RU2819200C1 - Способ передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов и система для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам скрытной передачи сообщений с использованием множества шумоподобных сигналов (ШПС). Технический результат заключается в повышении защищенности передачи сообщений за счет шифрования номеров ШПС и в обеспечении энергетически скрытной передачи сообщений пользователю при наличии шумов и помех. Способ состоит в передаче элементов сообщения одним из ШПС, выбор которых может варьироваться. Система содержит преобразователь входных дискретных сообщений, блок коммутаторов, генератор ШПС, блоки управления, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, генератор ключей шифрования кодов, формирователь выходных сообщений, блок переключателей, генератор ключей дешифрования. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к области радиотехники, связи, средствам вычислительной техники и системам помехоустойчивой скрытной передачи дискретных сообщений при наличии шумов с использованием конечного множества шумоподобных сигналов (ШПС).

Уровень техники

Известен способ передачи информации [1], в котором широкополосной несущей является случайный процесс, модулируемый путем изменения многомерной функции распределения вероятностей в соответствии с информационным сигналом. Принятая несущая на приемной стороне демодулируется путем измерения упомянутой многомерной функции распределения вероятностей. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи информации и отсутствие оптимального обнаружения и различения сигналов при наличии (на фоне) шумов (следовательно не обеспечена передача сигналов оптимальным образом).

Известен способ скрытной передачи информации [2]. Полезный сигнала преобразуется в двоичный код и посредством первого хаотического генератора формируется исходный детерминированный хаотический сигнал, осуществляется модуляции параметров хаотического сигнала этим полезным цифровым сигналом. Принятый сигнал воздействует на два хаотических генератора, которые выбраны с возможностью обеспечения обобщенной синхронизации с первым хаотическим генератором. Полезный сигнал нарушает синхронизацию одного из генераторов, что позволяет после вычитания сигналов первого и второго генераторов определить наличие этого полезного цифрового сигнала. Сигнал первого хаотического генератора перед передачей по каналу связи суммируют с шумовым сигналом генератора шума, существенно превышающим уровень сигнала самого хаотического генератора. Энергетическая скрытность обеспечивается. Недостатком способа является отсутствие возможности оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии шумов оптимальным образом.

Способ скрытной передачи информации [3] отличается от способа [2] тем, что характеристики генератора шума модулируются цифровым или аналоговым сигналом, содержащим ложное, несущественное или открытое информационное сообщение. Недостатки способа такие же, как у способа [2].

Известен способ приемопередачи дискретных информационных сигналов [4]. В способе реализовано отображение подлежащих передаче символов на возмущение физической среды и обнаружение этих возмущений в сигнально-шумовой смеси на приемной стороне, в качестве формируемых возмущений используются отрезки периодических колебаний протяженностью равной протяженности символов, передаваемых через среду распространения непосредственно либо используемые в качестве модулирующих сигналов. На приемной стороне сигнально-шумовую смесь разделяют на участки, производят оценку псевдоспектра полученных участков сигнально-шумовой смеси и в случае обнаружения псевдоспектрального пика выносят решение о наличии на данном участке переданного символа. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи данных по каналу связи, так как сигналы для анализа псевдоспектра на приемной стороне должны иметь достаточный уровень. Кроме того, не обеспечена передача сигналов оптимальным образом из-за отсутствия оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии шумов.

Известна когерентная система передачи информации [5]. В качестве ШПС с широким спектром используется конечное множество хаотических сигналов. Система содержит передающую и приемную стороны. На передающей стороне формируются хаотические сигналы, перемножаемые с информационной последовательностью так, что каждый бит передается своим отрезком хаотического сигнала, при этом требуется синхронизация этих сигналов на передающей и приемной сторонах. Копии хаотических сигналов для выделения информационной последовательности формируются с диска на приемной стороне. Обеспечена скрытность структуры сигналов. Недостатком аналога является необходимость обеспечения синхронизма хаотических сигналов на приемной и передающей сторонах, что требует использования сигналов достаточного уровня, но это приводит к отсутствию энергетической скрытности работы системы. Синхронизация требует также затрат времени, что снижает быстродействие системы, так как необходимо использовать ШПС с широким спектром, но чем шире спектр, тем больше время обнаружения и синхронизации. В данном случае когерентность системы означает лишь наличие синхронизации хаотических сигналов на передающей и приемной сторонах и не обеспечивает оптимальность обработки сигналов (обнаружение и различение) при наличии шумов. Отсутствует возможность варьирования несущих сигналов на передающей стороне.

Прототипом выбран способ передачи дискретных сообщений и система для его осуществления [6, с. 16, 17]. Способ состоит в том, что источник информации (ИИ) формирует на входе последовательность импульсов длительностью Т, соответствующих двоичным числам ("1" и "0"), поступающих на вход фазового модулятора, на его второй вход с периодом Т поступает ШПС в виде фазоманипулированного сигнала (ФМС) той же длительности (представлен N=13 - элементный код Баркера (КБ)) от генератора ФМС (его работой управляет синхронизатор). На выходе фазового модулятора формируются КБ, причем на интервале, соответствующем сигналу ИИ, равному "1", ФМС фазовым детектором не инвертируется, а на интервале, где сигнал ИИ равен "0" используемый КБ инвертируется по фазе. В результате получается последовательность ШПС в виде КБ (каждый из них инвертирован либо нет), переносящая информационные символы. Эта последовательность поступает на модулятор, осуществляющий модуляцию несущих колебаний, которые создаются генератором низкой несущей частоты. Промодулированные колебания усиливаются по мощности и излучаются в пространство (физическую среду канала связи).

