KR19980030040A - Chaos sparking device and method - Google Patents
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Abstract
카오스 비화장치는 1차원 신호 또는 음성신호를 비화시켜 정보화 사회로의 급격한 변화에 있어 사생활 침해로부터 개인의 보호를 도모하고 개인정보의 누출을 방지하기 위하여 구성하였다. 통신망에서의 1차원 신호 및 음성신호를 비화시키는 기존의 방법은 장치의 복잡성과 가격이 높은 문제점을 갖고 있다. 카오스(혼돈) 현상은 매우 복잡하고 불규칙한 움직임으로 말미암아 예측이 불가능하여 이 현상을 이용한 카오스 비화장치는 비화는 외부로 부터의 도청을 완벽하게 방지할 수 있으며, 장치의 단순성과 경제적 잇점이 있다. 카오스 비화장치는 입력된 1차원 신호 또는 음성신호를 샘플링한 값(또는 이득 : 0∼4 또는 1+∼4)을 카오스 신호 발생기에 의해 비화시켜 전송하며, 비화된 신호를 재생하기 위하여 카오스 복호부에서 카오스 비화과정의 역과정에 의해서 원래의 신호로 재생될 수 있다.Chaos sparking device is configured to protect personal information from invasion of privacy and to prevent the leakage of personal information in the rapid change to the information society by sparking one-dimensional signal or voice signal. Existing methods for secreting one-dimensional and voice signals in a communication network have a problem of high complexity and cost of the device. Chaos phenomenon is very unpredictable due to the complicated and irregular movement. Chaos sparking device using this phenomenon can completely prevent eavesdropping from eavesdropping, and the simplicity and economic advantages of the device. The chaos scrambler is a sampled input one-dimensional or audio signal (or gain: 0 to 4 or 1+). 4) can be reproduced by the chaos signal generator and transmitted, and can be reproduced as the original signal by the reverse process of the chaos secretion process in the chaotic decoder to reproduce the secreted signal.
Description
제1도는 이 발명을 구체화 하는 1차원 신호 및 음성 신호 비화장치의 블록선도1 is a block diagram of a one-dimensional signal and speech signal sparking device embodying the present invention.
제2도는 이 발명을 구체화 하는 제2유형의 1차원 신호 및 음성 신호 비화장치의 블럭선도2 is a block diagram of a second type of one-dimensional signal and speech signal sparking device embodying the present invention.
제3도는 카오스 발생기의 블럭선도3 is a block diagram of the chaos generator
제4도는 이 발명을 구체화 하는 신호 재생장치의 블럭선도4 is a block diagram of a signal reproducing apparatus embodying this invention.
기술분야Technical Field
본 발명은 카오스의 원리를 이용하여 1차원 신호 또는 음성신호를 비화하는 장치와 비화된 신호의 복호장치 및 방법에 관한 것으로, 입력된 신호를 카오스신호 발생 방법에 의하여 비화시키는 장치 및 방법과 비화된 신호를 원 신호로 재생시키는 카오스 복호장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for encrypting a one-dimensional signal or a voice signal using a chaos principle, and to an apparatus and method for decrypting an input signal. A chaos decoding device and method for reproducing a signal as an original signal.
배경기술Background
정보화 사회의 급속한 발달에 따라 개인정보 관리에 대한 관심이 날로 증가하고, 통신장치와 컴퓨터 통신장치에서 보안을 목적으로 전송신호를 비화하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 근래의 무선통신 비화 방식으로서 널리 이용되는 광대역 통신(spread spectrum), CDMA, 주파수 호핑방식 등이 널리 알려져 있다. 이러한 통신방식을 사용한 통신장치들은 비화성 및 재생성능은 우수하나 구성이 복잡하고 가격이 높은 특성을 가지고 있다. 따라서, 신호의 높은 비화성과 재생성능이 월등하며, 장치의 구성이 단순하고 경제성이 있는 비화장치가 요구되고 있다.With the rapid development of the information society, interests in personal information management are increasing day by day, and researches are being actively conducted on the transmission signal for security purposes in communication devices and computer communication devices. Recently, widespread spectrum, CDMA, frequency hopping, and the like, which are widely used as wireless communication secretion schemes, are widely known. Communication devices using this communication method are excellent in non-combustible and reproducible performance, but have complicated characteristics and high price. Therefore, there is a demand for a sparking device having a high signal flammability and a reproducible performance and having a simple device configuration and economical efficiency.
