Система кодування/декодування інформації з шифруванням

Реферат: Система кодування/декодування інформації з шифруванням містить на передавальній стороні блок кодування, вихід якого з'єднаний з входом блока шифрування, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора псевдовипадкових послідовностей, який в свою чергу з'єднаний з блоком формування початкових умов. На приймальній стороні містить блок дешифрування, вхід якого з'єднаний з виходом генератора псевдовипадкових послідовностей, який з'єднаний з блоком формування ключа. Вихід блока дешифрування з'єднаний з блоком декодування. Система містить на передавальній і приймальній сторонах блоки адаптивного арифметичного кодування/декодування та під'єднані до генераторів псевдовипадкових послідовностей блоки формування початкових умов. UA 76468 U (54) СИСТЕМА КОДУВАННЯ/ДЕКОДУВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ З ШИФРУВАННЯМ UA 76468 U UA 76468 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі телекомунікації, кодування та шифрування даних, та може бути використана в пристроях кодування та передавання інформації для забезпечення захищеного та завадостійкого зв'язку. Відомий спосіб шифрування, що полягає в зашифровуванні на передавальній стороні даних, що розбиті на блоки, шляхом порозрядного додавання за модулем 2 в суматорі з гамою шифру, та в розшифруванні даних на приймальній стороні шляхом підсумовування блоків зашифрованих даних порозрядно за модулем 2 в суматорі з блоками гами шифру [1]. Недоліком способу є низька крипто- та завадостійкість. Відомий пристрій, який містить на передавальній стороні послідовно з'єднані джерело інформації та шифратор, а також генератор випадкових чисел та рандомізатор, виходи яких з'єднані з відповідними входами шифратора, а на приймальній стороні - послідовно з'єднані дешифратор та пристрій отримання інформації, а також канал зв'язку, входи якого з'єднані з виходами шифратора та генератора ключа, а вихід з'єднаний з входом дешифратора [2] Недоліком пристрою є низька завадостійкість. Найбільш близьким аналогом є система кодування/декодування, наведена в [3]. Система містить на передавальній стороні блок кодування, блок шифрування, генератор ключів, а на приймальній стороні - блок дешифрування, генератор ключів та паролю, декодер. В цій системі використовується спосіб шифрування інформації з використанням побітового додавання за модулем 2 та використання як ключ псевдовипадкової послідовності. Процес формування ключа передбачає декілька етапів. Недоліком даної системи є використання неадаптивного кодування та складна процедура формування ключа шифрування, що ускладнює процес роботи системи. Необхідний технічний результат полягає в підвищенні швидкості кодування/декодування інформації, зменшення об'єму даних та підвищення криптостійкості системи. Для досягнення необхідного результату у запропонованій системі є одночасне використання адаптивного методу арифметичного кодування та шифрування за допомогою псевдовипадкових послідовностей. Система кодування/декодування інформації з шифруванням додатково містить на передавальній і приймальній стороні блоки адаптивного арифметичного кодування/декодування та блоки формування псевдовипадкових послідовностей. Система дозволяє ефективно стискати та шифрувати не тільки текстові, але й інші типи даних. Схема системи із використанням адаптивного арифметичного кодування та додаткового шифрування приведена на кресленні. Система на передавальній та приймальній сторонах містить однакові елементи: 1, 8 - двійковий адаптивний арифметичний кодер; 2, 7 - блоки шифрування та дешифрування; 3, 6 - генератори псевдовипадкових послідовностей; 4, 5 - блоки формування початкових умов (ключа) для генераторів псевдовипадкових послідовностей. Система на передавальній стороні складається з послідовно з'єднаних блока кодування 1, вихід якого з'єднаний з входом блока шифрування 2, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора псевдовипадкових послідовностей 3, який в свою чергу з'єднаний з блоком формування початкових умов 4 на приймальній стороні складається з блока дешифрування 7, вихід якого з'єднаний виходом генератора псевдовипадкових послідовностей 5, який в свою чергу з'єднаний з блоком формування ключа 6, вихід блока дешифрування з'єднаний з блоком декодування 8. Блоки системи можуть бути виконані у вигляді апаратно-програмних