В приемнике последовательность ШПС переносится на промежуточную частоту с помощью смесителя и гетеродина, после чего усиливается. Для реализации синхронного приема осуществляется поиск ФМС по частоте и по времени прихода сигналов, накопление сигналов для обеспечения устойчивой синхронизации. Для этого используется согласованный фильтр (СФ), синхронизатор и решающее устройство. Отмечается, что указанный приемник ШПС с большой базой является сложным устройством и вхождение в синхронизм требует затрат интервала времени, зависящего от базы ШПС. После окончания поиска и вхождения в синхронизм формируется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая передается на выход, получателю информации (ПИ).

Система содержит в передатчике источник информации, фазовый модулятор, генератор ШПС в виде ФМС, синхронизатор, модулятор, генератор низкой частоты, усилитель мощности, канал связи. Приемник включает в свой состав смеситель, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, СФ, решающее устройство, синхронизатор, ПИ.

Система в прототипе построена и работает на основании изложенного способа. От ИИ на первый вход фазового модулятора поступает информационная последовательность двоичных "1" и "0", а на второй вход поступает ФМС от генератора, управляемого посредством синхронизатора С₁ (он формирует сигналы управления). Генератор создает последовательность ШПС в виде ФМС. Если от ИИ поступает логическая "1", то на выходе фазового модулятора ФМС не меняется, а когда подается "0", то ФМС на текущем интервале инвертируется. Таким образом двоичные информационные символы переносятся на ШПС. Далее в модуляторе осуществляется балансная модуляция колебаний (сигналы поступают с генератора низких частот). Модулятор реализует требуемое инвертирование фазы несущего колебания при варьировании двоичных сигналов ИИ. Полученные сигналы усиливаются по мощности усилителем и через антенну излучаются в пространство (передаются по каналу связи). Дальнейшая работа системы изложена в способе.

Недостатками способа и системы прототипа является необходимость поиска и синхронизации сигналов в передатчике и приемнике. Это снижает быстродействие системы в целом. Перед передачей сигналов сообщения требуется затратить время на подготовку, причем, чем выше энергетическая скрытность системы, тем меньше мощность сигнала на входе, тем большее время обнаружения требуется для поиска и синхронизации сигналов [6, с. 9]. Кроме того, при синхронизации нужно использовать систему поиска и вхождения в синхронизм, что снижает энергетическую эффективности из-за усложнения конструкции системы прототипа [6, с. 16, 17]. Вместе с этим не эффективно используется рабочая полоса частот. Главным недостатком следует считать отсутствие системы варьирования выбора кодов ШПС, определяющей суть системы шифрования кодов.

В системах передачи дискретных сообщений элементами сообщений являются логические "1" и "0", а в вычислительных системах данные представляются в виде байтов, для чего применяют импульсы разной полярности "±1".

Краткое изложение сущности и состава заявленных способа и системы

Пусть на входе системы, для примера, имеются элементы дискретных сообщений в виде логических "1" либо "0". Существует g=2 различных ШПС (обозначены S₁, S₂) для каждого из которых уровень боковых пиков (УБП) автокорреляционной функции (АКФ) не более положительного числа R, а значения УБП взаимной корреляционной функции (ВКФ) этих ШПС не более положительного числа W. Каждому импульсу "1" ставится в соответствие S₁, а любому импульсу "0" - S₂. Эти ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом передаются на приемник. С помощью двух СФ переданные по каналу связи (КС) сигналы различаются [6, с. 158, 159] благодаря наложенным ограничениям на УБП АКФ и ВКФ. На выходах разных СФ и пороговых устройств формируются импульсы, обозначающие, что приемником приняты сигналы S₁ либо S₂. Эти импульсы запускают соответственно либо формирователь "1" либо формирователь "0" и на выходе приемника воспроизводятся переданные для получателя сигналы.

Этот подход применим и для случая, когда входное дискретное сообщение разбивается на группы, блоки, например, по восемь импульсов (стандартные байты). Каждому блоку в виде байта соответствует одно из чисел 0, …, 255 (всего g1=256 числовых значений для всех элементов системы кодирования). Требуется использовать g=256 ШПС (обозначены как S₁, S₂, S_g) с указанными ограничениями на УБП, которые взаимно-однозначно сопоставлены блокам в виде байтов с теми же числовыми значениями. Это реализуется блоком коммутаторов, который осуществляет подключение импульсов запуска к входам формирователей ШПС в соответствии с ключами шифрования кодов. Полученные ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом, передаются на приемную часть, где происходит обнаружение и различение принятых сигналов на фоне шумов в силу ограничений на УБП АКФ и ВКФ. С помощью блока переключателей, управляемого ключами дешифрования, осуществляется подключение сигналов распознавания ШПС к формирователям выходных дискретных сообщения, в результате реализуется восстановление соответствующих байтов, которые передаются ПИ.

Кроме того, требуемые для работы g=256 ШПС выбираются из более обширного, расширенного списка (формуляра) подходящих сигналов, включающего g3≥g=g1 сигналов. Правило выбора требуемого количества сигналов из числа имеющихся определяет порядок шифрования кодов, задаваемый пользователем.

Таким образом, обеспечена скрытная передача с повышенным быстродействием благодаря отсутствию необходимости в синхронизации сигналов, конструкция упрощается из-за отсутствия системы поиска сигналов, что повышается энергоэффективность. Кроме того, ШПС, которые поставлены в соответствие блокам (байтам), имеют большую длительность, чем КБ в прототипе, следовательно, в заявленном способе и системе сигналы занимают меньшую полосу частот, то есть полоса частот в пределах которой работает система используется более эффективно.

Первоначально требуется выбрать символы и определить их количество g1 в системе кодирования. В общем случае в заявленном способе элементы дискретных сообщений могут группироваться не только по одному или по восемь, но и на произвольное количество импульсов g2, причем g2=log₂g1 (округление в большую сторону до ближайшего целого числа), где g1 - количество символов в системе кодирования, g2 - количество элементов (импульсов, бит) дискретных сообщений в блоках.

