Система перешкодозахищеної передачі кодованої інформації

Реферат: UA 98626 U UA 98626 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем передачі цифрової інформації та може бути використана у системах передачі, що працюють в умовах різного рівня перешкод і де необхідно забезпечити перешкодозахищеність повідомлень, а саме до системи перешкодозахищеної передачі кодованої інформації. Найбільш близькою до пропонованої за кількістю суттєвих ознак є система перешкодозахищеної передачі кодованої інформації, що містить передавальний блок з блоком формування вихідної інформації у цифровій формі, канал зв'язку, приймальний блок та блок обробки інформації, що приймають [Патент України на корисну модель № 85364, МПК Н04В 1/10 (2006.01), опубл. 11.11.2013, бюл. № 21]. Описана система на теперішній час є достатньо захищеною, але з часу її першого використання особи, які працюють над несанкціонованим доступом до систем передачі кодованої інформації, проводять роботи по створенню засобів для декодування інформації, що передають згаданою системою або хоча б для її спотворення. І вже зафіксовані випадки спотворення кодованої інформації під час її передачі каналом зв'язку згаданою системою. Тому в основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такої системи передачі кодованої інформації, яка на теперішній час була б більш захищеною від випадкового чи цілеспрямованого спотворення інформації. Поставлена задача вирішується у пропонованій корисній моделі за рахунок введення до системи блоків, призначених для створення інформаційної надмірності. Згадана інформаційна надмірність використовується у системі для забезпечення зменшення впливу перешкод на вихідну інформацію. Інформаційна надмірність реалізується шляхом заміни вихідної інформації, наприклад числа, на матрицю, що має властивості, зазначені вище. Ця матриця дозволяє приймальній стороні вирахувати вихідну інформацію і при цьому, в силу особистостей вибраного класу матриць, перешкода значно менше спотворює вихідний інформаційний сигнал, "закладений" у матрицю, ніж у тому випадку, коли перешкода буде діяти на вихідний інформаційний сигнал безпосередньо в процесі передачі. Тобто, матриця виконує при передачі роль "захисного поля" для вихідного інформаційного сигналу. При цьому треба відзначити, що не всі, а лише окремі параметри матриці вибраного класу є більш стійкими до впливу перешкод. Зокрема, це великі по модулю власні числа жорстких матриць. Саме ці параметри вибираються як "сховища" вихідної інформації і виконують роль захисної "транспортної оболонки" при передачі вихідної інформації. Пропоноване рішення, завдяки введенню до системи блоків, призначених для створення інформаційної надмірності, є математичною аналогією пересилання поштою скляних предметів у поштовій посилці, що до якої різноманітні удари і пошкодження при транспортуванні не є критичними на відмінність від предмету, який є метою пересилання. Наведений нижче приклад конкрентної реалізації пропонованого рішення показує його працездатність на прикладі передачі вихідної інформації, заданої у вигляді числа, і сформування жорсткої матриці відповідності другого порядку. Пропонована, як і відома система перешкодозахищеної передачі кодованої інформації, містить передавальний блок з блоком формування вихідної інформації у цифровій формі, канал зв'язку, приймальний блок та блок обробки прийнятої інформації, а, відповідно до пропонованої корисної моделі, система на боці передавальної сторони доповнена блоком додаткового перетворення вихідної інформації для її представлення у вигляді жорсткої матриці, всі чи частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яку передають, наприклад числу, і на боці приймаючої сторони - блоком зворотного перетворення, призначеним для отримання з переданої жорсткої матриці вихідної інформації, при цьому на боці передавальної сторони вихід блока формування вихідної інформації з'єднаний з входом блока додаткового перетворення вихідної інформації для представлення її у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, вихід якого з'єднаний з входом передавального блока, вихід якого сполучений зі входом каналу зв'язку, вихід якого на боці приймальної сторони з'єднаний з входом приймального блока, вихід якого підключений до входу блока зворотного перетворення, вихід якого з'єднаний з входом блока обробки прийнятої інформації. Пропонована система на боці передавальної сторони забезпечена блоком додаткового перетворення вихідної інформації для її представлення у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яка повинна бути отримана приймальною стороною, наприклад числу, а на боці приймаючої сторони - блоком зворотного перетворення, в якому з переданої передавальною стороною і отриманої приймаючою стороною матриці видобувають інформаційний сигнал. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою блок-схеми. Пропонована система передачі кодованої інформації включає: блок 1 (БВІ) формування вихідної інформації у цифровій формі, блок 2 (БПД) додаткового перетворення вихідної 1 UA 98626 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інформації для її представлення у вигляді жорсткої матриці, всі чи частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яка повинна бути отримана приймальною стороною, наприклад числу, передавальний блок 3 (ПБ), канал зв'язку 4 (КЗ), приймальний блок 5 (ПБ), а також блок 6 (БЗП) зворотного перетворення інформації, що була отримана приймальною стороною у вигляді жорсткої матриці, яка була сформована передавальною стороною таким чином, що усі чи частина елементів цієї матриці відповідала вихідній інформації, наприклад числу, і блок 7 (БОПІ) обробки прийнятої інформації. При цьому вихід блока 1 формування вихідної інформації з'єднаний з входом блока 2 додаткового перетворення вихідної інформації для представлення її у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яка повинна бути отримана приймальною стороною. Вихід блока 2 з'єднаний з входом передавального блока 3, вихід якого сполучений з входом каналу зв'язку 4. Вихід каналу зв'язку 4 з'єднаний з входом приймального блока 5. Вихід блока 5 підключений до входу блока 6 зворотного перетворення, вихід якого з'єднаний з входом блока 7 обробки прийнятої інформації. Як блок 1 може бути застосований комп'ютер з відповідним програмним устаткуванням, яким обладнане робоче місце оператора на стороні передачі інформації. Як блок 2 додаткового перетворення вихідної інформації для представлення її у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, може бути застосований програмно-апаратний блок, що програмно-апаратними засобами реалізує операцію перетворення вихідної інформації відповідно до викладеного у описуючій частині пропонованої корисної моделі. Таким програмно-апаратним блоком може бути наприклад чіп (мікросхема) з програмним забезпеченням, на вхід якої подають цифрову послідовність з блока 1, а на виході отримують модифіковану послідовність, яка являє собою числа (елементи) матриці відповідності, що відповідає вихідній інформації, що задана, наприклад, у вигляді числа. Як блок 3 може бути застосований звичайний модем, вибраний в залежності від вигляду інтерфейсу та вигляду каналу зв'язку. Як канал зв'язку - блок 4 - може бути використаний стандартний канал зв'язку, яким забезпечують зв'язок у даній системі передачі даних, наприклад середньошвидкісний канал, що забезпечує швидкості передавання даних: 600, 1200, 2400, 4800 біт/с та вище. Як блок 5, аналогічно блоку 3, може бути застосований звичайний модем, вибраний в залежності від вигляду інтерфейсу та вигляду каналу зв'язку. Як блок 6 може бути використаний програмно-апаратний блок, аналогічний блоку 2, що реалізує зворотну функцію видобування інформаційного сигналу із сформованої і переданої передавальною стороною і отриманої приймальною стороною жорсткої матриці. Як блок 7, аналогічно блоку 1, може бути використаний комп'ютер з відповідним програмним устаткуванням, яким обладнане робоче місце оператора на стороні приймання інформації. Для функціонування пропонованої системи застосоване програмне устаткування, що забезпечує створення жорсткої матриці (матриці відповідності), визначені дійсні власні числа якої або елементи матриці, або її характеристики ідентифікуються (корелюються) із значеннями інформаційних сигналів, що мають бути передані. Пропонована система є більш захищеною за систему-прототип від природного або штучного спотворення інформації. Це твердження базується на наступному. Значенню сигнала b, яке має бути отримано (вирахувано) приймальною стороною, ставлять у відповідність матрицю А, яка має такі властивості: вона є жорсткою і, також, одне із власних чисел цієї матриці 1>>b. Як матрицю А (далі іменуватиметься також матрицею відповідності) може бути матриця довільного порядку, але з розуміння мінімізації об'єму інформації, яку передають, вибираємо як матриці відповідності числу bматриці другого порядку. Наприклад, на інформаційний сигнал, який передають, впливає перешкода, що має випадковий характер і коливається у діапазоні 0-20 %. Припустимо, для визначеності, що система передачі припускає ідентифікацію сигналу в діапазоні +10 % (числа умовні). Порівняємо перешкодозахищеність традиційної системи передачі, в якій відбувається передача числа b і воно спотворюється перешкодою, припустимо на 20 %. У випадку застосування традиційної системи передачі приймальна сторона отримує число b±20 %. Якщо припустима похибка сигналу встановлена на рівні, меншому за 20 %, сигнал не буде ідентифікований приймальною стороною. Пропонована система працює так. У блоці 1 формують вихідну інформацію (цифрову послідовність двійкових сигналів), яку передають до блока 2 для додаткового перетворення вихідної інформації і представлення її у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яка має бути отримана приймаючою стороною. Матрицю з блока 2 передають у передавальний блок 3 2 UA 98626 U 5 10 15 20 25 та через канал зв'язку 4 до