модулів. Система працює наступним чином. Інформація, що надходить на вхід системи, на передавальній стороні кодується та стискується блоком 1 всередині системи за алгоритмом адаптивного арифметичного кодування, внаслідок чого формується двійкова послідовність, що представляє закодовану інформацію. Ефективність процедури стиснення оцінюється характеристикою, що носить назву коефіцієнта стиснення й чисельно визначається наступним чином: [4] LS (1) k LS де: LS  - довжина повідомлення в бітах; LS - довжина повідомлення отриманого на виході кодера в результаті стиснення рядка S, виражена в бітах. Одночасно з кодуванням інформації проходить формування псевдовипадкової послідовності в блоці 3. 1 UA 76468 U Алгоритм генерування псевдовипадкових послідовностей полягає в наступному: нехай задана множина дійсних чисел X , на якій визначена міра належності, що розділяє на дві підмножини X0 та X1 , а також задана послідовність дійсних чисел xn , з наступним алгоритмом отримання n-го біта [5]: 5 10 15 20 25 30 35 0, якщо xn  X0 (2) bn    1, якщо xn  X1 Псевдовипадкова послідовність генерується різницевим рівнянням першого порядку, що відоме за назвою як логістичне відображення: (3) xn1    xn  1  xn  Для генерації послідовності необхідні початкові умови  та x 0 , що задаються блоком 4. Тоді значення n-го біта послідовності дорівнює: 1   1, якщо xn  2  (4) bn   1 0, якщо xn   21  Знаючи початкові вихідні умови, за якими здійснюється генерування псевдовипадкової послідовності на передавальній стороні, аналогічну послідовність можна відтворити на приймальній стороні. Наступний крок роботи системи полягає в побітовому додаванні в блоці 2 кодованої послідовності, що надійшла від кодера an , та послідовності з генератора bn : (5) Yn  an  bn  Таким чином, на виході системи утворюється стиснуте двійкове кодове повідомлення Yn , що додатково зашифроване псевдовипадковими послідовностями. Додаткове шифрування унеможливлює розшифрування інформації, якщо не відомий ключ для запуску генератора псевдовипадкової послідовності. На приймальній стороні стиснуте та шифроване повідомлення надходить на один вхід суматора (блок 2). На інший вхід надходить псевдовипадкова послідовність згенерована генератором псевдовипадкових послідовностей (блок 3) за початковими умовами, сформованими блоком 4. На виході суматора утворюється стиснуте двійкове повідомлення, що надходить на вхід арифметичного адаптивного двійкового декодера (блок 1) та перетворюється у вихідну інформацію. Запропонована система забезпечує такий же ступінь стиснення, що і класичні схеми стиснення, використовуючи при цьому шифрування псевдовипадковими послідовностями. За рахунок цього криптостійкість даної системи зростає. При цьому додаткове шифрування не збільшує обсяг файла. Система дозволяє ефективно стискати не тільки текстові, але й інші дані. Джерела інформації: 1. ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования [Текст] 2. Мэсси Дж. Л. Введение в современную криптологию [Текст]. ТИИЭР, т.76 май 1988. - с. 27. 3. Kwok-Wo Wong, Qiuzhen Lin, Jianyoung Chen "Simultaneous Arithmetic Coding and Encryption Using Chaotic Maps" IEEE Transaction on Circuits and Systems II, Express Briefs, vol.57, no.2, February 2010 pp. 146-150. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Система кодування/декодування інформації з шифруванням, що містить на передавальній стороні блок кодування, вихід якого з'єднаний з входом блока шифрування, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора псевдовипадкових послідовностей, який в свою чергу з'єднаний з блоком формування початкових умов, а на приймальній стороні містить блок дешифрування, вхід якого з'єднаний з виходом генератора псевдовипадкових послідовностей, який з'єднаний з блоком формування ключа, а вихід блока дешифрування з'єднаний з блоком декодування, яка відрізняється тим, що система містить на передавальній і приймальній сторонах блоки адаптивного арифметичного кодування/декодування та під'єднані до генераторів псевдовипадкових послідовностей блоки формування початкових умов, причому послідовності генеруються за функцією, відомою за назвою як логістичне відображення: 2 UA 76468 U xn 1    xn  1  xn  , причому початкові умови  та x0 для формування псевдовипадкової послідовності є однаковими для передавальної і приймальної сторін. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3