Способ передачи криптограммы в системе связи и устройство для его осуществления

Способ передачи криптограммы в системе связи и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области передачи информации и может найти применение в системах связи, использующих сигналы с обеспечением конфиденциальности передаваемой информации.

Известно изобретение, патент РФ 2349044, опубликованный 10.03.2009, относящееся к радиотехнике, обеспечивающее помехоустойчивую передачу цифровой информации с определенной степенью конфиденциальности. Устройство состоит из трех хаотических генераторов, сумматора, вычитающего устройства, генератора шума. На передающей стороне полезный сигнал кодируется в виде бинарного кода, с помощью первого хаотического генератора модулируется сигнал, для обеспечения скрытия в сумматоре сигнал от генератора шума перемешивается с передаваемым сигналом и передается по каналу связи. На приемной стороне два хаотических генератора синхронизированы с первым, сигнал с канала связи поступает на эти генератор и полученные на выходе сигналы проходят через вычитающее устройство, затем детектируется восстановленный полезный сигнал. Недостатком является сложность реализации технического устройства.

Известен способ генерации случайных чисел, патент РФ №2246129, опубликованный 10.02.2005, техническим результатом которого является обеспечение быстрой программной реализации генерации случайных последовательностей для больших размеров периода, а также непредсказуемости генерируемой последовательности. Способ заключается в генерации случайных чисел с использованием регистра сдвига с обратной связью и таблиц случайной замены в цепи обратной связи. Непредсказуемость генерируемой последовательности обеспечивается физическим датчиком случайных чисел. Недостатком является отсутствие сферы применения данного способа.

Известен способ шифрования информации, представленной двоичным кодом, относящийся к области криптографии, электросвязи и радиосвязи. Патент с номером публикации 0002581772 от 20.04.2016 является способом шифрования информации, представленной двоичным кодом, позволяющим осуществлять генерирование двоичных векторов по случайному закону путем формирования шифра на основе решения дифференциального уравнения с запаздыванием, что обеспечивает получение технического результата, состоящего в повышении криптостойкости передаваемой информации, упрощении реализации шифрования информации, представленной двоичным кодом, а также в возможности формирования шифрключа самим оператором. Недостатком является необходимость одноразового использования шифрключа, что затруднительно при реализации множественного доступа к каналам связи.

Известен способ передачи информации с помощью хаотических сигналов, патент евразийского патентного ведомства №005266, опубликованный 26.06.2003 г., обеспечивающий в качестве технического результата реализацию систем связи, в которых информация вводится в хаотический сигнал, генерируемый непосредственно в диапазоне передачи информации.

Способ передачи информации с помощью хаотических сигналов заключается в том, что на передающей стороне формируют широкополосный носитель информации в заранее заданной полосе частот передачи информации. Модулируют носитель информации информационным сигналом. Передают промодулированный носитель информации по каналу связи с передающей стороны на приемную сторону. На приемной стороне демодулируют принятый носитель информации для извлечения информационного сигнала. Устройство, реализующее данный способ, состоит из формирователя хаотических радио- или оптических импульсов, выполняющий роль модулятора, канала связи, динамической системы на приемной стороне, которая обрабатывает принятый сигнал и выделяет информационный сигнал. Данный способ и устройство выбрано в качестве прототипа способа и устройства.

Недостатком прототипов является ограниченность частотного спектра прямохаотической системы связи и, как следствие, низкая криптостойкость передачи информации.

Техническая проблема заключается в обеспечении конфиденциальности передаваемой информации по каналу связи.

Решаемой технической задачей, техническим результатом, является обеспечение конфиденциальности передаваемой информации по каналу связи, с использованием изменяющейся псевдослучайной последовательности (ПСП), которая формируется на основе динамической обратной связи (ОС).

Решаемая техническая задача в способе передачи криптограммы в системе связи, заключающемся в том, что на передающей стороне формируют носитель информации, затем передают промодулированный носитель информации по каналу связи с передающей стороны на приемную сторону, где демодулируют принятый носитель информации для извлечения информационного сигнала, достигается тем, что упомянутое формирование носителя информации осуществляют с помощью псевдослучайной динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам, которые изменяют в процессе работы системы, причем при синтезировании упомянутой псевдослучайной динамической системы задают параметры системы, обеспечивающие синхронную работу упомянутой псевдослучайной динамической системы на приемной и передающей стороне и выбирают для данной псевдослучайной динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование упомянутого носителя информации в виде импульсов псевдослучайного битового потока с характеристиками, обеспечивающими криптостойкое преобразование информации для передачи данных, при этом модуляцию носителя информации осуществляют с помощью узкополосного модулятора с задающим генератором несущей частоты в соответствии с информационным сигналом псевдослучайных радио- или оптических импульсов, упомянутые прием и демодуляцию на приемной стороне осуществляют с помощью динамической системы, синхронизированной с упомянутой псевдослучайной динамической системой передающей стороны.

