Спосіб прихованого передавання цифрової інформації з використанням хаотичного маскування

Реферат: Спосіб прихованого передавання цифрової інформації з використанням хаотичного маскування, полягає в тому, що на передавальній стороні генерується хаотичний сигнал, який у суматорі адитивно додається до інформаційного сигналу, ширина спектру якого є меншою спектру хаотичного сигналу, внаслідок чого отримується замаскований сигнал, що передається до приймальної сторони; після встановлення режиму повної синхронізації між ведучим та веденим генераторами системи передана інформація відновлюється шляхом проходження вхідного сигналу приймача та вихідного сигналу веденого генератора через пристрій віднімання. У передавачі шляхом введення ключа та додаткового генератора, який генерує сигнал, що має такі ж статистичні та спектральні характеристики, що і хаотичне коливання; інформаційним цифровим сигналом за допомогою ключа модулюють вихідний сигнал додаткового генератора, який додають до хаотичного сигналу, таким чином отримують замаскований сигнал. UA 97300 U (12) UA 97300 U UA 97300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до радіотехнічних пристроїв та засобів телекомунікацій, зокрема до систем прихованого передавання цифрової інформації, що використовує хаотичні коливання в якості маскувального сигналу. До найбільш відомих способів прихованого передавання цифрової інформації можна віднести нелінійне підмішування та перемикання хаотичних режимів, в яких для відновлення інформації використовується явище повної синхронізації хаосу [1, 2]. Одним з недоліків таких способів є залежність якості інформаційних сигналів від їх прихованості в каналі зв'язку. Для підвищення конфіденційності систем необхідно забезпечити збереження спектру і статистичних характеристик модульованого сигналу при зміні інформаційного біту. Це призводить до погіршення відмінності між сигналами синхронізації та десинхронізації генератора хаосу на приймальній стороні, в наслідок чого зростає ймовірність невірного прийняття біту. Основним недоліком систем, що використовують перемикання хаотичних режимів, є низька швидкість передавання інформації внаслідок перехідних процесів, що мають місце при встановленні синхронізації у приймачі. Для системи з нелінійним підмішуванням інформації суттєвим недоліком є залежність режиму роботи ведучого генератора від відношення потужностей інформаційного та хаотичного сигналів. Найбільш близьким до корисної моделі способом прихованого передавання цифрової інформації є спосіб запропонований у [1], суть якого полягає у маскуванні даних, що передаються, хаотичним сигналом генератора передавача, а відновлення інформації у випадку встановлення режиму повної синхронізації є результатом віднімання вхідного сигналу приймача та вихідного сигналу, веденого генератора. Недоліком прототипу є його непридатність для застосування в цифрових системах зв'язку, оскільки прихованість процесу передавання інформації по каналу є низьким внаслідок наявності сильно вираженої постійної складової на проміжках часу, що дорівнюють тривалості передавання інформаційного біту. Задачею корисної моделі є адаптація системи передавання аналогової інформації з хаотичним адитивним маскуванням для прихованого передавання цифрових сигналів та підвищення прихованості інформації у каналі зв'язку. Суть корисної моделі полягає в тому, що на передавальній стороні генерується хаотичний сигнал, який у суматорі адитивно додається до інформаційного сигналу, ширина спектру якого є меншою спектру хаотичного сигналу, внаслідок чого отримується замаскований сигнал, що передається до приймальної сторони; після встановлення режиму повної синхронізації між ведучим та веденим генераторами системи передана інформація відновлюється шляхом проходження вхідного сигналу приймача та вихідного сигналу веденого генератора через пристрій віднімання; згідно з корисною моделлю у передавачі шляхом введення ключа та додаткового генератора, який генерує сигнал, що має такі ж статистичні та спектральні характеристики, що