RU2133057C1

RU2133057C1 - Multichannel signature analyzer

Info

Publication number: RU2133057C1
Application number: RU98102426A
Authority: RU
Inventors: М.А. Иванов; М.К. Айгожиев; Т.В. Левчук; И.В. Чугунков; Д.М. Чуликов
Original assignee: Московский Инженерно-Физический Институт
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-07-10

Abstract

FIELD: computer engineering; information protection systems. SUBSTANCE: device has signature shaper and control unit. In addition, analyzer is provided with two information converting units. Conversion algorithm is used to divide input information train into blocks and to encode each word and each block. As distinct from standard encoding algorithms involving replacement for separate code words and blocks, in proposed device word or block conversion (encoding) result depends not only on word or block code but also on their position in word train or block being converted. EFFECT: improved validity of check when deliberate distortion of information is detected. 7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к компьютерной технике и может использоваться для контроля целостности данных в системах защиты информации. The invention relates to computer technology and can be used to control the integrity of data in information security systems.

Известен многоканальный сигнатурный анализатор, содержащий регистры, блоки сложения, умножения и деления в поле GF(L) (А.с. СССР N 1185338, БИ, N 38, 1985 г. ). Данное устройство предназначено для формирования сигнатур параллельного потока данных. Принцип работы устройства основан на делении многочлена входных последовательностей на характеристический многочлен, примитивный над полем GF(L). Known multi-channel signature analyzer containing registers, blocks of addition, multiplication and division in the field GF (L) (AS USSR N 1185338, BI, N 38, 1985). This device is designed to generate signatures of a parallel data stream. The principle of operation of the device is based on dividing the input polynomial polynomial into a characteristic polynomial primitive over the field GF (L).

Устройство эффективно при обнаружении случайных искажений во входных анализируемых последовательностях. Однако простота процедуры определения информационной последовательности, имеющей заданную сигнатуру, обуславливает низкую достоверность устройства при обнаружении умышленных искажений информации. The device is effective in detecting random distortions in the input analyzed sequences. However, the simplicity of the procedure for determining the information sequence having a given signature causes a low reliability of the device when deliberate distortions of information are detected.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многоканальный сигнатурный анализатор, содержащий блок управления, предназначенный для формирования окна измерений, и формирователь сигнатур, принцип работы которого основан на алгоритме деления многочленов. Тактовый вход блока управления образует одноименный вход анализатора. Тактовый вход формирователя сигнатур подключен к первому выходу блока управления. Группа информационных выходов формирователя сигнатур образует группу одноименных выходов анализатора, которая подключается к входам блока индикации (Сигнатурный анализ в задачах контроля и диагностики цифровых устройств. - М.: МИФИ, 1986, с. 21, рис. 12). The closest in technical essence to the proposed device is a multi-channel signature analyzer containing a control unit for forming a measurement window, and a signature generator, the principle of which is based on the algorithm for dividing polynomials. The clock input of the control unit forms the analyzer of the same name. The clock input of the signature generator is connected to the first output of the control unit. The group of information outputs of the signature generator forms a group of the analyzer outputs of the same name, which is connected to the inputs of the display unit (Signature analysis in the tasks of monitoring and diagnosing digital devices. - M .: MEPhI, 1986, p. 21, Fig. 12).

Данное устройство предназначено для формирования сигнатур параллельного потока данных. Устройство эффективно при обнаружении случайных искажений во входных анализируемых последовательностях. Однако простота процедуры определения информационной последовательности, имеющей заданную сигнатуру, обуславливает низкую достоверность устройства при обнаружении умышленных искажений информации. This device is designed to generate signatures of a parallel data stream. The device is effective in detecting random distortions in the input analyzed sequences. However, the simplicity of the procedure for determining the information sequence having a given signature causes a low reliability of the device when deliberate distortions of information are detected.

