Устройство для формирования словарей нелинейных рекуррентных последовательностей

 

Изобретение относится к технике формирования дискретных сигналов, использующихся в системах связи ирадиолокации со сложными сигналами. Цель изобретения - повышение криптоустойчивости и имитостойкости за счет увеличения длины нелинейных рекуррентных последовательностей. Цель достигается тем, что устройство для формирования словарей нелинейных рекуррентных последовательностей содержит блок формирования циклической последовательности символов, блок формирования оптимальной последовательности и блок управления. 2 ил.

Изобретение относится к технике формирования дискретных сигналов, использующихся в системах связи и радиолокации со сложными сигналами (шумоподобными сигналами - ШПС).

Известны устройства формирования нелинейных рекуррентных последовательностей (НЛРП) дискретных сигналов [1] и [2], обеспечивающие формирование НЛРП соответственно длительностей L=8, L=10, L=11, L=16 и на их основе словарей НЛРП (соответствующих длительностей) и смену их по заданной имитостойкой, криптоустойчивой программе. Применение данных устройств обеспечивает повышение помехозащищенности: помехоустойчивости от естественных и преднамеренных помех, скрытности, имитостойкости, криптоустойчивости специальных систем связи со сложными сигналами, имеющих ограниченные частотно-энергетические ресурсы, причем выигрыш в помехозащищенности таких систем увеличивается при использовании систем НЛРП большей длительности. Известно, что помехоустойчивость (Р) систем, использующих сложные сигналы (ШПС), увеличивается при увеличении базы ШПС, что для дискретных сигналов тождественно увеличению их длительности, т.е. при увеличении увеличивается пропорционально Р. В соответствии оцениваются энергетическая скрытность S_E=[(V-1)P_ош-1]˙ log₂[1-(V-1) ˙P_ош]- -(V-1) P_ош ˙log₂ P_ош=[(t_и˙L-1) x (1) x P_oш-1]˙ log₂[1-(t_и· L-1) ˙P_oш]- - (t_и ˙L-1) ˙P_oш ˙log₂P_oш, скрытность арсенала сменных параметров S_v=log₂V=log₂ (t_и L˙), (2) маскирующая скрытность S_м = log₂V |-3 log₂(V/3)| = =log₂[(t_и ˙L)!]-3 log₂[(t_и˙L/3) !], (3)
временная скрытность
S_т = V log₂[(Q/τ · L)]=t_и ˙L [log₂(Q/τ)+
+ log₂L], (4)
время раскрытия системы сигналов
Т_в=S_v˙ δ=S_v˙ (L ˙τ ). (5) где V=t_{и ˙}L - полное множество кодовых рекуррентных последовательностей (КРП) - объем кодового словаря; Р_ош=Р(η_j/ζ ) i≠j - вероятность ошибки при регистрации вида ζ КРП, зависящая от уровня естественных помех и разнообразия объема V; Q - время наблюдения КРП; τ - интервал времени дискретизации процесса функционирования системы связи (τ = 1/F, где F - диапазон частот функционирования системы); L - длина КРП; δ - время раскрытия одной КРП; t_и - число неинверсно-изоморфных преобразований НЛРП фиксированной длительности.

Как видно из выражений (1) - (5) и как указывается в [2], при увеличении L увеличиваются и параметры скрытности систем. Поэтому существует практическая необходимость в использовании систем дискретных сигналов большой длительности вообще и особенно систем НЛРП, которые, как известно, являются стойкими к раскрытию структуры и имитации (т.е. для них в выражении (5) δ _→ ∞ ). В этой связи возникает задача синтеза устройств формирования НЛРП дискретных сигналов большой длительности, например L=30. Так, если использовать в системе НЛРП с L=30, то имеют выигрыш по сравнению с использованием НЛРП с L=16 соответственно по S_v в 1,87 раза, по S_M в 8,88 раза, по S_т 1,83 раза, по T_v в 3,52 раза, по S_E в 1,87 раза. Оптимальной НЛРП (кодом квадратичных вычетов) длительностью L=30 является Х= 110110111100010101110000100100.

Целью изобретения является повышение криптоустойчивости и имитостойкости связи за счет увеличения длины НЛРП.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства при формировании и смене словарей НЛРП.

Устройство содержит блок 1 формирования циклической последовательности символов, блок 2 формирования оптимальной последовательности и блок 3 управления. Блок 1 формирования циклической последовательности символов содержит дешифратор 4, элемент 5 задержки, сумматор 6 по модулю два, регистр 7 сдвига. Блок формирования оптимальной последовательности содержит с первого по девятнадцатый элементы И8-26, один элемент ИЛИ 27. Блок 3 управления содержит первый и второй регистры 28 и 31, первый и второй счетчики 29 и 33, ключ 32, элемент ИЛИ 30 и генератор 34 тактовых импульсов.