Решаемая техническая задача в устройстве для передачи криптограммы в системе связи, содержащем генератор информационного сигнала передающей стороны, соединенный с входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, выход которого через канал связи соединен с входом динамической системы, выход которой соединен с получателем информационного сигнала, достигается тем, что формирователь псевдослучайных радио- или оптических импульсов содержит узкополосный модулятор, первый вход которого является входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, второй вход узкополосного модулятора соединен с выходом задающего генератора несущей частоты, а выход узкополосного модулятора является выходом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, упомянутый генератор информационного сигнала передающей стороны содержит источник информационного сигнала, выход которого соединен с входом псевдослучайной динамической системы передающей стороны, выход которой является выходом генератора информационного сигнала передающей стороны, упомянутая динамическая система на приемной стороне содержит узкополосный демодулятор, один вход которого соединен с каналом связи, второй вход узкополосного демодулятора соединен с задающим генератором несущей частоты, а выход узкополосного демодулятора соединен с псевдослучайной динамической системой приемной стороны.

Псевдослучайная динамическая система передающей стороны содержит первый управляющий элемент, последовательно соединенный с первым генератором псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью, при этом вход первого управляющего элемента является входом псевдослучайной динамической системы передающей стороны и предназначен для соединения с источником информационного сигнала, а выход первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью является выходом псевдослучайной динамической системы передающей стороны и предназначен для соединения с формирователем псевдослучайных радио- или оптических импульсов.

Псевдослучайная динамическая система приемной стороны содержит второй управляющий элемент, последовательно соединенный со вторым генератором псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью, при этом вход второго управляющего элемента является входом псевдослучайной динамической системы приемной стороны и предназначен для соединения с узкополосным демодулятором, а выход второго генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью является выходом псевдослучайной динамической системы приемной стороны и предназначен для соединения с получателем сообщения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства для осуществления предлагаемого способа передачи криптограммы в системе связи.

На фиг. 2 изображена блок-схема псевдослучайной динамической системы передающей стороны.

На фиг. 3 изображена блок-схема псевдослучайной динамической системы приемной стороны.

На фиг. 4 изображена блок-схема алгоритма работы псевдослучайной динамической системы передающей и приемной стороны.

На фиг. 5 изображена работа предлагаемого устройства в виде зависимости состояния бита от времени.

Устройство конфиденциальной передачи информации, изображенное на фиг. 1, 2 и 3, содержит соединенные каналом связи передающее и принимающее устройства. Устройство для передачи криптограммы в системе связи, блок-схема которой приведена на фиг. 1, 2 и 3, содержит источник информационного сигнала 1, соединенный с входом псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2, выход которой соединен с входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3. Выход формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3 через канал связи 4 соединен с входом динамической системы 5, выход которой соединен с получателем информационного сигнала 6. На фиг. 1 генератор информационного сигнала передающей стороны 7 представляет собой блок, содержащий источник информационного сигнала 1, выход которого соединен с входом псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2, выход которой, в свою очередь, соединен с входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3. Формирователь псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3 также представляет собой блок, который содержит узкополосный модулятор 8, первый вход которого соединен с генератором информационного сигнала передающей стороны 7, второй вход узкополосного модулятора 8 соединен с выходом задающего генератора несущей 9, а выход узкополосного модулятора 8 соединен с каналом связи 4. Упомянутая динамическая система 5 содержит узкополосный демодулятор 10, первый вход которого соединен с каналом связи 4, второй вход соединен с задающим генератором 11, а выход соединен с псевдослучайной динамической системой приемной стороны 12. На фиг. 2 псевдослучайная динамическая система передающей стороны содержит первый управляющий элемент 13, выход которого соединен с входом первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14. Вход первого управляющего элемента 13 соединен с источником информационного сигнала 1, а выход первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14 соединен с входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3. На фиг. 3 псевдослучайная динамическая система приемной стороны содержит второй управляющий элемент 15, выход которого соединен с входом второго генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 16. Вход второго управляющего элемента 15 соединен с выходом узкополосного демодулятора 10, а выход второго генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 16 соединен с входом получателя сообщений 6.

Рассмотрим осуществление способа передачи криптограммы в системе связи и работу устройства для его осуществления.

Включают устройство передающей и приемной стороны, подключая их к системе электропитания. Предварительно в блок псевдослучайной динамической системы передающей и приемной стороны загружают программу, работающую согласно алгоритму, который приведен на фиг. 4.