Для повышения достоверности контроля при обнаружении умышленных искажений информации предлагается в многоканальный сигнатурный анализатор, содержащий формирователь сигнатур, блок управления, причем тактовый вход блока управления образует одноименный вход устройства, тактовый вход формирователя сигнатур подключен к первому выходу блока управления, группа информационных выходов формирователя сигнатур образует группу одноименных выходов устройства, дополнительно ввести два блока преобразования, причем группа информационных входов первого блока преобразования образует группу одноименных входов устройства, группа информационных выходов первого блока преобразования соединена с группой одноименных входов второго блока преобразования, группа одноименных выходов которого соединена с группой одноименных входов формирователя сигнатур, первая и вторая группы входов режима устройства подключены к первой и второй группам информационных входов блока управления соответственно, третья и четвертая группы входов режима устройства подключены к группам одноименных входов первого и второго блоков преобразования соответственно, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с тактовыми входами первого и второго блоков преобразования, со входами режима первого и второго блоков преобразования, шестой выход блока управления является выходом сигнала готовности устройства. To increase the reliability of control when detecting intentional distortion of information, it is proposed to a multichannel signature analyzer containing a signature generator, a control unit, the clock input of the control unit forming the device input of the same name, the clock input of the signature generator connected to the first output of the control unit, the group of information outputs of the signature generator form a group device outputs of the same name, additionally introduce two conversion units, and a group of information inputs the first conversion unit forms a group of the same inputs of the device, the group of information outputs of the first conversion unit is connected to the group of the same inputs of the second conversion unit, the group of the same outputs is connected to the group of the same inputs of the signature generator, the first and second groups of inputs of the device mode are connected to the first and second groups of information inputs of the control unit, respectively, the third and fourth groups of inputs of the device mode are connected to groups of the same inputs in the first and second conversion units, respectively, the second, third, fourth and fifth outputs of the control unit are connected respectively to the clock inputs of the first and second conversion units, with the inputs of the mode of the first and second conversion units, the sixth output of the control unit is the output of the device ready signal.

Блоки преобразования и соответствующие связи вводятся в состав устройства для обеспечения дополнительного этапа преобразования информационной последовательности перед формированием сигнатуры. Суть алгоритма преобразования заключается в разбиении входной информационной последовательности на блоки и шифровании каждого слова и каждого блока. В отличие от стандартных алгоритмов шифрования методом замены для отдельных слов и блочных алгоритмов шифрования в предлагаемом устройстве результат преобразования (шифрования) слова (или блока слов) зависит не только от кода слова (или блока), но и от его позиции в преобразуемой последовательности слов (или блоков). В результате максимально усложняется процедура поиска информационной последовательности, имеющей заданную сигнатуру, а значит увеличивается достоверность контроля целостности информации. Transformation blocks and corresponding communications are introduced into the device to provide an additional stage of information sequence transformation before the signature is generated. The essence of the conversion algorithm is to split the input information sequence into blocks and encrypt each word and each block. Unlike standard encryption algorithms by the replacement method for individual words and block encryption algorithms in the proposed device, the result of the conversion (encryption) of a word (or block of words) depends not only on the code of the word (or block), but also on its position in the converted sequence of words ( or blocks). As a result, the procedure of searching for an information sequence having a given signature is complicated as much as possible, which means that the reliability of monitoring the integrity of information increases.

На фиг. 1 представлена схема многоканального сигнатурного анализатора; на фиг. 2 приведена временная диаграмма выходных сигналов блока управления; на фиг. 3 - пример построения первого блока преобразования и его эквивалентные схемы на различных этапах функционирования устройства; на фиг. 4 - схема блока управления; на фиг. 5 - пример построения второго блока преобразования; на фиг. 6 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 7 - эквивалентные схемы второго блока преобразования на различных этапах работы устройства. In FIG. 1 shows a diagram of a multi-channel signature analyzer; in FIG. 2 shows a timing diagram of the output signals of the control unit; in FIG. 3 is an example of constructing a first conversion unit and its equivalent circuits at various stages of the operation of the device; in FIG. 4 is a diagram of a control unit; in FIG. 5 is an example of constructing a second conversion unit; in FIG. 6 is a timing diagram of the operation of the device; in FIG. 7 - equivalent circuit of the second conversion unit at various stages of the operation of the device.

