Scrambler

Scrambler ( eng.  scramble  - encrypt , mix ) - un dispozitiv software sau hardware ( algoritm ) care efectuează codificare  - o conversie reversibilă a unui flux digital fără modificarea ratei de transmisie pentru a obține proprietățile unei secvențe aleatorii . După amestecare, apariția lui „1” și „0” în secvența de ieșire este la fel de probabilă. Scrambling este un proces reversibil, adică mesajul original poate fi restaurat prin aplicarea algoritmului invers.

Scrambling targets

Așa cum este aplicat sistemelor de telecomunicații, codificarea crește fiabilitatea sincronizării dispozitivelor conectate la linia de comunicație (oferă o selecție fiabilă a frecvenței de ceas direct din semnalul primit) și reduce nivelul de interferență emis către liniile adiacente ale unui cablu multinucleu. Un alt domeniu de aplicare al scrambler-urilor este protecția informațiilor transmise împotriva accesului neautorizat.

Pentru algoritmii de amestecare, viteza de operare și natura aleatorie a secvenței sunt extrem de importante, astfel încât aceasta să nu poată fi restabilită în cazul interceptării de către inamic. Procesul de amestecare poate include adăugarea anumitor componente la semnalul original sau schimbarea unor părți importante ale semnalului pentru a complica reconstrucția semnalului original sau pentru a da semnalului anumite proprietăți statistice.

Scramblerele sunt utilizate în rețelele publice de telefonie , comunicațiile prin satelit și prin releu radio , televiziunea digitală , precum și pentru a proteja discurile laser împotriva copierii.

De obicei, codificarea este efectuată în ultima etapă a procesării digitale, chiar înainte de modulare.

Tipuri de scrambler

Scrambleri cu autosincronizare

Partea principală a scrambler-ului este un generator de secvențe pseudo-aleatorie (RRP) sub forma unui registru de feedback liniar n-cascade care generează o secvență de lungime maximă .

O caracteristică a unui scrambler cu auto-sincronizare ( SS scrambler ) este că este controlat de o secvență amestecată, adică cea care este transmisă canalului. Prin urmare, cu acest tip de codificare, nu este necesară nicio setare specială a stărilor de codificare și decriptare: secvența amestecată este scrisă în registrele de deplasare ale codificatorului și decriptatorului, punându-le într-o stare identică. Dacă se pierde sincronismul între scrambler și decrambler, timpul de recuperare a sincronismului nu depășește numărul de cicluri egal cu numărul de celule de registru scrambler.

Pe partea de recepție, extragerea secvenței originale are loc prin adăugarea modulo 2 a secvenței amestecate primite cu secvența la ieșirea registrului de deplasare. De exemplu, pentru circuitul prezentat în figură, secvența de intrare este convertită folosind un codificator în conformitate cu raportul în secvența binară trimisă . În receptor, din această secvență, secvența este formată din același registru de deplasare ca la recepție .

După cum rezultă din principiul de funcționare al schemei, cu o eroare în secvența , caracterele ulterioare al optsprezecelea și douăzeci și trei (în acest exemplu) sunt, de asemenea, eronate. În general, efectul unui bit recepționat eronat va fi resimțit de o dată, unde a  este numărul de feedback-uri din registrul de deplasare. Astfel, scrambler-descrambler SS are proprietatea de propagare a erorii. Acest dezavantaj al scrambler-descrambler-ului SS limitează numărul de feedback-uri în registrul de deplasare; în practică, acest număr nu depășește a = 2.

Al doilea dezavantaj al scrambler-ului SS este asociat cu posibilitatea apariției așa-numitelor „situații critice” la ieșire în anumite condiții, când secvența de ieșire capătă un caracter periodic cu o perioadă mai mică decât lungimea PSS. Pentru a preveni acest lucru, codificatorul și decriptarea furnizează circuite speciale de control suplimentare care detectează prezența periodicității elementelor la intrare și o încalcă.

Scrambler de aditivi

Cu codificarea aditivă , stările registrelor de codificare și decriptare trebuie setate identic în prealabil. În scrambler-ul cu instalație (AD-scrambler) , ca și în scrambler-ul CC, semnalul de intrare și PSP sunt însumați, dar semnalul rezultat nu este alimentat la intrarea registrului. Într-un decriptator, semnalul codificat nu trece prin registrul de deplasare, deci nu are loc propagarea erorilor.

Secvențele însumate în scrambler sunt independente, astfel încât perioada lor este întotdeauna egală cu cel mai mic multiplu comun al perioadelor secvenței de intrare și SRP și nu există o stare critică. Absența efectului de propagare a erorii și necesitatea unei logici speciale pentru a proteja împotriva situațiilor nedorite fac ca metoda de amestecare aditivă să fie de preferat, dacă nu ținem cont de costul rezolvării problemei de sincronizare a codificatorului și a decriptatorului. Ca semnal de setare în sistemele digitale de transmisie de date, este utilizat un semnal de sincronizare a cadrelor.

