NL9402103A - Werkwijze en inrichtingen voor het in bewerkte vorm over een communicatiekanaal overdragen van data. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichtingen voor het in bewerkte vorm over eencommunicatiekanaal overdragen van data.

A. ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichtingvoor het over een communicatiekanaal overdragen van bewerkte data.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijzevoor het in bewerkte vorm overdragen van data over eencommunicatiekanaal, omvattende: - het door middel van een eerste bewerking omzetten van een eerstereeks data in een tweede reeks data, - het overdragen van de tweede reeks data over het communicatiekanaal, - het vervolgens door middel van een tweede bewerking omzetten van detweede reeks data in een derde reeks data.

Het is in de praktijk bekend om data in bewerkte vorm over tedragen. Daarbij doet zich het probleem voor, dat bij het overdragenfouten kunnen optreden. Door dergelijke transmissiefouten, waardoorverzonden "nullen" als "enen" worden ontvangen en omgekeerd, worden deontvangen data verminkt. De verminking is daarbij afhankelijk van debetreffende bewerking. Met name bij datacompressie werken fouten insterke mate door in de uiteindelijke ontvangen (gedecomprimeerde)data, maar ook bij encryptie bijvoorbeeld kunnen slechts enkeletransmissiefouten de totale boodschap van de overgedragen data zwaarverminken.

In het bijzonder doet zich dit probleem voor bij adaptieve(de)compressie van data, waarbij de tabellen, aan de hand waarvan decompressie en decompressie worden uitgevoerd, door een transmissiefoutblijvend ontregeld kunnen raken. Hierdoor is het mogelijk, dat dooreen enkele transmissiefout de gehele verdere boodschap wordt verminkt.

Bestaande communicatieprotocollen bezitten vaak een vorm vanbescherming tegen transmissiefouten. Zo is bijvoorbeeld in hetzogenaamde OSI-model, om datacompressie te kunnen toepassen, op laag 2een foutcorrigerend protocol voorgeschreven. Een dergelijk protocolbiedt echter geen volledige bescherming tegen fouten, zoals bitfouten,die in de transmissie optreden, aangezien het zogenaamde "checksum"-mechanisme, dat in bestaande protocollen is ingebouwd, slechts eenbeperkte bescherming tegen fouten biedt.

B. SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding beoogt bovengenoemde en andere nadelen van destand van de techniek op te heffen en een werkwijze voor het inbewerkte vorm overdragen van data te verschaffen, die een groterebeveiliging tegen transmissiefouten bij compressie of anderedatabewerkingen biedt.

De uitvinding beoogt bovendien een werkwijze voor het overdragenvan bewerkte data te verschaffen, die het mogelijk maakt eenintegriteitsverificatie op de data uit te voeren.

De uitvinding beoogt verder inrichtingen en een stelsel voor hetten uitvoer leggen van de werkwijze te verschaffen.

Een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort wordt hiertoevolgens de uitvinding gekenmerkt door het op basis van de eerste reeksvormen van controledata, welke controledata aan de tweede reeks wordentoegevoegd, en het aan de hand van de controledata controleren van deintegriteit van de derde reeks. Door het aan de tweede reeks toevoegenvan controledata wordt op effectieve wijze een grote mate vanbescherming tegen transmissiefouten verkregen.

Het is op zich bekend van over te dragen data controledata,zoals pariteitsbits, te genereren. Dergelijke pariteitsbits wordenechter steeds gevormd op basis van de overgedragen data zelf, dus vande bewerkte data (tweede reeks) indien sprake is van een bewerkingvoor het overdragen. De uitvinding voorziet nu echter de onbewerktedata (eerste reeks) te gebruiken voor het vormen van controledata. Ditheeft onder meer het voordeel dat de zgn. "overhead", d.w.z. detoegevoegde data, goed gedefinieerd is en een vaste lengte kanbezitten. Hierdoor kan gegarandeerd worden dat de overgedragen databinnen een bepaald venster ("window") passen. In het geval vanbijvoorbeeld datacompressie als bewerking kan expansie van decontroledata, veroorzaakt door een ongunstige codering, op deze wijzevermeden worden, aangezien de controledata zelf niet aan dezebewerking worden onderworpen.