Многоканальный сигнатурный анализатор (МСА) (фиг. 1) имеет первую 1 и вторую 2 группы входов режима, группу 3 информационных входов, тактовый 4 вход, третью 5 и четвертую 6 группы входов режима, группу 7 информационных выходов, выход 6 сигнала готовности устройства. В состав МСА входят первый 9 и второй 10 блоки преобразования, формирователь 11 сигнатур и блок 12 управления. На фиг. 1 также показаны тактовый 13 вход блока 9, вход 14 режима работы блока 9 (WR/CRIPTO_W), тактовый 15 вход блока 10, вход 16 режима работы блока 10 (WR/CRIPTO_B), тактовый 17 вход формирователя 11 сигнатур (импульсы считывания блока и формирования сигнатуры блока). Тактовый вход блока управления образует одноименный вход устройства, тактовый вход формирователя сигнатур подключен к первому выходу блока управления, группа информационных выходов формирователя сигнатур образует группу одноименных выходов устройства, группа информационных входов первого блока преобразования образует группу одноименных входов устройства, группа информационных выходов первого блока преобразования соединена с группой одноименных входов второго блока преобразования, группа одноименных выходов которого соединена с группой одноименных входов формирователя сигнатур, первая и вторая группы входов режима устройства подключены к первой и второй группам информационных входов блока управления соответственно, третья и четвертая группы входов режима устройства подключены к группам одноименных входов первого и второго блоков преобразования соответственно, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с тактовыми входами первого и второго блоков преобразования, со входами режима первого и второго блоков преобразования, шестой выход блока управления является выходом сигнала готовности устройства. The multichannel signature analyzer (MCA) (Fig. 1) has the first 1 and second 2 groups of mode inputs, a group of 3 information inputs, a clock 4 input, a third 5 and a fourth 6 group of mode inputs, a group of 7 information outputs, and a device readiness signal 6 output. The composition of the ISA includes the first 9 and second 10 conversion units, a signature generator 11 and a control unit 12. In FIG. 1 also shows the clock 13 input of block 9, the input 14 of the operating mode of block 9 (WR / CRIPTO_W), the clock 15 input of the block 10, the input 16 of the operating mode of block 10 (WR / CRIPTO_B), the clock 17 input of the driver of 11 signatures (read pulses of the block and block signature generation). The clock input of the control unit forms the input of the same device, the clock input of the signature generator is connected to the first output of the control unit, the group of information outputs of the signature generator forms a group of the same outputs of the device, the group of information inputs of the first conversion unit forms the group of inputs of the same name, the group of information outputs of the first conversion unit is connected with the group of the same inputs of the second conversion unit, the group of the same outputs of which is connected group of the inputs of the same name of the signature generator, the first and second groups of inputs of the device mode are connected to the first and second groups of information inputs of the control unit, respectively, the third and fourth groups of inputs of the device mode are connected to the groups of the same inputs of the first and second conversion blocks, respectively, the second, third, fourth and the fifth outputs of the control unit are connected respectively to the clock inputs of the first and second conversion units, with the inputs of the mode of the first and second conversion units The sixth output of the control unit is the output of the device ready signal.

На фиг. 3 показан пример построения блока 9 преобразования для случая, когда разрядность входного слова равна 8 (байт). В состав блока 9 входят регистр 18 сдвига, разрядность которого равна разрядности m входного слова, сумматор 19 по модулю два, группа из (m+2) элементов 20 И, элемент 21 ИЛИ и элемент 22 И. In FIG. 3 shows an example of constructing a transform unit 9 for the case when the bit depth of the input word is 8 (bytes). Block 9 includes a shift register 18, whose bit capacity is equal to the bit width m of the input word, an adder 19 modulo two, a group of (m + 2) elements 20 AND, element 21 OR, and element 22 I.

На фиг. 4 показана схема блока 12 управления, в состав которого входят первый 23 и второй 24 элементы И, первый 25 элемент ИЛИ, третий 26 элемент И, мультиплексор 27, второй 28 и третий 29 элементы ИЛИ, триггер 30, элемент 31 И-НЕ, четвертый 32 и пятый 33 элементы И, генератор 34 импульсов, первый распределитель импульсов на триггерах 35-37, четвертый 38 элемент ИЛИ, шестой 39 элемент И, пятый 40 элемент ИЛИ, первый 41 счетчик по модулю N, дешифратор 42, седьмой 43, восьмой 44 и девятый 45 элементы И, шестой 46 элемент ИЛИ, второй распределитель импульсов на триггерах 47-49, элемент 50 ИЛИ и второй 51 счетчик. In FIG. 4 shows a diagram of a control unit 12, which includes the first 23 and second 24 AND elements, the first 25 OR element, the third 26 AND element, multiplexer 27, the second 28 and the third 29 OR elements, trigger 30, the AND-NOT element 31, the fourth 32 and fifth 33 AND elements, pulse generator 34, first pulse distributor on triggers 35-37, fourth 38 OR element, sixth 39 element AND, fifth 40 OR element, first 41 modulo N counter, decoder 42, seventh 43, eighth 44 and ninth 45 AND elements, sixth 46 OR element, second pulse distributor on triggers 47-49, 50 IL element and a second counter 51.