순수 학문 분야에서 발생한 카오스 이론(chaos theory)은 현재 여러 분야에서 광범위하게 응용되기 시작하였다. 이러한 연구는 현재 기초적인 이론을 축적하는 단계에서 응용분야로 발전하는 과정에 있다고 말할 수 있다. 즉 물리학, 생물학 등의 분야를 벗어나 인공지능, 신경회로망에 접목하려는 시도가 활발히 이루어지고 있으며 암호, 데이터 압축 및 자동제어 등의 분야에서도 연구가 활발히 진행중이다. 현재 국내 시장에서도 혼돈이론을 적용한 상품이 등장하고 있으며 그 응용 분야에 대한 장래를 예측할 수 없다.Chaos theory in the field of pure scholarship is now widely applied in many fields. This research can be said to be in the process of developing into a field of application from the accumulation of basic theory. In other words, attempts are being made to integrate artificial intelligence and neural networks beyond the fields of physics and biology, and research is being actively conducted in fields such as encryption, data compression, and automatic control. At present, there are products that apply chaos theory in the domestic market, and the future of the application field cannot be predicted.
카오스(chaos)란 것은 매우 복잡하고 불규칙적인 움직임으로 말미암아 예측이 불가능한 상태를 뜻한다. 이와같이 아무렇게나 움직이고 행동하는 것처럼 보이는 불규칙한 현상에 내재된 일정한 규칙이나 법칙을 해석하고 밝혀내는 것이 카오스 이론이다. 이러한 카오스 현상은 결정적 비선형 동적시스템(non-linear dynamical system)으로부터 생성되는 복잡하고 잡음과 같은 현상을 말하며 식(1)과 같은 비선형 동적시스템으로부터 카오스적 신호를 발생시킬 수 있다.Chaos is an unpredictable state due to very complex and irregular movements. Chaos theory is to interpret and uncover certain rules or laws inherent in irregular phenomena that seem to move and behave like this. This chaotic phenomenon refers to a complex and noise-like phenomenon generated from a non-linear dynamical system and can generate a chaotic signal from a nonlinear dynamical system such as Equation (1).
Xn+1= μ·f(s)(Xn), (μ: 정수, s = 1, 2, …N) (1)X n + 1 = μf (s) (Xn), (μ: integer, s = 1, 2,… N) (1)
여기서 s = 1인 경우Where s = 1
f(s)(Xn) = Xn(1-Xn) 또는f (s) (X n ) = X n (1-X n ) or
f(s)(Xn) = (1/4) sin (πXn)f (s) (X n ) = (1/4) sin (πX n )
이며 식(1)은 함수 f(s)(·)에 의해서 현재상태 (Xn)가 다음상태 (Xn+1)로 매핑(mapping)되는 불연속 동적시스템(discrete-time dynamical system)의 상태방정식이다. 이러한 방정식에 의해서 발생된 신호는 이득(μ) 및 초기값(X0)에 의해 영향을 받으므로 이득과 초기값이 주어지면 무수히 많은 신호, Xn(n=0, 1, 2,…)를 발생시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다. 또한 초기값에 민감한 의존성으로 인해, 발생된 신호들은 랜덤(random)특성을 가지며 서로 상관되지 않고 결정적인(deterministic) 특성을 지니고 있다.Equation (1) is a state equation of a discrete-time dynamical system in which the current state (X n ) is mapped to the next state (X n + 1 ) by the function f (s) (·). to be. The signal generated by this equation is affected by the gain (μ) and the initial value (X 0 ), so given the gain and the initial value, there are a myriad of signals, X n (n = 0, 1, 2,…). It can have advantages that can be generated. In addition, due to the sensitivity sensitive to the initial value, the generated signals have random characteristics and are not correlated with each other and have deterministic characteristics.
식(1)을 이용하여 구성된 카오스발생기는 제3도와 같다. 제3도는 상태 Xn과 Xn+1의 관계를 나타내며 주어진 이득과 초기값에 의하여 연속적으로 무수히 많은 점(point)이 발생된다. 이러한 신호 Xn는 불연속 시스템의 궤도(orbit)라 부르며 이때 이득과 발생되는 신호(Xn)가 갖을 수 있는 범위는 다음과 같다.The chaos generator constructed using Equation (1) is shown in FIG. Figure 3 shows the relationship between states X n and X n + 1 , where numerous points are generated in succession by the given gain and initial value. This signal X n is called an orbit of the discontinuous system, and the range of gain and generated signal X n can be as follows.