Indien de bewerking datacompressie omvat biedt het vormen vancontroledata op basis van de eerste (niet-gecomprimeerde) reeks hetverdere voordeel dat de detectie-perceptie voor controlebits (zoalspariteitsbits) over een bepaald aantal bytes in de eerste reeks groterzal zijn dan in de tweede reeks. Bovendien bevat een controlebit opdeze wijze zelf minder informatie, waardoor het optreden van eentransmissiefout in een controlebit minder informatieverlies veroorzaakt en dus minder nadelige gevolgen zal hebben.

Verder heeft de werkwijze volgens de uitvinding het voordeel datop de controledata een verdere bewerking, zoals eenbeveiligingsbewerking, kan worden uitgevoerd. Door middel van eendergelijke beveiligingsbewerking, waaraan de controledata, alvorensdeze aan de tweede reeks worden toegevoegd, kunnen worden onderworpen,kan een mate van beveiliging van de dataoverdracht worden bereikt.Bovendien kan bij de werkwijze volgens de uitvinding het vormen vancontroledata plaatsvinden op basis van diverse bewerkingen, dus nietalleen het vormen van pariteitsbits maar ook bijvoorbeeld hetuitvoeren van een zogenaamde "hash"-functie.

C. REFERENTIES

[1] NL-A-94.00100 [2] NL-A-94.01980 [3] R.N. Williams: "Adaptive Data Compression", Dordrecht, 1991,hoofdstuk 1.16.

[4] F. Rubin: "Cryptographic Aspects of Data Compression Codes",Cryptologia, Vol. 3, Nr. 4, October 1979.

[5] F. Mazda (Ed.): "Telecommunications Engineer's Reference Book",Oxford 1993.

De bovengenoemde referenties worden geacht deel uit te maken van deonderhavige tekst.

D. UITV0ERINGSV00RBEELDEN

De uitvinding zal in het onderstaande aan de hand van de figurennader worden toegelicht.

Figuur 1 toont schematisch het overdragen van data volgens deuitvinding.

Figuur 2 toont schematisch een eerste inrichting voor het tenuitvoer leggen van de uitvinding, voor toepassing aan de zendzijde vaneen communicatiekanaal.

Figuur 3 toont schematisch een tweede inrichting voor het tenuitvoer leggen van de uitvinding, voor toepassing aan de ontvangzijdevan een communicatiekanaal.

Zoals in figuur 1 schematisch is weergegeven, wordt een eerstereeks data 1 aan de zendzijde (links in figuur 1) door middel van eenbewerking P omgezet in een tweede reeks data 2. De tweede reeks wordtovergedragen over een communicatiekanaal, schematisch aangeduid met C, waarna deze tweede reeks 2 aan de ontvangzijde (rechts in figuur 1)door een verdere bewerking F', die in de meeste gevallen de inversevan de bewerking P is, in een derde reeks 3 wordt omgezet. Indien debewerking F' de inverse bewerking van F is (P'-P'1), zal de derde reeks3 geheel of althans gedeeltelijk overeenkomen met de eerste reeks 1.Indien de bewerking P een compressiebewerking omvat, is de bewerking P*1 een decompressiebewerking, en zal de derde reeks 3 na decompressie,indien geen transmissiefouten zijn opgetreden en geen conversie vandata-opmaak wordt uitgevoerd, overeenkomen met de reeks 1.

Overeenkomstig de uitvinding worden aan de hand van de eerstereeks 1 in een bewerking Q controledata 4 gevormd. Deze controledataworden aan de reeks 2 toegevoegd en overgedragen. Daarbij kunnen decontroledata 4 bijvoorbeeld in een apart datablok aan de reeks 2 zijntoegevoegd, maar kunnen ook door middel van verweven ("interleaving")verspreid in de reeks 2 zijn opgenomen. Ook is een combinatie vangegroepeerd en verspreid opnemen mogelijk, bijvoorbeeld in groepjesvan 4 bits, waarbij de groepjes zelf over de data van de reeks 2 zijnverspreid. Door het in zekere mate verspreiden van de controledatawordt een grotere mate van bescherming verkregen tegen in groepenoptredende transmissiefouten, zogenaamde "bursts".

