RU2699589C1 - Method of dynamic data conversion during storage and transmission - Google Patents

Method of dynamic data conversion during storage and transmission Download PDF

Info

Publication number
RU2699589C1
RU2699589C1 RU2019103419A RU2019103419A RU2699589C1 RU 2699589 C1 RU2699589 C1 RU 2699589C1 RU 2019103419 A RU2019103419 A RU 2019103419A RU 2019103419 A RU2019103419 A RU 2019103419A RU 2699589 C1 RU2699589 C1 RU 2699589C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
matrix
index
matrices
column
Prior art date
Application number
RU2019103419A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Олегович Волков
Александр Петрович Мартынов
Инна Александровна Мартынова
Дмитрий Борисович Николаев
Ирина Александровна Николаева
Виктор Николаевич Фомченко
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2019103419A priority Critical patent/RU2699589C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699589C1 publication Critical patent/RU2699589C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/76—Arrangements for rearranging, permuting or selecting data according to predetermined rules, independently of the content of the data
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/065—Encryption by serially and continuously modifying data stream elements, e.g. stream cipher systems, RC4, SEAL or A5/3

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Storage Device Security (AREA)

Abstract

FIELD: data processing.
SUBSTANCE: invention relates to conversion of binary information during storage and transmission thereof. Method comprises converting data using a set of parallel located matrices, each comprising elements which form columns and rows, each element is previously assigned an index of the corresponding row number and column number, each element of the first matrix with its index is successively connected to an element of the same index of subsequent parallel matrices, inserting a key formed in a random manner for selecting one of the matrices and one of its elements, on the selected matrix, moving the selected element to the place of the element of the first matrix having the row and column index equal to one, by successively displacing other elements, to obtain output bit sequences, input bit sequences are converted on each of the row or column elements on each matrix or on each of the elements with the same index on each of the parallel matrices.
EFFECT: providing multi-threaded processing of information for its subsequent transmission and storage.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах связи, вычислительных и информационных системах для преобразования двоичной информации при ее хранении и передаче.The invention relates to the field of computer technology and can be used in communication systems, computing and information systems for converting binary information during its storage and transmission.

Известен способ динамического преобразования данных при хранении и передаче (см. патент РФ №2497277, опубликованный 27.10.2013, авторы: Мартынов А.П., Николаев Д.Б.), в котором символы представлены битовыми последовательностями одинакового фиксированного размера. Для осуществления преобразования производят подсчет частоты повторяемости символов, затем для обозначения часто и редко встречающихся символов входного потока двоичных данных производят соответственно выработку более короткой и более длинной битовых последовательностей, которые объединяют в совокупную битовую последовательность переменного размера. При этом из совокупной битовой последовательности исключают битовые последовательности, соответствующие повторяющимся символам входного потока двоичных данных. Способ позволяет проводить операции кодирования и декодирования, используя малый объем памяти для реализации соответствующих преобразований.A known method of dynamic data conversion during storage and transmission (see RF patent No. 2497277, published October 27, 2013, authors: Martynov A.P., Nikolaev D.B.), in which the characters are represented by bit sequences of the same fixed size. To carry out the conversion, the frequency of symbol repetition is calculated, then, to designate frequently and rarely encountered symbols of the input binary data stream, shorter and longer bit sequences are generated respectively, which are combined into an aggregate bit sequence of variable size. Moreover, bit sequences corresponding to the repeating symbols of the input binary data stream are excluded from the total bit sequence. The method allows encoding and decoding operations using a small amount of memory to implement the corresponding transformations.

Указанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.The specified method is the closest in technical essence to the claimed method and is therefore selected as a prototype.

Недостатком указанного способа является недостаточно высокое быстродействие прямого и обратного преобразования информации, невозможность распараллеливания процессов обработки и ограниченное множество преобразований, обусловленное фиксированной последовательностью входных данных. Таким образом, представленный способ невозможно использовать для параллельного преобразования информационных блоков с динамически изменяемой структурой преобразования.The disadvantage of this method is the insufficient speed of direct and reverse information conversion, the inability to parallelize processing processes and a limited set of transformations due to a fixed sequence of input data. Thus, the presented method cannot be used for parallel conversion of information blocks with a dynamically changing transformation structure.