Скрытность передачи сигналов означает [6, с. 8, 9], что требуется использовать специальные методы и устройства для обнаружения факта передачи сигналов при наличии шумов, а также нужно измерять основные параметры сигналов. Оптимальность обработки сигналов при наличии шумов остается справедливой и в условиях наличия широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных) [6, с. 7].

В качестве ШПС могут использоваться, например, R-коды [7, 8] и сигналы на их основе, являющиеся разновидностью ФМС.

Некоторые сведения о R-кодах и ансамблях

В системах управления, связи и радиолокации широко используются ШПС [6], которые обладают известными достоинствами. Разновидностью ШПС являются ФМС. Они состоят из последовательности N радиоимпульсов с одинаковой частотой и амплитудой (считаем ее равной единице). Очередность следования радиоимпульсов с различными начальными фазами характеризуется бинарной кодовой последовательностью или просто кодом G. При этом ФМС на основе этих кодов [7], у которых автокорреляционная функция (АКФ) в области боковых пиков изменяется в пределах ±R (0≤R≤N-1, R - целое), названы сигналами R-го рода (ФМС-R). Множество из g кодов G=G^x _r,N, (х=1, …, g), соответствующее таким сигналам, названо R-кодами (это бинарные коды, у которых АКФ в области боковых пиков изменяется в пределах±R, то есть R - наибольшее допустимое значение боковых пиков модуля АКФ).

Для немногочисленных КБ R=1. Наибольшее значение (пик) модуля АКФ таких N-элементных кодов обозначено u_m и u_m=N, а относительный уровень боковых пиков (УБП) АКФ равен В₁=R/N. База ФМС равна В=N, энергия сигнала Е_с прямо пропорциональна N, то есть u_m пропорционально Е_с. Признаком шумоподобности сигнала является верность условия, что база велика (В>>1) [6]. Пары кодов характеризуются наибольшим значением модуля взаимной корреляционной функции (ВКФ), обозначенным W(1≤W≤N-1, W - целое). Справедливо: R<u_mi,W<u_m.

ФМС-R на основе бинарных R-кодов являются импульсными сигналами. Для оптимального обнаружения и различения между собой этих кодов и сигналов при наличии шумов используются известные способы и схемы (согласованные фильтры и корреляторы) [6].

Некоторые совокупности ШПС обладают определенными свойствами, которые позволяют рассматривать их совместно, как ансамбли для построения алфавитов. В работах [9-11] рассмотрены вопросы нахождения R-кодов.

Символом Т обозначена длительность каждого из N радиоимпульсов ФМС-R. Начальные фазы могут быть равны 0 или π (180°), а коды принято представлять последовательностью коэффициентов соответственно (+1, -1), например, (1, -1, -1, -1, -1, 1) для N=6; R=2. В общем случае начальные фазы радиоимпульсов могут быть равны ϕ₀+0, когда коэффициент кода равен (+1), или ϕ₀+π, в случае, когда коэффициент кода равен (-1), где ϕ₀ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы (главное, что разность фаз равна 0 или π).

Далее сигналами на основе бинарных кодов считаются такие ШПС, которые состоят из радиоимпульсов, с начальными фазами равными (ϕ₀+0) либо (ϕ₀+π), причем на изменения амплитуд и частот радиоимпульсов ограничения не накладываются, а введены ограничения на УБП АКФ и ВКФ.

Представлено множество бинарных импульсных кодов, у которых УБП АКФ и ВКФ удовлетворяют определенным требованиям, в виде

где G^x _r,N - бинарный код;

P^X _j, j=1, …, N - коэффициенты х-го кода ансамбля;

х - индекс нумерации кодов, х=1, …, g;

g - количество кодов в множестве или сигналов на их основе;

R - наибольшее допустимое значение боковых пиков модуля АКФ, 0≤R≤N -1, R - целое; N - количество коэффициентов в кодах и в сигналах на их основе.

Ансамблем названо множество кодов с введенными ограничениями на УБП АКФ и ВКФ. Например, для кодов с P^x _j=±1, R=3, N=30, W≤29, g=256: G¹ _3,30=(1, 1, -1, -1, -1, 1…1), G² _3,30=(1, -1, -1, -1, -1, 1, …1),…, G²⁵⁶ _3,30=(1, -1, -1, -1, 1, 1, …1).

Ограничения на УБП АКФ и ВКФ сформулированы аналитически [7, 8]. В моменты t_k=k⋅Т, где k=1, …, N-1, отсчитываемые от начала АКФ (k=0), величины модуля АКФ принимают экстремальные или нулевые значения и при k=N равны N.

Значения модуля ВКФ пар кодов ансамбля с индексами "х" и "y" рассмотрены в моменты t_k=k⋅Т, отсчитываемые от начала ВКФ. Коды ансамбля с ограничениями на УБП АКФ и ВКФ согласно [7-11] представимы в виде неравенств относительно коэффициентов:

где Pⁱ ₁, Pⁱ _N+j-k, j=1, …, N - коэффициенты i-го кода ансамбля;

N - количество коэффициентов в кодах ансамбля или в сигналах на их основе;

k - индекс нумерации отсчетов моментов времени автокорреляционной функции;

R - допустимый УБП АКФ, задаваемый пользователем, 0≤R≤N-1, R - целое;

g - количество кодов или сигналов на их основе в ансамбле;

где P^x _j, P^y _N+j-k, j=1, …, N - коэффициенты х-го и y-го кодов ансамбля;

х, у (х≠у) - индексы различных кодов в ансамбле, принимающие значения от 1 до g;

g - количество кодов в ансамбле или сигналов на их основе;

N - количество коэффициентов в кодах ансамбля или в сигналах на их основе;

k - индекс нумерации отсчетов моментов времени взаимной корреляционной функции;

W - допустимый уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции задаваемый пользователем, 0≤W≤N-1, W - целое;

g=g1 - количество символов в системе кодирования.

Коды ансамбля (1)-(3) являются частным случаем ШПС S₁, S₂, S_g и вырабатываются генератором ШПС. Параметры N, R, W и g взаимозависимы.

