Способ магнитной криптографии и устройство для ее осуществления

Использование: для магнитной криптографии. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют нанесение целевой цифровой информации на криптоноситель и расшифровку указанной информации, криптоноситель представляет собой носитель двоичной магнитной криптограммы, который формируют посредством магнитной записи магнитным пиксельным способом зашифрованной целевой информации на исходную заготовку, выполненную в виде плоской пластины из немагнитного материала, снабженного дискретными магнитными элементами с высокой коэрцитивной способностью, а для расшифровки целевой информации используют матричный магнитный сканер. Технический результат: обеспечение возможности однозначного считывания и интерпретации информации, ранее записанной и зашифрованной на тонкопленочной или пластинчатой заготовке, покрытой тонкослойным магниточувствительным слоем. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области защиты данных и может быть использовано в системах банковской и логистической инфраструктуры, сфере торговых и транспортных коммуникаций, а также применительно к шифрованию и защите каналов движения и перемещения конфиденциальной информации и грузов, снабженных такой информацией.

Уровень техники

Из уровня техники хорошо известны системы графического кодирования и визуального распознавания полосковых штриховых и секторных двоичных маркеров (баркод, матричный код, QR-код), для считывания которых используются автоматические световые считыватели информации. Благодаря цифровому кодированию известные системы обладают достаточно высоким уровнем достоверности распознавания и подтверждения криптокода сигнала. Однако общим отрицательным качеством известных систем является наличие визуального (светового) распознавания, основанного на графической системе кодирования информации. Графический код может быть легко затерт, испорчен или закрашен при использовании стойкого красителя. После такой обработки достоверная расшифровка информации представляется достаточно проблематичной. Кроме того, помещенный на открытом месте, предназначенный для конфиденциальных операций штриховой или секторный рисунок может быть легко распознан и дешифрован посторонними третьими лицами.

Из уровня техники известен «штрих-код для маркировки труб магистральных трубопроводов и объектов, расположенных в труднодоступных местах» по патенту № RU 2699874 С1. В публикации раскрыт способ создания и считывания защищенных данных о состоянии объектов, расположенных в труднодоступных местах.

Изобретение позволяет в течение длительного времени сохранять сведения о состоянии труднодоступного объекта, но не позволяет их быстро считывать в произвольный момент времени. Кроме того, для быстрого определения сведений требуется оперативный доступ к методике шифрования данных, что также представляется весьма затруднительным.

Из уровня техники известны также способ кодирования и/или маркирования отдельных изделий с помощью данных, характеризующих изделия, например стоимость изделия и/или вид товаров, составляющих изделие, и устройство для считывания магнитной метки при реализации способа, в соответствии с которым на каждое изделие наносят магнитную метку или маркер, имеющие заранее определенное расположение магнитных зон, уникальных для данного изделия или для данного изделия и других изделий, имеющих аналогичную характеристику, например стоимость изделия и/или вид товаров, составляющих изделие, причем магнитная метка или маркер восприимчивы к опросу для выработки отклика, указывающего магнитные свойства маркера или метки и, следовательно, указывающего вид изделия, на котором находится маркер или метка. Известное устройство для считывания магнитной метки содержит множество постоянных магнитов, расположенных по кольцевой матрице вокруг зазора, через который проходит подлежащая считыванию метка, причем полюса постоянных магнитов расположены так, что каждый из магнитов имеет свой полюс одной полярности, например северный, расположенный на внутренней стороне кольцевой матрицы, а полюс противоположной полярности, например южный, расположен на внешней стороне кольцевой матрицы, и катушку, расположенную соосно с кольцевой матрицей рядом с постоянными магнитами (патент РФ №2145722 «Пространственный магнитный опрос»).

К недостаткам технического характера данного устройства относится сложность его изготовления, вызванная необходимостью выдерживания постоянства зазоров и точной позиционной юстировки магнитов при осевом решении топологии изделия. Кроме того, данное устройство отличается высокой специфичностью подгонки для обеспечения работоспособности, что влечет за собой высокие издержки разработки, изготовления и эксплуатации при малом тираже выпуска.

Также из уровня техники известны устройства, представляющие собой считыватели криптографических меток (патент РФ №182969, патент РФ №186038). В данных устройствах развивается функционал смартфона и модема, соответственно, посредством внедрения функции считывания криптографических меток для смарткарт и подобных им устройств, реализованных в беспроводной технологии NFC, применяемой, согласно стандарту ISO 14443, для ближней радиосвязи на частотах, близких 13,56 МГц с шириной пропускания почти 2 МГц. При этом рабочее расстояние между устройствами приема и передачи сигнала не должно превышать 10 см. В известных решениях используется понятие «криптографическая метка» в смысле NFC-метки с криптопроцессором. Основная цель данных решений состоит в возможности считывания и передачи по доступным каналам мобильной/телефонной связи зашифрованного QR-кода. Поскольку передача сигнала в данном стандарте осуществляется по открытому каналу на радиочастотах, то, имея лишь исходную и встречную кодировки, автоматически передаваемые стандартным портативным коммерческим устройством, защита сигнала представляет собой скорее некую условность, устраняемую простым перебором вариантов. Используемый генератор случайных чисел фактически таковым не является (реализован имитатор генератора случайных чисел), что может быть использовано и активно используется мошенниками и злоумышленниками. Таким образом, в известных решениях не достигается основная цель шифрования - защита данных. Из опыта эксплуатации подобных устройств известно, что хищение финансовых средств при передаче данных от смарткарт и устройств, работающих в данном стандарте, вполне возможно и уже имело место быть.