(2) (2)
또한 식(1)에 의해서 발생되는 신호는 초기값 및 이득에 의해서 신호의 특성이 달라진다. 즉 동일한 초기값이 주어졌다고 할 지라도 주어지는 이득에 따라 발생되는 신호는 서로 상이한 특성을 나타낸다. 이러한 많은 성질을 갖는 카오스신호의 특성을 열거하면 다음과 같다.In addition, the signal generated by Equation (1) varies in signal characteristics depending on the initial value and the gain. That is, even if the same initial value is given, the signals generated according to the given gains have different characteristics. The characteristics of the chaotic signal having such many properties are listed as follows.
① 발생하기 쉽다.① It is easy to occur.
② 초기값 및 이득에 따라 무수히 많은 신호를 발생시킬 수 있다.② Can generate a myriad of signals depending on the initial value and gain.
③ 초기값의 민감한 의존성을 통해 상관되지 않고 잡음과 같지만 결정적인 신호를 발생 시킬 수 있다.③ By sensitive dependence of initial value, it can generate uncorrelated but decisive signal like noise.
④ 초기값 및 이득이 규정되지 않으면 예측 불가능하기 때문에 전송의 비도가 증가한다.4. If the initial value and the gain are not specified, the rate of transmission increases because it is unpredictable.
발명의 개시Disclosure of the Invention
이 발명에 따르면, 초기값 및 이득이 규정되지 않으면 동일한 카오스신호를 발생할 수가 없다. 식(1)에 의해서 발생된 카오스신호가 있을때 이 신호와 동일한 카오스신호를 발생하고자 한다면 초기값과 이득을 알아야 한다. 서로 동일한 초기값을 갖는다고 하면 다음과 같은 식(3)에 의해서 이득값을 구할 수 있고, 주어진 초기값과 식(3)에 의해서 얻어진 이득값을 식(1)에 대입하면 동일한 카오스신호를 발생할 수 있다.According to this invention, the same chaotic signal cannot be generated unless the initial value and the gain are specified. If there is a chaos signal generated by Equation (1), and you want to generate the same chaos signal, you need to know the initial value and the gain. If the initial values are the same, the gain value can be obtained by the following equation (3), and the same chaotic signal is generated by substituting the given initial value and the gain value obtained by the equation (3) into equation (1). Can be.
식(1)을 이용하면 다음과 같은 이득값을 얻을 수 있는 식을 얻을 수 있다.By using Equation (1), the following gain value can be obtained.
여기서 Xn-1, Xn, Xn+1는 각각 인접된 샘플치를 나타낸다.X n-1 , X n , and X n + 1 each represent adjacent sample values.
따라서, 이 발명은 1차원 신호에 대하여 카오스이론을 이용한 신호의 비화 및 비화된 신호의 복원 및 재생이 가능하다.Therefore, the present invention enables the use of chaos theory for the one-dimensional signal and the reconstruction and reproduction of the non-enhanced signal.
제1도는 신호 비화장치의 블록선도로 1차원 신호 또는 음성신호가 카오스이론이 적용되어 비화된 신호를 얻기위한 방법은 다음과 같다. 제1도에 있어서, 신호 입력부(E11)는 1차원 신호 혹은 음성신호의 입력부이며 이 신호가 A/D 변환부(E12)에서 식(2)의 값(혹은 이득)의 범위로 제한하여 샘플링(sampling)한 후 아날로그 신호로 변환(E13)된 값이 카오스 변환부(E14)이 입력으로 보내어 비화된 신호를 만들어 신호변환부(E15)로 입력된다. 카오스 발생부의 블럭도는 제3도와 같다.1 is a block diagram of a signal sparking device to obtain a signal obtained by applying a chaos theory to a one-dimensional signal or a voice signal as follows. In FIG. 1, the signal input unit E 11 is an input unit of a one-dimensional signal or an audio signal, and the signal is limited to the range of the value (or gain) of the equation (2) in the A / D converter E 12 . After sampling, a value converted into an analog signal (E 13 ) is sent to the input by the chaotic transform unit (E 14 ) to generate a secreted signal and input to the signal conversion unit (E 15 ). The block diagram of the chaos generating unit is shown in FIG.