Решаемой задачей является создание способа динамического преобразования данных при хранении и передаче с расширенными функциональными возможностями за счет высокой скорости обработки, возможности распараллеливания информационных потоков в процессе обработки и повышенной стойкости к злоумышленным действиям.The problem to be solved is the creation of a method for the dynamic transformation of data during storage and transmission with enhanced functionality due to the high processing speed, the ability to parallelize information flows during processing and increased resistance to malicious acts.

Достигаемым техническим результатом является обеспечение многопоточной обработки информации для ее последующей передачи и хранения, отсутствие возможности анализа структуры и параметров используемого преобразования и расширение функциональных возможностей.The technical result achieved is the provision of multi-threaded processing of information for its subsequent transmission and storage, the inability to analyze the structure and parameters of the conversion used and the expansion of functionality.

Для достижения технического результата в способе динамического преобразования данных при хранении и передаче, заключающемся в том, что для их преобразования используют входной поток двоичных данных, представляющий собой входные битовые последовательности, результатом преобразования которых являются выходные битовые последовательности, новым является то, что преобразование данных осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц, каждая из которых содержит элементы, образующие столбцы и строки, каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номера строки и номера столбца, при этом элементы каждой строки и каждого столбца на каждой матрице соединяют между собой последовательно, каждый элемент первой матрицы со своим индексом последовательно соединяют с элементом такого же индекса последующих параллельно расположенных матриц, при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования, дополнительно вводят ключ, сформированный предварительно случайным образом для выбора одной из матриц и одного из ее элементов, на выбранной матрице осуществляют перемещение выбранного элемента на место элемента первой матрицы, имеющего индекс строки и столбца равный единице, путем последовательного смещения других элементов для получения выходных битовых последовательностей производят преобразование входных битовых последовательностей на каждом из элементов строк или столбцов на каждой матрице или на каждом из элементов с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц.To achieve a technical result in a method for dynamically converting data during storage and transmission, which consists in the fact that they use an input binary data stream, which is an input bit sequence, the result of the conversion of which is the output bit sequence, a new one is that the data is converted using a set of parallel matrices, each of which contains elements forming columns and rows, each element pre-assign the index of the corresponding row numbers and column numbers, while the elements of each row and each column on each matrix are connected together in series, each element of the first matrix with its index is sequentially connected to an element of the same index of subsequent parallel matrices, while the elements are non-commutative transformation functions, additionally enter the key, previously generated randomly to select one of the matrices and one of its elements nt, on the selected matrix, the selected element is moved to the place of the element of the first matrix having a row and column index equal to one, by successively shifting the other elements to obtain output bit sequences, the input bit sequences are converted on each of the row or column elements on each matrix or each of the elements with the same index on each of the parallel matrices.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет расширить функциональные возможности динамического преобразования данных при хранении и передаче за счет применения произвольного количества некоммутативных функций преобразования, обеспечения многопоточной обработки информации и динамического изменения структуры и параметров преобразований в процессе обработки.The specified set of essential features allows you to expand the functionality of dynamic data conversion during storage and transmission through the use of an arbitrary number of non-commutative transformation functions, multithreaded processing of information and dynamic changes in the structure and parameters of transformations during processing.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого способа динамического преобразования данных при хранении и передаче на примере трехмерного множества ƒ(azyx),

Figure 00000001
у=0…m, х=0…n,
Figure 00000002
которое состоит из одномерных множеств (фиг. 2). Операции в трехмерном множестве выполняются по трем осям (х, у, z). На фиг. 2 представлена схема некоммутативного произведения функций преобразования, представляющее собой циклическую группу одномерного множества криптографических функций ƒ(ах) (ось х), при котором пространственно-групповое перемещение элементов множества осуществляется в одной строке влево. При циклическом сдвиге элементов множества на 1 шаг все элементы множества сдвигаются на одну позицию влево, ƒ(а0) переходит в конец множества.In FIG. 1 presents a diagram of the proposed method for dynamic data conversion during storage and transmission using the example of a three-dimensional set ƒ (a zyx ),
Figure 00000001
y = 0 ... m, x = 0 ... n,
Figure 00000002
which consists of one-dimensional sets (Fig. 2). Operations in a three-dimensional set are performed along three axes (x, y, z). In FIG. Figure 2 shows a diagram of a non-commutative product of transformation functions, which is a cyclic group of a one-dimensional set of cryptographic functions ƒ (a x ) (x axis), in which the space-group movement of the elements of the set is carried out in one row to the left. During a cyclic shift of the elements of the set by 1 step, all the elements of the set are shifted by one position to the left, ƒ (а 0 ) goes to the end of the set.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Преобразование потоков исходных сообщений осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц z0, z1, …

