RU2100906C1 - Волоконно-оптическая система с безопасной передачей информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и касается передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, в частности предлагаемое устройство может быть использовано для безопасной передачи информации в волоконно-оптической системе связи. Целью изобретения является разработка волоконно-оптической системы, обеспечивающей увеличение дальности связи при сохранении гарантированной безопасности передачи информации. Устройство включает на передающем узле: блок кодового зашумления 1, переключатель 2, датчик кодовой комбинации тревоги 3, позиционно- имульсный модулятор 4, устройство управления 5, источник излучения 6, Т-образный ответвитель 7, фотодиод 8, блок стабилизации 9. На приемном узле: фотодиод 11, усилитель 12, устройство регенерации 13, устройство контроля 14, позиционно-импульсный демодулятор 15, анализатор 16, декодер кодового зашумления 17. Благодаря введению блока кодового зашумления, датчика кодовой комбинации тревоги, анализатора, декодера кодового зашумления обеспечивается возможность увеличить длину оптической линии связи или же уменьшить требования к чувствительности устройства контроля при сохранении надежности защиты передаваемой информации. 6 з.п. ф-лы, 25 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и касается передачи сигналов в оптическом диапазоне волн, в частности предлагаемое устройство может быть использовано для безопасной передачи информации в волоконно-оптической системе связи.

Известно устройство (патент США N 4904050, НКА 4 350/96.26, опубл. 27.02.90), которое содержит источник излучения, два входных порта, разветвитель, два выходных порта и детектор. Сущность изобретения состоит в измерении в детекторе разности фаз сигнала, объединенного в разветвителе, с образцом. Благодаря данному устройству можно обнаружить несанкционированное подключение к оптическому волокну.

Недостатком этого устройства является необходимость использования высококогерентного источника излучения, оптических сигналов большой мощности, специального разветвительного оборудования, а также повышенный расход оптического кабеля.

Известно также устройство (патент США N 4973169, НКА 350/96.16, опубл. 27.11.90), которое содержит передатчик данных, передатчик защиты, соединитель, одномодовое стекловолокно, разветвитель, приемник данных, приемник защиты. Сущность изобретения состоит в передаче информационного и контрольного сигналов по одномодовому оптическому волокну на двух различных длинах волн. Причем на одной из них создаются неустойчивые условия распространения оптического сигнала путем возбуждения оптического волокна волной с длиной, близкой к длине волны отсечки. Небольшие механические воздействия и изгибы оптического волокна приводят к резким изменениям мощности на выходе волокна.

Недостатком данного устройства является большой расход мощности оптического сигнала, подверженность ложной тревоге и высокие технологические требования при изготовлении стекловолокна. Объясняется это использованием двух передатчиков, причем передатчик данных должен иметь повышенную мощность излучения, и тем, что значение длины волны отсечки каждого волокна в оптическом кабеле имеет технологический разброс, а также зависит от трассы прокладки кабеля, следовательно, для каждого волоконно-оптического кабеля необходимо индивидуально выбирать контрольную длину волны.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству (прототипом) по своей технической сущности является известное устройство контроля за подключением к оптической линии: Волоконно-оптическая система скрытой передачи данных. (см. патент США N 4435850 МКИ H 04 B 9/00, опубликованое 06.03.1984 г.).

Устройство-прототип содержит на передающем узле фильтр нижних частот, частотный модулятор, частотный мультиплексор, схему контроля передачи, устройство управления источником излучения, источник излучения, Т-образный ответвитель, фотодиод, блок стабилизации мощности источника излучения.

При этом входы фильтра нижних частот и частотного модулятора являются входами передающего узла, а выход фильтра нижних частот соединен с первым входом частотного мультиплексора, с вторым входом которого соединен выход частотного модулятора, к третьему входу частотного мультиплексора подключен первый выход схемы контроля передачи, на вход которой поступает сигнал с выхода порогового компаратора блока сигнализации, выход частотного мультиплексора и второй выход схемы контроля передачи подключены соответственно к первому и второму входам устройства управления источником излучения, чей выход соединен с первым отводом источника излучения, второй отвод которого подключен к корпусу, оптический выход источника излучения подключен через Т-образный ответвитель к волоконно-оптическому кабелю и с другой стороны к фотодиоду, один отвод которого соединен с корпусом, а другой отвод подключен к блоку стабилизации оптической мощности источника излучения, чей выход подсоединен к третьему входу устройства управления источником излучения.

На приемном узле устройство-прототип содержит фотодиод, усилитель с обратной связью, первый усилитель, второй усилитель, фильтр нижних частот, полосовой фильтр, частотный демодулятор, компаратор напряжения. При этом выход волоконно-оптического кабеля соединен с оптическим входом фотодиода, один вывод которого подключен через резистор к источнику питания, а второй отвод фотодиода соединен с первый входом усилителя с обратной связью, второй вход которого подключен к корпусу, выход усилителя с обратной связью соединен через конденсатор с входом первого усилителя, а также непосредственно подключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с первым входом порогового компаратора блока сигнализации, а также с входом фильтра нижних частот, чей выход подключен к входу компаратора напряжения, а выход первого усилителя подключен к входу полосового фильтра, чей выход соединен с входом частотного демодулятора, выходы частотного демодулятора и компаратора напряжения являются выходами приемного узла.

Блок сигнализации устройства-прототипа содержит пороговый компаратор, схему звуковой и схему визуальной сигнализации.

При этом на первый вход порогового компаратора поступает сигнал с выхода второго усилителя приемного узла, а на второй и третий входы компаратора подключены соответственно сигналы верхнего и нижнего порогов напряжения, выход порогового компаратора подключен к входам схем звуковой и визуальной сигнализации, а также к входу схемы контроля передачи передающего узла.

Благодаря такой совокупности в устройстве-прототипе достигается возможность защиты передаваемых данных за счет применения малого индекса модуляции оптической несущей. Используемый в нем режим фоновой засветки позволяет замаскировать данные дробовыми шумами преобладающей мощности и тем самым вынудить "подслушивателя" увеличить отвод мощности оптического сигнала из волоконно-оптического кабеля для получения им требуемой разборчивости. При этом величина оптической мощности, отводимая "подслушивателем", становится значительно большей по величине, поэтому устройство контроля достоверно определяет факт несанкционированного подключения.

Недостатком устройства-прототипа являются относительно малые дальности линий связи, при которых обеспечивается скрытая передача данных. Это объясняется необходимостью использования большой величины мощности оптической несущей для маскирования передаваемой информации дробовыми шумами.

Целью изобретения является разработка волоконно-оптической системы, обеспечивающей увеличение дальности связи при сохранении гарантированной безопасности передачи информации.

Цель достигается тем, что в известную волоконно-оптическую систему с безопасной передачей информации, содержащую на передающем узле позиционно-импульсный модулятор электрических сигналов, устройство управления источником излучения, блок стабилизации мощности, фотодиод, источник излучения, выход которого подключен через первый выход Т-образного волоконно-оптического ответвителя к волоконно-оптическому кабелю и через второй выход Т-образного ответвителя к фотодиоду, чей выход подключен к входу блока стабилизации мощности, выход которого подключен к второму входу устройства управления источником излучения, которое выходом подключено к источнику излучения, а первым входом подключено к позиционно-импульсному модулятору электрических сигналов, на приемном узле содержащую фотодиод, усилитель, демодулятор электрических сигналов, устройство контроля, причем оптический вход фотодиода является входом приемного узла и соединен с выходом волоконно-оптического кабеля, а выход фотодиода соединен с входом усилителя, дополнительно введены на передающем узле блок кодового зашумления, переключатель, датчик кодовой комбинации тревоги, а на приемном узле - устройство регенерации, декодер кодового зашумления, анализатор кодовой комбинации тревоги.