При передаче дискретных сообщений в информатике и компьютерной технике каждый байт соответствует определенному символу системы кодирования. Если каждому символу и соответственно байту поставить в соответствие код из ансамбля, то получится алфавит. При использовании известной системы кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange-стандартный код информационного обмена) [12], состоящей из g1=256 символов, требуется ансамбль кодов такой же численности g=g1 [9-11]. Символам соответствуют числовые значения, изменяющиеся от 0 до 255, которые, как известно, представляются набором из восьми бит, составляющих байт. В общем случае для системы кодирования из g1 символов требуется использовать g2=log₂g1 элементов (бит, импульсов) в каждом блоке. Для системы кодирования из двух символов (g1=2) блок состоит из единственного элемента (g2=1), принимающего два значения, требуется ансамбль из двух кодов. Кроме символов система кодирования может определять соответствие уровней произвольного сигнала в определенные моменты времени и их кодовые значения в виде байтов или блоков.

Пользователь (получатель) может создать систему кодирования по своему усмотрению, включив туда в качестве элементов не только разнообразные символы, но и их сочетания, например, слоги, слова, предложения, медиа файлы.

Некоторые термины, использованные для упрощения описания

Алфавит - взаимно-однозначное соответствие между элементами системы кодирования и кодами или сигналами, составляющими ансамбль.

Ансамбль - множество бинарных кодов или импульсных сигналов на их основе, для которых введены ограничения на УБП АКФ (R) и ВКФ (W).

Сигналы на основе бинарных кодов - это импульсные сигналы, состоящие из радиоимпульсов, начальные фазы которых равны (ϕ₀+0) либо (ϕ₀+π), где ϕ₀ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы, причем на изменения амплитуды и частоты радиоимпульсов требования не накладываются, для них введены ограничения (2), (3) на УБП АКФ и ВКФ. Если амплитуды и частоты постоянны, то имеются ансамбли ФМС-R.

Блок - набор конечного числа элементов дискретного сообщения, например, блок из восьми бит является байтом.

Линганум - функция (правило, формула, таблица), определяющая взаимнооднозначное соответствие между множествами чисел (0; 1; …; g1-1) и множеством символов выбранной системы кодирования. ASCII - частный случай линганума.

Формуляр - набор кодов, для которого задано взаимно-однозначное соответствие целых чисел по порядку от 1 до g3 и кодов ансамбля (1), например, например, запишем (G¹ _3,30; …; С²⁵⁹ _3,30) при g3=259.

Функциональная группа - множество однотипных по назначению элементов, например, группа линий (линий групповой связи), проводников входов/выходов, устройств, выполняющих одинаковые операции (функции).

Замечание

Элементами дискретных сообщений, составляющих блоки, могут быть логические единицы и нули либо положительные и отрицательные логические единицы. Числовые значения блоков определяются последовательностью элементов, которые рассматриваются в качестве цифр двоичной системы исчисления, причем, если элементами выбраны положительные и отрицательные логические единицы, то при подсчете числовых значений блока отрицательные логические единицы заменяются на нули.

Сортировка - операция преобразования одной конечной последовательности числовых значений в другую так, что индексы порядковых номеров элементов исходной последовательности уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера новой числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров.

Сортировка используется для определения линганума восстановления дискретных сообщений и ключей дешифрования, исходя из вида линганума шифрования и ключей шифрования, что позволяет при дешифровании использовать те же операции и схемы.

Порядок сортировки определяется тем, что величины первоначальной последовательности надо поменять на новые, а также учесть, что эти величины и их индексы различаются на единицу (например, в ASCII индексы варьируются как 1, 2, 3, …, а числовые значения символов изменяются по возрастанию 0, 1, 2, …). Для этого величины индексов первоначальной последовательности перед указанной заменой уменьшаются на единицу, а индексы новой последовательности должны быть увеличены на единицу.

Пример проведения однооперационной (однократной) сортировки

Задана первоначальная последовательность Ŧ₁, записанная с учетом порядкового номера и значения элементов, с использованием знака соответствия "→". То есть (порядковый номер (первоначальное значение → новое значение)): 1 (0→5); 2 (1→0); 3 (2→3); 4 (3→2); 5 (4→1); 6 (5→4). Возможна иная запись: Ŧ₁=(5₁; 0₂; 3₃; 2₄; 1₅; 4₆) (элементов g1=6, а их значения изменяются от 0 до g1-1=5). Сортировка для определения искомой последовательности Ŧ': уменьшение индекса порядкового номера на единицу - (5₀; 0₁; 3₂; 2₃; 1₄; 4₅); замена местами индексов и значений - (0₅; 1₀; 2₃; 3₂; 4₁; 5₄); увеличение индексов новой последовательности на единицу - (0₆; 1₁; 2₄; 3₃; 4₂; 5₅); расстановка элементов в порядке возрастания индексов - Ŧ₁'=(1₁; 4₂; 3₃; 2₄; 5₅; 0₆). Иная запись через знак соответствия для проведения проверки: 1 (0→1); 2 (1→4); 3 (2→3); 4 (3→2); 5 (4→5); 6 (5→0). Видна однозначная взаимосвязь полученного результата с первоначальной последовательностью, представленной выше через знак соответствия, перенумерования ("→").

Первоначальная последовательность Ŧ₁ определяет операцию установления взаимно-однозначного соответствия конечного множества числовых значений (элементов последовательности) и набора индексов, использованных для нумерации.

