسين الذكي المعروف محسن الذئب الرمادي وخوارزمية الطائر الطنان الاصطناعي . بعد تحقيق التزامن على جانب جهاز الاستقبال ، يتم الحصول على تقدير متغير الحالة بنجاح ، ممايؤدي إلى إعادة البناء الدقيقة للمعلومات السرية التي تحتوي على إشارة ونص عادي ورسالة صوتية.

Cette thèse fournit un système de communication sûr basé sur des observateurs pas à pas optimaux en mode coulissant et des systèmes chaotiques à ordre fractionnaire de Chua. Côté émetteur, un système chaotique à ordre fractionné est utilisé comme système de lecteur pour créer le signal de message crypté. Le message secret d'entrée est modulé dans la dynamique chaotique par insertion plutôt que d'être directement inséré dans le signal chaotique sur la ligne de transmission. Côté récepteur, un observateur chaotique étape par étape d'ordre fractionnaire soumis à une entrée non identifiée est suggérée comme système de réponse pour obtenir une synchronisation robuste entre l'émetteur et le récepteur. Les paramètres de l'observateur pas à pas en mode coulissant ont été sélectionnés de manière optimale à l'aide de deux algorithmes d’optimisation : l'optimisation intelligente bien connue Optimiser loup gris et l'algorithme de colibri artificiel. Nous avons ensuite fait une comparaison entre les deux afin d'atteindre les meilleurs paramètres. Après la synchronisation est atteinte. Côté récepteur, l'estimation de la variable d'état est obtenue avec succès, ce qui conduit à la reconstruction précise des informations confidentielles contenant un signal, un texte brut et un message vocal.