При этом вход блока кодового зашумления является входом устройства и соединен с выходом дискретного источника сообщений, а выход блока кодового зашумления подключен к первому входу переключателя, на второй вход которого подключен выход датчика кодовой комбинации тревоги, третий управляющий вход переключателя связан с выходом устройства контроля приемного узла, а выход переключателя подключен к входу позиционно-импульсного модулятора электрических сигналов, выход которого соединен с первым входом устройства управления источником излучения, третий вход устройства управления источником излучения связан с выходом анализатора кодовой комбинации тревоги, а дополнительный выход устройства управления источником излучения соединен с вторым входом источника излучения, на приемном узле дополнительный выход фотодиода соединен с вторым входом усилителя, выход усилителя подключен одновременно к первому и второму входам устройства регенерации, к выходу которого подключен вход позиционно-импульсного демодулятора электрических сигналов и вход устройства контроля, выход позиционно-импульсного демодулятора электрических сигналов подключен к входу анализатора кодовой комбинации тревоги и входу декодера кодового зашумления, выход которого является выходом устройства.

Входящие в общую структурную схему элементы могут быть реализованы следующим образом. Блок кодового зашумления состоит из генератора случайных чисел, кодера, регистра сдвига, сумматора по модулю два, причем первый вход регистра сдвига является входом блока кодового зашумления, а к второму входу регистра подсоединен первый выход кодера, к входу которого подключен выход генератора случайных чисел, выход регистра сдвига соединен с первым входом сумматора по модулю два, а второй выход кодера соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого является выходом блока кодового зашумления.

Датчик кодовой комбинации тревоги состоит из генератора меандра, счетчика-делителя и сумматора по модулю два, причем выход генератора меандра подключен к входу счетчика-делителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора по модулю два, выход которого является выходом датчика кодовой комбинации тревоги.

Устройство контроля состоит из компаратора, вход которого является входом устройства контроля, к второму входу которого подключен выход первого источника эталонного напряжения, а выход компаратора подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, на второй вход которого подключен выход второго источника эталонного напряжения. Выход второго компаратора является выходом устройства контроля.

Анализатор кодовой комбинации тревоги состоит из генератора меандра, к выходу которого подключен счетчик-делитель, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого подсоединен к второму входу сумматора по модулю два с инверсией, первый вход которого является входом анализатора кодовой комбинации тревоги, выход сумматора по модулю два с инверсией соединен с входом счетчика, выход которого подключен к входу компаратора, выход которого является выходом анализатора кодовой комбинации тревоги.

Декодер кодового зашумления состоит из генератора синдрома и регистра сдвига, причем вход генератора синдрома является входом декодера, первый выход генератора подключен к первому входу регистра сдвига, а второй выход генератора синдрома соединен с вторым входом регистра сдвига, выход которого является выходом декодера кодового зашумления.

Устройство регенерации состоит из устройства выделения тактовой частоты и решающего устройства, причем первый вход решающего устройства и вход устройства выделения тактовой частоты являются входами устройства регенерации, выход устройства выделения тактовой частоты подключен к второму входу решающего устройства, выход которого является выходом устройства регенерации.

Перечисленная совокупность существенных признаков предлагаемого устройства позволяет увеличить длину оптической линии связи или же уменьшить требования к чувствительности устройства контроля при сохранении надежности защиты передаваемой информации. При уменьшении мощности передатчика соотношение сигнал/шум на приеме не ухудшается из-за выигрыша в энергетической эффективности кодового зашумления данных. Канал подслушивания предполагается худшего качества, чем основной канал, так как подслушиватель вынужден отводить малую оптическую мощность, чтобы быть незамеченным. В этом случае благодаря одновременному использованию в предлагаемом устройстве способа кодового зашумления и позиционно-импульсной модуляции в канале подслушивания при декодировании возникает размножение ошибок и соотношение сигнал/шум значительно уменьшается. Это соотношение не позволяет получить требуемую разборчивость в канале подслушивания. Для достижения такой же разборчивости в канале подслушивания, как в случае использования устройства-прототипа, "подслушивателю" теперь необходимо значительно увеличить величину отводимой из оптического канала мощности. Это приводит к соответственному уменьшению мощности оптического сигнала на приеме предлагаемого устройства. Так как это изменение значительно по величине, то устройство контроля гарантированно фиксирует факт несанкционированного подключения к оптическому кабелю. За счет энергетического выигрыша способа кодового зашумления можно, в свою очередь, увеличить длину контролируемого участка настолько, чтобы соотношение с/ш на приеме предлагаемого устройства стало таким же, как и для устройства-прототипа, не ухудшая тем самым безопасности передаваемой информации.

Таким образом, благодаря использованию в предлагаемом устройстве способа кодового зашумления, существенно снижаются требования по чувствительности к устройству контроля, что облегчает его практическую реализацию, или же увеличивается длина контролируемого участка волоконно-оптической линии связи.

На фиг. 1 приведена общая структурная схема волоконно-оптической системы с безопасной передачей информации; на фиг. 2 структурная схема блока кодового зашумления; на фиг. 3 структурная схема кодера; на фиг. 4 - структурная схема регистра с логической обратной связью; на фиг.5 - структурная схема устройства управления; на фиг.6 структурная схема регистра сдвига; на фиг.7 принципиальная схема сумматора по модулю два; на фиг.8 - принципиальная схема переключателя; на фиг. 9 структурная схема датчика кодовой комбинации тревоги; на фиг.10 структурная схема анализатора кодовой комбинации тревоги; на фиг. 11 структурная схема позиционно-импульсного модулятора; на фиг.12 принципиальная схема устройства управления источником излучения, источника излучения, фотодиода, блока стабилизации мощности и Т-образного ответвителя; на фиг. 13 принципиальная схема фотодиода и предварительного усилителя; на фиг. 14 структурная схема усилителя; на фиг.15 структурная схема устройства регенерации; на фиг.16 структурная схема компаратора; на фиг.17 структурная схема устройства выделения тактовой частоты; на фиг.18 структурная схема решающего устройства; на фиг.19 - структурная схема устройства контроля; на фиг. 20 структурная схема позиционно-импульсного демодулятора; на фиг.21 структурная схема декодера кодового зашумления; на фиг.22 структурная схема генератора синдрома; на фиг. 23 структурная схема регистра сдвига; на фиг.24 временная диаграмма напряжения, поясняющая формирование тока накачки источника излучения; на фиг.25 временная диаграмма напряжения, поясняющая принцип работы решающего устройства.

Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из блока кодового зашумления 1, переключателя 2, датчика кодовой комбинации тревоги 3, позиционно-импульсного модулятора электрических сигналов 4, устройства управления источником излучения 5, источника излучения 6, Т-образного волоконно-оптического ответвителя 7, фотодиода 8, блока стабилизации мощности 9, волоконно-оптического кабеля 10, фотодиода 11, усилителя 12, устройства регенерации 13, устройства контроля 14, позиционно-импульсного демодулятора 15, анализатора кодовой комбинации тревоги 16, декодера кодового зашумления 17. При этом вход блока кодового зашумления 1 является входом предлагаемого устройства, а выход блока кодового зашумления 1 подключен к первому входу переключателя 2. К второму входу переключателя 2 подсоединен выход датчика кодовой комбинации тревоги 3, а к третьему входу переключателя 2 подключен выход устройства контроля 14. Выход переключателя соединен с входом позиционно-импульсного модулятора электрических сигналов 4, выход которого подключен к первому входу устройства управления источником излучения 5, к второму входу которого подключен выход блока стабилизации мощности 9. К третьему входу устройства управления источником излучения 5 подсоединен выход анализатора кодовой комбинации тревоги 16. Первый и второй выходы устройства управления источником излучения 5 соединены соответственно с первым и вторым входами источника излучения 6, оптический выход которого подключен через первый выход Т-образоного волоконно-оптического ответвителя 7 к волоконно-оптическому кабелю 10. Через второй выход Т-образного ответвителя (цепь обратной связи), источник излучения связан с входом фотодиод 8, выход которого соединен с входом блока стабилизации мощности 9. Выход волоконно- оптического кабеля от другой станции 10 подключен к оптическому входу фотодиода 11, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами усилителя 12. Выход усилителя 12 подсоединен к первому и второму входам устройства регенерации 13. Выход устройства регенерации 13 одновременно подключен к входу устройства контроля 14 и входу позиционно-импульсного демодулятора 15, выход которого одновременно соединен с входом анализатора кодовой комбинации тревоги 16 и входом декодера кодового зашумления 17. Выход декодера кодового зашумления 17 является выходом предлагаемого устройства.