Для второго примера считаем, что есть g3=10 чисел от 0 до g3-1 (то есть 0, …, 9), из которых выбирается g1=6 различных значений и создается, к примеру, последовательность Ŧ₂=(2₁; 4₂; 5₃; 1₄; 7₅; 9₆) (индексы изменяются от 1 до g1=6). Через знак соответствия это можно представить в виде: 1 (0→2); 2 (1→4); 3 (2→5); 4 (3→1); 5 (4→7); 6 (5→9). Операции сортировки: (2₀; 4₁; 5₂; 1₃; 7₄; 9₅); (0₂; 1₄; 2₅; 3₁; 4₇; 5₉); (0₃; 1₅; 2₆; 3₂; 4₈; 5₁₀), то есть Ŧ₂'=(3₂; 0₃; 1₅; 2₆; 4₈; 5₁₀). Сверка элементов подтверждают верность результата операции сортировки. Видно, что значения индексов последовательности после свертки изменяется в более широких пределах, от 1 до g3=10, некоторые значения элементов вводить не требуется, хотя их общее количество (g1=6) неизменно. Это можно записать так, что индексы g1 элементов Ŧ₂' изменяются в интервале l≤j≤g3. Элементы с пропущенными индексами не задаются, подразумевается наличие пробела.

Представление операции шифрования путем перенумерования байтов. Представлен вариант описания для случая, когда блок соответствует байту. Байтам соответствуют gl числовых значений (0, …, 255), которым взаимно-однозначно ставятся в соответствие g кодов из формуляра, содержащего g3 кодов, причем g3≥g=g1 (в формуляре имеется больше кодов, чем символов в системе кодирования g1). В результате возможно широкое варьирование указанного взаимно-однозначного соответствия. Этот процесс определяется ключами шифрования номеров кодов, обозначенными следующим образом: М=(M_j, j=1, 2, …, g1)=(M_{i, j}, i=1, …,8; j=1, 2, …, g1)=[(M_1,1; M_2,1; M_3,1; …; M_8,1); (M_{1, 2}; M_2,2; …;M_8,2); …;(M_1,g1; M_2,._g1; …; M_8,._gl)];

последовательность значений в двоичном и десятичном представлении (выписаны первые два и последний байты), каждое значение является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), используется лишь однажды, где g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество кодов или шумоподобных сигналов на их основе.

Часть чисел остаются неиспользованными (из возможных g3 значений номеров кодов из формуляра применяется лишь g1=g≤g3 величин по количеству символов в системе кодирования). Для двоичной системы счета M_{i, j} задает i-й бит j-го байта. Как следует из приведенного примера с Ŧ₂ и Ŧ₂' индексы элементов в формулах (9) изменяются от 1 до g1. Значения последовательности М произвольно задаются пользователем, они определяют величины ключей шифрования номеров кодов, для получения которых применен одноименный генератор. Максимальное числовое значение может быть равным (g3-1), а наибольшее значение индекса равно g1.

То есть ключи шифрования, задаваемые пользователем, представлены в виде последовательности M_j, j=1, 2, …, g1, каждое значение этой последовательности А является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1) и используется лишь однажды, где g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество введенных в формуляр шумоподобных сигналов.

Операция установления взаимного соответствия блоков и номеров ШПС схемотехнически реализована посредством блока коммутаторов, обеспечивающего коммутацию входов генератора ШПС согласно сигналам ключей шифрования кодов.

Введено обозначение:

входные дискретные сообщения в двоичной и десятичной системе (записаны лишь первые два байта). Байтам сообщений (5) в соответствии с ключами шифрования М формулы (4) сопоставлены коды ШПС (1), которые передаются на вход канала связи. Выходные дискретные сообщения на приемной стороне:

выходные дискретные сообщения в двоичной и десятичной системах (выписаны первые два байта), они получаются с помощью ключей дешифрования, формируемых одноименным генератором. Ключи дешифрования являются результатом сортировки ключей шифрования, проведенной по изложенным выше правилам.

Ключи дешифрования позволяют осуществить предварительную установку переключателей. В результате полученные на приемной стороне ШПС обнаруживаются индивидуально и создаются сигналы распознавания конкретных ШПС. Первоначально установленные переключатели позволяют осуществить передачу сигналов на вход того формирователя выходных дискретных сообщений, который регенерирует на своем выходе соответствующие блоки (байты). Ключи шифрования кодов задают процедуру коммутации входов генератора ШПС, а ключи дешифрования устанавливают порядок обратной операции, то есть переключения входов формирователя выходных дискретных сообщений так, чтобы восстановить исходные дискретные сообщения в виде блоков (байтов).

Введено обозначение:

дискретные сообщения, элементы записаны в двоичной и десятичной системах (выписаны первые два байта); i, j - индексы нумерации бит и байтов.

Величины последовательности Х° равны использованному на передающей стороне ключу шифрования А блока дискретных сообщений, различающегося на единицу с порядковым номером А+1 примененного для передачи данного блока шумоподобного сигнала. Как и ключи шифрования кодов в формуле (4), эти величины принимают значения целых положительных чисел из интервала 0≤Х°≤(g3-1), причем все они различны.

На приемной стороне значения Х° используются при определении номера входов блока преобразователей и применены при реализации правила переключения входов на выходы блока преобразователей, которые зависят от ключей дешифрования. Элементы последовательности X°_j, j=1, 2, … определяются входными дискретными сообщениями: "Если" Х_{вх j}=0 "ТО" Х°_j=М₁ или "Если" Х_{вх j}=1 "ТО" Х°_j=М₂ или "Если" Х_{вх j}=2 "ТО" Х°_j=М₃ или … "Если" X_{bx j}=(g1-1) "ТО" X°_j=M_g1, где j=1, 2, … - индекс нумерации блоков; Х_{вх j} - значение j-го блока входных дискретных сообщений;

X°_j - значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, поставленного в соответствие j-му блоку дискретных сообщений;

М₁; М₂; …, M_g1 - последовательность значений ключей, формируемых генератором ключей шифрования кодов;

g1 - количество символов в выбранной системе кодирования;

g3 - количество кодов и сигналов на их основе, размещенных в формуляре.

