Scrambler

Scrambler ( eng.  scramble  - encrypt , mix ) - ohjelmisto tai laitteisto ( algoritmi ), joka suorittaa sekoituksen - digitaalisen virran  palautuva muunnos ilman siirtonopeutta muuttamatta satunnaisen sekvenssin ominaisuuksien saamiseksi . Sekoituksen jälkeen "1" ja "0" esiintyvät lähtösekvenssissä yhtä todennäköisinä. Sekoitus on palautuva prosessi, eli alkuperäinen viesti voidaan palauttaa käyttämällä käänteistä algoritmia.

Sekoituskohteet

Tietoliikennejärjestelmissä sovellettu sekoitus lisää tietoliikennelinjaan kytkettyjen laitteiden synkronoinnin luotettavuutta (tarjoaa luotettavan kellotaajuuden valinnan suoraan vastaanotetusta signaalista) ja vähentää monijohdinkaapelin vierekkäisiin linjoihin lähetettyjen häiriöiden tasoa. Toinen salaajien sovellusalue on lähetettyjen tietojen suojaaminen luvattomalta käytöltä.

Sekoitusalgoritmeille toiminnan nopeus ja sekvenssin satunnaisuus ovat äärimmäisen tärkeitä, jotta sitä ei voida palauttaa vihollisen sieppauksen sattuessa. Sekoitusprosessi voi sisältää tiettyjen komponenttien lisäämisen alkuperäiseen signaaliin tai signaalin tärkeiden osien muuttamisen, jotta alkuperäisen signaalin rekonstruointi vaikeutuisi tai signaalille saadaan tiettyjä tilastollisia ominaisuuksia.

Scramblereita käytetään yleisissä puhelinverkoissa , satelliitti- ja radiovälitteisissä viestinnässä , digitaalisessa televisiossa sekä laserlevyjen suojaamisessa kopioimiselta.

Tyypillisesti sekoitus suoritetaan digitaalisen käsittelyn viimeisessä vaiheessa juuri ennen modulaatiota.

Scramblerien tyypit

Itsesynkronoituvat salaajat

Sekoittimen pääosa on näennäissatunnainen sekvenssigeneraattori (RRP) , joka on lineaarisen n-sarjan takaisinkytkentärekisterin muodossa, joka generoi maksimipituisen sekvenssin .

Itsesynkronoivan sekoituslaitteen ( SS-scrambler ) ominaisuus on, että sitä ohjaa salattu sekvenssi, eli se, joka lähetetään kanavalle. Tämän tyyppisessä sekoitusmuodossa ei vaadita erityistä sekoitus- ja muokkaustilan tilojen asetusta: sekoitettu sekvenssi kirjoitetaan sekoittajan ja sekoituksen purkajan siirtorekistereihin asettamalla ne identtiseen tilaan. Jos synkronoinnin ja muokkauksen purkajan välinen synkronointi katoaa, synkronoinnin palautusaika ei ylitä jaksojen määrää, joka on yhtä suuri kuin sekoitusrekisterisolujen lukumäärä.

Vastaanottopuolella alkuperäisen sekvenssin erottaminen tapahtuu lisäämällä modulo 2 vastaanotettu sekoitettu sekvenssi siirtorekisterin lähdössä olevaan sekvenssiin. Esimerkiksi kuvassa esitetylle piirille tulosekvenssi muunnetaan muokkaimella suhteen mukaisesti lähetetyksi binäärisekvenssiksi . Vastaanottimessa tästä sekvenssistä sekvenssi muodostuu samasta siirtorekisteristä kuin vastaanotossa .

Kuten kaavion toimintaperiaatteesta seuraa, sekvenssissä on yksi virhe , seuraavat kahdeksastoista ja kahdeskymmeneskolmas merkki (tässä esimerkissä) ovat myös virheellisiä. Yleensä virheellisesti vastaanotetun bitin vaikutus tuntuu a kertaa, missä a  on siirtorekisterin takaisinkytkentöjen lukumäärä. Siten SS-muokkaus-purkajalla on virheen leviämisen ominaisuus. Tämä SS-muokkaus-purkulaitteen haitta rajoittaa takaisinkytkentöjen määrää siirtorekisterissä; Käytännössä tämä luku ei ylitä a = 2.

SS-sekoittimen toinen haitta liittyy mahdollisuuteen ilmaantua niin sanottuja "kriittisiä tilanteita" sen lähdössä tietyissä olosuhteissa, kun lähtösekvenssi saa jaksollisen luonteen, jonka jakso on pienempi kuin PSS:n pituus. Tämän estämiseksi sekoittaja ja salauksenpurkaja tarjoavat erityisiä lisäohjauspiirejä, jotka havaitsevat elementtien jaksollisuuden tulossa ja rikkovat sitä.

Additive scramblers

Additiivisella sekoitusjärjestelmällä sekoitus- ja muokkausrekisterien tilat on asetettava identtisesti etukäteen. Scramblerissä, jossa on asennus (AD - scrambler) , kuten CC-sekoittimessa, tulosignaali ja PSP summataan, mutta tuloksena olevaa signaalia ei syötetä rekisterin tuloon. Salauksenpurkuohjelmassa salattu signaali ei myöskään kulje siirtorekisterin läpi, joten virheen etenemistä ei tapahdu.