Блок кодового зашумления 1 (фиг.2) состоит из генератора случайных чисел 1.1, кодера 1.2, регистра сдвига 1.3, сумматора по модулю два 1.4. При этом первый вход (а) регистра сдвига 1.3 является входом блока кодового зашумления 1, к второму входу регистра (б) подсоединен первый выход кодера (а) 1.2. К входу кодера 1.2 подключен выход генератора случайных чисел 1.1. Выход регистратора сдвига 1.3 соединен с первым входом сумматора по модулю два (а) 1.4. Второй выход кодера (б) 1.2 соединен с вторым входом сумматора по модулю два 1.4, выход которого является выходом блока кодового зашумления 1.

Сущность кодового зашумления информации подробно описана в монографии В. А.Яковлева "Защита информации на основе кодового зашумления", ч.1, Санкт-Петербург, ВАС, 1993. Изложим кратко его суть с целью последующего пояснения работы ВОСПИ. Выбирается некоторый систематический (n,n-k)-код V. Информационная последовательность от источника разбивается на блоки длиной "k" символов и каждому из блоков ставится свой смежный класс кода. Далее случайно и равновероятно выбирается слово из смежного класса, которое посылается в канал связи. На приеме в основном канале, в котором помех нет, по принятому слову однозначно восстанавливается номер смежного класса, а следовательно, и информационный блок. Наоборот, в канале подслушивания, образованном паразитными излучениями и наводками, который предполагается худшего качества, чем основной канал, из-за помех возникают ошибки, которые в результате декодирования размножаются, что и обеспечивает невозможность восстановления информации "подслушивателем".

Схема ГСЧ (1.1) может быть реализована согласно принципиальной схеме из "ГСЧ для ЕС ЭВМ" (А.М.Морозов, Д.М.Судаков, Тбилиси, 1976, с.123-124 или же см. "Элементы радиоэлектронных устройств" Б.И.Горшкова, М.Радио и связь, 1988, с.134, рис.10,11).

Устройство кодера 1.2, показанное на фиг.3, состоит из схемы совпадения К1 1.2.1, регистра с логической обратной связью 1.2.2, схемы совпадения К2 1.2.3 и устройства управления 1.2.4. При этом первый вход (а) схемы совпадения К1 1.2.1 является входом кодера 1.2, второй вход (б) схемы совпадения К1 1.2.1 подключен к третьему выходу (в) устройства управления 1.2.4. Выход схемы совпадения К1 1.2.1 соединен с вторым входом (б) регистра с логической обратной связью 1.2.2, выход (в) которого подключен к первому входу (а) схемы совпадения К2 1.2.3. На второй вход (б) схемы совпадения К2 1.2.3 подключен второй выход (б) устройства управления 1.2.4. Выход (в) схемы совпадения К2 1.2.3 подсоединен к первому входу (а) регистра с логической обратной связью 1.2.2. Первый выход (а) устройства управления 1.2.4 является первым (а) выходом кодера 1.2, а выход (в) регистра с логической обратной связью 1.2.2 является вторым (б) выходом кодера. Схема регистра с логической обратной связью 1.2.2, показанная на фиг. 4, состоит из последовательно включенных четырех D-триггеров Т₁-Т₄ и сумматора по модулю М2, причем вход четвертого триггера Т₄ является вторым входом (б) регистра с логической обратной связью 1.2.2, выходы второго Т₂ и четвертого Т₄ триггеров подключены к входу сумматора по модулю два М2, выход которого является выходом (в) регистра с логической обратной связью. Вход D первого триггера Т₁ является первым входом (а) регистра с логической обратной связью. Схема регистра с логической обратной связью 1.2.2 может быть реализована с помощью микросхем К155ИР1, К555ИР11 совместно с микросхемами К155ЛП5, К555ЛП5, К531ЛП5, таким образом, чтобы сигнал с заданных разрядов регистра через сумматор по модулю два подавался на вход регистра. Количество разрядов (длина) и номера разрядов регистра 1.2.2, в которые включается сумматор по модулю два М2, определяется порождающим полиномом, вид которого зависит от типа и структуры зашумляющего кода (описание подобного типа регистра см. О.Н.Лебедев, А.М.Сидоров "Импульсные цифровые устройства" ВАС, Л. 1980, 116-119).

Схемы совпадения К1, К2 схемы с логической "И" могут быть реализованы на микросхеме К555ЛИ3 или К555ЛИ4 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы" М. Радио и связь, 1987, с.40).

Устройство управления 1.2.4, показанное на фиг.5, состоит из генератора, управляемого напряжением, 1.2.4.1, счетчика 1.2.4.2, программируемого постоянного запоминающего устройства 1.2.4.3. При этом выход генератора, управляемого напряжением, 1.2.4.1 подключен к входу счетчика 1.2.4.2, выход которого соединен одновременно со всеми входами (A₀-A_N) программируемого запоминающего устройства 1.2.4.3. Его первый (а), второй (б) и третий (в) выходы являются выходами устройства управления. Схему генератора ГУН можно реализовать на микросхеме К531ГГ1 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.191). Схема счетчика может быть построена на четырех микросхемах К155ИЕ9 или К555ИЕ10 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.97,98). ППЗУ реализуется на микросхеме К555РТ1 или К556РТ2 (В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко "Микросхемы и их применение", М.Радио и связь, 1989, с.155-156). Программирование ППЗУ осуществляется исходя из типа и структуры зашумляющего кода, т.е. числа входящих в него информационных и проверочных символов. Так, например, для кода 7.4, в котором информационных и проверочных символов, образующих вторую часть кода, 4, символов, образующих первую часть кода 3, управляющая последовательность на выходе (а) будет содержать в периоде четыре единицы "1" и три нуля "О", для того чтобы задержать в регистре сдвига 1.3 информационную последовательность на три такта, в течение которых произвести вставку из кодера 1.2 трех символов первой части зашумляющего кода в выходную последовательность импульсов. Последовательность на третьем (в) выходе будет состоять из единиц, причем длина ее будет равна количеству разрядов регистра с логической обратной связью. Это сделано для обеспечения записи в регистр последовательности импульсов от генератора случайных чисел. Последовательность на втором выходе (б) должна обеспечить продвижение импульсов с выхода регистра на его вход (а) во время начального заполнения, а позже, по закону в зависимости от используемого кода.

Устройство регистра сдвига 1.3, показанное на фиг.6, состоит из регистра сдвига 1.3.1 и схемы совпадения К3 1.3.2. При этом первый вход (а) регистра сдвига 1.3.1 является первым входом устройства 1.3. Выход регистра сдвига 1.3.1 соединен с первым (а) входом схемы совпадения К3 1.3.2.Второй вход (б) регистра сдвига 1.3.1 подключен к второму входу (б) схемы совпадения К3 1.3.2. Эти два соединенных друг с другом входа являются вторым входом устройства 1.3. Выход схемы совпадения К3 1.3.2 является выходом устройства регистра сдвига 1.3. Схема совпадения К3 схема с логической "И", может быть реализована на микросхеме К555ЛИ3 или К555ЛИ4 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.40). Схему регистра сдвига 1.3.1 можно реализовать на микросхеме К555ИР11, последовательный вход данных DSR которой является входом регистра сдвига 1.3.1, а на вход S₀ поступает сигнал выбора режима (сдвига или хранения) из устройства управления 1.2.4 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.108).