Figure 00000003
представляющих ось
Figure 00000004
каждая из матриц содержит элементы, образующие столбцы (ось у=0…m) и строки х=0…n, каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номера строки и номера столбца, при этом элементы каждой строки (а00, а01 … a0n, … am0, am1 … amn) и каждого столбца (а00, а10, … am0, …, a0n, a1n, … amn) на каждой матрице (z0, z1, …,
Figure 00000003
) соединяют между собой последовательно, каждый элемент со своим индексом (а00, …, amn) первой матрицы z0 последовательно соединяют с элементом такого же индекса (а00, …, amn) последующих параллельно расположенных матриц (z1,
Figure 00000003
), при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования ƒ(azyx).The conversion of the source message flows is carried out using a set of parallel matrices z 0 , z 1 , ...
Figure 00000003
representing the axis
Figure 00000004
each of the matrices contains elements that form the columns (y = 0 ... m axis) and x = 0 ... n rows, each element is preliminarily assigned an index of the corresponding row number and column number, while the elements of each row (a 00 , a 01 ... a 0n , ... a m0 , a m1 ... a mn ) and each column (a 00 , a 10 , ... a m0 , ..., a 0n , a 1n , ... a mn ) on each matrix (z 0 , z 1 , ...,
Figure 00000003
) are interconnected in series, each element with its index (a 00 , ..., a mn ) of the first matrix z 0 is sequentially connected with an element of the same index (a 00 , ..., a mn ) of the following parallel matrices (z 1 ,
Figure 00000003
), and the elements are noncommutative functions of the transformation ƒ (a zyx ).

Потоки исходных сообщений (входных битовых последовательностей) (фиг. 1) поступают на соответствующие строки, столбцы матриц или на элементы с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц для последующего преобразования. В процессе преобразования каждого бита потока исходных сообщений (входных битовых последовательностей) происходит пространственное групповое перемещение криптографических функций ключу, выбранному случайным образом.Streams of the initial messages (input bit sequences) (Fig. 1) are sent to the corresponding rows, columns of matrices, or to elements with the same index on each of the parallel matrices for subsequent conversion. In the process of converting each bit of the stream of source messages (input bit sequences) there is a spatial group movement of cryptographic functions to a key selected at random.

Пространственное групповое перемещение криптографических функций заключается в следующем. Получение множества функций, при котором исходная битовая последовательность подвергается преобразованию. Результирующее множество криптографических функций представляется как m-n-матрица из z-матриц из у-столбцов х-строк. ƒ(azyx),

Figure 00000005
у=0…m, х=0…n,
Figure 00000006
The spatial group movement of cryptographic functions is as follows. Getting a lot of functions in which the original bit sequence is converted. The resulting set of cryptographic functions is represented as an mn-matrix of z-matrices from y-columns of x-rows. ƒ (a zyx ),
Figure 00000005
y = 0 ... m, x = 0 ... n,
Figure 00000006

Элементами множества являются функций объединенные в циклические группы двухмерных матриц (оси х и у), в которых осуществляются циклические сдвиги элементов по столбцам и по строкам множества. Циклическое преобразование элементов групп происходит сначала по оси z, затем по оси у, а затем по оси х. Последовательность операций в общем случае может быть произвольной.Elements of a set are functions combined into cyclic groups of two-dimensional matrices (x-axis and y-axis), in which cyclic shifts of elements are carried out along the columns and rows of the set. The cyclic transformation of group elements occurs first along the z axis, then along the y axis, and then along the x axis. The sequence of operations in the general case can be arbitrary.

