Utilização de circuitos caóticos aplicados em meios de comunicação para maior confidencialidade entre transmissor-receptor: estudo teórico e prático na área de telecomunicações

Abstract

Through the study of nonlinear circuits, from its theoretical conception, simulation in computational environment and practical development, this project has as main objective to add greater confidentiality in a channel of communication between a transmitter and a receiver using a signal considered chaotic as basis for information encoding. For this, a theoretical research was initially developed to identify the state of the art regarding physical layer encryption, synchronization and practical applications using chaotic circuits. Chua Circuit was chosen and simulated in a computational environment because it can present a signal with behavior not predictable and highly sensitive to the initial conditions, in different situations using different electronic components. Then, the simulations were validated with laboratory prototyping using protoboards and discrete components such as capacitors, operational amplifiers, potentiometers and resistors. The results were then compared with those observed in simulation, and it was verified the possibility of use and its limitations in the current telecommunications scenario, considering transmission in digital media. Satisfactory results were obtained, sending a digital coded message through a microcontroller, which will be covered throughout this work.

Por meio do estudo de circuitos não-lineares, desde sua concepção teórica, simulação em ambiente computacional e desenvolvimento prático, este projeto tem como objetivo principal adicionar maior confidencialidade em um canal de comunicação entre um transmissor e um receptor, utilizando um sinal considerado caótico como base para codificação de informações. Para isso, inicialmente foi desenvolvida uma pesquisa teórica a fim de identificar o estado da arte a respeito da criptografia em camada física, sincronização e aplicações práticas utilizando circuitos caóticos. Validadas cada uma das teorias, o Circuito de Chua foi escolhido e simulado em ambiente computacional por apresentar um sinal com comportamento não previsível e altamente sensível às condições iniciais, em diferentes situações, utilizando diferentes componentes eletrônicos. Em seguida, as simulações feitas foram validadas por montagens em laboratório utilizando protoboards e componentes discretos tais como capacitores, amplificadores operacionais, potenciômetros e resistores. Os resultados então foram comparados com os observados em simulação e verificou-se a possibilidade de uso e limitações no cenário atual de telecomunicações. Considerando transmissão em meios digitais, obteve-se resultados satisfatórios com a codificação de uma mensagem em caracteres digitais através de um microcontrolador, que serão mais detalhadamente abordados ao longo deste trabalho.