Сумматор по модулю два 1.4, показанный на фиг.7, состоит из четырех логических схем объединения по "И" с инверсией, а именно схемы 1.4.1, схемы 1.4.2, схемы 1.4.3, схемы 1.4.4. При этом первый (а) и второй (б) входы схемы 1.4.1 являются входами сумматора по модулю два 1.4. Кроме того, первый вход (а) схемы 1.4.1 соединен с вторым входом (б) схемы 1.4.3, а второй (б) вход схемы 1.4.1 соединен с первым (а) входом схемы 1.4.2. Выход схемы 1.4.1 соединен с первым (а) входом схемы 1.4.2. Выход схемы 1.4.1 одновременно подключен к второму (б) входу схемы 1.4.2 и первому входу (а) схемы 1.4.3. Выход схемы 1.4.2 соединен с первым (а) входом схемы 1.4.4. а выход схемы 1.4.3 подключен к второму входу (б) схемы 1.4.4. Выход схемы 1.4.4 является выходом сумматора по модулю два 1.4. Схема сумматора по модулю два реализуется на микросхемах: К155ЛП5, К555ЛП5, К531ЛП5 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.56).

Схема переключателя 2, показанная на фиг.8, состоит из логической схемы "НЕ" 2.1 и логической схемы 2.2, реализующей операцию "И-ИЛИ-И". При этом первый вход (а) схемы 2.2 является первым входом переключателя 2, третий вход (б) схемы 2.2 является вторым входом переключателя 2. Вход схемы 2.1 (управляющий код) является третьим входом переключателя 2 и соединен с вторым (в) входом схемы 2.2. Выход схемы 2.1 подключен к четвертому (г) входу схемы 2.2. Выход схемы 2.2 является выходом переключателя 2. Схему переключателя 2 можно реализовать на микросхеме К531КП11 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.147).

Датчик кодовой комбинации тревоги 3, показанный на фиг.9, состоит из генератора меандра 3.1, счетчика-делителя 3.2, сумматора по модулю два 3.3. При этом выход генератора меандра 3.1 соединен с входом счетчика-делителя 3.2. Первый и второй выходы счетчика- делителя соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора по модулю два 3.3. Выход сумматора по модулю два 3.3 является выходом датчика кодовой комбинации тревоги 3.

Анализатор кодовой комбинации тревоги 16, показанный на фиг.10, состоит из генератора меандра 16.1, счетчика-делителя 16.2, сумматора по модулю два 16.3, сумматору по модулю два с инверсией 16.4, счетчика 16.5, компаратора 16.6. При этом к выходу генератора меандра 16.1 подключен счетчик-делитель 16.2, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два 16.3. Выход сумматора по модулю два 16.3 подсоединен к второму входу сумматора по модулю два с инверсией 16.4. Первый вход сумматора по модулю два с инверсией 16.4 является выходом анализатора кодовой комбинации тревоги 16. Выход сумматора по модулю два с инверсией 16.4 соединен с входом счетчика 16.5, выход которого подключен к входу компаратора 16.6. Выход компаратора 16.6 является выходом анализатора кодовой комбинации тревоги 16. Схему генератора меандра (3.1 и 16.1) можно реализовать на микросхеме К155ЛА3 или К561ЛН2 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.51 или 218). Схему сумматора по модулю два (3.3 и 16.3) можно реализовать на микросхеме К155ЛП5 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.56). Схему сумматора по модулю два с инверсией (16.4) можно реализовать на микросхеме К155ЛЕ1 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с. 57,46). Схему счетчика-делителя можно реализовать на микросхеме К531ИЕ16 (В. Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.103), используя любые, но строго соответствующие друг другу выходы для блоков 3.2 и 16.2. Схему счетчика (16.5) можно реализовать на микросхеме К531ИЕ17. Схему компаратора можно реализовать на микросхеме К521СА3 (В.Н.Вениаминов, О.Н. Лебедев, А. И. Мирошниченко "Микросхемы и их применение", М.Радио и связь, 1989, с.57-58).

Позиционно-импульсный модулятор электрических сигналов 4, показанный на фиг. 11, состоит из генератора синхроипульсов 4.1, делителя на два 4.2, первого дифференциатора 4.3, второго дифференциатора 4.4, инвертора 4.5, первой схемы "И-НЕ" 4.6, второй схемы "И-НЕ" 4.7, третьей схемы "И-НЕ" 4.8, четвертой схемы "И-НЕ" 4.9, первой схемы "ИЛИ-НЕ" 4.10, второй схемы "ИЛИ-НЕ" 4.11, схемы RS-триггера 4.12. При этом первый вход первой схемы "И-НЕ" 4.6 соединен с входом инвертора 4.5 и с первым входом четвертой схемы "И-НЕ" 4.9, эти три соединенных вместе входа образуют вход позиционно-импульсного модулятора 4. Выход генератора синхроимпульсов 4.1 подключен к входу делителя на два 4.2, первый выход которого соединен с входом первого дифференциатора 4.3, а второй выход делителя на два соединен с входом второго дифференциатора 4.4. Выход первого дифференциатора 4.3 подключен одновременно к второму входу первой схемы "И-НЕ" 4.6 и к второму входу третьей схемы "И-НЕ" 4.8. Выход второго дифференциатора соединен одновременно с первым входом второй схемы "И-НЕ" 4.7 и со вторым входом четвертой схемы "И-НЕ" 4.9. Выход инвертора 4.5 подключен одновременно к второму входу второй схемы 4.7 и первому входу третьей схемы "И-НЕ" 4.8. Выход первой схемы "И-НЕ" 4.6 соединен с первым входом первой схемы "ИЛИ-НЕ" 4.10. Выход второй схемы "И-НЕ" 4.7 соединен с вторым входом первой схемы "ИЛИ-НЕ" 4.10. Выход третьей схемы "И-НЕ" 4.8 соединен с первым входом второй схемы "ИЛИ-НЕ" 4.11. Выход четвертой схемы "И-НЕ" 4.9 соединен с вторым входом второй схемы "ИЛИ-НЕ" 4.11. Выход первой схемы "ИЛИ-НЕ" 4.10 подключен к входу "S" RS- триггера 4.12. Выход второй схемы "ИЛИ-НЕ" подключен к входу "R" RS-триггера 4.12, выход которого является выходом позиционно-импульсного модулятора 4. Структурная схема ПИ-модулятора приведена из Й.Янсен "Курс цифровой электроники" М. Мир, 1987, т.3, с.400. Схему генератора можно построить на микросхеме К155ЛА3 или К531ГГ1 (В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с. 51,191), или микросхеме К564ЛН2 (В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко "Микросхемы и их применение", М.Радио и связь, 1989, с.210, рис.7-10д). Схема делителя на два реализуется с помощью микросхемы К155ИЕ4 (В.Л. Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.88). Схема дифференциатора может быть реализована по схеме, изображенной в "Искусство схемотехники" П. Хоровиц, У.Хилл М.Мир, 1983, т.1, с.44 (рис.1.34) или т.2, с.523 (рис.8.8). Схемы "И-НЕ", "ИЛИ-НЕ", триггера реализуются на микросхемах К155ЛА3, К155ЛЕ5, К555ТР2 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М. Радио и связь, 1987, с.41,46,74) соответственно, инвертор можно реализовать на базе "И-НЕ", подавая сигнал одновременно на два входа микросхемы.

Устройство управления источником излучения 5, показанное на фиг.12, состоит из источника тока смещения Е1, базового делителя на резисторах R1, R2, транзистора, термостабилизирующего резистора Rt, коммутирующего ключа 5.1. При этом к источнику тока смещения Е1 одним отводом подключен резистор R1 базового делителя R1, R2 и термостабилизирующий резистор Rt, второй отвод резистора R1 и первый отвод резистора R2 подключен к базе транзистора типа "n-p-n", которая является первым входом устройства управления источником излучения, коллектор транзистора подключен к первому входу коммутирующего ключа 5.1, второй управляющий вход которого является третьим входом устройства управления источником излучения 5. Эмиттер транзистора соединен с корпусом. Выход ключа 5.1 является вторым входом устройства управления источником излучения 5. Второй отвод термостабилизирующего резистора Rt является первым выходом устройства управления источником излучения. Второй отвод резистора R2 является вторым входом устройства 5. Схему коммутирующего ключа 5.1 можно реализовать на микросхеме К176КТ1 или К561КТ3 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.226, рис.2.27(б)).