제2도는 제2유형의 신호 비화장치의 블럭선도로, 신호 입력부(E21)는 1차원 신호 혹은 음성신호의 입력부이며 이 신호가 A/D 변환부(E22)로 입력되어 샘플링과정을 거친후 디지탈신호로 변환된 후 CPU와 메모리 또는 ASIC로 구현할 수 있는 매핑부(E23)에서 카오스 발생을 위한 값(혹은 이득)과 식별 번호(ID No, 또는 Acknowledge 신호)를 만들어 내어 아날로그신호로 변환시켜(E24) 이 값(혹은 이득)이 카오스 변환부(E25)의 입력으로 보내어 비화된 신호를 만들어 신호변환부(E26)로 입력된다.2 is a block diagram of the second type of signal secreting apparatus, and the signal input unit E 21 is a one-dimensional signal or an audio signal input unit, and the signal is input to the A / D converter E 22 to undergo a sampling process. After converting into digital signal, mapping unit (E 23 ) that can be implemented by CPU, memory or ASIC generates a value (or gain) and identification number (ID No, or Acknowledge signal) for generating chaos and converts it into analog signal. (E 24 ), this value (or gain) is sent to the input of the chaotic transform section E 25 to generate a secreted signal and input to the signal transform section E 26 .
카오스 발생부의 블럭도는 제3도와 같으며, 카오스발생부(제1도의 E14와 제2도의 E25)에 입력되는 값(혹은 이득)은 제(2)식 또는 1 +에서 4까지의 값(혹은 이득)을 가진다. 제1도의 E14와 제2도의 E25의 카오스 발생부는 상기에서 만들어진 하나의 값(혹은 이득)에 따라서 카오스발생기(제3도)는 무수히 많은 신호를 만들어 낸다. 그러나 실제적으로 사용하는 신호는 한 이득값에 의해 발생되는 카오스 신호의 최소 두 개의 값 또는 그 이상의 신호를 사용한다.The block diagram of the chaos generating unit is shown in FIG. 3, and the value (or gain) input to the chaos generating unit (E 14 in FIG. 1 and E 25 in FIG. 2) is represented by the formula (2) or 1+. Has a value (or gain) from to 4. The chaos generator of E 14 in FIG. 1 and E 25 in FIG. 2 generates a myriad of signals according to the one (or gain) made above. However, the actual signal used uses at least two values of the chaotic signal generated by one gain value or more.
제4도는 신호재생장치의 블럭선도로, 신호 재생장치(제4도)는 신호 비화장치(제1도, 제2도)에 의하여 전송된 신호로 부터 카오스원리를 이용하여 원래의 1차원신호 혹은 음성신호로 재생하는 장치 및 방법이다.4 is a block diagram of a signal reproducing apparatus, and a signal reproducing apparatus (FIG. 4) shows an original one-dimensional signal using chaos principle from a signal transmitted by a signal sparking apparatus (FIGS. 1 and 2). An apparatus and method for reproducing audio signals.
신호 재생장치(제4도)에 입력된 신호를 A/D 변환부(D31)에서 샘플링 한 후 카오스 복호부(D32)에서 식(3)에 의해서 값(혹은 이득)을 추출한 후 원래신호로 변환 출력(D33)한다. 여기서 카오스 복호부(D32)는 버퍼가 포함된다. 카오스 복호부(D32)에서는, 카오스 발생부(제1도의 E14와 제2도의 E25)에서 만들어진 카오스 신호 2개 또는 그 이상의 신호에 의해서 식(3)에 따라 값(혹은 이득)을 만들어내므로 카오스 복호부에서는 식(4)의 과정을 한번 또는 그 이상을 수행하여 값(혹은 이득)을 추출하여 원래의 신호를 재생한다.After sampling the signal input to the signal reproducing apparatus (figure 4) by the A / D converter D 31 and extracting the value (or gain) by the equation (3) from the chaos decoder D 32 , the original signal Conversion output (D 33 ). Here, the chaotic decoder D 32 includes a buffer. In the chaotic decoding unit D 32 , a value (or gain) is generated according to equation (3) by two or more chaos signals generated by the chaotic generating unit (E 14 in FIG. 1 and E 25 in FIG. 2). Therefore, the chaotic decoder performs one or more steps of Equation (4) to extract the value (or gain) to reproduce the original signal.
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