На передающей стороне формируют носитель информации, для этого источник информационного сигнала 1 вырабатывает информационное сообщение m(t), необходимое для передачи по каналу связи 4. Информационное сообщение преобразуется в бинарное сообщение размером n бит и поступает на вход псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2, где вырабатывается псевдослучайная последовательность (ПСП), размером 1 бит. В псевдослучайной динамической системе передающей стороны 2 происходит криптографическое преобразование информационного сообщения и псевдослучайной последовательности, получая на выходе криптограмму, подходящую для передачи по каналу связи 4. Описать уравнением получаемый сигнал можно следующим образом: m'(t)=ƒ(x(t))+m(t), где x(t) - переменная, характеризующая ПСП, ƒ(x(t)) - изменяющаяся во времени функция, зависящая от изменения обратной связи, m(t) - информационный сигнал, который перемешивают с ПСП. Затем полученная криптограмма поступает на формирователь псевдослучайных радио- или оптических импульсов 3, который модулирует криптограмму в носитель информации, и затем передают промодулированный носитель информации по каналу связи 4 с передающей стороны на приемную сторону. Сигнал по каналу связи 4 поступает на приемную сторону, где он обрабатывается динамической системой 5. В динамической системе 5 из полученного сигнала детектируется и выделяется переданная криптограмма. Криптограмма подвергается обратному криптографическому преобразованию, с целью получения, на выходе динамической системы 5, информационного сообщения передающей стороны. Полученное информационное сообщение поступает к получателю сообщения 6.

Формирование носителя информации осуществляется с помощью псевдослучайной динамической системы. Псевдослучайная динамическая система передающей стороны 2 формирует сигнал на основе информационного сигнала, который необходимо передать и псевдослучайной последовательности. Предварительно задают параметры псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2 таким образом, чтобы получить псевдослучайную последовательность, которую на приемной стороне уберут из информационного сигнала. Для этого параметры псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2 и псевдослучайной динамической системы приемной стороны 12 изменяются в процессе работы систем, а сами системы работают синхронно. Выбирают для псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2 и псевдослучайной динамической системы приемной стороны 12 значения параметров, обеспечивающие формирование носителя информации в виде импульсов псевдослучайного битового потока с характеристиками, обеспечивающими шифрование передаваемого сигнала в канале связи 4. Сформированный информационный сигнал поступает на узкополосный модулятор 8, на который также поступает несущий сигнал от задающего генератора несущей частоты 9, таким образом на выходе получая промодулированный носитель информации, который передают по каналу связи 4 на приемную сторону. На приемной стороне выполняют обратные действия. Демодуляцию осуществляют с помощью узкополосного демодулятора 10, на который поступает сигнал от задающего генератора несущей частоты 11, и на выходе из промодулированного носителя информации выделяется носитель информации. Из носителя информации в псевдослучайной динамической системе приемной стороны 12 выделяют переданное информационное сообщение, которое поступает получателю сообщения 6.

Рассмотрим работу псевдослучайной динамической системы передающей стороны 2 и псевдослучайной динамической системы приемной стороны 12. Для этого покажем метод получения криптограммы по блок-схеме, приведенной на фиг. 4, которая используется для описания работы блоков, представленных на фиг. 2 и 3. Псевдослучайная динамическая система состоит из трех основных элементов, это информационное сообщение, представленное в виде битового потока, генератора псевдослучайной последовательности импульсов и управляющего элемента с памятью. Первоначально, в момент включения системы, задают исходные параметры генератора псевдослучайной последовательности с обратной связью и изменяют их в процессе работы системы. При передаче информации выбирают сообщение для передачи, преобразуют его в двоичную последовательность и подают на вход первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14. Здесь на основе начального состояния и структуры обратной связи вырабатывается псевдослучайная последовательность. Псевдослучайная последовательность накладывается на информационное сообщение, получая на выходе криптограмму, которая передается в следующие блоки устройства, а результаты работы генератора временно сохраняются в первом управляющем элементе 13. На приемной стороне действия происходят подобным образом, но вырабатываемая псевдослучайная последовательность накладывается на криптограмму и на выходе выделяется переданное двоичное сообщение, которое передается в следующие блоки приемной стороны.

Первый управляющий элемент 13 динамически в процессе работы системы изменяет структуру обратной связи. Структуру обратной связи можно описать как состояние регистров первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14 в момент обращения к нему, т.е. состояние, в котором находится выходы регистра сдвига. Таким образом, первый управляющий элемент 13, используя результаты предыдущих вычислений, изменяет структуру обратной связи, меняя тем самым состояние регистров сдвига первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14 и получая новую структуру. Затем, для следующего сообщения, генератор вырабатывает новую псевдослучайную последовательность исходя из новой структуры обратной связи.