Источник излучения 6, показанный на фиг.12 представляет собой полупроводниковый лазер или светоизлучающий диод. При этом отводы источника оптического излучения являются входами блока 6, а оптический выход является выходом источника излучения 6. В качестве источника излучения можно использовать лазер ЛГ-38, ИЛПН-102 или светоизлучающий диод 3Л124-А.

Устройство фотодиода 8, показанного на фиг. 12, состоит из источника смещения Е2, резистора R3, фотодиода, резистора R4. При этом первый отвод резистора R3 соединен с источником смещения Е2, а второй отвод резистора R3 соединен с анодом фотодиода. Катод фотодиода подключен к первому отводу резистора R4, второй отвод которого соединен с корпусом. Оптический вход фотодиода является входом блока 8, а его анод выходом. В качестве фотодиода можно использовать ФД-25К или ФД-252.

Блок стабилизации мощности 9, показанный на фиг.12, состоит из дифференциального операционного усилителя с обратной связью. При этом вход усилителя является входом устройства 9, к второму входу усилителя подключен источник эталонного сигнала, а выход усилителя является выходом устройства 9.

Практическую реализацию блоков 5 (без 5.1),6,8,9 (см. ВИНИТИ "Итоги науки и техники" серия Электроника т.24, М.ВИНИТИ, 1989, с.102, рис.34).

Т-образный ответвитель 7 (фиг.12) состоит из волоконно-оптического ответвителя. При этом вход ответвителя является входом устройства 7, первый выход которого является первым выходом устройства 7, а второй выход вторым выходом устройства 7.

Оптический вход устройства фотодиода 11 (фиг.13) соединен с выходом волоконно-оптического кабеля, а первый и второй отводы фотодиода являются соответственно первым и вторым выходом фотодиода 11. Его можно реализовать на ФД-25К или ФД-252.

Устройство предварительного усилителя 12.1 (фиг.13) состоит из операционного усилителя, отрицательный вход которого является вторым входом предварительного усилителя 12.1, а положительный вход соединен с корпусом источника питания. Потенциал (+15 В) источника питания соединен через резистор R2 с первым отводом резистора R1, второй отвод которого является первым входом предусилителя 12.1. В цепь обратной связи операционного усилителя включены параллельно соединенные резистор R3 и конденсатор C3, выход операционного усилителя является выходом предусилителя 12.1. Его можно реализовать на микросхеме 140УД6.

Практическую реализацию блоков 11,12.1 см. Е.А.Зак "Волоконно- оптические преобразователи с внешней модуляцией". М. Энергоатомиздат, 1989, с. 101, рис.3.4, серия Электроника т.24, М. ВИНИТИ, 1989, с.96.

Усилитель 12 (фиг. 14) состоит из предварительного усилителя 12.1, усилителя мощности 12.2, полосового фильтра 12.3. При этом первый и второй входы предварительного усилителя 12.1 являются входами усилителя 12. Выход предварительного усилителя 12.1 подключен к входу усилителя мощности 12.2, выход которого подсоединен к входу полосового фильтра 12.3. Выход полосового фильтра 12.3 является выходом усилителя 12. Усилитель мощности можно реализовать на микросхем К155ЛН1 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.26) или на микросхемах МС1438, LH0063 (см. П.Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники", М.Мир, 1983, т.1, с.168). Схему полосового фильтра можно реализовать по схеме, указанной в "Элементы радиоэлектронных устройств" Б.И.Горшкова, М.Радио и связь, 1988, с.90, рис.5.19. Полоса пропускания полосового фильтра выбирается исходя из выбранной полосы частот передаваемого сигнала.

Устройство регенерации 13 (фиг.15) состоит из устройства выделения тактовой частоты 13.1 и решающего устройства 13.2. При этом первый вход решающего устройства 13.2 является первым входом устройства регенерации 13, а вход устройства выделения тактовой частоты 13.1 является вторым входом устройства регенерации 13. Выход устройства выделения тактовой частоты 13.1 подключен к второму входу решающего устройства 13.2, выход которого является выходом устройства регенерации 13.

Компаратор (13.2.4; 14.1; 14.3) (фиг.16) показан согласно "Основы радиоэлектроники" А.А.Каяцкас, М.Высшая школа, 1988, с.341, рис.19.7.

Устройство выделения тактовой частоты 13.1 (фиг. 17) состоит из ограничителя 13.1.1, полосового фильтра 13.1.2, усилителя 13.1.3, ограничителя 13.1.4, формирователя стробирующих импульсов 13.1.5. При этом вход ограничителя 13.1.1 является входом устройства выделения тактовой частоты 13. Выход ограничителя 13.1.1 соединен с входом полосового фильтра 13.1.2, чей выход подключен к входу усилителя 13.1.3. Выход усилителя 13.1.3 соединен с входом ограничителя 13.1.4, выход которого подключен к входу формирователя стробирующих импульсов 13.1.5, выход которого является выходом устройства выделения тактовой частоты 13.1. Схема ограничителя см. "Искусство схемотехники" П. Хоровиц, У. Хилл, М.Мир, 1983, т.1, с.74 (изменив тип диода и напряжение питания) или "Элементы радиоэлектронных устройств" Б.И.Горшкова, М.Радио и связь, 1988, с.137. Схему полосового фильтра можно реализовать по схеме, указанной в "Элементы радиоэлектронных устройств" Б.И.Горшкова, М.Радио и связь, 1988, с.90, рис.5.19. Схема формирователя стробирующих импульсов может быть выполнена на основе схемы, приведенной в "Элементы радиоэлектронных устройств" Б. И. Горшкова, М.Радио и связь, 1988, с.140, рис.11.15. Схему усилителей можно реализовать согласно "Искусство схемотехники", П.Хоровиц, У.Хилл, М.Мир, 1983, т.1, с.108, рис.2.26.

Решающее устройство 13.2 (фиг.18) состоит из пикового детектора 13.2.1, коммутирующего ключа 13.2.2, линии задержки 13.2.3, компаратора 13.2.4. При этом вход пикового детектора 13.2.1 является первым входом решающего устройства 13.2. Выход пикового детектора 13.2.1 подключен к первому входу коммутирующего ключа 13.2.2, второй вход которого является вторым входом решающего устройства 13.2. Выход коммутирующего ключа 13.2.2 подключен одновременно к входу линии задержки 13.2.3 и первому входу компаратора 13.2.4. Выход линии задержки 13.2.3 подключен к второму входу компаратора 13.2.4, выход которого является выходом решающего устройства 13.2. Схема пикового детектора может быть реализована согласно "Искусство схемотехники" П.Хоровиц, У.Хилл, М.Мир, 1983 г. т.1, с.203. Схему коммутирующего ключа 13.2.2 можно реализовать на микросхеме К176КТ1 или К561КТ3 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с. 226, рис.2.27(б)). Схему линии задержки можно выполнить на микросхемах вида БМ, реализовать линию задержки можно согласно В. П.Авраменко, А.А.Ланнэ "Электрические линии задержки и фазовращатели", М. Связь, 1973. Время задержки определяется периодом следования сигналов τ_зад= Т. Схему компаратора (13.2.4) можно выполнить на микросхемах серии 521СА1(СА2) или 554СА1(СА2).

Устройство контроля 14 (фиг.19) состоит из компаратора 14.1, интегратора 14.2, компаратора 14.3, источника эталонного напряжения 14.4 и источника эталонного напряжения 14.5. При этом первый вход компаратора 14.1 является входом устройства контроля 14, к второму входу которого подключен выход источника эталонного напряжения 14.4, а выход компаратора 14.1 подключен к входу интегратора 14.2, выход которого соединен с первым входом второго компаратора 14.3, на второй вход которого подключен выход источника эталонного напряжения 14.5. Выход компаратора 14.3 является выходом устройства контроля 14. Схемы компараторов можно реализовать на микросхемах типа К521СА2(СА3) или К554СА2(СА3). Эталонное напряжение второго источника, в случае использования предлагаемого устройства, может иметь величину 0,7•U_m (где U_m требуемая амплитуда принимаемых импульсов). Схему интегратора можно реализовать согласно "Искусство схемотехники", П.Хоровиц, У.Хилл, М.Мир, 1983, т.1, с. 45, рис.1.38 (или см. с.207, рис.3.43).