і хаотичне коливання; інформаційним цифровим сигналом за допомогою ключа модулюють вихідний сигнал додаткового генератора, який додають до хаотичного сигналу, таким чином отримують замаскований сигнал. Новим у способі прихованого передавання цифрової інформації з використанням хаотичного маскування є те, що у відому схему хаотичного маскування вводять додатковий генератор, вихідний сигнал якого має статистичні та спектральні характеристики подібними до статистичних та спектральних характеристик маскувального сигналу, вихідний сигнал додаткового генератора модулюють інформаційним сигнал та додають до маскувального сигналу, в результаті отриманий сигнал за своїми характеристиками подібний до маскувального сигналу. На фіг. 1 приведена структурна схема відомої системи з хаотичним маскуванням. На фіг. 2 приведена структурна схема модифікованої системи. На фіг. 3 приведена схема електрична принципова передавача модифікованої системи. На фіг. 4 приведена спектральна характеристика сигналу, що формується на конденсаторі С3. На фіг. 5 приведена спектральна характеристика сигналу, що формується на конденсаторі С2. На фіг. 6 приведена спектральна характеристика адитивного сигналу у каналі зв'язку при використанні коливання UC1(t) як носійного. На фіг. 7 приведена часова діаграма інформаційного сигналу. На фіг. 8 приведена часова діаграма відновленого сигналу. На фіг. 9 приведена залежність ймовірності помилки відновлення бітів від величини значення сигнал/шум у каналі зв'язку (а - система з перемиканням хаотичних режимів; б - в якості носійного сигналу використовується хаотичне коливання). 1 UA 97300 U 5 10 15 20 25 30 35 Система, що ілюструє суть найближчого до пропонованого способу прихованого передавання інформації, приведена на фіг. 1 і працює наступним чином. Генератор 1 генерує хаотичні коливання x(t), що в подальшому виконують роль маскувального сигналу. У суматорі 2 проходить процес додавання маскувальних коливань та інформаційного повідомлення m(t). Результуючий сигнал S(t) = x(t) + m(t) подається у канал зв'язку. Для забезпечення прихованості інформації, що передається, необхідно, щоб спектр сигналу m(t) повністю перекривався спектром сигналу x(t). На приймальній стороні міститься генератор хаотичних коливань 3 з параметрами, ідентичними генератору 1, що забезпечує можливість встановлення режиму повної синхронізації між ними. Відновлення інформації проводиться з допомогою пристрою віднімання 4, вихідний сигнал m'(t) якого рівний різниці між вхідним сигналом приймача S(t) та вихідним сигналом веденого генератора u(t). Якщо режим повної синхронізації встановлено, то lim t  ut   xt   0 , тому відновлений сигнал m'(t) = m(t). Розкид параметрів керування генераторів x(t) і u(t) та наявність шумів у каналі зв'язку призводить до виникнення похибки синхронізації, яка за своїм значенням може бути одного порядку з рівнем інформаційного сигналу. Розсинхронізація генераторів передавальної та приймальної сторін унеможливлює відновлення інформації, що передається по каналу зв'язку. Крім цього, для достовірного відновлення інформації необхідно забезпечити відношення сигнал/шум в каналі зв'язку не менше 35 дБ, що є її принциповим недоліком прототипу [1]. При використанні схеми хаотичного маскування в цифрових системах передавання інформації, прихованість процесу передавання по каналу зв'язку буде низькою, оскільки на проміжках часу, що дорівнюють тривалості передавання інформаційного біту, матиме місце сильно виражена постійна складова. Для усунення цього недоліку нами запропонована модифікація аналогової схеми хаотичного маскуванням для передавання цифрової інформації. Передавач модифікованої схеми хаотичного маскування для передавання цифрових сигналів приведений на фіг. 2, що на відміну від схем передавання аналогової інформації містить додатковий генератор 5, сигнал якого модулюється інформаційним цифровим сигналом m(t) і додається до хаотичного сигналу генератора 6 в суматорі 7. Модуляція здійснюється з допомогою ключа 8, що знаходиться у ввімкненому і