На приемной стороне элементы последовательности X°_j не только определяю номера входов блока переключателей, но также обуславливают порядок операции переключения входов формирователя выходных дискретных сообщений согласно ключам дешифрования. Ключи дешифрования, например, можно описать в виде набора элементов:

последовательность значений линганума для восстановления сообщений в двоичном и десятичном представлении (первые два и последний байты), каждое значение в скобках при десятичном представлении является целым положительным числом от 0 до (g1-1), используемым при составлении линганума лишь однажды;

g1 - количество символов в системе кодирования данных,

g3 - количество кодов и сигналов на их основе в формуляре.

В общем случае последовательность ключей дешифрования М', получаемая после сортировки, по аналогии с представленным ранее примером, связанным с Ŧ₂ и Ŧ₂', имеет g1 элементов, индексы определяются конкретными значениями ключей шифрования, величины индексов j принимают значения из интервала от единицы до g3. Следовательно, запись последовательности в общем виде имеет вид: М'={М'_j, 1≤j≤g3).

Линганум дешифрования используется в качестве ключей дешифрования в генераторе дешифрования. Дешифрование реализовано посредством устройства управления переключателями и блока переключателей.

Представленные соотношения позволяют реализовать приведенные ниже в способе операции формирования выходных дискретных сообщений через ключи дешифрования.

Выходные сигналы системы получаются с учетом формул (7), (8) по правилам: "Если" X°_j=0 "ТО" Х_{вых j}=М'₁ или "Если" X°_j=1 "ТО" Х_{вых j}=М'₂ или "Если" X°_j=2 "ТО" Х_{вых j}=М'₃ или …

"Если"

операции перенумерования путем замены числовых значений, где j=1, 2, … - индекс нумерации байтов;

X°_j - значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, поставленного в соответствие j-му блоку дискретных сообщений, определяющего номера входа блока переключателей;

Х_{вых j} - значение j-го байта выходных дискретных сообщений (на выходе формирователя выходных дискретных сообщений);

М'₁; М'₂; …; М'_g3 - последовательность значений ключей дешифрования.

Для реализации операций с данными в заявленной системе используются устройства, имеющие несколько входов либо выходов, для которых с целью удобства изложения введена следующая нумерация:

1) Блок коммутаторов - первые входы соединены с выходами преобразователя входных дискретных сообщений; вторая группа входов соединена с функциональными группами выходов блока управления коммутаторами;

2) Блок переключателей - первые входы соединены с выходами решающего устройства; вторая группа входов соединена с функциональными группами выходов блока управления переключателями;

3) Коммутаторы блока коммутаторов - первые и вторые входы коммутаторов подключены к соответствующим первым и вторым входам блока коммутаторов.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение способа и системы для его осуществления, является обеспечение защищенности дискретных сообщений от внешних воздействий при их передаче по каналу связи.

Поставленная задача решается за счет того, что в способ передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов, которые состоят из элементов в виде логических единиц и нулей, либо из положительных и отрицательных логических единиц, включающий на передающей стороне преобразование одного вида дискретного сообщения в широкополосный сигнал и преобразование элементов иного вида этого дискретного сообщения в другой широкополосный сигнал, передачу этой последовательности широкополосных сигналов по каналу связи, осуществление приемопередачи широкополосных сигналов с последующим проведением на приемной стороне операции их согласованной фильтрации, сравнение полученного сигнала с пороговым уровнем, как новые признаки введены такие операции, как выбор g1 разных элементов для системы кодирования дискретных сообщений и сопоставление каждому из них числового значения а, изменяющегося от нуля до (g1-1), группирование последовательно следующих элементов входного дискретного сообщения в блоки длительностью T_б по g2 элементов, где g2=log₂g1 с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа или задание параметру g2 величины, равной количеству элементов в блоке входного шифрованного дискретного сообщения или сообщения с избыточным кодированием, при этом g1=2^а, а=g2,

введение соответствия между каждым числовым значением α в выбранной системе кодирования и набором элементов любого блока сгруппированных дискретных сообщений, выбор g3 ≥g1 разных шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимной корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа, меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов,

нумерация выбранных шумоподобных сигналов последовательно целыми числами от 1 до g3 и расположение их в формуляре,

составление ключей шифрования в виде последовательности M_j, j=1, 2, .., g1, так что каждое значение этой последовательности А, задаваемое пользователем, является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1) и используется лишь однажды, где g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество введенных в формуляр шумоподобных сигналов,

установление взаимно-однозначного соответствия между каждым блоком входных дискретных сообщений с числовым значением α и одним из шумоподобных сигналов выбранного ранее подмножества с номером А+1=М_α+1+1, обозначенным S_A+1, расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала T_б, следующего за интервалом, где расположен блок элементов входного дискретного сообщения, которому согласно ключам шифрования поставлен в соответствие должный шумоподобный сигнал,

создание последовательности из выбранных указанным образом шумоподобных сигналов S_A+1, которая соответствует последовательности блоков из сгруппированных элементов входных дискретных сообщений,

передача последовательности шумоподобных сигналов через среду распространения канала связи на приемную сторону непосредственно либо с использованием последовательности в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний,

осуществление согласованной фильтрации принятой последовательности всеми g3 различными оптимальными фильтрами, каждый из которых согласован с одним из шумоподобных сигналов из формуляра,

сравнение каждого из выходных сигналов согласованных фильтров с соответствующим пороговым уровнем U_п, который должны быть меньше наибольших значений на выходе согласованных фильтров, когда на входе фильтра имеется ШПС, с которым согласован этот фильтр, вместе с тем пороговые уровни U_п выбираются больше наибольшего из чисел R и W,

проверка достижения или превышения каждым из сигналов, полученных после выполнения согласованной фильтрации всех принятых шумоподобных сигналов S_A+1 с номером А+1 из формуляра, значения соответствующего порогового уровня U_п и в этом случае формирование сигнала распознавания Đ_A+1 принятого шумоподобного сигнала S_A+1, формирование на основе сигнала Đ_A+1 элементов последовательности X°=(X°_j, j=1, 2, …), каждый из которых соответствует числовому значению А, которое на единицу меньше индекса сигнала распознавания и порядкового номера принятого шумоподобного сигнала, составление g1 ключей дешифрования в виде элементов последовательности М'=(M'_j, 1≤j≤g3), каждое значение которой является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1-1), используемых в последовательности лишь однажды, причем элементы последовательности М' ключей дешифрования получены так, что порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования M_j, j=1, 2, …, g1 уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера этой новой созданной числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательность со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров, формирование на основе значений элементов последовательности Х° восстановленных блоков выходных дискретных сообщений, так что

если Х°_j=1, то Х_{вых j}=М'₁ или

если X°_j=2, то Х_{вых j}=M'₂ или

если X°_j=3, то Х_{вых j}=М'₃ или…

если X°_j=g3-1, то Х_{вых j}=М'_g3,

где j=1, 2, … - индекс нумерации блоков;

Х°_j - значение j-го элемента последовательности уменьшенных на единицу номеров принятых шумоподобных сигналов;

M' - значения элементов последовательности ключей дешифрования;

Х_{вых j} - значение j-го блока выходных дискретных сообщений,

передача восстановленных блоков дискретных сообщений Х_вых на выход получателю.

Перенумерование индексов сигналов распознавания реализуется блоком переключателей путем изменения номеров выходов для входных сигналов распознавания (входной сигнал со входа А+1 по ключам дешифрования переключается на выход блока переключателей с номером α+1).

Предложенный способ проиллюстрирован диаграммами на фиг. 1, 2. Пояснение на примере. Пусть имеется входной блок (байт) с числовым значением А=0, которому в соответствии с ключами шифрования кодов ставится в соответствие десятый ШПС из формуляра. После согласованной фильтрации формируется сигнала распознавания Đ₁₀ десятого ШПС, который в соответствии с ключами дешифрования перекоммутируется на первый вход формирователя выходного блока (байта) с α=0. Следовательно, блок элементов входного дискретного сообщения однозначно восстанавливается на выходе. Отметим, что подсчет числовых значений блоков, состоящих из элементов "±1", возможен, если логическую "-1" заменить на ноль.

Замечания

1) При наличии сигнала распознавания по ключам дешифрования кодов возможна реализация перекоммутации входов формирователей выходные дискретных сообщений, которые формируют выходные сигналы, либо допустимо формирование нерасшифрованных дискретных сообщений, которые перенумеруются в выходные сообщения по ключам дешифрования. В заявленной системе изложен первый случай;

2) Шифрование кодов означает шифрование выбора номеров ШПС из формуляра;

3) Система шифрования названа расширенной, так как имеется возможность выбора подмножества сигналов из превосходящего это подмножество множества ШПС.

Решение задачи, на достижение которой направлено изобретение, реализуется за счет того, что система для осуществления способа передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов содержит генератор шумоподобных сигналов, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, как новые признаки введены преобразователь входных дискретных сообщений, блок коммутаторов, блок управления коммутаторами, генератор ключей дешифрования, генератор ключей шифрования кодов, блок переключателей, блок управления переключателями, формирователь выходных дискретных сообщений, причем вход преобразователя входных дискретных сообщений соединен с входом системы передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов, преобразователь входных дискретных сообщений содержит g1 выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторые функциональные группы входов блока коммутаторов соединены с функциональными группами выходов блока управления коммутаторами, функциональная группа входов этого блока соединена с g1 выходами генератора ключей шифрования кодов, функциональные группы выходов блока коммутаторов соединены с функциональной группой входов генератора шумоподобных сигналов, выход этого генератора соединен с входом канала связи, выход которого подключен к входу согласованного фильтра, содержащего g3 выходов, соединенных с таким же количеством входов решающего устройства, имеющего g3 выходов, подключенных к такому же количеству входов первой функционально группы входов блока переключателей, g3 вторых функциональных групп входов блока переключателей соединены с функциональными группами выходов блока управления переключателями, функциональная группа входов блока управления переключателей соединена с g3 выходами генератора ключей дешифрования, функциональная группа g1 выходов блока переключателей соединена с формирователем выходных дискретных сообщений, выход которого соединен с выходом всей системы, при этом генератор ключей шифрования кодов формирует сигналы (4), соответствующие элементам последовательности M_j, j=1, 2, …, g1, g1 - количество символов в выбранной системе кодирования;

генератор ключей дешифрования формирует сигналы по формуле (8) последовательности М'=(M'_j, 1≤j≤g3), где g3 - общее количество кодов в ансамбле или шумоподобных сигналов на их основе, внесенных в формуляр,

каждое значение этой последовательности является целым положительным числом от 0 до (g1-1), используемое лишь однажды, g1 - количество символов в системе кодирования, значения ключей дешифрования получены так, что

порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования кодов М уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера новой числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательность со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров;

формирователь выходных дискретных сообщений формирует сигналы Х_{вых j}, где j=1, 2, …, исходя из условий (9);

генератор шумоподобных сигналов представляет собой функциональную группу из g=g3 формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе, у которых уровень боковых пиков автокорреляционной функции каждого сигнала не превышает R<u_m - наибольшее значение модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции каждого шумоподобного сигнала со всеми другими генерируемыми сигналами не превосходит W<u_m, R и W - положительные числа, вместе с тем, g3 входов формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе являются входами функциональной группы этих формирователей, выходы формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе соединены параллельно и составляют выход функциональной группы этих формирователей; блок коммутаторов содержит функциональную группу из g1 коммутаторов, первые входы которых соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторые входы этих коммутаторов представляют фукциональные группы из g3 входов каждая и подключены к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов, g3 выходов каждого из коммутаторов составляют функциональные группы и подключены к выходам блока коммутаторов; блок управления коммутаторами содержит функциональную группу из g1 формирователей управления, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами (они связаны с соответствующими выходами генератора ключей шифрования кодов), выходы каждого формирователя управления образуют функциональную группу из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами; согласованный фильтр представляет собой функциональную группу из g3 согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, входы и выходы согласованных фильтров являются входами и выходами функциональной группы этих фильтров;