Позиционно-импульсный демомодулятор 15 (фиг. 20) состоит из детектора фронта импульса 15.1, генератора синхроимпульсов 15.2, делителя на два 15.3, дифференциатора 15.4, инвертора 15.5, первой схемы "И-НЕ" 15.6, второй схемы "И-НЕ" 15.7, RS-триггера 15.8. При этом вход детектора фронта импульса 15.1 является входом позиционно-импульсного демодулятора 15, а также одновременно подключен к первому входу первой схемы "И-НЕ" 15.6 и входу инвертора 15.5. Выход детектора фронта импульса 15.1 подключен к входу генератора синхроимпульсов 15.2, выход которого соединен с входом делителя на два 15.3. Выход делителя на два 15.3 подсоединен к входу дифференциатора 15.4, чей выход одновременно подключен к второму входу первой схемы "И-НЕ" 15.6 и первому выходу второй схемы "И-НЕ" 15.7, второй вход которой соединен с выходом инвертора 15.5. Выход первой схемы "И-НЕ" 15.6 подключен к входу S RS-триггера 15.8. Выход второй схемы "И-НЕ" 15.7 соединен с входом R RS- триггера 15.8, выход Q которого является выходом позиционно-импульсного демодулятора 15. Структурная схема ПИ-демодулятора приведена из Й.Янсен "Курс цифровой электроники", М.Мир, 1987, т.3, с.401. Схему генератора можно построить на микросхеме К564ЛН2 (В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко "Микросхемы и их применение", М.Радио и связь, 1989, с.210, рис.7.10г). Схема делителя на два реализуется с помощью микросхемы К155ИЕ4 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.88). Схема дифференциатора может быть реализована по схеме, изображенной в "Искусство схемотехники", П. Хоровиц, У.Хилл, М.Мир, 1983, т.1, с.44 (рис.1.34) или т.2, с. 523 (рис. 8.8). Схемы "И-НЕ", триггера реализуются на микросхемах К155ЛА3, К555ТР2 (см. В. Л. Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с. 41,74) соответственно, инвертор можно реализовать на базе "И-НЕ", подавая один сигнал одновременно на два входа микросхемы.

Декодер кодового зашумления 17 (фиг.21) состоит из генератора синдрома 17.1 и регистра сдвига 17.2. При этом вход генератора синдрома 17.1 является входом декодера 17, первый выход генератора синдрома 17.1 подключен к первому входу регистра сдвига 17.2, а второй выход генератора синдрома 17.1 соединен с вторым входом регистра сдвига 17.2. Выход регистра сдвига 17.2 является выходом декодера кодового зашумления 17.

Генератор синдрома 17.1 (фиг.22) состоит из регистра с логической обратной связью 17.1.1, схемы совпадения К4 17.1.2, устройства управления 17.1.3. При этом первый вход (а) регистра с логической обратной связью является входом генератора синдрома 17.1. Первый выход (г) регистра с логической обратной связью 17.1.1 является первым выходом генератора синдрома 17.1 и одновременно подключен к первому входу схемы совпадения К4 17.1.2, к второму входу которой подсоединен первый выход устройства управления 17.1.3. Выход схемы совпадения К4 17.1.2 одновременно подключен к второму (б) и третьему (в) входам регистра с логической обратной связью 17.1.1. Второй выход устройства управления 17.1.3 является вторым выходом генератора синдрома 17.1. Количество разрядов (длина) и номера разрядов регистра 1.2.2, в который включаются сумматоры по модулю два М2, определяются проверочным полиномом, вид которого зависит от типа и структуры зашумляющего кода (описание подобного типа регистра см. О.Н.Лебедев, А.М.Сидоров "Импульсные цифровые устройства" ВАС, Л,1980, 116-119).

Устройство регистра сдвига 17.2 (фиг.23) состоит из схемы совпадения К5 17.2.1 и регистра сдвига 17.2.2. При этом первый вход схемы совпадения К5 17.2.1 является первым входом устройства 17.2. Выход схемы совпадения К5 17.2.1 соединен с первым входом регистра сдвига 17.2.2, второй вход схемы совпадения К5 17.2.1, соединенный с вторым входом регистра сдвига 17.2.2, является вторым входом устройства 17.2. Выход регистра сдвига 17.2.2 является выходом устройства 17.2.

Схемы совпадения К4,К5 схемы с логической "И", могут быть реализованы на микросхеме К555ЛИ3 или К555ЛИ4 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.40). Схему регистра сдвига можно реализовать на микросхеме К555ИР11, последовательный вход данных DSR которой является входом регистра сдвига 17.2.2, а на выход S₀ поступает сигнал выбора режима (сдвига или хранения) из устройства управления 16.1.3 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы", М.Радио и связь, 1987, с.108). Структурная схема устройства управления 17.1.3 и ее практическая реализация идентичны устройству управления 1.2.4. Отличие состоит в использовании только двух выходов ППЗУ. Первый выход которого предназначен для обеспечения продвижения импульсов с выхода (г) регистра с логической обратной связью на его входы (б) и (в). Второй выход предназначен для управления схемой совпадения К5 17.2.1 и регистром сдвига 17.2.2 блока 17.2. Поэтому ППЗУ будет запрограммировано для второго выхода таким образом, чтобы обеспечить формирование из первых (n-k) символов кода проверочных символов, которые будут суммироваться с символами второй части кода. Так, если выбран код (7.4), то первые три такта необходимо для формирования проверочных символов, которые в следующие четыре такта будут суммироваться по модулю два с принимаемыми импульсами, в результате четыре полученных символа запишутся в регистр сдвига 17.2.

Устройство работает следующим образом. Как известно, эффективность защиты информации от утечек по каналам побочных излучений и наводок может быть оценена энергетической эффективностью, под которой будем понимать отношение сигнал/шум "h" в канале подслушивания, при котором обеспечивается заданная степень защищенности информации по критерию
p_экв ≥ p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{ljg}}{\text{экв}}$ (1)
где р_экв эквивалентная вероятность ошибки на 1 бит сообщения;
p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{ljg}}{\text{экв}}$ - предельно допустимая вероятность ошибки на 1 бит сообщения в канале подслушивания.

Технический эффект от применения предлагаемого устройства будет определяться величиной энергетического выигрыша μ

где h_кз энергетическая эффективность в канале подслушивания при использовании предлагаемого устройства (из-за кодового зашумления);
h энергетическая эффективность в канале подслушивания при использовании устройства-прототипа;
p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{rp}}{\text{экв}}$ , р_экв показатели защищенности с использованием предлагаемого устройства и устройства-прототипа соответственно, для которых определены h_кз и h.

Для расчета энергетического выигрыша предлагаемого устройства используем методику, суть которой может быть выражена схемой

Расчет начинается с задания р_экв, величина которой зависит от вида передаваемой информации. Для канала без кодового зашумления она совпадает с вероятностью ошибки в канале подслушивания. Отношение с/ш h для такого канала связи с этой вероятностью определяется из соотношения (4):

где р вероятность ошибки в канале подслушивания,
F ( ) интеграл вероятностей Лапласса.

Для кодового зашумления p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{кз}}{\text{экв}}$ представлена через критерий правильного приема защищенного блока, т.е.

p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{rp}}{\text{экв}}$ = (1-p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{rp}}{\text{пд}}$ (б))^1/к (5)
где

n количество символов в кодовой комбинации кода V;
k количество информационных символов в кодовой комбинации;
N_j число слов веса j в коде V.

Для нахождения h_кз используем (4), подставляя в нее р_кз, найденное из (6).

Для доказательства положительного технического эффекта предлагаемого устройства проведем сравнение свойства всей заявляемой совокупности предлагаемого технического решения со свойствами отличительного признака.