Устройство, раскрытое в полезной модели №182969, а также способ его работы выбраны в качестве прототипа.

Техническая проблема, решаемая в предлагаемом изобретении, состоит в обеспечении необходимости устойчивой передачи и возможности однозначного распознавания зашифрованной криптограммы без искажений, в наиболее защищенной форме, не допускающей ложных толкований.

Краткое раскрытие сущности изобретения

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности однозначного считывания и интерпретации информации, ранее записанной и зашифрованной на тонкопленочной или пластинчатой заготовке, покрытой тонкослойным магниточувствительным слоем. Изобретение способствует повышению достоверности распознавания магнитной криптограммы.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе магнитной криптографии, включающем нанесение целевой цифровой информации на криптоноситель и расшифровку указанной информации, согласно техническому решению криптоноситель представляет собой носитель двоичной магнитной криптограммы, который формируют посредством магнитной записи магнитным пиксельным способом зашифрованной целевой информации на исходную заготовку, выполненную в виде плоской пластины из немагнитного материала, снабженного дискретными магнитными элементами с высокой коэрцитивной способностью, а для расшифровки целевой информации используют матричный магнитный сканер, обеспечивающий однозначную трактовку и интерпретацию считанной целевой информации. Исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы может быть изготовлена в виде прямоугольной матрицы размером m×n, где m и n - натуральные числа, m - от 1 до n, n - не меньше 2, или в виде сектора окружности с полярным углом F и радиусом R, размеченного с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r, или в виде полной окружности радиуса R, размеченной с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r. Заявляемый технический результат достигается также устройством, посредством которого может быть реализован способ по п. 1, описанный выше, при этом устройство состоит из носителя двоичной магнитной криптограммы, устройства первоначальной записи закодированной информации на исходную заготовку носителя двоичной магнитной криптограммы - кодировщика и считывающего матричного магнитного сканера, набранного из М×N индивидуальных интегрированных датчиков магнитного поля, позволяющего однозначно трактовать и интерпретировать совокупно считанную целевую информацию. Устройство первоначальной записи информации - кодировщик осуществляет ее на исходную заготовку координатно с использованием наведенных сильных электромагнитных полей. Исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы выполнена в виде матричного элемента, на котором нанесены или размечены тонкослойные дискретные постоянные магниты. Считывающий матричный магнитный сканер может представлять собой пластину, на которой сформирована интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков гигантского магнитного сопротивления или конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков, основанных на эффекте Холла, или конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных туннельных датчиков магнитного поля, или конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков анизотропного магнитосопротивления. Технический результат достигается также применением описанного устройства по п. 8 или 9 формулы изобретения, реализующего способ магнитной криптографии по п. 1 для визуализации и выявления структурных дефектов ферромагнитных или ферримагнитных элементов различных строительных, электронных, машиностроительных конструкций и устройств, или для визуализации и выявления магнитных неоднородностей частей тела живых организмов с целью профилактики ранних стадий различных заболеваний, в частности, онкологических, или для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих кровоток в живом организме, или для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих нервную и мозговую активность живого организма.

Предлагаемое изобретение основано на использовании в качестве криптоносителя (криптокарты) плоского листа или пластины из немагнитного материала с нанесенным на его поверхность с использованием специального устройства - кодировщика - магнитным материалом с высокой коэрцитивностью (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%80%D1%86%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0) в виде дискретных участков, из которых путем магнитной записи формируют магнитное двоичное слово (в случае одномерного кодирования) или магнитную двумерную матрицу (в случае двумерного кодирования) - далее «криптограмму». Считывание указанной магнитной структуры осуществляют при помощи отдельного считывающего устройства - сканера, представляющего собой плоскую пластину, на которой сформирована считывающая интегральная криптографическая матрица, собранная из конечного числа чувствительных элементов (первичных преобразователей магнитного поля - датчиков), воспринимающих геометрически распределенную по плоской поверхности картину напряженности магнитного поля, что позволяет однозначным образом распознать записанное магнитное двоичное слово или двумерную магнитную матрицу (криптограмму).

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется следующими изображениями, где

на фиг. 1 представлена спецификация одномерного полоскового (баркода) кода, определяемая Межгосударственным стандартом ГОСТ ISO/IEC 15420-2010 Автоматическая идентификация / КОДИРОВАНИЕ ШТРИХОВОЕ / Спецификация символики штрихового кода EAN/UPC (ISO/IEC 15420:2009 Information technology - Automatic identification and data capture techniques - EAN/UPC bar code symbology specification (IDT)): а) сокращенная кодировка, б) расширенная (полная) кодировка;

на фиг. 2 представлены три интерпретации двумерного матричного кода, позволяющего шифровать значительное количество информации: а) матричный код Data Matrix, б) код PDF417 - более ранняя разновидность матричного кода, в) вариант матричного кода Баркод типа Aztec;

на фиг. 3 представлены три формы интерпретации наиболее распространенного в настоящее время матричного кода - QR-кода: а) сокращенная форма QR-кода, б) стандартная (общеупотребительная) форма QR-кода, в) расширенная (полная) форма QR-кода;

на фиг. 4 представлено схематическое изображение сущности изобретения: 1 - заготовка криптокарты, 2 - магнитный кодировщик, 3 - готовая криптокарта, 4 - магнитный матричный сканер;

на фиг. 5 представлены варианты геометрической реализации формы заготовки носителя двоичной магнитной криптограммы: а) в виде прямоугольной матрицы размером М×N, где М и N - натуральные числа, М - от 1 до N, N - не меньше 2, б) в виде сектора окружности с полярным углом F и радиусом R, размеченного с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r, в) в виде полной окружности радиуса R, размеченной с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r;

на фиг. 6 представлен принцип электромагнитной инициации магниточувствительных элементов (битов, пикселей) криптоносителя - криптокарты, реализованный в магнитном кодировщике;

на фиг. 7 представлены различия между перпендикулярной (а) и продольной (б) видами записи магнитных данных на криптоноситель;

на фиг. 8 представлена реализация единичного интегрированного магнитного датчика сканера в виде одиночного чувствительного элемента с осевой магнитной анизотропией;

на фиг. 9 представлена схема поперечного разреза датчика гигантского магнитного сопротивления (ГМС): на слой кремниевого субстрата (Si) методом магнетронного напыления наносили последовательно защитный подслой тантала (Та), подслой ферромагнетика - пермаллоя (NiFe), слой промежуточного разделителя - меди (Cu), второй слой ферромагнетика - пермаллоя (NiFe), слой антиферромагнетика - иридий-марганец (IrMn) и верхний защитный слой тантала (Та). Сверху на полученный сэндвич напыляли токоведущие дорожки из меди (на рисунке не показаны);

на фиг. 10 представлена реализация единичного интегрированного магнитного датчика сканера в виде трех чувствительных элементов с осевой магнитной анизотропией;

на фиг. 11 представлена реализация единичного интегрированного магнитного датчика сканера в виде четырех чувствительных элементов без осевой магнитной анизотропии: а) конфигурация «клопик», б) конфигурация «ромбик».

Позициями на фигурах обозначены:

1. Исходная заготовка,

2. Устройство-кодировщик,

3. Готовая криптокарта,

4. Магнитный сканер,

5. Ток чтения,

6. Ток записи,

7. Головка чтения (GMR-сенсор),

8. Дорожка,

9. Экран,

10. Намагниченность,

11. Мягкий подслой,

12. Индуктивная головка записи,

13. Записываемый слой.

В частности, на фиг. 4 на позиции 1 представлена исходная заготовка под магнитную криптокарту, вставляемая в паз специального устройства 2 - кодировщика, в котором посредством электромагнитной индукции в индивидуальных информационных битах (пикселях) криптокарты создают наведенное постоянное магнитное поле, формируя криптограмму. На позиции 3 изображена готовая криптокарта с нанесенным магнитным словом или криптограммой, внешне не отличимая от исходной заготовки, изображенной на позиции 1. Считывание и расшифровка магнитной информационной криптограммы могут быть осуществлены лишь с использованием специального устройства - матричного магнитного сканера, изображенного на позиции 4. С помощью интегральных датчиков магнитного поля, размещенных на рабочей поверхности (снизу) сканера 4, возможно восприятие бит (пикселей) магнитной информации, записанной на криптокарте, и ее корректная интерпретация.

Осуществление изобретения

Заявляемый способ реализуют следующим образом.

Предварительно формируют носитель магнитной криптограммы, для чего используют исходную заготовку, на которую наносят зашифрованную целевую информацию. Исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы может быть изготовлена в виде плоской пластины заданного размера из органического (например, картон, плотная бумага, пластик) или неорганического (алюминий, кремний и др.) немагнитного материала, на поверхность которого нанесены (например, наклеены, проштампованы, вытиснены) тонкослойные (толщиной от 100 нм до 0,5 мм) дискретные ферромагнитные (или ферримагнитные) элементы (информационные биты, пиксели) с высокой коэрцитивной способностью (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%80%D1%86%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0). Размеры битов и предельная плотность их нанесения диктуются условиями устойчивости информационного состояния (тепловое, электромагнитное) по отношению к внешним воздействиям (суперпарамагнитная устойчивость), а также технологической возможностью нанесения битов, записи и считывания информации. В зависимости от реальной необходимости и технологических возможностей биты (пиксели) могут иметь размеры от десятков микрон до единиц миллиметров.

Для повышения достоверности информации при нанесении и считывании, желательно, чтобы пластина заготовки до и после нанесения криптокода сохраняла геометрическую жесткость. В этом случае достигается максимальная вероятность безошибочного считывания зашифрованной информации с использованием матричного сканера. Целесообразно также после нанесения криптокода на заготовку закрыть область, занятую криптограммой, защитным покрытием или пленкой, изготовленными из материала с высокой магнитной проницаемостью (лак, краска, бумага, пластик). В качестве битов (пикселей), являющихся носителями магнитной напряженности, целесообразно использовать тонкие пластинки, изготовленные из ферромагнитного (ферримагнитного) материала. Например, такие пластинки могут быть легко получены из ферромагнитной фольги или нарезаны из магнитной ленты, представляющей собой слой порошка ферромагнетика, нанесенного на полимерную пленку. Конкретный материал, используемый в качестве носителя бит (пикселей) магнитного криптокода, зависит от технологии реализации данного изобретения. Здесь подходят, например, железо с высокой коэрцитивностью, пермаллои, ферриты, мелко- и ультрадисперсные системы, включающие оксиды переходных металлов, восстановленные карбонильные порошки на органической связке и прочее.

Форма исходной заготовки может быть самой разнообразной.

Например, исходная заготовка может быть выполнена в виде:

- прямоугольной матрицы размером М×N, где М и N - натуральные числа, М - от 1 до N, N - не меньше 2 (см. Фиг. 5, а);

- сектора окружности с полярным углом F и радиусом R, размеченного с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r (см. Фиг. 5, б);

- полной окружности радиуса R, размеченной с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r (см. Фиг. 5, в).

На такую исходную заготовку с использованием специального кодировщика первоначально записывают зашифрованную особым алгоритмом целевую информацию (криптограмму), например, (для варианта квадратной матрицы, (см. Фиг. 5, а) при М=N):

Могут быть использованы следующие системы кодирования информации и стандарты: например, ASCII, ISO 8859-1, ISO/IEC 16022, ISO/IEC 15418:1999, ISO/IEC 15434:1999, ISO/IEC 15415.

Data Matrix: Символы DataMatrix образованы из модулей, расположенных в пределах шаблона поиска. Ими можно закодировать до 3116 кодов таблицы ASCII (включая избыточную информацию). Символ состоит из областей данных, которые содержат модули в виде периодического массива. Каждая область данных ограничена шаблоном поиска и окружена со всех четырех сторон границами свободной зоны (замечание: модули могут быть квадратными (см. Фиг. 5, а) при М=N или круглыми (см. Фиг. 5, в), конкретная форма стандартом не закреплена). К настоящему дню Data Matrix описывается стандартом ISO, - International Symbology Specification, Data Matrix, и является общественным достоянием для многих областей использования, что означает, что формат может быть использован свободно и без каких-либо лицензионных отчислений.

Ниже приведены российские стандарты, регламентирующие вопросы применения информационных технологий.

ГОСТ Р 56042-2014 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СТАНДАРТЫ ФИНАНСОВЫХ ОПЕРАЦИЙ

ГОСТ Р ИСО/МЭК 15415-2012 Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных. Спецификация испытаний символов штрихового кода для оценки качества печати. Двумерные символы

ГОСТ Р ИСО/МЭК 16022-2008 Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Спецификация символики Data Matrix ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-1-2011 Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД).

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-2-2011 Информационные технологии.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 24778-2010 Информационные технологии.

Спецификация символики штрихового кода Aztec Code.

Электромагнитный кодировщик (см. Фиг. 6) посредством осуществления магнитной записи магнитным пиксельным способом наносит определенную последовательность двоичного состояния намагниченности (инициации) микромагнитов (битов, пикселей), в результате чего формируют магнитное двоичное слово (в случае одномерного кодирования) или магнитную двумерную матрицу (в случае двумерного кодирования) - далее криптограмму. Один высокопроизводительный кодировщик способен за короткое время нанести сотни тысяч и даже миллионы криптометок (криптограмм) на магнитные заготовки. Матричная структура двумерной криптографии позволяет однозначно кодировать информацию в двух измерениях, за счет чего объем кодируемых данных значительно увеличивается по сравнению с одномерной кодировкой. Важное преимущество всех матричных кодов заключается в возможности кодирования большого объема информации на очень маленькой площади.

В качестве ключевого элемента кодировщика может быть использована электромагнитная головка, позволяющая намагничивать нужные биты (пиксели) исходной матричной заготовки. В зависимости от ориентации электромагнитной головки может быть получена либо перпендикулярная (см. Фиг. 7, а), либо продольная (см. Фиг. 7, б) запись. В результате получают криптограмму, содержащую закодированную целевую информацию. Эта информация закрыта для визуальных считывающих устройств, что позволяет избежать потери информации. Однако магнитное считывающее устройство (сканер), проносимое непосредственно над магнитным носителем информации на небольшом расстоянии, обеспечивающем восприятие магнитного сигнала от матричных меток (порядка одного или нескольких миллиметров), позволяет получить достоверное (линейное или двумерное, в зависимости от типа нанесения) магнитное изображение, которое в закодированном виде позволит однозначно распознать зашифрованный двоичный сигнал.

Для успешного раскодирования зашифрованной целевой информации, записанной магнитным криптокодом, используют магнитный матричный сканер, представляющий собой пластину из органического (пластик) или неорганического (например, кремний) материала, на которой сформирована (собрана) интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа чувствительных элементов (первичных преобразователей магнитного поля - датчиков), воспринимающих напряженность магнитного поля, которая позволяет однозначным образом распознать записанное магнитное двоичное слово или двумерную матрицу (криптограмму). В качестве чувствительных магнитных элементов (датчиков магнитного поля) в общем случае могут быть использованы известные из уровня техники устройства, такие, как датчики Холла, разнообразные спинвентильные структуры, магниторезистивные туннельные датчики, ГМС датчики (гигантского магнетосопротивления) и прочие. ГМС и магниторезистивные датчики являются наиболее предпочтительными, поскольку имеют меньшие значения коэрцитивности и позволяют использовать значительно более высокие частоты перезарядки, а также имеют более высокий частотный ресурс срабатывания, до сотен кГц.

Каждый интегрированный датчик магнитного поля, по существу, представляет собой микропиксель, воспринимающий кванты (биты) общей магнитной криптограммы. Сигналы с датчиков передаются в специализированный микропроцессор. Многократно опрашивая поочередно все магнитные датчики матрицы сканера по заданному алгоритму, аналогичному телевизионному, в декодере сканера формируется динамическая картинка, имеющая, как минимум, на порядок более высокую плотность, чем исходная криптограмма. Это обеспечивается тем, что за счет различия в линейных размерах разрешение считывающего элемента (бита) должно быть, как минимум, в 4 раза более высоким, чем линейный размер элемента (бита, пикселя) магнитного слова носителя криптограммы.

Таким образом, осуществляется считывание закодированной магнитной криптограммой информации и ее многократная (определяемая частотой микропроцессора и используемой информационной шиной сканера) верификация. Декодированная с помощью специализированного микропроцессора информация либо отображается на дисплее сканера, либо передает соответствующий сигнал на исполнительное устройство.

Такая магниточувствительная матрица может быть использована также в качестве элемента динамической диагностики различных ферромагнитных (ферримагнитных) элементов технологических, строительных, электронных и иных устройств и конструкций, которая может быть реализована путем исследования структурной неоднородности магнитных полей.

Предлагаемая магниточувствительная матрица может быть также использована в качестве элемента динамической магнитной диагностики живых организмов и человека на предмет развития онкологических образований головного мозга или заболеваний различных частей тела и внутренних органов.

Магниточувствительная матрица может быть также использована в качестве элемента динамической магнитной диагностики живых организмов и человека на предмет выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих кровоток в живом организме.

Магниточувствительная матрица может быть также использована в качестве элемента динамической магнитной диагностики живых организмов и человека на предмет выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих нервную и мозговую активность живого организма.

Также, предложено устройство для осуществления заявляемого способа, которое, согласно заявке, состоит из носителя двоичной магнитной криптограммы, устройства первоначальной записи закодированной информации на исходную заготовку - кодировщика и считывающего матричного магнитного сканера, набранного из М×N (где М и N - натуральные числа) индивидуальных интегрированных датчиков магнитного поля, позволяющего однозначно трактовать и интерпретировать совокупно считанную целевую информацию.

Также, согласно заявке, устройство первоначальной записи информации - кодировщик осуществляет ее на исходную заготовку координатно с использованием наведенных сильных электромагнитных полей.

Кроме того, согласно изобретению, возможен следующий способ применения предлагаемого устройства, состоящий в том, что его используют для визуализации и выявления структурных дефектов ферромагнитных (ферримагнитных) элементов различных строительных, электронных, машиностроительных конструкций и устройств. Выявленные магнитным сканером неравномерности магнитных полей в элементах конструкций, изготовленных из ферромагнитных (ферримагнитных) материалов, могут стать источником концентрации опасных напряжений, способных вывести их из строя.

Кроме того, согласно заявке, возможен следующий способ применения предлагаемого устройства, состоящий в том, что его используют для визуализации и выявления магнитных неоднородностей частей тела живых организмов с целью профилактики ранних стадий различных заболеваний, в частности, онкологических. Принцип работы сканера в этом случае основывается на динамике диагностируемых слабых магнитных полей, сопровождающих импульсы коронарной, сосудистой и нервной систем, мозговой деятельности и т.п.

Задачи логистики, торговли, обеспечения банковских и контрольных операций доступа и распознавания объектов требуют быстрой и однозначной реакции и своевременного выполнения. Имея достаточное количество методик шифрования, не составит труда адаптировать их для обеспечения функционала любой операционной инфраструктуры, оснащенной магнитными сканерами распознавания. Один единственный кодировщик криптограммы способен за короткое время нанести сотни тысяч и даже миллионы криптометок на магнитные заготовки. Далее информация может быть целевым образом доставлена на адресные объекты и ожидать адресатов, оснащенных сканерами магнитных меток.

Здесь присутствует практически полная аналогия с оптическим распознаванием двоичного графического рисунка матричного кода или более современного QR-кода, причем разрешение считывающего элемента должно быть, как минимум, в 4 раза более высоким, чем линейный размер элемента (буквы) магнитного слова носителя. Лишь в этом случае возможна достоверная идентификация магнитного кода, записанного в матрице.

На территории РФ использование штриховой кодировки подчиняется требованиям, изложенным в Межгосударственном стандарте ГОСТ ISO/IEC 15420-2010 Автоматическая идентификация / КОДИРОВАНИЕ ШТРИХОВОЕ / Спецификация символики штрихового кода EAN/UPC (ISO/IEC 15420:2009 Information technology - Automatic identification and data capture techniques - EAN/UPC bar code symbology specification (IDT)), (см. Фиг. 1, а и б).

При использовании матричной (двумерной) интерпретации настоящего изобретения возможно полноценное использование существующих видов кодирования матричной информации, например, в виде матричных кодов Data Matrix (см. Фиг. 2, а), кода PDF417 (см. Фиг. 2, б), баркода типа Aztec (см. Фиг. 2, в) или QR-кода (см. Фиг. 3). В этом случае отсутствует необходимость изобретения новых видов кодировки, что может потребоваться в случае использования иных, отличных от прямоугольной (квадратной) матрицы, форм и конфигураций.

Матричная структура двумерной криптографии позволяет однозначно кодировать информацию в двух измерениях, за счет чего объем кодируемых данных значительно увеличивается по сравнению с одномерной кодировкой. Важное преимущество всех матричных кодов заключается в возможности закодирования большого объема информации на очень маленькой площади. Предлагаемая магниточувствительная матрица может быть также использована в качестве элемента динамической магнитной диагностики различных ферромагнитных (ферримагнитных) элементов технологических, строительных, электронных и иных конструкций, которая может быть реализована путем исследования структурных неоднородностей магнитных полей.

Предлагаемая магниточувствительная матрица может быть также использована в качестве элемента динамической магнитной диагностики живых организмов и человека на предмет развития онкологических образований головного мозга или заболеваний различных частей тела и внутренних органов.

Примеры реализации изобретения.

Пример 1. С целью первичной реализации идей, предложенных в настоящем изобретении, были изготовлены следующие пробные компоненты: 1) прототипы криптокарты из алюминиевой пластины, стеклотекстолита, полистирола и полипропилена, 2) прототип магнитного кодировщика, снабженного координатной электромагнитной головкой для индукционной инициации постоянного магнитного поля в битах (пикселях) заготовки криптокарты, 3) прототип магнитного матричного сканера, в котором на пластине из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на элементной базе существующих датчиков Холла и собранные по схеме моста Уитстона.

Пример 2. Были исследованы прототипы криптокарт, изготовленные из алюминиевой пластины, стеклотекстолита, полистирола и полипропилена. В качестве магнитных элементов (бит, пикселей) использовали никелевую фольгу, кусочки феррита, нарезку старой использованной магнитофонной ленты. По результатам исследования сделаны следующие выводы: 1) алюминиевая заготовка имеет максимальные значения жесткости и массы; 2) заготовки криптокарт из полипропилена требуют специальной механической обработки для повышения адгезионного сцепления магнитных бит (пикселей) с поверхностью; 3) наиболее удачными оказались заготовки из стеклотекстолита и полистирола за счет удобства крепления к поверхности магнитных бит (пикселей) при помощи клея; 4) магнитофонная лента плохо намагничивается (возможно, сказывается возраст ферромагнитного материала); 5) никелевая фольга и кусочки феррита удовлетворительно намагничиваются и сохраняют магнитное поле в течение длительного времени, 6) при изготовлении магнитных бит (пикселей) из феррита возникают сложности формообразования, вызванные хрупкостью материала; 7) никелевая фольга показала максимальную применимость в качестве информационных ячеек (бит, пикселей) из числа перечисленных выше материалов.

Пример 3. Был исследован прототип кодировщика, снабженного координатной электромагнитной головкой для индукционной инициации постоянного магнитного поля в битах (пикселях) заготовки криптокарты (см. Фиг. 4, позиция 1). При наведении постоянного магнитного поля в битах (пикселях) из никеля и феррита существенных различий обнаружено не было. Размеры бит составляли 3×3 мм в обоих случаях. Попытки наведения устойчивого магнитного поля на биты, изготовленные из старой магнитофонной ленты, завершились неудачей.

Пример 4. Был исследован прототип магнитного матричного сканера, в котором на тонкой квадратной пластине размером 50×50 мм из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на элементной базе имеющихся в продаже промышленных датчиков, основанные на эффекте Холла и собранные по схеме мостов Уитстона. Размер ячейки каждого бита единичного интегрального элемента (см. Фиг. 8), формирующего магниточувствительную матрицу, составлял 7×7 мм, что, разумеется, недостаточно для реального прототипа, но вполне приемлемо для подтверждения работоспособности общего принципа предложенного в изобретении способа. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость собранного устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 5. Из пустой плоской полистироловой заготовки прямоугольной формы размером 50×50 мм изготовили матричную заготовку для носителя двоичной магнитной криптограммы 4×4 бита (пикселя) путем приклеивания на нее с использованием дихлорэтанового клея квадратов со стороной 10 мм, вырезанных из никелевой фольги толщиной 0,3 мм (см. Фиг. 5, а). Затем выборочно координатно осуществляли электромагнитную индукционную инициацию (см. Фиг. 6) отдельных бит (пикселей) криптокарты при помощи соленоида по схеме перпендикулярной записи данных (см. Фиг. 7, а). В результате исследования магнитной криптограммы с использованием сканера магнитного поля (см. Пример 4) было получено подтверждение о наличии источников постоянного магнитного поля в позициях, соответствующих инициации. Расположение магнитных полей в битах было перпендикулярным (см. Фиг. 7, а).

Пример 6. Аналогично Примеру 5 исходную заготовку для носителя двоичной магнитной криптограммы изготовили в виде сектора окружности с полярным углом F=90° и радиусом R=70 мм, размеченного с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r. В секторах с радиусами, соответственно, 0-1, 2-3, 4-5 и 6-7 см, были размечены участки на один, три, четыре и шесть пикселей, соответственно (см. Фиг. 5, б). Далее на них наклеили 14 бит, вырезанные из никелевой фольги. Затем выборочно координатно осуществляли электромагнитную индукционную инициацию отдельных бит (пикселей) криптокарты при помощи соленоида по схеме (см. Фиг. 6). В результате исследования магнитной криптограммы с использованием сканера магнитного поля (см. Пример 4) было получено подтверждение о наличии источников постоянного магнитного поля в позициях, соответствующих инициации. Расположение магнитных полей в битах было перпендикулярным (см. Фиг. 7, а).

Пример 7. Аналогично Примерам 5 и 6 исходную заготовку для носителя двоичной магнитной криптограммы изготовили в виде полной окружности радиуса R=50 мм, размеченной с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r (см. Фиг. 5, в). В секторах с радиусами, соответственно, 0-1, 2-3 и 4-5 см, были размечены участки на один, два и три пикселей на квадрант, соответственно, или, один, восемь и двенадцать пикселей на полную окружность. Далее на них наклеили 21 бит, вырезанные из никелевой фольги. Затем выборочно координатно осуществляли электромагнитную индукционную инициацию отдельных бит (пикселей) криптокарты при помощи соленоида по схеме (см. Фиг. 6). В результате исследования магнитной криптограммы с использованием сканера магнитного поля (см. Пример 4) было получено подтверждение о наличии источников постоянного магнитного поля в позициях, соответствующих инициации. Расположение магнитных полей в битах было перпендикулярным (см. Фиг. 7, а).

Пример 8. Из пустой плоской полистироловой заготовки прямоугольной формы размером 50×50 мм (аналогично Примеру 5) изготовили матричную заготовку для носителя двоичной магнитной криптограммы 4×4 бита (пикселя) путем приклеивания на нее с использованием дихлорэтанового клея квадратов со стороной 10 мм, изготовленных из феррита толщиной 0,5 мм (см. Фиг. 5, а). Затем выборочно координатно осуществляли электромагнитную индукционную инициацию (см. Фиг. 6) отдельных бит (пикселей) криптокарты при помощи соленоида по схеме продольной записи данных (см. Фиг. 7, б). В результате исследования магнитной криптограммы с использованием сканера магнитного поля (см. Пример 4) было получено подтверждение о наличии источников постоянного магнитного поля в позициях, соответствующих инициации. Расположение магнитных полей в битах было продольным (см. Фиг. 7, б).

Пример 9. Аналогично Примеру 4, был исследован прототип магнитного матричного сканера, в котором на тонкой квадратной пластине размером 50×50 мм из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на собственной элементной базе индивидуальных интегрированных датчиков гигантского магнитного сопротивления и собранные по схеме мостов Уитстона. Каждый индивидуальный датчик представлял собой многослойную сэндвич-конструкцию, нанесенную методом магнетронного напыления через стальную нержавеющую маску-кондуктор на поверхность подложки-субстрата из монокристаллического кремния (Si) (см. Фиг. 9). Последовательность слоев была следующая: защитный подслой тантала (Та), подслой ферромагнетика - пермаллоя (NiFe), слой промежуточного разделителя - меди (Cu), второй слой ферромагнетика - пермаллоя (NiFe), слой антиферромагнетика - иридий-марганец (IrMn) и верхний защитный слой тантала (Та). Сверху на полученный сэндвич напыляли токоведущие дорожки из меди и допаивали схему. Размер ячейки каждого бита интегрального элемента, формирующего матрицу, составлял 7×7 мм, что вполне приемлемо для подтверждения работоспособности общего принципа предложенного способа. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость собранного устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 10. Аналогично Примерам 4 и 9, был исследован прототип магнитного матричного сканера, в котором на тонкой квадратной пластине размером 50×50 мм из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на собственной элементной базе индивидуальных интегрированных датчиков гигантского магнитного сопротивления и собранные по схеме мостов Уитстона. Каждый единичный интегральный датчик был реализован в виде трех чувствительных элементов с осевой магнитной анизотропией (см. Фиг. 10, а, б). Из них каждый единичный датчик, как и в Примере 9, представлял собой многослойную сэндвич-конструкцию, нанесенную методом магнетронного напыления через стальную нержавеющую маску-кондуктор на поверхность подложки-субстрата из монокристаллического кремния (Si) (см. Фиг. 9). Различие между вариантами состояло в наличии усиления одного из плеч моста Уитстона, позволявшего скомпенсировать вызванную анизотропией деформацию магнитных полей. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость собранного устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 11. Недостатков, вызванных магнитной анизотропией, как в Примерах 9 и 10, лишены датчики, реализованные в виде четырех чувствительных элементов без осевой магнитной анизотропии (см. Фиг. 11). В этом случае интерференция магнитных полей может быть скомпенсирована отсутствием осей анизотропии, как в случае (а) - конфигурация «клопик», так и в случае (б) - конфигурация «ромбик». Однако усложнение схемы влечет за собой возможность снижения надежности работы и увеличение габаритов изделия. Тем не менее, можно надеяться, что в случае использования робототехники при изготовлении элементов предлагаемого устройства степень миниатюризации существенно увеличится. Это значит, что в будущем разрешение прибора будет расти при общем повышении надежности эксплуатации. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 12. Аналогично Примерам 4 и 9, был исследован прототип магнитного матричного сканера, в котором на тонкой квадратной пластине размером 50×50 мм из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на элементной базе имеющихся в продаже промышленных туннельных датчиков магнитного поля и собранные по схеме мостов Уитстона. Размер ячейки каждого бита интегрального элемента, формирующего матрицу, составлял 7×7 мм, что приемлемо для подтверждения работоспособности общего принципа предложенного способа. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость собранного устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 13. Аналогично Примерам 4, 9 и 10, был исследован прототип магнитного матричного сканера, в котором на тонкой квадратной пластине размером 50×50 мм из монокристаллического кремния собраны 5×5 (25) интегральных датчика магнитного поля, реализованные на элементной базе имеющихся в продаже индивидуальных интегрированных датчиков анизотропного магнитосопротивления и собранные по схеме мостов Уитстона. Размер ячейки каждого бита интегрального элемента, формирующего матрицу, составлял 7×7 мм, что приемлемо для подтверждения работоспособности общего принципа предложенного способа. После настройки отдельных элементов схемы была подтверждена магнитометрическая устойчивость собранного устройства и возможность различения дискретных магнитных сигналов от различных источников постоянного магнитного поля.

Пример 14. Прототип матричного магнитного сканера (см. Пример 9) использовали для попыток визуализации и исследования на предмет наличия структурных дефектов в ферромагнитных элементах машиностроительной конструкции, а именно: в несущей раме подъемно-транспортного механизма (кран-балки). Данная попытка была обусловлена наличием толстого слоя лакокрасочного материала, нанесенного на доступную исследованию поверхность. Поскольку других методов исследования структурных неоднородностей предложено не было, то решили испробовать предложенный нами способ тестирования конструкции. После анализа визуализированной магнитной структуры был обнаружен участок магнитной неоднородности. Разгрузив и разобрав исследуемый агрегат, под слоем снятого покрытия была найдена трещина, которая в условиях последующего нагружения конструкции могла привести к ее разрушению, аварии или иному внештатному развитию ситуации.

Пример 15. Во время исследования прототипа матричного магнитного сканера (см. Пример 9) женщина пожаловалась на регулярные головные боли. Проведено исследование головы женщины на предмет равномерности магнитных картин и неоднородностей. В результате расшифровки магнитометрической информации, полученной с использованием прототипа матричного магнитного сканера, визуально проявилось наличие достаточно крупных объектов, которые отсутствовали при аналогичных исследованиях иных лиц. Женщине было предложено обратиться в онкологическую клинику (НМИЦ онкологии имени Н.Н. Блохина) и провести детальное исследование на предмет наличия новообразований в головном мозгу. К сожалению, диагноз подтвердился: в мозгу развивалась злокачественная опухоль, уже достигшая значительных размеров (порядка 20 мм). Таким образом, магнитный сканер позволяет осуществлять достаточно простую и раннюю диагностику онкологических объектов. Предложенный способ применим для визуализации и выявления магнитных неоднородностей частей тела живых организмов с целью профилактики ранних стадий различных заболеваний, в частности, онкологических.

Пример 16. Опираясь на результаты исследований, изложенные в Примере 15, авторы изобретения обратились в Региональный сосудистый центр Городской клинической больницы №1 имени Н.И. Пирогова, предложив участие в серии поисковых междисциплинарных работ, посвященных изучению профилактики нарушений кровеносной системы человека. В результате проведенных работ было подтверждено, что предложенное устройство может быть с успехом использовано для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих кровоток в живом организме.

Пример 17. Опираясь на результаты исследований, изложенные в Примерах 15 и 16, авторы изобретения совместно с коллективом Регионального сосудистого центра Городской клинической больницы №1 имени Н.И. Пирогова приняли участие в серии поисковых междисциплинарных работ, посвященных изучению профилактики нарушений нервной и мозговой систем человека. В результате проведенных работ было подтверждено, что предложенное устройство может быть с успехом использовано для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих нервную и мозговую активность живого организма.

1. Способ магнитной криптографии, включающий нанесение целевой цифровой информации на криптоноситель и расшифровку указанной информации, отличающийся тем, что криптоноситель представляет собой носитель двоичной магнитной криптограммы, который формируют посредством магнитной записи магнитным пиксельным способом зашифрованной целевой информации на исходную заготовку, выполненную в виде плоской пластины из немагнитного материала, снабженного дискретными магнитными элементами с высокой коэрцитивной способностью, а для расшифровки целевой информации используют матричный магнитный сканер, обеспечивающий однозначную трактовку и интерпретацию считанной целевой информации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы изготовлена в виде прямоугольной матрицы размером m×n, где m и n - натуральные числа, m - от 1 до n, n - не меньше 2.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы изготовлена в виде сектора окружности с полярным углом F и радиусом R, размеченного с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы изготовлена в виде полной окружности радиуса R, размеченной с использованием следующих координат: текущей полярной угловой координаты f и текущего радиуса r.

5. Устройство для осуществления способа по п. 1, состоящее из носителя двоичной магнитной криптограммы, устройства первоначальной записи закодированной информации на исходную заготовку носителя двоичной магнитной криптограммы - кодировщика и считывающего матричного магнитного сканера, набранного из М×N индивидуальных интегрированных датчиков магнитного поля, позволяющего однозначно трактовать и интерпретировать совокупно считанную целевую информацию.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что устройство первоначальной записи информации - кодировщик - осуществляет ее на исходную заготовку координатно с использованием наведенных сильных электромагнитных полей.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что исходная заготовка носителя двоичной магнитной криптограммы выполнена в виде матричного элемента, на котором нанесены или размечены тонкослойные дискретные постоянные магниты.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что считывающий матричный магнитный сканер представляет собой пластину, на которой сформирована интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков гигантского магнитного сопротивления.

9. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что считывающий матричный магнитный сканер представляет собой пластину, на которой сформирована интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков, основанных на эффекте Холла.

10. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что считывающий матричный магнитный сканер представляет собой пластину, на которой сформирована интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных туннельных датчиков магнитного поля.

11. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что считывающий матричный магнитный сканер представляет собой пластину, на которой сформирована интегральная криптографическая матрица, состоящая из конечного числа (М×N) индивидуальных интегрированных датчиков анизотропного магнитосопротивления.

12. Применение устройства по п. 8 или 9 для визуализации и выявления структурных дефектов ферромагнитных или ферримагнитных элементов различных строительных, электронных, машиностроительных конструкций и устройств.

13. Применение устройства по п. 5 для визуализации и выявления магнитных неоднородностей частей тела живых организмов с целью профилактики ранних стадий различных заболеваний, в частности онкологических.

14. Применение устройства по п. 5 для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих кровоток в живом организме.

15. Применение устройства по п. 5 для выявления нарушений динамики магнитных импульсов, сопровождающих нервную и мозговую активность живого организма.