De controledata kunnen worden gevormd door het op bekende wijzebepalen van pariteitsdata. Daarbij kan bijvoorbeeld per byte van deeerste reeks één pariteitsbit worden gevormd. In het algemeen zal eenkleine groep (bijvoorbeeld 1, 2 of 3) controlebits (zoalspariteitsbits) worden gevormd op basis van een aantal bytes van deeerste reeks, waarbij dit aantal bytes afhankelijkheid zal zijn van deeigenschappen van de data en van het communicatiekanaal C. Zo zullenbij een kanaal met een klein aantal fouten (kleine "bit error rate"BER) één of enkele controlebits volstaan voor een groot aantal(bijvoorbeeld 10 of 20) databytes. Het is ook mogelijk dat decontrolebits, in plaats van pariteitsbits, bits omvatten die door eenandere bewerking Q, bijvoorbeeld een zogenaamde "hash"-functie, zijngevormd.

Aan de ontvangzijde worden van de reeks 3, met een bewerking Q,eveneens controledata gevormd. Deze controledata worden vergeleken metde controledata, die in de reeks 2 zijn opgenomen. Aan de hand vandeze vergelijking kan de integriteit van de reeksen 2 en 3 wordenvastgesteld.

In plaats van de bewerking Q, waaraan de derde reeks 3 wordt onderworpen, kan aan de ontvangzijde eventueel een bewerking R wordentoegepast waaraan de tweede reeks 2 wordt onderworpen. De bewerking Rdient daarbij de eigenschap te hebben dat deze de controledata opbasis van de bewerkte data (tweede reeks) reconstrueert, of althans deintegriteit van de tweede reeks aan de hand van de overgedragencontroledata en de (bewerkte) data van de tweede reeks controleert.

Teneinde de reeks 2, die over het communicatiekanaal C wordtovergedragen, een vorm van beveiliging te verschaffen, kunnen decontroledata 4 aan een beveiligingsbewerking S worden onderworpen.Hierdoor is het voor niet-bevoegde derden moeilijker om (met behulpvan de controledata 4) de integriteit van de dataoverdracht tecontroleren, zodat derden geen zekerheid verkrijgen over deaanwezigheid van eventuele fouten in de data.

De beveiligingsbewerking S kan het vercijferen van decontroledata omvatten, bijvoorbeeld door het (modulo 2) optellen vantoevalswaarden ("random numbers") bij de controledata. In de meestegevallen zal het daarbij nodig zijn in de tweede reeks een startwaardeop te nemen teneinde aan de ontvangzijde een ontcijferen (dooreveneens modulo 2 optellen van dezelfde toevalswaarden) mogelijk temaken.

Een eenvoudiger beveiligingsbewerking S omvat bijvoorbeeld hetafwisselend, of met bepaalde intervallen, inverteren van decontrolebits. Eventueel kan de beveiligingsbewerking S het optellenvan een, uit een vaste tabel uitgelezen, waarde bij de controledataomvatten. Hierdoor wordt weliswaar een geringere mate van beveiligingbereikt, maar kan het overdragen van een startwaarde worden vermeden.

Het zal duidelijk zijn dat indien aan de zendzijde op hetresultaat van de bewerking Q een bewerking S wordt uitgevoerd, dit aande ontvangzijde ook dient te gebeuren.

De bovengenoemde bewerking F kan ook een encryptie- of anderecoderingsbewerking omvatten. De bewerkingen P, F', Q, R en S kunnen opzich bekende bewerkingen zijn. De eerste, tweede en derde reeks kunnenzowel uit bitstromen als uit reeksen datapakketten bestaan, waarbij dedatapakketten een willekeurige lengte kunnen bezitten. Bij voorkeurzijn de eerste en derde reeks byte-georiënteerd, en is de tweede reeksbit-georiënteerd. Met voordeel wordt de werkwijze volgens deuitvinding zodanig uitgevoerd, dat de data per kanaal of perdeelkanaal afzonderlijk worden bewerkt. De eerste reeks kan daarbijdata van verschillende logische kanalen bevatten die aan verschillende bewerkingen worden onderworpen (zie ook de referenties 1 en 2).

De werkwijze volgens de uitvinding is met name, maar nietuitsluitend, geschikt voor het verschaffen van datacompressie op laag3 (netwerklaag) van het OSI-model (zie ook referentie 5, hoofdstuk12).