Для этого определим для двух устройств абсолютную величину отводимой из волоконно-оптического канала оптической мощности Р_отвод [нВт] и уровень отводимой мощности Р_отвод [дБм] при несанкционированном подключении, а также процент отводимой оптической мощности относительно требуемой мощности сигнала на приеме Р_прм, последняя выбирается всегда таким образом, чтобы в основном канале ВОСПИ выполнялось соотношение р≅10^{- 9}. Для сравнения воспользуемся выражением для соотношения с/ш, при условии что квантовый шум во много раз превосходит тепловой I_кв > I_теп и вероятность ошибки в канале подслушивания р, при которой обеспечивается невозможность съем информации с оптического кабеля
h=(R•P_отвод/e•B)^1/2•m/2 (7)
где m индекс модуляции оптической несущей;
R чувствительность фотодиода;
e заряд электрона;
B скорость передачи данных.

Задавая p $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{доп}}{\text{экв}}$ такой, чтобы в канале подслушивания обеспечить максимум ошибок при декодировании, т.е. р=0,36-0,45 и используя формулы (4), (5) и (6) найдем h и h_кз. Для средней чувствительности фотодиод R=0,5 (А/Вт), B= 2048 бит/с, m=0,01 и зашумляющем коде V (32,16) найдем P_отвод и P_{отвод.кз} из (7). Проведенные расчеты показывают, что заявляемое устройство вынуждает подслушивателя увеличить отводимую из ВОК оптическую мощность до 9-18 дБ, следовательно, увеличить процент отводимой оптической мощности P_{отвод.кз} /P_прм. [% свыше 2,5% что существенно больше по сравнению с 0,17% в устройстве-прототипе. Это значительно повышает достоверность регистрации факта НСД, уменьшает требования к чувствительности устройства контроля, что значительно упрощает его реализацию.

Предлагаемое устройство имеет перед прототипом преимущество и по длине участка, на котором осуществляется контроль за несанкционированным подключением к оптическому кабелю. Выигрыш по длине участка над устройством-прототипом определяется как
ΔL = ΔP/a (8)
где ΔL абсолютное приращение длин участков двух устройств, [км]
(ΔL L_{уч. заявл. уст.} - L_{уч. уст. прототипа});
ΔP абсолютное приращение мощностей на выходах приемников двух устройств, [дБ]
(ΔP P_{вых. прм. заявл. уст} - P_{вых. прм. уст. прототипа});
a коэффициент затухания волоконно-оптического кабеля, [дБ/км]
Предположим, что технический эффект от применения предлагаемого устройства μ= О, т.е. h_кз=h. Тогда при индексе модуляции m=0,01 и равной для двух устройств мощности источника излучения для сохранения одинакового с заявляемым устройством качества приема информации в ВОСПМ при использовании устройства-прототипа (h_кз= h) необходимо сократить длину одного участка ВОСПИ как минимум на 2 км. Это связано с тем, что при использовании предлагаемого устройства мощность P_прм.кз на выходе приемника ВОСПИ за счет энергетического выигрыша способа кодового зашумления, сущность которого доказана (см. монографию В.А.Яковлева "Защита информации на основе кодового замещения", ч.1, Санкт- Петербург, ВАС, 1993), будет, как минимум, на 6 дБ больше, чем в случае использования устройства-прототипа, т.е. DP_min=6 дБ. Тогда, для крайнего случая затухания оптического кабеля a_max=3 дБ/км ΔL_min=2 км. При увеличении индекса модуляции оптической несущей до m=0,001 выигрыш по длине участка над устройством-прототипом уже будет составлять ΔL_min=12/3=4 км. Это происходит за счет того, что более 90% мощности источника излучения тратится на фоновую засветку в устройстве-прототипе.

Таким образом, новое свойство предлагаемого технического решения, проявляемое при введении на передающем узле блока кодового зашумления, переключателя, датчика кодовой комбинации тревоги, на приемном узле декодера кодового зашумления, устройства регенерации, анализатора кодовой комбинации тревоги, заключается в существенном изменении уровня оптической мощности на входе фотоприемника ВОСПИ при несанкционированном подключении к оптическому кабелю, что обеспечивает гарантированную регистрацию этого изменения, снижение требований к чувствительности устройства контроля и создаются условия для существенного увеличения длины участка, на котором осуществляется контроль за несанкционированным подключением.

Волоконно-оптическая система с безопасной передачей информации функционирует следующим образом. На блок кодового зашумления 1 поступает от дискретного источника сообщений последовательность равновероятных двоичных символов: S₁, S₂,S_n (S=0;1). В блоке кодового зашумления информационная последовательность разбивается на блоки S^*=S₁, S₂,S_k длиной "k" двоичных символов, которые далее подвергаются стохастическому кодированию преобразуются в двоичные блоки X^*=X₁, X₂,X_n длиной "n" символов. В результате кодирования на выходе блока 1 получаются кодовые блоки структуры

где X₁, X₂,X_n кодовое слово на выходе блока кодового зашумления;
ξ₁, ξ₂, ... ξ_n-k (n-k) первых символов кодового слова;
C₁, C₂,C_k проверочные символы кода, полученные путем кодирования случайных символов ξ₁, ξ₂, ... ξ_n-k;
S₁, S₂,S_k информационные символы.

Двоичные символы X_i поступают через переключатель 2 в позиционно-импульсный модулятор электрических сигналов 4. В нем два символа объединяют в блок, который передается положением импульса длительностью t=t₀/2 на одной из 2 временных позиций в интервале Т, двоичная информация передается в виде импульсов на одной из двух соседних позиций внутри временного интервала, отведенного на двоичный знак. Следовательно, двоичные символы различаются соответствующим расположением импульса внутри каждого интервала, занимаемого двоичным знаком. Математически эти сигналы можно записать следующим образом:

Далее, промодулированная по позиции последовательность импульсов поступает в устройство управления источником излучения (5), где складывается с постоянной составляющей Е₀ источника смещения (фиг.22) и далее усиливается усилителем с общим эмиттером. Для стабилизации мощности излучения источника (6) в цепь, по которой протекает прямой ток накачки, включен термокомпенсирующий резистор R_t.

Полученная последовательность импульсов поступает на источник излучения (6), где происходит прямая модуляция света. За счет разнополярности импульсов создается переменная составляющая тока накачки, а постоянная составляющая Е₀ формирует постоянную составляющую тока накачки, так называемую фоновую засветку, величина которой определяется индексом модуляции оптической несущей. Полученные оптические импульсы вводятся через Т-образный ответвитель (7) в волоконно-оптический кабель (10), а через второй выход ответвителя (цепь обратной связи) поступают на оптический вход фотодиода (8), в котором происходит детектирование, и на выходе образуются электрические импульсы, поступающие на вход блока стабилизации мощности (9). В этом блоке (9) импульсы поступают на вход дифференциального операционного усилителя, на выходе которого отсутствует сигнал в случае стабильности излучаемой мощности или, например, появляется положительный сигнал, в случае уменьшения напряжения на его входе. Этот сигнал поступает на базу транзистора устройства управления источником излучения (5), что приводит к увеличению тока накачки через источник излучения, а следовательно, и к увеличению его мощности излучения.

Оптический сигнал, пройдя по волоконно-оптическому кабелю, поступает на оптический вход фотодиода (11). На выходе блока 11 образуется детектируемый фотодиодом ток, поступающий в усилитель (12). Там фототок усиливается и фильтруется, чтобы уменьшить влияние шума и получить достаточно высокий уровень сигнала. Искаженный помехами различного рода электрический сигнал поступает одновременно на два входа устройства регенерации (13). По первому входу сигнал поступает в решающее устройство, где производится опознавание импульсов и пауз путем стробирования сигнала в отсчетные моменты времени, соответствующие Т/4, 3Т/4, 5Т/4, 7Т/4 и т.д. и сравнение сигналов в компараторе в первой и второй половинах интервала так называемое двойное решение (см. фиг.23).