розімкненому стані в залежності від значення інформаційного біту. Здійснення попередньої модуляції та забезпечення ідентичності статистичних та спектральних характеристик сигналів генерованих генератором 6 та маскувального коливання x(t) дає змогу узгодити параметри носійного та хаотичного сигналів. У якості носійного сигналу може бути використане гармонічне, хаотичне або шумове коливання. Схема приймача залишається незмінною. Приклад 1. Якщо у якості генератора хаотичних коливань використати схему Чуа, то математична модель системи матиме наступний вигляд:  x  y  x  ƒx ,  y  x  y  z, z  y,   u    u  ƒ   ex  u,   x  mt gt     w,   w   ,  де   10 ,   15 - параметри системи; x , y , z - динамічні змінні системи; e - коефіцієнт 40 зв'язку; gt  - описує носійне коливання; нелінійна характеристика системи описується наступним виразом:    ƒx   m2 x  0,5 m0  m1  x  a1  x  a1  m1  m2  x  a2  x  a2 45 50  (2) де а1=1; а2=6,88; m0 = -1,238; m1 = -0,6665; m2=500. ВАХ нелінійного елемента є кусковолінійною. Схема електрична принципова передавача модифікованої системи приведена на фіг. 3, що розроблена відповідно до математичної моделі (1). У якості маскувального коливання вибрано хаотичний сигнал, формований на конденсаторі С3, що пов'язано із тим, що сигнал UС3(t) (фіг. 4) має складнішу структуру та ширшу частотну смугу, ніж сигнал UС2(t) (фіг. 5). Крім того, його використання забезпечує стабільнішу синхронізацію ведучого та веденого генераторів. З аналізу спектрів випливає, що спектр сигналу UС3(t) повністю перекриває спектр сигналу UC2(t). Це дозволяє робити припущення щодо доцільності використання коливання UС2(t) у якості 2 UA 97300 U 5 10 15 носійного сигналу для систем прихованого зв'язку, при цьому спектр сумарного сигналу у каналі зв'язку подібний до спектру носійного коливання (фіг. 6), що забезпечує його прихованість. Часові діаграми інформаційного цифрового сигналу і сигналу отриманого на виході пристрою віднімання приведені на фіг. 7 та фіг. 8 відповідно. З їх порівняння випливає, що на приймальній стороні можна відновити передану інформацію з достатньою точністю. На фіг. 9 приведено залежність ймовірності неправильного відновлення бітів від величини значення сигнал/шум у каналі зв'язку. Із отриманих результатів випливає, що модифікована схема з маскуванням інформації з використанням хаотичного сигналу в якості носійного є більш стійкою до впливу шумів у каналі зв'язку, ніж схема з перемиканням хаотичних режимів. Оскільки ймовірність помилки відновлення при використанні модифікованої схеми при -3 відношенні S/N0 порядку 10 дБ становить 10 , в той час як використання схеми з перемиканням -2 хаотичних режимів її значення становить 10 . 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. Tao Yang A Survey of Chaotic Secure Communication System / Tao Yang // International Journal of Computational Cognition. - 2004. - V. 2, No. 2, Pp. 81-130. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб прихованого передавання цифрової інформації з використанням хаотичного маскування, який полягає в тому, що на передавальній стороні генерується хаотичний сигнал, який у суматорі адитивно додається до інформаційного сигналу, ширина спектру якого є меншою спектру хаотичного сигналу, внаслідок чого отримується замаскований сигнал, що передається до приймальної сторони; після встановлення режиму повної синхронізації між ведучим та веденим генераторами системи передана інформація відновлюється шляхом проходження вхідного сигналу приймача та вихідного сигналу веденого генератора через пристрій віднімання, який відрізняється тим, що у передавачі шляхом введення ключа та додаткового генератора, який генерує сигнал, що має такі ж статистичні та спектральні характеристики, що і хаотичне коливання; інформаційним цифровим сигналом за допомогою ключа модулюють вихідний сигнал додаткового генератора, який додають до хаотичного сигналу, таким чином отримують замаскований сигнал. 3 UA 97300 U 4 UA 97300 U 5 UA 97300 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 6