На фиг. 5 показан пример построения второго 10 блока преобразования для случая N = 4. Блок 10 содержит N регистров 52 разрядностью m, N мультиплексоров 53, первую 54 группу из N сумматоров, вторую 55 группу из N - 1 сумматоров, первый 56 и второй 57 элементы И, элемент 58 ИЛИ, первую 59 группу из N - 1 элементов И, вторую 60 группу из N - 1 элементов И. In FIG. 5 shows an example of constructing the second 10 conversion block for the case N = 4. Block 10 contains N registers 52 with a capacity of m, N multiplexers 53, the first 54 group of N adders, the second 55 group of N - 1 adders, the first 56 and second 57 AND elements , element 58 OR, the first 59 group of N - 1 elements AND, the second 60 group of N - 1 elements I.

На фиг. 7 показаны эквивалентные схемы блока 10 на этапе преобразования при FB. 3 = 1 (фиг. 7,а) и FB.3 = 0 (фиг. 7,6), где FB.3 - старший разряд вектора обратных связей, который определяет направление сдвига информации; и на этапах записи (чтения) в блок 10 (чтения из блока 10) (фиг. 7,в). In FIG. 7 shows equivalent circuitry of block 10 in the conversion step of FB. 3 = 1 (Fig. 7, a) and FB.3 = 0 (Fig. 7.6), where FB.3 is the highest bit of the feedback vector, which determines the direction of the information shift; and at the stages of writing (reading) to block 10 (reading from block 10) (Fig. 7, c).

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы формирователь 11 сигнатур, счетчик 41, триггеры 36, 37, 47 устанавливается в нулевое состояние, триггеры 30 и 35 устанавливаются в единичное состояние. Цепи установки в исходное состояние не показаны. После инициализации МСА на входы 3 DI (Data Input) начинают поступать слова контролируемой информационной последовательности, сопровождаемые тактовыми импульсами 4 STB (Strobe). Поступление очередного слова в МСА разрешено только при наличии на выходе 8 сигнала готовности устройства RDY (Ready). Сигнал RDY = 0, когда устройство функционирует на этапах преобразования слова или блока слов. После записи очередного слова в блок 9 начинается этап преобразования (шифрования) этого слова. Блок 9 представляет собой генератор кодов, функционирующий в поле GF(2) (фиг. 3), направление сдвига (определяемое старшим разрядом кода 5), вектор обратных связей (определяемый младшими разрядами кода 5) и число n_wi тактов работы преобразования (определяемое кодом 1) меняется по псевдослучайному закону (который определяют генератор псевдослучайных кодов, формирующий коды 1, 5 для блока 9) от слова к слову. После выполнения n_wi тактов преобразования над N словами, где i = 1,N,N - размер блока слов, сформированный массив из N слов оказывается в блоке 10, после этого начинается этап его преобразования. Блок 10 представляет собой генератор кодов, функционирующий либо в режиме mN-генератора (фиг. 5) (m - разрядность слова), либо в поле GF(L), например GF(2^m), направление сдвига (определяемое старшим разрядом кода 6), вектор обратных связей (определяемый младшими разрядами кода 6) и число n_bi тактов работы преобразования (определяемое кодом 2) меняется по псевдослучайному закону (который определяет генератор псевдослучайных кодов, формирующий коды 2, 6 для блока 10) от блока к блоку. После выполнения n_bi тактов преобразования сформированный массив из N слов поступает на входы формирователя 11 сигнатур (этап формирования сигнатуры блока из N слов). После поступления на входы устройства всей информационной последовательности в блоке 11 будет получена сигнатура, которая может быть считана с выходов 7.The device operates as follows. Before starting work, the signature generator 11, the counter 41, the triggers 36, 37, 47 are set to zero, the triggers 30 and 35 are set to a single state. The initialization circuits are not shown. After the MCA is initialized, the words of a controlled information sequence, accompanied by 4 STB (Strobe) clock pulses, begin to arrive at the 3 DI inputs (Data Input). The arrival of the next word in the ISA is allowed only if there is an output signal 8 ready signal RDY device (Ready). Signal RDY = 0 when the device operates in the steps of converting a word or block of words. After recording the next word in block 9, the stage of conversion (encryption) of this word begins. Block 9 is a code generator that operates in the field GF (2) (Fig. 3), the shift direction (determined by the high order of code 5), the feedback vector (determined by the least significant bits of code 5) and the number n _{wi of} clock cycles of the conversion (determined by the code 1) varies according to the pseudo-random law (which is determined by the pseudo-random code generator that generates codes 1, 5 for block 9) from word to word. After performing n _wi conversion clocks on N words, where i = 1, N, N is the size of the block of words, the formed array of N words appears in block 10, after which the stage of its conversion begins. Block 10 is a code generator that operates either in the mN-generator mode (Fig. 5) (m is the word length) or in the field GF (L), for example GF (2 ^m ), the direction of the shift (determined by the high-order bit of code 6) , the feedback vector (determined by the least significant bits of code 6) and the number n _{bi of} clock cycles of the conversion (determined by code 2) changes according to the pseudo-random law (which is determined by the pseudo-random code generator that generates codes 2, 6 for block 10) from block to block. After performing n _bi conversion clocks, the generated array of N words is fed to the inputs of the signature generator 11 (the stage of generating the signature of the block of N words). After receipt of the entire information sequence at the device inputs in block 11, a signature will be obtained that can be read from outputs 7.