Восстановленная последовательность импульсов поступает на устройство контроля 14, где происходит преобразование импульсной последовательности с помощью первого компаратора и интегратора в постоянное напряжение, которое сравнивается во втором компараторе с эталонным напряжением. В случае несанкционированного подключения амплитуда входной последовательности импульсов уменьшается, следовательно, уменьшается величина постоянного напряжения, которая теперь станет меньше эталонного значения напряжения, являющегося пороговым. В этом случае на выходе второго компаратора устройства контроля появится положительное напряжение (уровень логической единицы), которое подается на управляющий вход переключателя 2. По этому сигналу ("1") переключатель осуществляет отключение блока кодового зашумления и подключение выхода датчика кодовой комбинации к позиционно-импульсному модулятору. Значение порога устройства контроля выбрано таким образом, чтобы случайные флюктуации оптической мощности сигнала не привели бы к ложному срабатыванию устройства контроля. Примененный в предлагаемом устройстве способ кодового зашумления позволяет применить менее чувствительное устройство контроля.

Кроме того, с выхода устройства регенерации последовательность импульсов поступает на вход позиционно-импульсного демодулятора электрических сигналов. В нем блок из 2 символов преобразуют в один импульс длительностью t₀, равной длительности блока. В данном случае происходит формирование униполярных импульсов.

Сигнал с выхода позиционно-импульсного демодулятора поступает на вход анализатора кодовой комбинации тревоги 16. В нем происходит сравнение двух последовательностей: входной и собственной. Собственная последовательность импульсов формируется по такому же закону, как и сигнал тревоги в датчике кодовой комбинации тревоги 3. Счетчик в анализаторе подсчитывает число совпадений этих двух последовательностей. В случае срабатывания устройства контроля датчик кодовой комбинации тревоги генерирует сигнал тревоги, закон формирования которой известен анализатору кодовой комбинации тревоги 16. В анализаторе, при обеспечении тактовой синхронизации, обе последовательности поэлементно совпадают. На выходе счетчика с каждым тактом происходит увеличение значения напряжения, которое подается на вход компаратора. В компараторе это входное напряжение сравнивается с эталонным и в случае тревоги превосходит эталонное напряжение. Положительный сигнал ("1"), формируемый на выходе компаратора в данном случае, поступает на управляющий вход коммутируемого ключа 5.1, который осуществляет разрыв цепи питания источника излучения 6.

С выхода позиционно-импульсного демодулятора сигнал поступает в декодер кодового зашумления 17. В декодере кодового зашумления осуществляется преобразование кодовых блоков Y^*=Y₁, Y₂,Y_N в информационные слова

, которые передаются получателю. В декодере осуществляется снятие кодового зашумления следующим образом. Из первых (n-k) принятых симоволов ξ₁, ξ₂, ... ξ_n-k формируются проверочные символы

, которые суммируются с "k" символами второй части кодового блока, т.е.

Так как

, то в результате декодирования на выходе получается последовательность S₁, S₂,S_k, совпадающая с переданным.

Энергетические параметры ВОСПИ выбираются таким образом, чтобы вероятность ошибки в линии не превышала требуемой величины.

На приеме декодированных кодовых блоков Y^* при отсутствии ошибок приводит к равенству S^'*=S^*. Восстановленная последовательность импульсов с выхода декодера кодового зашумления поступает к получателю.

Этот же алгоритм декодирования является оптимальным и для канала утечки. Однако, так как он обладает более низким качеством, подслушиватель должен отводить малую мощность, иначе будет обнаружен. Поэтому принятое слово Z^* не совпадает с переданным X^* и, более того, не совпадает ни с одним словом из смежного класса, которому принадлежит X^*, что приводит к неправильному восстановлению S^'* Причем имеет место "пороговый эффект", когда при увеличении вероятности ошибки выше некоторого значения, число ошибок в декодированном слове резко увеличивается, в результате чего подслушиватель вынужден отводить больше оптической мощности и тем самым дает возможность зарегистрировать этот факт.

Claims (7)

1. Волоконно-оптическая система с безопасной передачей информации, содержащая на переднем узле позиционно-импульсный модулятор электрических сигналов, устройство управления источником излучения, блок стабилизации мощности, фотодиод, источник излучения, оптический выход которого подключен через первый выход Т-образного волоконно-оптического ответвителя к волоконно-оптическому кабелю и через второй выход к фотодиоду, чей выход подключен к входу блока стабилизации мощности, выход которого подключен к второму входу устройства управления источником излучения, а к его первому входу подключен выход позиционно-импульсного модулятора электрических сигналов, выход устройства управления источником излучения подключен к источнику излучения, на приемном узле содержится фотодиод, усилитель, позиционно-импульсный демодулятор электрических сигналов, устройство контроля, причем оптический вход фотодиода является входом приемного узла и соединен с выходом волоконно-оптического кабеля, а выход фотодиода соединен с входом усилителя, отличающаяся тем, что дополнительно введены на передающем узле блок кодового зашумления, переключатель, датчик кодовой комбинации тревоги, вход блока кодового зашумления является входом устройства и соединен с выходом дискретного источника сообщений, а выход блока кодового зашумления подключен к первому входу переключателя, на второй вход которого подключен выход датчика кодовой комбинации тревоги, третий управляющий вход переключателя связан с выходом устройства контроля, а выход переключателя подключен к входу позиционно-импульсного модулятора электричечких сигналов, третий вход устройства управления источником излучения связан с выходом анализатора кодовой комбинации тревоги, а дополнительный выход устройства управления источником излучения соединен с вторым входом источника излучения, на приемном узле введены устройство регенерации, декодер кодового зашумления, анализатор кодовой комбинации тревоги, причем дополнительный выход фотодиода соединен с вторым входом усилителя, а выход усилителя подключен одновременно к первому и второму входам устройства регенерации, к выходу которого подключен вход позиционно-импульсного демодулятора электрических сигналов и вход устройства контроля, выход позиционно-импульсного демодулятора электрических сигналов подключен к входу анализатора кодовой комбинации тревоги и входу декодера кодового зашумления, выход которого является выходом устройства.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок кодового зашумления состоит из генератора случайных чисел, кодера, регистра сдвига, сумматора по модулю два, причем первый вход регистра сдвига является входом блока кодового зашумления, к второму входу регистра подсоединен первый выход кодера, к входу которого подключен выход генератора случайных чисел, выход регистра сдвига соединен с первым входом сумматора по модулю два, а второй выход кодера соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого является выходом блока кодового зашумления.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик кодовой комбинации тревоги состоит из генератора меандра, счетчика-делителя и сумматора по подулю два, причем выход генератора меандра подключен к входу счетчика-делителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора по модулю два, выход которого является выходом датчика кодовой комбинации.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство контроля состоит из компаратора, вход которого является входом устройства контроля, к второму входу которого подключен выход первого источника эталонного напряжения, а выход компаратора подключен к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, на второй вход которого подключен выход второго источника эталонного напряжения, выход второго компаратора является выходом устройства контроля.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что анализатор кодовой комбинации тревоги состоит из генератора меандра, счетчика-делителя, сумматора по модулю два, сумматора по модулю два с инверсией, счетчика, компаратора, причем к выходу генератора меандра подключен счетчик-делитель, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого подсоединен к второму входу сумматора по модулю два с инверсией, первый вход которого является входом анализатора кодовой комбинации тревоги, выход сумматора по модулю два с инверсией соединен с входом счетчика, выход которого подключен к входу компаратора, выход которого является выходом анализатора кодовой комбинации тревоги.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что декодер кодового зашумления состоит из генератора синдрома и регистра сдвига, причем вход генератора синдрома является входом декодера, первый выход генератора подключен к первому входу регистра сдвига, а второй выход генератора синдрома соединен с вторым входом регистра сдвига, выход которого является выходом декодера кодового зашумления.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство регенерации состоит из устройства выделения тактовой частоты и решающего устройства, причем первый вход решающего устройства и вход устройства выделения тактовой частоты являются входами устройства регенерации, выход устройства выделения тактовой частоты подключен к второму входу решающего устройства, выход которого является выходом устройства регенерации.

Images