Работу устройства можно разбить на две части: формирование одной НЛРП и формирование словаря НЛРП.

Формирование одной НЛРП происходит следующим образом.

В первом такте на вход кода исходной фазы устройства поступает код исходной начальной фазы для состояния разрядов регистра 7, но предварительно код записывается в регистр 28 с помощью синхроимпульса "Запись исходного состояния", подаваемого на вход записи исходного состояния устройства. Во втором такте на вход запуска устройства поступает импульс "Начало работы", который, пройдя на вход генератора 34, включает его, а также обеспечивает списывание кода начальной фазы из регистра 28 в регистр 7, а пройдя через элемент ИЛИ 30, обеспечивает запись кода начальной фазы в регистр 7. В последующие такты 3-32 импульсы с генератора 34, поступающие на вход регистра 7 через элемент ИЛИ 30, обеспечивают последовательное изменение состояний разрядов регистра 7 в соответствии с функцией внутренней логики х_i= x_i-1x_i-2xx_i-3⊕x_i-5 так, что, начиная с 33-го такта, состояния разрядов регистра 7 повторяются. Таким образом обеспечивается с периодом L= 30 повторение состояний разрядов регистра 7. Формирование при этом оптимальной ПСП (НЛРП).

х_b= 110110111100010101110000100100 длительностью L=30 обеспечивается с помощью введенных элементов И. Логическая функция, которая должна быть обеспечена для формирования НЛРП х_в, синтезирована и минимизирована с помощью метода карт Карно и представляет собой
X_i-4∨
Данный цикл работы может повториться, начиная с 33-го такта, что определяется оператором с помощью "кода шифра словари", подаваемого на вход кода шифра устройства.

Формирование определенного типа словаря НЛРП происходит следующим образом.

Объем словаря НЛРП, как и любого другого словаря КРП, определяется числом автоизоморфных преобразований. Для НЛРП L=30 (характеристического кода) имеется один неинверсный изоморфизм, остальные (29) - автоморфные преобразования, которые представляют собой циклические сдвиги этого неинверсного изоморфизма. В нашем случае неинверсным изоморфизмом является НЛРП х_в= = 110110111100010101110000100100, формирование которого обеспечивается устройством при начальной фазе регистра 28 11100. Для формирования других (автоморфных) НЛРП достаточно обеспечить начало формирования НЛРП не с начальной фазы 11100, как было показано, а с начальной фазы такой, которая соответствует какому-либо промежуточному состоянию разрядов регистра 7. Выбор в качестве начальной фазы любого промежуточного состояния регистра 7 не нарушает цикличной работы (с периодом L=30) регистра 7, так как это не зависит от начальной фазы из определенного набора начальных фаз (промежуточных состояний регистра 7). Характер словаря НЛРП, таким образом, зависит от того, какая начальная фаза устанавливается в регистре 7 после того, как была сформирована определенная (предыдущая) НЛРП. Порядок выбора начальных фаз, таким образом, определяет вид формируемого словаря НЛРП. Он может состоять только из одной постоянно формируемой НЛРП, только из двух постоянно формируемых НЛРП. В порядок выбора начальных фаз, таким образом, закладываются свойства имитостойкости, криптоустойчивости словаря НЛРП. Чем сложнее этот порядок чередования, тем выше имитостойкость, криптоустойчивость словаря НЛРП. Оптимальным в этом случае будет словарь, построенный с помощью такого порядка чередования НЛРП, который носит псевдослучайный характер. Однако в любом конкретном случае, определяемом условиями функционирования должна иметься возможность изменять этот порядок с помощью генератора.

В первом такте на вход кода шифра устройства оператором заносится код числа 3(00011). Это означает, что в регистре 28 после начала формирования первой НЛРП заполнено третье промежуточное состояние регистра 7 (в нашем случае это будет в пятый тактовый момент), состояние 00111 регистра 7, поскольку счетчик 33, в который записывается код числа 3 (00011) в качестве его начального состояния, переполняется и выдает импульс переполнения через три тактовых импульса. Затем по окончании формирования первой НЛРП запомненное промежуточное состояние регистра 7 считывается из регистра 28 в регистр 7, но уже в качестве его начальной фазы. Начинается процесс формирования другой НЛРП. Если к этому моменту не был изменен код шифра словаря, то в последующем опять запоминается в регистре 28 каждое промежуточное состояние регистра 7, затем считывается в регистр 7 в качестве его начальной фазы. Например, порядок чередования типа "каждая третья фаза" перебирает в конце концов (спустя 30 циклов) всевозможные начальные фазы так же, как и любой другой порядок типа "каждая n-я фаза", где n=2,3,...,30, а порядок типа "каждая первая фаза" обеспечивает формирование словаря, состоящего только из одной НЛРП. Таким образом, числом n в законе "каждая n-я фаза" закладывается порядок чередования начальных фаз, т.е. порядок чередования НЛРП в словаре, т.е. характер типа словаря НЛРП. В режиме формирования словаря НЛРП устройство работает следующим образом.