Sekoittimessa summatut sekvenssit ovat riippumattomia, joten niiden jakso on aina yhtä suuri kuin tulosekvenssin ja SRP:n jaksojen pienin yhteinen kerrannainen, eikä ole olemassa kriittistä tilaa. Virheen etenemisvaikutuksen puuttuminen ja erityislogiikan tarve suojaamiseksi ei-toivotuilta tilanteilta tekevät additiivisesta sekoitusmenetelmästä edullisemman, ellemme oteta huomioon sekoittimen ja muokkaimen synkronoinnin ongelman ratkaisemisen kustannuksia. Asetussignaalina digitaalisissa tiedonsiirtojärjestelmissä käytetään kehyssynkronointisignaalia.

Puhelinkeskustelujen suojaus

Äänisekoittimia käytetään aktiivisesti puhelinkeskustelujen suojaamiseen. Sekoitettaessa puhesignaali voidaan muuntaa kolmeen parametriin: amplitudi , taajuus ja aika . Kuitenkin matkaviestintäjärjestelmissä lähinnä signaalin taajuus- ja aikamuunnokset sekä niiden yhdistelmät ovat löytäneet käytännön sovellutuksia. Mahdolliset häiriöt radiokanavassa vaikeuttavat merkittävästi puhesignaalin amplitudin tarkkaa palauttamista, ja siksi amplitudimuunnoksia ei käytännössä käytetä sekoituksen aikana.

Puhesignaalin muuntamisen tärkeimmät menetelmät:

Taajuusmuunnokset

Taajuusinversiolla puhesignaalin spektrin muunnos vastaa signaalin taajuuskaistan kääntämistä tietyn keskitaajuuden F ympäri ja on  inversiotaajuus.

Hieman monimutkaisempi signaalin muunnosmenetelmä kuin taajuuden käännös saadaan aikaan sekoittimella, joka jakaa puhesignaalin kaistan osakaistoihin siten, että jokaisella osakaistalla käännetään signaalin taajuus (kaistansiirtoinvertteri). Yleensä bändi on jaettu 2 osakaistaan.

Kaistanleveyden muokkauslaitteet käyttävät menetelmää puhesignaalikaistan jakamiseksi useisiin osakaistoihin näiden osakaistojen taajuuspermutaatioilla. Kaistasekoitin voidaan toteuttaa nopean Fourier-muunnoksen (FFT) perusteella . Tällaisessa sekoittajassa suoritetaan myötäsuuntainen FFT lähetyspuolella, kaistojen taajuuspermutaatio ja sitten käänteinen FFT. Vastaanottopuolella vastaavat muunnokset suoritetaan kaistojen käänteisellä taajuuden permutaatiolla. FFT-sekoittimissa on mahdollista saavuttaa korkea tietoturvataso lisäämällä sekoitettujen taajuuksien määrää, mutta käytännössä tätä sekoitusmenetelmää mobiiliradioviestinnässä käytetään harvoin teknisen toteutuksen vaikeuksien vuoksi. Lisäksi FFT-sekoittimet lisäävät aikaviiveen viestintäkanavaan.

Ajalliset muutokset

Yksinkertaisin aikamuunnos on aikainversio , jossa alkuperäinen signaali jaetaan aikasegmenttien sarjaan ja jokainen niistä lähetetään käänteisesti ajassa - lopusta alkuun.

Aikapermutaatiosekoittimessa puhesignaali jaetaan aikakehyksiin, joista kukin on puolestaan ​​jaettu segmentteihin, minkä jälkeen puhesignaalin segmentit permutoidaan .

Yhdistetyt muunnokset

Puheen sulkeutumisasteen lisäämiseksi edelleen käytetään aika- ja taajuuden sekoitusyhdistelmää. Tällaisessa sekoituslaitteessa analogia-digitaalimuunnoksen jälkeen digitoidun puhesignaalin spektri jaetaan taajuus-aika-elementteihin, jotka sitten sekoitetaan taajuus-aikatasolla yhden salauselementin mukaisesti ja summataan ilman, että alkuperäisen signaalin taajuusalueen ulkopuolella.

Televisio

Scramblereita käytetään digitaalisessa ja kaapelitelevisiossa tarjoamaan pääsy maksulliseen sisältöön ja estämään lähetyssignaalin varkauksia. Näiden laitteiden varhaiset versiot käänsivät TV-signaalin yhden komponentin päinvastaiseksi palauttaen sen asiakaspuolelle. Myöhemmin edistyneemmät sekoituslaitteet alkoivat suodattaa yhtä signaalikomponenteista ja lähettää tietoja ilman sitä. Alkuperäisen sekvenssin palauttaminen lisäämällä signaalin puuttuva osa tapahtuu käyttäjän puolella.

Kryptografia

Tarve synkronoida sekoituslaitteita johti James Ellisin julkisen avaimen salausjärjestelmistä , mikä johti myöhemmin RSA -salausalgoritmin ja Diffie-Hellman-protokollan luomiseen .

Nykyaikaiset salausjärjestelmät eroavat suuresti alkuperäisistä salausjärjestelmistä. Nämä ovat monimutkaisia ​​digitointilaitteita yhdistettynä salauslaitteisiin. Tällaisissa järjestelmissä alkuperäinen signaali digitoidaan, sitten tiedot salataan ja lähetetään. Yhdessä epäsymmetristen salausjärjestelmien kanssa nämä "sekoittajat" ovat turvallisempia kuin aiemmat vastineensa. Vain sellaisia ​​järjestelmiä pidetään riittävän luotettavina kriittisten tietojen käsittelyyn.

Katso myös

Muistiinpanot

Kirjallisuus

Linkit