Спосіб прихованого передавання інформації з використанням синхронізації/десинхронізації хаотичних систем

Реферат: Спосіб прихованого передавання інформації з використанням явища синхронізації/десинхронізації хаотичних систем належить до галузі радіотехнічних пристроїв та засобів телекомунікації, зокрема до системи зв'язку, що використовують хаотичні сигнали як несуче коливання. UA 76469 U (12) UA 76469 U UA 76469 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі радіотехнічних пристроїв та засобів телекомунікацій, зокрема до систем зв'язку, що використовують хаотичні сигнали як несуче коливання. Відомі способи прихованого передавання інформації, що використовують перемикання хаотичних режимів для модуляції корисної інформації, в яких для відновлення інформації використовується явище повної синхронізації хаосу [1, 2]. При цьому на передавальній стороні використовуються генератори хаотичних сигналів, що відрізняються параметрами чи структурою. Одним з недоліків таких способів є залежність якості приймання інформації від прихованості інформаційного сигналу в каналі зв'язку. При підвищенні завадостійкості систем змінюються статистичні характеристики модульованого сигналу, зокрема спектр і потужність, а при підвищенні конфіденційності передавання зменшується різниця між сигналами синхронізації та десинхронізації генератора хаосу на приймальній стороні, тобто збільшується ймовірність невірного прийняття біта. Найбільш близьким до корисної моделі способом прихованого передавання інформації є спосіб, запропонований в [2], що полягає в модуляції несучого хаотичного коливання маніпуляцією між різними хаотичними сигналами генераторів хаотичних коливань передавальної сторони і відновлення переданої інформації за допомогою діагностики встановлення режиму повної синхронізації/десинхронізації генератора хаотичних коливань приймальної сторони. Недоліком прототипу є зміна потужності і спектра модульованого несучого сигналу в залежності від значення інформаційного сигналу та мала різниця між сигналами синхронізації та десинхронізації генератора хаосу на приймальній стороні. Задачею корисної моделі є підвищення завадостійкості і конфіденційності передавання інформації системи з перемиканням хаотичних режимів. Суть корисної моделі полягає в тому, що на передавальній стороні генеруються два хаотичні сигнали, модуляцією інформаційним сигналом хаотичних отримується несучий хаотичний сигнал, який передається через канал зв'язку до приймальної сторони, де передана інформація відновлюється за допомогою діагностики режиму повної синхронізації/десинхронізації хаосу, згідно з корисною моделлю, на передавальній стороні формують вихідні хаотичні сигнали двома ідентичними першим і другим генераторами хаотичних сигналів з однаковими статистичними характеристиками і середнім значенням, рівним нулю, підсумовують вихідні сигнали першого і другого генераторів, приводять сумарний сигнал до рівня потужності вихідного сигналу першого генератора хаотичних сигналів, модуляцію здійснюють маніпуляцією між вихідним сигналом першого генератора та сумарним сигналом, при цьому потужність, спектр та дисперсія модульованого несучого сигналу не змінюється при зміні значення інформаційного сигналу. Новим є те, що модуляція здійснюється перемиканнями між вихідним сигналом першого генератора і комбінацією вихідних сигналів першого і другого генераторів хаотичних сигналів. При умові, що середнє значення вихідних хаотичних сигналів генераторів рівне нулю, потужність, спектр та дисперсія несучого коливання не залежить від інформаційного сигналу, а рівень сигналу десинхронізації збільшується до розміру хаотичного атрактора генератора. На фіг. 1 наведена структурна схема відомої системи з перемиканням хаотичних режимів. На фіг. 2 наведена структурна схема вдосконаленої системи. На фіг. 3 та фіг. 4 наведено залежності між вхідним сигналом синхронізації та вихідним сигналом генератора передавальної сторони для системи з перемиканням хаотичних режимів для випадку синхронізації та десинхронізації відповідно. На фіг. 5 та фіг. 6 наведено залежності між вхідним сигналом синхронізації та вихідним сигналом генератора передавальної сторони для пропонованої вдосконаленої системи для випадку синхронізації та десинхронізації відповідно. Система, що ілюструє суть найближчого до пропонованого способу прихованого передавання інформації, наведена на фіг. 1 і працює наступним чином. Генератори 1 і 2 генерують хаотичні сигнали незалежно один від одного. Модуляція вхідного цифрового сигналу x1t  здійснюється перемиканням між вихідними сигналами x1t  і x2 t  :  x t , якщо mt  ' '0' ' ' '1' ' (1) uв ихt    1 x 2 t , якщо mt  ' '1' ' ' '0' ' Демодуляція повідомлення mt  відбувається за допомогою пристрою віднімання 3 шляхом діагностики режиму повної синхронізації (десинхронізації) між генераторами 1 і 4 та 2 і 4 для випадків передавання сигналів x1t  і x2 t  відповідно. 