В первом такте в регистр 31 записывается код шифра словаря в виде двоичного кода ключевого числа (например, 3-00011). Во втором такте синхроимпульс "Начало работы" обеспечивает считывание из регистра 31 в счетчик 33 код числа 3 (00011). В третьем такте вместе с началом формирования первой НЛРП тактовые импульсы с генератора 34 поступают для счета в счетчик 29, а через открытый ключ 32 на счетный вход счетчика 33. Так как в счетчик 33 было записано состояние "3" (00011), то, спустя три такта, на его выходе появляется импульс переполнения, который закрывает ключ 32, обеспечивает, если меняется код шифра, запись в регистр 31 кода другого числа и запись третьего промежуточного состояния регистра 7. Если код шифра не изменяется, то состояние регистра 31 не изменяется в этом такте. Спустя 30 тактовых импульсов генератора 34 на выходе счетчика 29 появляется импульс переполнения, который открывает ключ 32 и обеспечивает считывание кода числа 3 (в данном случае) на счетчик 33 и считывание в регистр 7 кода заполненной начальной фазы. Таким образом, в 33-м такте заканчивается формирование первой НЛРП и все устройство подготавливается для формирования последующей НЛРП из данного словаря, определяемого шифром-числом 3. Начиная с 34-го такта, начинается формирование НЛРП, определяемой начальной фазой 00111, которая была промежуточным состоянием регистра 7 в пятом такте (по фиг. 2). Эта НЛРП имеет вид М={011011110001010111000010010011} и тем самым представляет трехсимвольный сдвиг влево исходной НЛРП М={110110111100010101110000100100}. Таким образом, процесс формирования НЛРП продолжается по ранее описанному принципу так, что через каждые 30 тактов формируются новые НЛРП, сдвинутые от предыдущих на три символа влево. Конец формирования словаря такой НЛРП на фиг. 2 обозначен как конец НЛРП. В 64-м такте момент записывается (по усмотрению или оператора, или других программных средств) новый код шифра словаря, например 14-01110. Это, начиная с 67-го такта, обеспечивает формирование такого словаря НЛРП, в котором каждая последующая НЛРП отличается от предыдущих сдвигов на десять тактов влево. Процесс формирования НЛРП такой же, за исключением того, что импульс переполнения с выхода счетчика 33 появляется, спустя десять тактовых импульсов, а вследствие этого запоминается в регистре 28 десятое промежуточное состояние регистра 7 после начала формирования НЛРП.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОВАРЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕКУРРЕНТНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащее блок формирования циклической последовательности символов, блок управления и блок формирования оптимальной последовательности, причем вход запуска и вход записи исходного начального состояния устройства подключены соответственно к входу запуска и входу установки в начальное состояние блока управления, с первого по четвертый входы кода шифра словаря устройства подключены соответственно к входам режима с первого по четвертый первой группы блока управления, с первого по четвертый входы кода исходной начальной фазы устройства объединены соответственно с выходами с первого по четвертый первой группы блока формирования циклической последовательности символов и подключены соответственно к входам режима с первого по четвертый второй группы блока управления и соответственно к информационным входам с первого по четвертый первой группы блока формирования оптимальной последовательности, выходы с первого по четвертый второй группы блока формирования циклической последовательности символов подключены соответственно к входам с первого по четвертый второй группы блока формирования оптимальной последовательности, выход блока управления подключен к управляющему входу блока формирования циклической последовательности символов, выходы с первого по четвертый группы блока управления подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый группы блока формирования циклической последовательности символов, выход блока формирования оптимальной последовательности подключен к выходу нелинейной рекуррентной последовательности устройства, при этом блок формирования циклической последовательности символов содержит сдвигающий регистр, элемент задержки и сумматор по модулю два, причем информационные входы с первого по четвертый группы блока формирования циклической последовательности символов подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый сдвигающего регистра, с первого по четвертый выходы первой группы которого подключены соответственно к выходам первой группы блока формирования циклической последовательности символов, управляющий вход которого подключен к входу синхронизации сдвигающего регистра, с первого по четвертый выходы второй группы которого подключены соответственно к выходам с первого по четвертый второй группы блока формирования циклической последовательности символов, выход элемента задержки подключен к первому входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу режима сдвигающего регистра, при этом блок управления содержит первый и второй регистры, первый и второй счетчики, генератор тактовых импульсов, ключ и элемент ИЛИ, причем входы режима с первого по четвертый первой группы блока управления подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый первого регистра, выходы с первого по четвертый которого подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый первого счетчика, выход переноса которого объединен с выходом второго счетчика и входом установки в начальное состояние блока управления и подключен к первым входам синхронизации первого и второго регистров и к первому информационному входу ключа, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, вход запуска блока управления подключен к первому входу элемента ИЛИ, к входу запуска генератора тактовых импульсов, вторым входам синхронизации первого и второго регистров и второму информационному входу ключа, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу ключа, счетному входу и входу синхронизации второго счетчика и второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхронизации первого счетчика и выходу блока управления, входы с первого по четвертый режима второй группы которого подключены соответственно к информационным входам с первого по четвертый второго регистра, выходы с первого по четвертый которого подключены соответственно к выходам с первого по четвертый группы блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения криптоустойчивости и имитостойкости за счет увеличения длины нелинейных рекуррентных последовательностей, пятый вход кода шифра словаря устройства подключен к пятому входу режима первой группы блока управления, пятый вход кода исходной начальной фазы устройства объединен с пятым выходом первой группы блока формирования циклической последовательности символов и подключен к пятому входу режима второй группы блока управления и пятому информационному входу первой группы блока формирования оптимальной последовательности, пятый выход второй группы блока формирования циклической последовательности символов подключен к пятому входу второй группы блока формирования оптимальной последовательности, пятый выход группы блока управления подключен к пятому информационному входу группы блока формирования циклической последовательности символов, причем в блоке управления пятый вход режима первой группы блока управления подключен к пятому информационному входу первого регистра, пятый выход которого подключен к пятому информационному входу первого счетчика, пятый вход режима второй группы блока управления подключен к пятому информационному входу второго регистра, пятый выход которого подключен к пятому выходу группы блока управления, причем блок формирования циклической последовательности символов содержит элемент И, причем в блоке формирования циклической последовательности символов первый выход первой группы и второй выход первой группы сдвигающего регистра подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, третий выход первой группы сдвигающего регистра подключен к третьему входу элемента И и второму входу сумматора по модулю два, четвертый выход второй группы сдвигающего регистра подключен к четвертому входу элемента И, пятый выход первой группы сдвигающего регистра подключен к третьему входу сумматора по модулю два, пятый выход второй группы сдвигающего регистра подключен к пятому входу элемента И, выход которого подключен к входу элемента задержки, при этом блок формирования оптимальной последовательности содержит девятнадцать элементов И и элемент ИЛИ, причем первый информационный вход первой группы блока подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И, второй информационный вход первой группы блока подключен к первым входам четвертого, пятого и шестого элементов И, третий информационный вход первой группы блока подключен к первому входу седьмого элемента И и второму входу третьего элемента И, четвертый информационный вход первой группы блока подключен к второму входу седьмого элемента И, пятый информационный вход первой группы блока подключен к второму входу четвертого элемента И и первым входам восьмого, девятого и десятого элементов И, первый информационный вход второй группы блока подключен к третьему входу четвертого элемента И и второму входу шестого элемента И, второй информационный вход второй группы блока подключен к первым входам одиннадцатого и двенадцатого элементов И, третий информационный вход второй группы блока подключен к второму входу второго элемента И и второму входу двенадцатого элемента И, четвертый информационный вход второй группы блока подключен к второму входу девятого элемента И, первому входу тринадцатого элемента И, второму входу пятого элемента И и второму входу одиннадцатого элемента И, пятый информационный вход второй группы блока подключен к второму входу тринадцатого элемента И и второму входу первого элемента И, выход седьмого элемента подключен к первым входам четырнадцатого и пятнадцатого элементов И, выход одиннадцатого элемента И подключен к второму входу восьмого элемента И и первому входу шестнадцатого элемента И, выход второго элемента И подключен к второму входу шестнадцатого элемента И и первому входу семнадцатого элемента И, выходы шестого и тринадцатого элементов И подключены соответственно к входам восемнадцатого элемента И, выходы третьего и девятого элементов И подключены соответственно к входам девятнадцатого элемента И, выходы первого, четвертого, пятого и двенадцатого элементов И - соответственно к вторым входам пятнадцатого, четырнадцатого, семнадцатого и десятого элементов И, выходы восьмого, десятого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого и девятнадцатого элементов И - соответственно к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока формирования оптимальной последовательности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2