приймального блока 5. Інформація з блока 5 надходить до блока 6 зворотного перетворення і потім у блок 7 обробки прийнятої інформації. Для пояснення перетворень, яких зазнає форма представлення інформації, припускаємо, що система повинна передати сигнал - число b. Як зазначено вище, вихідному числу b, яке потрібно передати, ставлять у відповідність деяку матрицю А. Особливістю матриці відповідності А є те, що вона повинна задовольняти вказаним вище вимогам, а саме: бути жорсткою і (опційно) модуль одного із власних чисел матриці А повинен бути на багато більшим за модуль значення сигналу. У пропонованій системі передачі, після формування матриці А у блоці 2, через канал зв'язку 4 передають вже не число b, a елементи матриці А, тобто а11, а12, аа21, а22 або ж частину з них. Як вже зазначалося вище, як матриця відповідності, як приклад, вибрана матриця другого порядку. Аналогічно передбачається, що і елементи матриці А, які передають, також піддаватимуться впливу перешкоди у ±20 %. На боці приймальної сторони, після проходження блоків 4 і 5 і отримання елементів матриці А у блоці 6 з матриці відповідності А визначається число b. Наприклад, число b може визначатися, як mах/2, де max - найбільше власне число матриці А. Зважаючи на властивості матриці відповідності А, рівень перешкоди, яка впливає на число, одержане шляхом обчислень з матриці А, враховуючи випадковий характер перешкоди, буде суттєво нижчим або ж не вищим за рівень перешкоди, яка впливає на числа, які передають, хоч це число b або ж елементи матриці А. Таким чином, пропонована система, в якій число b, яке повинно бути отримане приймаючою стороною, не передають безпосередньо, а обчислюють приймальною стороною за сукупністю інших чисел або числа, пов'язаного певними математичними співвідношеннями з числом b, є більш стійкою до рівня перешкод за традиційну систему передачі, що передбачає безпосередню передачу числа b. Так, наприклад, потрібно передати число 500. Поставимо даному числу у відповідність матрицю другого порядку: A 30 35 40 45 501 500 . 500  501 Дана матриця має особисті числа 1=-1001 та 2=-1. Нехай ми визначили при формуванні матриці А, що b=Sp A/2. Припустимо, що на сигнал, який передають, впливає перешкода в розмірі ±20 % від значення модуля b. Якщо перешкодою було спотворене число а 11 і замість 501 у блок 5 прийде сигнал, що відповідає, припустимо, числу -601, то Sp А*, де А* - це матриця із спотвореними перешкодою елементами, буде дорівнювати -1102. Тим самим значення сигналу зміниться (буде спотворене) приблизно на 10 %, а не на 20 %. У випадку, коли перешкода змінила не лише а11, а змінила і а22, та при цьому з тим же знаком і тим же значенням, що і а11, то спотворення сигналу складатиме приблизно також 20 %, як і в традиційній системі передачі. Оскільки вірогідність співпадаючих за величиною і по знаку спотворень, що йдуть послідовно одне за одним, менша, завдяки довільному характеру перешкоди, за вірогідність перешкод, що йдуть одна за одною із значеннями перешкод різними за величиною і за знаком, то тим самим забезпечує більшу перешкодозахищеність сигналу, який передають, і системи передачі в цілому. Зменшення кількості даних, які передають, і об'єму обчислень може бути досягнуте шляхом виключення операції обчислення власних чисел матриці, замінивши дану операцію обчисленнями, пов'язаними з визначенням Sp. Також скорочення кількості даних, які передають, може бути досягнуте шляхом передачі лише одного або кількох елементів матриці А, а іншу частину елементів матриці А - зберігати на передавальній і/або на приймальній стороні системи, наприклад, на початку сеансу передачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Система перешкодозахищеної передачі інформації, що містить передавальний блок з блоком формування вихідної інформації у цифровій формі, канал зв'язку, приймальний блок та блок обробки прийнятої інформації, яка відрізняється тим, що система на боці передавальної сторони доповнена блоком додаткового перетворення вихідної інформації для її представлення у вигляді жорсткої матриці, всі чи частина елементів якої відповідає вихідній інформації, яка повинна бути отримана приймальною стороною, наприклад числу, і на боці приймальної сторони - блоком зворотного перетворення, призначеним для отримання з переданої жорсткої матриці вихідної інформації, при цьому на боці передавальної сторони вихід блока формування вихідної інформації з'єднаний з входом блока додаткового перетворення вихідної інформації 3 UA 98626 U 5 для представлення її у вигляді жорсткої матриці, всі або частина елементів якої відповідає вихідній інформації, вихід якого з'єднаний з входом передавального блока, вихід якого сполучений з входом каналу зв'язку, вихід якого на боці приймальної сторони з'єднаний з входом приймального блока, вихід якого підключений до входу блока зворотного перетворення, вихід якого з'єднаний з входом блока обробки прийнятої інформації. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4