De in figuur 2 getoonde inrichting 10 voor het ten uitvoerleggen van de werkwijze volgens de uitvinding omvat een ingangsbuffer11, een bewerkingseenheid 12, een uitgangsbuffer 13, en een besturing 14. Data van de eerste reeks (1 in figuur 1) worden in deingangsbuffer 11 gebufferd en vervolgens in de bewerkingseenheid 12bewerkt (bijvoorbeeld gecomprimeerd), onder besturing van debesturingseenheid 14. Vervolgens worden de data als tweede reeks,onder toevoeging van controledata, in de uitgangsbuffer 13 tijdelijkopgeslagen (indien noodzakelijk) en vervolgens aan eencommunicatiekanaal (niet getoond) afgegeven.

De bewerkingseenheid 12 omvat bewerkingsmiddelen, zoals eenmicroprocessor, en geheugenmiddelen, zoals een willekeurigtoegankelijk geheugen (RAM) en/of een register voor het tijdelijkopslaan van tussenresultaten (bijvoorbeeld van een pariteitsbewerkingof een compressieproces). Geschikte programmatuur (bijvoorbeeld voorhet bewerkingsproces) kan in een vast, d.w.z. slechts uitleesbaargeheugen (ROM of EPROM) zijn opgeslagen. De besturingseenheid 14, dieeveneens een microprocessor en geheugenmiddelen (RAM/ROM) kanomvatten, verzorgt onder meer het invoegen (integreren) van decontroledata in de bewerkte data, bijvoorbeeld door deze controledataaan geschikte delen van de uitgangsbuffer 13 toe te voeren. Hetuitvoeren van een aanvullende beveiligingsbewerking (S in figuur 1)kan eveneens door de bewerkingsmiddelen 12 worden uitgevoerd, maar kaneventueel ook door afzonderlijke aanvullende bewerkingsmiddelen (nietgetoond) worden uitgevoerd. Eventueel kan de uitgangsbuffer 13 in debewerkingseenheid 12 zijn geïntegreerd.

Indien de reeksen, die met behulp van de inrichting 10 wordenbewerkt, data van verschillende (logische) kanalen bevatten, kan deuitgangsbuffer met voordeel van afzonderlijke, kanaalgerelateerdebuffereenheden zijn voorzien, zoals is beschreven in referenties 1 en2.

De inrichting 20 van figuur 3 omvat, evenals de inrichting 10van figuur 2, een ingangsbuffer 21, een bewerkingseenheid 22, eenuitgangsbuffer 23 en een besturingseenheid 24, waarvan de opbouw kan overeenkomen met de delen 11-14 van de inrichting 10. De inrichting 20is verder voorzien van een extractie-eenheid 25, een aanvullendebewerkingseenheid 26 en een vergelijkingseenheid 27. Met behulp van deextractie-eenheid 25, die in de ingangsbuffer 21 kan zijngeïntegreerd, worden de controledata uit de ontvangen data (tweedereeks 2 in figuur 1) geëxtraheerd. De aanvullende bewerkingseenheid26, die eventueel in de bewerkingseenheid 22 kan zijn geïntegreerd,vormt nieuwe controledata op basis van de ontvangen en in debewerkingseenheid 22 opnieuw (invers) bewerkte data. Indien aan dezendzijde een beveiligingsbewerking (S) op de oorspronkelijkecontroledata is uitgevoerd dient deze, bijvoorbeeld door deaanvullende bewerkingseenheid 22, tevens op de nieuwe controledata teworden uitgevoerd teneinde een zinvolle vergelijking mogelijk temaken. De nieuwe controledata worden in de vergelijkingseenheid 27vergeleken met de controledata, die in de ontvangen reeks databesloten lagen. Indien de (ontvangen) controledata gelijk zijn aan denieuwe controledata, is daarmee de integriteit van de ontvangen datavastgesteld, en daarmee de integriteit van de reeks data (derde reeks3 in figuur 1), die door de uitgangsbuffer 23 wordt afgegeven. Indiende (ontvangen) en nieuwe controledata niet gelijk zijn, is in dedataoverdracht een fout opgetreden. In dit geval kan door devergelijkingseenheid 27 een geschikt signaal worden afgegeven.Vervolgens kan bijvoorbeeld om een opnieuw overdragen van debetreffende data worden gevraagd.

De inrichtingen 10 en 20 van de figuren 2 en 3 kunnen op voordeskundigen bekende wijze worden vervaardigd uit in de handelverkrijgbare componenten. Met voordeel kunnen de inrichtingen 10 en20, afzonderlijk dan wel gezamenlijk, in één of meer applicatie¬specifieke geïntegreerde schakelingen (ASIC's) worden ondergebracht.

