патент
№ RU 2598784
МПК H04L9/18

СПОСОБ ШИФРОВАНИЯ СООБЩЕНИЙ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ С ПОМОЩЬЮ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ

Авторы:
Адамов Андрей Анатольевич Глазов Виктор Николаевич Егисапетов Эдуард Григорьевич
Все (12)
Номер заявки
2015129351/08
Дата подачи заявки
17.07.2015
Опубликовано
27.09.2016
Страна
RU
Дата приоритета
24.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радионавигации и радиосвязи, построенных на базе шумоподобных фазоманипулированных сигналов, в которых информация должна быть конфиденциальной. Технический результат - повышение криптоустойчивости шумоподобных фазоманипулированных сигналов, простота в реализации алгоритма шифрования, в системах со многими абонентами дешефрирование сигнала происходит «на проходе», что не снижает пропускную способность связи. Способ передачи информации с помощью формирования шумоподобных сигналов, при котором на передающей стороне информация представляется в виде чисел V1, V2, …, Vk, которые можно рассматривать в качестве номеров функций Уолша из пронумерованного массива М. Функции Уолша с номерами V1, V2, …, Vk складываются по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСП. Полученными последовательностями ПСП, ПСП, …, ПСПмодулируют фазу несущей частоты сигнала. На приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию, в результате которой получают последовательности изменения фаз ПСП, ПСП, …, ПСП, которые складывают по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСП. Полученные последовательности Xсравниваются со всеми функциями Уолша из массива М, номера совпавших функций Уолша определяют числа V1, V2, …, Vk, из которых формируется сообщение.

Формула изобретения

Способ шифрования сообщений, при котором на передающей стороне сообщение представляется в виде чисел V1, V2, …, Vk, которые можно рассматривать в качестве номеров функций Уолша из пронумерованного массива МФУ, функции Уолша с номерами V1, V2, …, Vk складываются по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСПW, полученными последовательностями ПСПV1, ПСПV2, …, ПСПVk, модулируют фазу несущей частоты сигнала, а на приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию, в результате которой получают последовательности изменения фаз ПСПV1, ПСПV2, …, ПСПVk, которые складывают по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСПW, полученные последовательности ХV1, XV2, …, XV1 сравниваются со всеми функциями Уолша из массива МФУ, номера совпавших функций Уолша определяют числа V1, V2, …, Vk, из которых формируется сообщение.

Описание

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радионавигации и радиосвязи, построенных на базе шумоподобных фазоманипулированных сигналов, в которых информация должна быть конфиденциальной.

Известны технические решения использования шумоподобных сигналов для повышения помехоустойчивости передачи двоичной информации (RU 2231924, RU 2358404, RU 2097925), повышение эффективности использования выделенной полосы частот для канала передачи информации (RU 2422989, RU 2396707), шифрования двоичной информации, передаваемой с помощью шумоподобных сигналов, на основе специальных предварительных функциональных преобразований либо информации, либо ключей (RU 2032990, RU 2291578, RU 2260916, RU 2140714, RU 2141728, RU 2140711). Такие преобразования требуют значительных вычислительных ресурсов, что не всегда может быть приемлемо на практике (например, при передаче информации беспилотником). Кроме того, известные способы шифрования не обладают достаточной стойкостью к атакам на основе подобранного исходного сообщения и не учитывают вид и специфику используемых сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу шифрования шумоподобных сигналов является шифр Вернама [Основы современной криптографии и стенографии, Б.Я. Рябко, А.Н. Фионов, 2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2013 г., стр. 124], в котором двоичная последовательность, представляющая информационные элементы сигнала шифруется множеством ключей по формуле

ei=mi⊕ki,

где i=1, 2, …, n, а символ ⊕ обозначает сложение по модулю 2.

Для расшифровки необходимо осуществить операцию

mi=ei⊕ki.

Такой способ шифрования обеспечивает конфиденциальность шифра только в том случае, если ключ k¯ удовлетворяет следующим требованиям:

- должен быть очень длинным (на все сообщение);

- применяться только один раз;

- состоять из списка случайных равномерно распределенных символов.

Удовлетворить этим требованиям на практике достаточно трудно.

В предлагаемом способе шифрования эти трудности отсутствуют благодаря специальному способу шифрования сообщений, при котором на передающей стороне сообщение представляется в виде чисел V1, V2, …, Vk, которые можно рассматривать в качестве номеров функций Уолша из пронумерованного массива МФУ, функции Уолша с номерами V1, V2, …, Vk складываются по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСПW. Полученными последовательностями ПСПS (s=1, 2, …, k) модулируют фазу несущей частоты сигнала.

На приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию, в результате которой получают последовательности изменения фаз ПСПV1, ПСПV2, … ПСПVk, которые складывают по модулю два с псевдослучайной последовательностью ПСПW. Полученные последовательности Xs сравниваются со всеми функциями Уолша из массива МФУ, номера совпавших функций Уолша определяют числа VS, из которых формируется сообщение.

Исследования свойств двоичных последовательностей, образованных уравнением:

где ФУi - функция Уолша (i=1, 2, … m), а ПСПj - некоторая двоичная последовательность из полного кода (j=2m), показали, что эти последовательности обладают рядом интересных свойств.

Одно из свойств - преобразование (1) - делает последовательность ПСПЭ шумоподобной, т.е. достигается скрытность сигнала.

В работе [Конфиденциальность передачи информации при использовании функций Уолша, Е.О. Котов, Э.Г. Егисапетов, Успехи современной радиоэлектроники, 2013 г., №9, формулы (4)] показано новое свойство, состоящее в том, что любая двоичная последовательность ПСПЭ из полного кода может быть представлена в виде

т.е. любая двоичная последовательность ПСПЭ, полученная с помощью формулы (1), может быть представлена m возможными способами: либо сложением ФУ1 и ПСПk1H по модулю 2, либо сложением ФУ2 и ПСПk2 по модулю 2, …, либо сложением ФУm и ПСПkm по модулю 2.

Передача информации с помощью шумоподобных сигналов, полученных с использованием преобразования (1), обеспечивает автоматическое шифрование сигнала. Это вытекает из формулы (2).

Обнаруженное новое свойство последовательностей (1) в известных способах шифрования и формирования ШПС не обнаружено.

На передающей стороне (абонент А) и принимающей стороне (абонент В) определены:

- двоичная последовательность ПСПW, которая используется в качестве ключа шифрования;

- массив МФУ, который содержит m пронумерованных функций Уолша.

Конфиденциальная передача информации с помощью предлагаемого способа шифрования осуществляется следующим образом.

Работа абонента А.

ШАГ 1. Сообщение Ε разбивается на элементы сообщения E1, Е2, …, Еk так, чтобы каждый элемент определял некоторое число Vs (s=1, 2,…, k), которое удовлетворяет условию:

1≤Vs≤m.

ШАГ 2. Числа Vs рассматриваются в качестве номеров функций Уолша в массиве МФУ, т.е. определяют функции ФУVs.

ШАГ 3. Вычисляются последовательности:

ПСПV1=ФУV1⊕ПСПW, ПСПV2=ФУV2⊕ПСПW, …, ПСПVkVk⊕ПСПW.

ШАГ 4. Последовательностями ПСПVS модулируется фаза несущей частоты сигнала, предназначенного для передачи чисел Vs.

Работа абонента В

ШАГ 1. Демодуляция принятого сигнала

ШАГ 2. Принятые последовательности ПСПS преобразуются по формуле

ШАГ 3. Каждая из последовательностей Xs сравнивается со всеми функциями Уолша массива МФУ. В результате такого сравнения определяются все функции Уолша, совпавшие с последовательностями Xs. Номера совпавших функций Уолша определяют числа Vs. Из значений Vs, которые соответствуют элементам сообщения Е1, Е2, …, Еk, формируется сообщение Е.

Абонент С, который примет последовательности ПСПVS, не сможет осуществить операцию (3), т.к. ему неизвестен ключ шифрования ПСПW, а следовательно, не сможет прочесть сообщение Е.

Для абонента С каждая из последовательностей ПСПVS может быть образована m суммами, т.е.

ПСПVs=ФУ1⊕ПСПk1=ФУ2⊕ПСПk2=…=ФУV⊕ПСПW=…=ФУm⊕ПСПkm.

Каждая из сумм равновероятна и равна 1/m, т.е. выбрать ту или иную сумму эквивалентно выбору той или иной ФУ. Следовательно, условная вероятность того, что при наблюдении последовательности ПСПVs она образована с помощью ФУi, будет равна 1/m, т.е. будет выполняться равенство

Системы шифрования, для которых выполняется (4), в криптографии называются совершенно секретными [Основы современной криптографии и стенографии, Б.Я. Рябко, А.Н. Фионов, 2-е изд. - М.: Горячая линия -Телеком, 2013 г., стр. 122].

Заявленный способ шифрования шумоподобного сигнала:

- прост в реализации алгоритма шифрования;

- не требует универсальных вычислительных средств;

- обладает высокой стойкостью ко всем известным видам криптоанализа;

- в системах со многими абонентами дешефрирование сигнала происходит «на проходе», что не снижает пропускную способность связи.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты