Основы криптографии Учебное пособие - Алферов А.П.
ISBN 5-85438-025-0
Скачать (прямая ссылка):
§ 10.4. Временные преобразования сигнала
Рассмотрим теперь скремблеры, воздействующие на временные компоненты сигнала. В их основе лежат следующие принципы.
Сначала аналоговый сигнал делится на равные промежутки времени, называемые кадрами. Каждый кадр, в свою очередь, также делится на еще меньшие части, называемые сегментами. Входной сигнал преобразуется путем перестановки сегментов внутри каждого кадра. Для этого речевой сигнал на передающем конце записывается на магнитофонную ленту, которая “разрезается” на равные части, пронумерованные по порядку. Затем они перемешиваются и “склеиваются” в некотором другом порядке. Воспроизведенный со склеенной ленты сигнал передается по каналу связи и на приемном конце снова записывается на магнитофонную ленту, которая, в свою очередь, разрезается на те же части, как и при передаче. Части “склеиваются” в порядке возрастания номеров и сигнал восстанавливается.
Проиллюстрируем этот процесс следующим примером.
Пример
На рис. 50 кадр разделен на 8 сегментов. Затем сегменты переставляются в соответствии с перестановкой
(1,8,3, 5, 7, 4, 2, 6).
298
Шифрование в телефонии
При настройке системы необходимо выбрать длины кадров и сегментов. Так как внутри сегмента сигнал не разрушается, то сегменты желательно выбирать настолько короткими, чтобы в них не содержались целые фрагменты сообщения, например отдельные слова. С другой стороны, длина сегмента серьезно влияет на качество звучания передаваемого сигнала, что объясняется чисто техническими причинами. Чем меньше сегмент, тем ниже качество звучания. Поэтому в выборе длины сегмента необходим разумный компромисс.
Скремблированный
выход
Рис. 50
При выборе длины кадра необходимо учитывать фактор временной задержки между входным аналоговым сигналом, поступающим в аппаратуру, и восстановленным аналоговым сигналом на приеме. Для того чтобы разобраться в этом, вернемся к последнему примеру (см. рис. 50).
Пусть сегмент составляет в нашем примере интервал времени в Г с. Тогда ввод восьми речевых сегментов на вход скремблера занимает 8Г с. Перестановка сегментов могла быть такой, что восьмой сегмент оказался бы первым (то есть подлежащим передаче по каналу связи в первую очередь). В таком случае передача не может начаться прежде, чем в
299
І лава 10
скремблер не будет введен весь кадр. Для этого потребуется 8T с. С начала передачи кадра до ее окончания требуется еще 8T с. Поэтому временная задержка неизбежна. Получатель не может начать расшифрование до получения всего кадра. Таким образом, даже если не учитывать время передачи, задержка составляет 16Гс на каждый сегмент речи. В общем случае для системы, оперирующей с т сегментами на кадр, время задержки может составлять 2тТ с. С точки зрения пользователя это нежелательно, и подобная задержка должна быть минимизирована. Однако для повышения надежности засекречивания желательны достаточно длинные кадры. Для того чтобы убедиться в этом, заметим следующее.
При обсуждении свойств фонем мы могли заметить, что свойства речевого звука сохраняются в течение достаточно большого интервала времени (структура формант медленно изменяется). Если кадр настолько мал, что он состоит из единственного тона, то независимо от того, как мы его будем скремблировать, результатом будет являться единственный непрерывный тон (с определенной потерей качества звука в результате нашего вмешательства). Нам не удастся добиться достаточного рассеивания сегментов в связи с их небольшим числом. Это может привести к тому, что значительные части слов окажутся неизменными, что позволит слушателю распознать часть сообщения.
Нет также очевидного способа выбора длины сегментов. На практике необходимо экспериментально проверять любой выбор длины сегмента. Обычно неплохим тестом для этого служит попытка воспроизвести на слух результат скрембли-рования произнесенных в произвольном порядке чисел от 1 до
10. Ясно, что эта задача значительно проще той, когда требуется узнать сообщение, о котором ничего не известно. Эксперименты показывают, что если длина кадра недостаточно велика, то рассматриваемые системы плохо выдерживают такой тест. В большинстве случаев в аппаратуре данного типа кадры делятся на число сегментов, заключенное в пределах от 8 до
300
Шифрование в телефонии
16, причем обычно длительность каждого сегмента составляет от 20 до 60 мс.
Помимо выбора длин кадров и сегментов важным параметром является перестановка. Очевидно, что одни перестановки лучше других, и необходимо определить, как их следует выбирать и как управлять их выбором. Как и для преобразований инвертирования и частотных перестановок, имеется несколько вариантов использования базовой системы. Можно выбрать одну фиксированную перестановку для преобразования каждого кадра. Другой вариант связан с выбором (при помощи ключа) нескольких перестановок и периодическим их использованием. Лучшим способом является использование псевдослучайного генератора для выбора перестановки, применяемой для преобразования каждого кадра в отдельности. Для такого варианта актуален вопрос о длине периода соответствующей последовательности перестановок, так как повторное использование одной и той же перестановки нежелательно. В свою очередь, с этим связан выбор числа сегментов в кадре. Например, если это число равно 8 и каждый сегмент имеет длительность в 40 мс, то через 3,6 час. непрерывной работы перестановки начнут повторяться.