Вычисление псевдослучайной последовательности в первом генераторе псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью 14 выполнено, как показано на фиг. 4. Первоначально вычисляется требуемый размер псевдослучайной последовательности и размер структуры обратной связи, т.е. количество изменений состояний регистров. Эти параметры могут быть произвольными, в зависимости от требований канала связи. Структура обратной связи представлена в виде последовательности значений, которые являются номером, указывающим на определенный выход регистра сдвига с обратной связью. Например, если в структуре обратной связи третий элемент имеет значение, равное пяти, то в момент обработки третьего элемента структуры будет считан пятый выход регистра сдвига. Таким образом, алгоритм начинает работу с того, что считывает последовательно все значения, входящие в структуру обратной связи и выделяет в памяти устройства один бит для временного хранения состояния (далее временный бит). Если выбранное значение больше нуля, то выбирается выход регистра, на который указывает значение и складывается по модулю два временный бит со значением на выбранном выходе регистра. Если выбранное значение меньше нуля, то выбирается номер памяти устройства, на который указывает значение и складывается по модулю два временный бит с выбранным значением. Если значение равно нулю, то алгоритм записывает временный бит в память на определенную позицию в памяти устройства, которая циклически меняется каждый шаг при повторном обращении к памяти. Когда пройдена вся структура, выполняется сдвиг полученной псевдослучайной последовательности влево и на первый бит записывается последнее значение из памяти.

По сравнению с прототипом приведенный способ передачи криптограммы в системе связи и устройство для его осуществления обеспечивает достижение технического результата передачи криптограммы в системе связи с обеспечением конфиденциальности передаваемой информации по каналу связи, т.к. передаваемая информация подвергается преобразованию на основе динамически изменяемой псевдослучайной последовательности, работая в ограниченном частотном диапазоне с возможностью повторного использования ключа, при этом имеет невысокую сложность реализации устройства.

1. Способ передачи криптограммы в системе связи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют носитель информации, затем передают промодулированный носитель информации по каналу связи с передающей стороны на приемную сторону, где демодулируют принятый носитель информации для извлечения информационного сигнала, отличающийся тем, что упомянутое формирование носителя информации осуществляют с помощью псевдослучайной динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам, которые изменяют в процессе работы системы, причем при синтезировании упомянутой псевдослучайной динамической системы задают параметры системы, обеспечивающие синхронную работу упомянутой псевдослучайной динамической системы на приемной и передающей стороне и выбирают для данной псевдослучайной динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование упомянутого носителя информации в виде импульсов псевдослучайного битового потока с характеристиками, обеспечивающими криптостойкое преобразование информации для передачи данных, при этом модуляцию носителя информации осуществляют с помощью узкополосного модулятора с задающим генератором несущей частоты в соответствии с информационным сигналом псевдослучайных радио- или оптических импульсов, упомянутые прием и демодуляцию на приемной стороне осуществляют с помощью динамической системы, синхронизированной с упомянутой псевдослучайной динамической системой передающей стороны.

2. Устройство для передачи криптограммы в системе связи, содержащее генератор информационного сигнала передающей стороны, соединенный с входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, выход которого через канал связи соединен с входом динамической системы, выход которой соединен с получателем информационного сигнала, отличающееся тем, что формирователь псевдослучайных радио- или оптических импульсов содержит узкополосный модулятор, первый вход которого является входом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, второй вход узкополосного модулятора соединен с выходом задающего генератора несущей частоты, а выход узкополосного модулятора является выходом формирователя псевдослучайных радио- или оптических импульсов, упомянутый генератор информационного сигнала передающей стороны содержит источник информационного сигнала, выход которого соединен с входом псевдослучайной динамической системой передающей стороны, выход которой является выходом генератора информационного сигнала передающей стороны, упомянутая динамическая система на приемной стороне содержит узкополосный демодулятор, один вход которого соединен с каналом связи, второй вход узкополосного демодулятора соединен с задающим генератором несущей частоты, а выход узкополосного демодулятора соединен с псевдослучайной динамической системой приемной стороны.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что псевдослучайная динамическая система передающей стороны содержит первый управляющий элемент, последовательно соединенный с первым генератором псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью, при этом вход первого управляющего элемента является входом псевдослучайной динамической системы передающей стороны и предназначен для соединения с источником информационного сигнала, а выход первого генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью является выходом псевдослучайной динамической системы передающей стороны и предназначен для соединения с формирователем псевдослучайных радио- или оптических импульсов.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что псевдослучайная динамическая система приемной стороны содержит второй управляющий элемент, последовательно соединенный со вторым генератором псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью, при этом вход второго управляющего элемента является входом псевдослучайной динамической системы приемной стороны и предназначен для соединения с узкополосным демодулятором, а выход второго генератора псевдослучайной последовательности импульсов с динамической обратной связью является выходом псевдослучайной динамической системы приемной стороны и предназначен для соединения с получателем сообщения.