1 UA 76469 U 5 10 15 Вдосконалена система, що наведена фіг. 2 працює наступним чином. Генератори 1 і 2 генерують хаотичні сигнали незалежно один від одного. Вихідний сигнал x1t  генератора 1 надходить на вхід модулятора 3 і на суматор 4, де підсумовується з вихідним сигналом генератора 2. В атенюаторі 5 вихідний сигнал суматора 4 послаблюється до рівня потужності вихідного сигналу генератора 1. На виході атенюатора 5 отримаємо наступний сигнал: 1 (2) x1t   x2 t  ut   2 Сигнали ut  і x1t  матимуть однакові потужності, спектри і дисперсії. В модуляторі здійснюється модуляція несучого хаотичного сигналу цифровим інформаційним сигналом mt  , причому вихідний сигнал uв ихt  може приймати наступні значення: x t , якщо mt  ' '0' ' ' '1' ' (3) uв ихt    1  ut , якщо mt  ' '1' ' ' '0' ' Сигнал uв ихt  передається в канал зв'язку. Демодуляція повідомлення m(t) відбувається за допомогою суматора 6 шляхом діагностики режиму повної синхронізації (десинхронізації) між генераторами 1 і 7 та 2 і 7 для випадків передавання сингалів x1t  і ut  відповідно. Приклад 1. Розглянемо математичну модель кільцевого генератора хаотичних сигналів в безрозмірному вигляді:  x  Mf z   x    2 (4)  y  2 x  z   z  y  z   де   2,1   138,M  5 - параметри системи. , , При вибраних параметрах системи xt   0 , тобто постійна складова у генерованому сигналі відсутня. Нелінійна характеристика системи описується наступним виразом: 20 25 1   (5) f z    z  1  z  1  ( z  4  z  4 )  2   При вказаних значеннях параметрів в системі (4) спостерігається стійкий хаотичний режим. Нехай поведінка генераторів передавальної сторони 1 і 2 (фіг. 1 і фіг. 2) описується наступною системою диференційних рівнянь:  x1,2   M1,2 f z1,2   x1,2    2 (6)  y1,2  2 x1,2  z1,2    1,2  y1,2   z1,2 z  де індекси i  12 позначають сигнали генераторів 1 і 2 відповідно, ,   2,1   138,M1,2 - параметри системи. , , Нехай М1=5, M2=4.8 і М1 = М2=5 для систем приведених на фіг. 1 і фіг. 2 відповідно. Для схеми, наведеної на фіг. 1, введення корисної інформації mt  в несучий сигнал відбувається згідно з (1). Поведінку генератора хаотичних сигналів приймальної сторони в схемі з перемиканням хаотичних режимів (фіг. 1) можна описати системою диференційних рівнянь:  x3  M3 f z3   x3   (7) y3  22 euв х  1  ex3  z3   z3  y 3   z3 , , де індекси   2,1   138,M  5 - параметри системи, e  0,7 - 0,7 - коефіцієнт зв'язку. 30  x t   nt , якщо mt  ' '0' ' ' '1' ' (8) uв х   1 x 2 t   nt , якщо mt  ' '1' ' ' '0' ' - вхідний сигнал приймальної сторони, nt  - шум в каналі зв'язку. Для пропонованої системи генератор хаотичних сигналів описується системою диференційних рівнянь (8). При цьому вхідним сигналом приймальної сторони є зашумлений в каналі зв'язку сигнал, що описується виразом (3): 2 UA 76469 U 5 10 15 20 x t   nt , якщо mt  ' '0' ' ' '1' ' (9) uв х   1  ut   nt , якщо mt  ' '1' ' ' '0' ' де nt  - шум в каналі зв'язку. При М1 = М3=5 між генераторами 1 і 4 (фіг. 1) спостерігається режим повної хаотичної синхронізації, при М1=4,8 і М3=5 - десинхронізація. На фіг. 3 наведена залежність вихідних сигналів ведучого і веденого генераторів у випадку синхронізації та десинхронізації фіг. 3 і фіг. 4 відповідно для відомої схеми з перемиканням хаотичних режимів. З фіг. 4 випливає, що сигнал десинхронізації є слабким (має місце незначне відхилення від лінії x1t   x 2 t  ). Аналітичні залежності для пропонованої корисної моделі наведено на фіг. 5. З фіг. 6 випливає, що сигнал десинхронізації має рівень характерний для вихідного хаотичного сигналу генератора. Тобто поріг між "0" і "1" для системи фіг. 2 більший, ніж для системи фіг. 1. Сигнали x1t  і x 2 t  для системи (6) при виконанні умови ідентичності параметрів систем можна вважати двома різними реалізаціями одного випадкового процесу, що не корелюють між собою. При умові, що середнє значення xt   0 потужність, спектр та дисперсія сигналів x1t  і ut  будуть рівними, тобто за допомогою перерахованих характеристик відновлення перехопленого в каналі зв'язку повідомлення неможливе. Джерела інформації: 1. Дмитриев А.С. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи / А. С. Дмитриев, А. И. Панас // М.: Издательство Физико-математической литературы.-2002.-252 с. 2. Dedieu H., Kennedy M., Hasler M. Chaos shift keying: Modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chua's circuits/H. Dedieu, M. Kennedy, M. Hasler // IEEE Trans. Circuits and Systems. 1993. V. CAS-40, № 10. P. 634-642. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Спосіб прихованого передавання інформації з використанням явища синхронізації/десинхронізації хаотичних систем, який полягає в тому, що на передавальній стороні генеруються два хаотичні сигнали, модуляцією інформаційного сигналу хаотичним отримується несучий модульований сигнал, який передається через канал зв'язку до приймальної сторони, де передана інформація відновлюється за допомогою діагностики режиму повної синхронізації/десинхронізації хаосу, який відрізняється тим, що на передавальній стороні генерують вихідні хаотичні сигнали двома ідентичними першим і другим генераторами хаотичних сигналів з однаковими статистичними характеристиками і середнім значенням, рівним нулю, підсумовують вихідні хаотичні сигнали першого і другого генераторів, приводять сумарний сигнал до рівня потужності вихідного сигналу першого генератора хаотичних сигналів, модуляцію здійснюють маніпуляцією між вихідним сигналом першого генератора та сумарним сигналом, при цьому потужність, спектр та дисперсія модульованого несучого сигналу не змінюється при зміні значення інформаційного сигналу. 3 UA 76469 U 4 UA 76469 U 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 5