На основе результата сравнения полученной сигнатуры с эталонной делается вывод об отсутствии или наличии искажений во входной анализируемой последовательности. Based on the result of comparing the received signature with the reference, a conclusion is drawn about the absence or presence of distortions in the input analyzed sequence.

Если МСА выполнен в виде УВВ, подключенного к разъему расширения IBM PC и функционирующего в соответствии с табл. 1, то фрагмент программы формирования сигнатуры информационной последовательности длиной SeqSize будет иметь вид, приведенный в конце описания. If the ISA is made in the form of air-blast connected to the expansion connector of IBM PC and functioning in accordance with table. 1, then a fragment of the SeqSize information sequence signature generation program will have the form shown at the end of the description.

Таким образом, особенностью предлагаемого устройства является наличие дополнительного этапа преобразования информационной последовательности перед формированием сигнатуры. Суть алгоритма преобразования заключается в разбиении входной информационной последовательности на блоки и шифровании каждого слова и каждого блока. В отличие от стандартных алгоритмов шифрования методом замены для отдельных слов и блочных алгоритмов шифрования в данном МСА результат преобразования (шифрования) слова (или блока слов) зависит не только от кода слова (или блока), но и от его позиции в преобразуемой последовательности слов (или блоков). В результате максимально усложняется процедура поиска информационной последовательности, имеющей заданную сигнатуру, а значит увеличивается достоверность контроля целостности информации при использовании МСА в системах защиты от умышленных искажений. Если алгоритм формирования сигнатуры в блоке 11 основан на делении многочленов, то доля обнаруженных искажений в информационной последовательности длиной S при разрядности сигнатуры N_Sing равна

.Thus, a feature of the proposed device is the presence of an additional stage of converting the information sequence before the formation of the signature. The essence of the conversion algorithm is to split the input information sequence into blocks and encrypt each word and each block. Unlike standard encryption algorithms by the replacement method for individual words and block encryption algorithms in this ISA, the result of the conversion (encryption) of a word (or block of words) depends not only on the code of the word (or block), but also on its position in the converted sequence of words ( or blocks). As a result, the procedure of searching for an information sequence having a given signature is complicated as much as possible, which means that the reliability of monitoring the integrity of information when using ISAs in protection systems from intentional distortions increases. If the signature generation algorithm in block 11 is based on division of polynomials, then the proportion of detected distortions in the information sequence of length S with the signature length N _Sing is

.

Claims

A multichannel signature analyzer containing a signature generator, a control unit, the clock input of the control unit forming the analyzer input of the same name, the clock input of the signature generator connected to the first output of the control unit, the group of information outputs of the signature generator form the group of the analyzer outputs of the same name, characterized in that it further comprises two conversion units, the group of information inputs of the first conversion unit forms a group of the analyzer inputs of the same name, g the group of information outputs of the first conversion unit is connected by the group of the inputs of the same name of the second conversion unit, the group of the same outputs of which is connected to the group of the same inputs of the signature generator, the first and second groups of inputs of the analyzer mode are connected to the first and second groups of information inputs of the control unit, respectively, the third and fourth groups of inputs mode - to groups of the same inputs of the first and second conversion units, respectively, the second - fifth outputs of the control unit Nena respectively to clock inputs of said first and second conversion units, the inputs of the first mode and the second conversion units, the sixth output of the control unit is ready signal output device.