Zoals in het bovenstaande is uiteengezet verschaft de uitvindingonder meer een werkwijze voor het op laag 3 van het OSI-model inbewerkte (bijvoorbeeld gecomprimeerde) vorm overdragen van data,waarbij een aanvullende bescherming tegen het optreden vantransmissiefouten wordt geboden. Bovendien kan de bescherming wordenaangewend voor het aanbrengen van een zekere mate van beveiliging vande data, zonder evenwel de data zelf aan een aanvullend(encryptie)proces te hoeven onderwerpen.

Het zal deskundigen duidelijk zijn dat de uitvinding nietbeperkt is tot de weergegeven uitvoeringsvoorbeelden en dat vele wijzigingen en aanvullingen mogelijk zijn zonder buiten het kader vande uitvinding te treden.

Claims (20)

1. Werkwijze voor het in bewerkte vorm overdragen van data over eencommunicatiekanaal, omvattende: - het door middel van een eerste bewerking omzetten van een eerstereeks data in een tweede reeks data, - het overdragen van de tweede reeks data over het communicatiekanaal, - het vervolgens door middel van een tweede bewerking omzetten van detweede reeks data in een derde reeks data, gekenmerkt door - het op basis van de eerste reeks vormen van controledata, welkecontroledata aan de tweede reeks worden toegevoegd, en - het aan de hand van de controledata controleren van de integriteitvan de derde reeks.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de controledata, alvorensdeze aan de tweede reeks toe te voegen, aan een beveiligingsbewerkingworden onderworpen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin het controleren vande integriteit van de derde reeks data omvat: - het aan de hand van de derde reeks opnieuw uitvoeren van debeveiligingsbewerking, en - het vergelijken van het resultaat van dit opnieuw uitvoeren met decontroledata van de tweede reeks.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, waarin debeveiligingsbewerking een vercijferbewerking omvat.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, 3, of 4, waarin debeveiligingsbewerking een pariteitsbewerking omvat.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin decontroledata met de data van de tweede reeks worden vervlochten.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin dedata per kanaal of per deelkanaal afzonderlijk worden bewerkt.

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin debewerking het comprimeren van de data omvat.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin hetin bewerkte vorm overdragen van data op laag drie van het OSI-modelplaatsvindt.

10. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin deeerste en derde reeks uit datapakketten zijn opgebouwd.

11. Inrichting voor het bewerken van data, omvattende middelen voorhet ontvangen van data, middelen voor het bewerken van ontvangen dataen middelen voor het verzenden van bewerkte data, gekenmerkt door middelen voor het vormen van controledata op basis van de ontvangendata, en middelen voor het toevoegen van de controledata aan debewerkte data.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarin de middelen voor hetbewerken van data compressiemiddelen omvatten.

13. Inrichting volgens conclusie 11 o£ 12, waarin de middelen voorhet toevoegen van controledata zijn ingericht voor het in de teverzenden data vervlechten van de controledata.

14. Inrichting volgens conclusie 11, 12 of 13, waarin de middelenvoor het vormen van controledata zijn ingericht voor het uitvoeren vaneen beveiligingsbewerking op de controledata.

15. Inrichting voor het bewerken van data, omvattende middelen voorhet ontvangen van data, middelen voor het bewerken van ontvangen dataen middelen voor het verzenden van bewerkte data, gekenmerkt doormiddelen voor het extraheren van eerste controledata uit de ontvangendata, middelen voor het vormen van tweede controledata uit de bewerktedata, en middelen voor het vergelijken van de eerste en tweedecontroledata.

16. Inrichting volgens conclusie 15, waarin de middelen voor hetbewerken van data decompressiemiddelen omvatten.

17. Inrichting volgens conclusie 15 of 16, waarin de middelen voorhet vormen van tweede controledata zijn ingericht voor het uitvoerenvan een beveiligingsbewerking.

18. Inrichting volgens een van de conclusies 11 tot en met 17,voorzien van middelen voor het per kanaal of per deelkanaal bewerkenvan data.

19. Inrichting volgens een van de conclusies 11 tot en met 14 en/of15 tot en met 18, ondergebracht in een applicatie-specifiekegeïntegreerde schakeling.

20. Stelsel voor datacommunicatie, ingericht voor toepassing van dewerkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 10.