При циклической перестановке (фиг. 2) ключ задается индексом элемента, который необходимо сдвинуть на исходную (нулевую) позицию, к началу координатных осей (х, у, z). В этом случае величина сдвига равна номеру элемента множества. Для множества ƒ(azyx) ключ циклического сдвига k(azyx),

Figure 00000007
у=0…m, х=0…n,
Figure 00000008
In a cyclic permutation (Fig. 2), the key is specified by the index of the element, which must be shifted to the initial (zero) position, to the origin of the coordinate axes (x, y, z). In this case, the shift is equal to the number of the element of the set. For the set ƒ (a zyx ), the cyclic shift key k (a zyx ),
Figure 00000007
y = 0 ... m, x = 0 ... n,
Figure 00000008

Для каждой z-матрицы, входящей в состав m-n-матрицы, сначала выполняется циклический сдвиг функций по ключу, а затем преобразование потока исходных сообщений (входных битовых последовательностей) в криптограммы (выходные битовые последовательности). Преобразование криптограмм (выходных битовых последовательностей) в исходные сообщения (входные битовые последовательности) производится в обратном направлении, при том же состоянии криптографической системы.For each z-matrix that is part of the m-n-matrix, the key functions are cyclically shifted first, and then the stream of source messages (input bit sequences) is converted to cryptograms (output bit sequences). The conversion of cryptograms (output bit sequences) to the original messages (input bit sequences) is performed in the opposite direction, with the same state of the cryptographic system.

Предложенный способ может быть реализован непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, выполняемом посредством процессора, или в их комбинации.The proposed method can be implemented directly in hardware, in a software module executed by a processor, or in a combination thereof.

Реализация данного способа позволяет увеличить скорость обработки, повысить стойкость к внешним несанкционированным воздействиям и расширить функциональные возможности за счет параллельного преобразования всей совокупности управляющих последовательностей, что позволяет создавать универсальные многофункциональные системы преобразования, подстраивающиеся под структуру и состав динамически изменяющихся управляемых объектов.The implementation of this method allows you to increase processing speed, increase resistance to external unauthorized influences and expand functionality by parallel conversion of the entire set of control sequences, which allows you to create universal multifunctional conversion systems that adapt to the structure and composition of dynamically changing managed objects.

Программная и программно-аппаратная реализации данного способа подтвердили осуществимость и практическую ценность заявленного способа.Software and hardware and software implementations of this method have confirmed the feasibility and practical value of the claimed method.

Claims (1)

Способ динамического преобразования данных при хранении и передаче, заключающийся в том, что для их преобразования используют входной поток двоичных данных, представляющий собой входные битовые последовательности, результатом преобразования которых являются выходные битовые последовательности, отличающийся тем, что преобразование данных осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц, каждая из которых содержит элементы, образующие столбцы и строки, причем каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номеров строки и столбца, при этом элементы каждой строки и каждого столбца на каждой матрице соединяют между собой последовательно, каждый элемент первой матрицы со своим индексом последовательно соединяют с элементом такого же индекса последующих параллельно расположенных матриц, при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования, дополнительно вводят ключ, сформированный предварительно случайным образом для выбора одной из матриц и одного из ее элементов, на выбранной матрице осуществляют перемещение выбранного элемента на место элемента первой матрицы, имеющего индекс строки и столбца равный единице, путем последовательного смещения других элементов, для получения выходных битовых последовательностей производят преобразование входных битовых последовательностей на каждом из элементов строк или столбцов на каждой матрице или на каждом из элементов с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц.A method of dynamically converting data during storage and transmission, which consists in the fact that they are converted using an input binary data stream, which is an input bit sequence, the result of the conversion of which is the output bit sequence, characterized in that the data is converted using a set of parallel matrices , each of which contains elements forming columns and rows, with each element being pre-assigned an index the corresponding row and column numbers, while the elements of each row and each column on each matrix are connected together in series, each element of the first matrix with its index is sequentially connected to an element of the same index of subsequent parallel matrices, while the elements are non-commutative transformation functions, additionally enter a key pre-randomly generated to select one of the matrices and one of its elements, on the selected matrix carry out moving the selected element to the place of the element of the first matrix having a row and column index equal to one by sequentially shifting the other elements to obtain output bit sequences, convert the input bit sequences on each of the elements of the rows or columns on each matrix or on each of the elements with the same index on each of the parallel matrices.
RU2019103419A 2019-02-07 2019-02-07 Method of dynamic data conversion during storage and transmission RU2699589C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103419A RU2699589C1 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of dynamic data conversion during storage and transmission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103419A RU2699589C1 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of dynamic data conversion during storage and transmission