Protecția convorbirilor telefonice

Codificatoarele audio sunt utilizate în mod activ pentru a proteja conversațiile telefonice. La codificare, este posibil să convertiți un semnal de vorbire în trei parametri: amplitudine , frecvență și timp . Cu toate acestea, în sistemele de comunicații radio mobile, în principal transformările de frecvență și timp ale semnalului, precum și combinațiile acestora, și-au găsit aplicație practică. Posibilele interferențe în canalul radio complică în mod semnificativ restabilirea exactă a amplitudinii semnalului de vorbire și, prin urmare, transformările de amplitudine nu sunt practic utilizate în timpul amestecării.

Principalele metode de conversie a semnalului vocal:

Conversii de frecvență

Cu inversarea de frecvență , transformarea spectrului unui semnal de vorbire este echivalentă cu rotirea benzii de frecvență a semnalului în jurul unei anumite frecvențe medii F și  este frecvența de inversare.

O metodă de conversie a semnalului puțin mai complexă decât inversarea frecvenței este furnizată de un codificator cu împărțirea benzii de semnal vocal în sub-benzi cu o inversare a frecvenței semnalului în fiecare sub-bandă (invertor cu deplasare de bandă). De obicei, banda este împărțită în 2 sub-benzi.

Codificatoarele de lățime de bandă folosesc o metodă de partiționare a unei benzi de semnal vocal în mai multe sub-benzi cu permutări de frecvență ale acestor sub-benzi. Un scrambler de bandă poate fi implementat pe baza transformării rapide Fourier (FFT) . Într-un astfel de scrambler, se efectuează o FFT înainte pe partea de transmisie, o permutare a frecvenței benzilor și apoi o FFT inversă. Pe partea de recepție, conversii similare sunt efectuate cu permutarea inversă a frecvenței benzilor. În scramblerele cu FFT, este posibil să se obțină un grad ridicat de securitate a informațiilor prin creșterea numărului de benzi amestecate, totuși, în practică, această metodă de scramblere în comunicațiile radio mobile este rar utilizată din cauza dificultăților de implementare tehnică. În plus, scramblerele FFT introduc o întârziere în canalul de comunicare.

Transformări temporale

Cel mai simplu tip de transformare a timpului este inversarea timpului , în care semnalul original este împărțit într-o succesiune de segmente de timp și fiecare dintre ele este transmis invers în timp - de la sfârșit până la început.

Într-un scrambler cu permutare în timp , semnalul de vorbire este împărțit în cadre de timp, fiecare dintre acestea fiind la rândul său subdivizat în segmente, iar apoi segmentele semnalului de vorbire sunt permutate.

Transformări combinate

Pentru a crește și mai mult gradul de închidere a vorbirii, este utilizată o combinație de amestecare în timp și frecvență. Într-un astfel de scrambler, după conversia analog-digitală, spectrul semnalului de vorbire digitizat este împărțit în elemente frecvență-timp, care sunt apoi amestecate pe planul frecvență-timp în conformitate cu unul dintre elementele criptografice și însumate fără a merge. dincolo de intervalul de frecvență al semnalului original.

Televiziune

Scrambler-urile sunt folosite în televiziunea digitală și prin cablu pentru a oferi acces la conținutul plătit și pentru a preveni furtul semnalului de difuzare. Versiunile timpurii ale acestor dispozitive au inversat una dintre componentele semnalului TV, restabilindu-l pe partea clientului. Mai târziu, scramblerele mai avansate au început să filtreze una dintre componentele semnalului și să transmită date fără aceasta. Restaurarea secvenței inițiale prin adăugarea părții lipsă a semnalului are loc de partea utilizatorului.

Criptografie

Nevoia de sincronizare a codificatoarelor l-a condus pe James Ellis la ideea criptosistemelor cu cheie publică , care a dus ulterior la crearea algoritmului de criptare RSA și a protocolului Diffie-Hellman .

Sistemele moderne de scrambler sunt foarte diferite de scramblerele originale. Acestea sunt dispozitive complexe de digitizare , combinate cu dispozitive de criptare. În astfel de sisteme, semnalul original este digitizat, apoi datele sunt criptate și trimise. În combinație cu sistemele de criptare asimetrice, acești „scrambleri” sunt mai siguri decât omologii lor anterioare. Doar astfel de sisteme sunt considerate suficient de fiabile pentru a gestiona datele critice.

Vezi și

Note

Literatură

Link -uri