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699589C1 true RU2699589C1 (en) 2019-09-06

Family

ID=67851576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019103419A RU2699589C1 (en) 2019-02-07 2019-02-07 Method of dynamic data conversion during storage and transmission

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699589C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137310C1 (en) * 1996-09-21 1999-09-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Interface in group spectrum
RU2140716C1 (en) * 1999-01-18 1999-10-27 Государственное унитарное предприятие Специализированный центр программных систем "Спектр" Method for cryptographic conversion of digital data blocks
UA22215U (en) * 2006-05-18 2007-04-25 Univ Nat Aviation Method of cryptographic transformation of information
US7526299B2 (en) * 1999-11-18 2009-04-28 Lg Electronics Inc. Method for coding and transmitting transport format combination indicator
RU2461963C2 (en) * 2008-04-30 2012-09-20 ЗетТиИ Корпорейшн Method and apparatus for decoding low-density generator matrix code
RU2569567C2 (en) * 2014-03-21 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method and associative matrix device for processing line data

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137310C1 (en) * 1996-09-21 1999-09-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Interface in group spectrum
RU2140716C1 (en) * 1999-01-18 1999-10-27 Государственное унитарное предприятие Специализированный центр программных систем "Спектр" Method for cryptographic conversion of digital data blocks
US7526299B2 (en) * 1999-11-18 2009-04-28 Lg Electronics Inc. Method for coding and transmitting transport format combination indicator
UA22215U (en) * 2006-05-18 2007-04-25 Univ Nat Aviation Method of cryptographic transformation of information
RU2461963C2 (en) * 2008-04-30 2012-09-20 ЗетТиИ Корпорейшн Method and apparatus for decoding low-density generator matrix code
RU2569567C2 (en) * 2014-03-21 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method and associative matrix device for processing line data

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cusick et al. Cryptographic Boolean functions and applications
Chen et al. Novel SCAN-CA-based image security system using SCAN and 2-D von Neumann cellular automata
KR101017481B1 (en) Encryption and decryption processing method of achieving sms4 cryptographic algorithm and system thereof
US6956951B2 (en) Extended key preparing apparatus, extended key preparing method, recording medium and computer program
Abd-El-Hafiz et al. Novel permutation measures for image encryption algorithms
US10225074B2 (en) Encryption system and method based on biometric technology
CN112714112B (en) Data encryption and decryption method for server data storage, storage medium and terminal equipment
CN105931175A (en) Novel image scrambling method based on chaotic technology
CN103684761A (en) Coding and decoding method
Verma et al. 3D-Playfair cipher with additional bitwise operation
RU2699589C1 (en) Method of dynamic data conversion during storage and transmission
CN112887509A (en) Fusion encryption method based on multiple chaotic systems
CN108683497B (en) Multi-dimensional space code forming device
Ryabko et al. “Book stack” as a new statistical test for random numbers
CN106303312A (en) Two-dimensional random Sequence Generation circuit for compressed sensing cmos image sensor
CN103077498A (en) Image encryption algorithm based on shift transformation
JP2007158463A (en) Interleave method, interleave device and deinterleave device
Choi et al. Analysis of 90/150 CA Corresponding to the Power of Irreducible Polynomials.
CN112953878B (en) Construction method of n-dimensional time amplitude modulation signal permutation array constellation diagram and modulator
RU2700401C1 (en) Method of forming identification features for a group of objects
CN105515761B (en) A kind of circuit of high-speed multi-mode time cyclic shift
Kojima Hadamard-type matrices on finite fields and complete complementary codes
Benkiniouar et al. Cellular automata for cryptography
Fisher et al. Generation of finite inductive, pseudo random, binary sequences
US7173900B1 (en) Method and apparatus for chip generation of a chip sequence