решающее устройство для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу из g3 решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами функциональной группы; преобразователь входных дискретных сообщений содержит логическое устройство преобразователя и сопрягающее устройство преобразователя, вход сопрягающего устройства преобразователя соединен с входом системы передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов, выход сопрягающего устройства подключен к входу логического устройства преобразователя, выходы которого представляют собой функциональную группу g1 выходов, соединенных с выходами преобразователя входных дискретных сообщений; блок переключателей содержит функциональную группу g3 переключателей, первые и вторые входы которых соединены с первой и второй группой входов блока переключателей, g1 выходов каждого переключателя образуют функциональную группу выходов, соединенных с соответствующими выходами блока переключателей;

блок управления переключателями содержит функциональную группу g3 преобразователей управления, входы которых соединены с входами блока управления переключателями, выходы преобразователей управления составляют g3 функциональных групп, в каждой из которых имеется g1 выходов, соединенных с выходами блока управления переключателями;

формирователь выходных дискретных сообщений содержит восстановитель элементов дискретных сообщений и сопрягающее устройство формирователя, входы восстановителя элементов дискретных сообщений соединены с входами формирователя выходных дискретных сообщений, выход восстановителя элементов дискретных сообщений подключен к входу сопрягающего устройства формирователя, выход которого соединен с выходом системы передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов.

Представленная совокупность существенных признаков позволяет получить технический результат и достичь цели изобретения, которые заключаются в повышении защищенности передачи дискретных сообщений за счет шифрования номеров кодов, используемых для передачи блоков по каналу связи, в обеспечении энергетически скрытной и оптимальной передаче дискретных сообщений пользователю при наличии шумов.

Предложенная система проиллюстрирована структурной схемой (фиг. 3). Из нее следует, что входным дискретным сообщениям (5) посредством ключей шифрования кодов (4) ставятся во взаимно-однозначное соответствие номера и сами ШПС формул (1-3), которые скрытно передаются по каналу связи от передающей на приемную сторону системы, где оптимальным образом обнаруживаются и распознаются, в результате формируются соответствующие сигналы распознавания, подключаемые блоком переключателей согласно ключам дешифрования (8) по правилам (9) к соответствующим входам формирователей выходных дискретных сообщений. В результате восстанавливаются выходные сигналы (6), соответствующие входным сигналам (5), что и требуется получить.

Перечень фигур графического изображения

Фиг. 1 - диаграммы, поясняющие способ передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов в частном случае;

Фиг. 2 - диаграммы, поясняющие способ передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов в общем случае;

Фиг. 3 - структурная схема системы передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов;

Расшифровака обозначений:

1. Преобразователь входных дискретных сообщений;

2. Блок коммутаторов;

3. Блок управления коммутаторами;

4. Генератор ключей шифрования кодов;

5. Генератор ШПС;

6. Канал связи;

7. Согласованный фильтр;

8. Решающее устройство;

9. Блок переключателей;

10. Формирователь выходных дискретных сообщений;

11. Генератор ключей дешифрования;

12. Блок управления переключателями;

13. Сопрягающее устройство преобразователя;

14. Логическое устройство преобразователя;

15. Первый коммутатор;

16. k-й коммутатор, k=2, …, g1-1; 17. g1-й коммутатор;

18. Первый формирователь управления;

19. k-й формирователь управления, k=2, …, g1-1;

20. g 1-й формирователь управления;

21. Первый переключатель;

22. k-й переключатель, k=2, …, g3-1;

23. g3-й переключатель;

24. Восстановитель элементов дискретных сообщений;

25. Сопрягающее устройство формирователя;

26. Первый преобразователь управления;

27. k-й преобразователь управления, k=2, …, g3-1;

28. g3-й преобразователь управления;

Фиг. 4 - таблица значений ЛФ преобразователя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

1. Логическая функция преобразователя

Способ и система позволяют передать входные сигналы (5) по каналу связи и получить выходные сигналы (6), что требует использовать логическую функцию, которая составлена на основании таблица истинности (фиг. 4) по правилам [13, с. 31; 14, с. 18].

Работа системы передачи дискретных сообщений в частности базируется на использовании логической функции (ЛФ) преобразователя, управляющего работой логического устройства преобразователя. Получены соотношения и таблица значений, использованные при описании работы заявленной системы. Рассмотрена ЛФ управления преобразователем входных дискретных сообщений, управления формирователями ШПС.

Для определенности, в частном случае, выбран вариант группировки дискретных сообщений по восемь элементов (побайтный вариант), что соответствует системе ASCII (g1=256). Представлена ЛФ, позволяющая при изменении числовых значений байтов от 0 до 255, получить на выходе значения логической "1" лишь для единственного набора этих числовых значений. Для ЛФ преобразователя, в котором использована эта ЛФ, такой результат означает, что из всех g1 выходов единичный сигнал для каждого байта с различным числовым значением, формируется лишь на одном из выходов, а на всех других выходах он равен нулю. Полученный на одном из выходов сигнал запускает требуемый формирователь генератора ШПС.

ЛФ преобразователя состоит из компонент которые требуется использовать для получения импульсов запуска генератора ШПС. Каждому входному блоку (байту) соответствует число, которое обозначено Требуется получить импульс (соответствующие значения ЛФ отмечены на фиг. 4 как "1") только на выходе из всех имеющихся g1=256 выходов (значение и номер по порядку различаются на единицу), а на остальных выходах должно формироваться значение "0". Полученный сигнал позволяет далее с помощью генератора ШПС сформировать только ШПС из всех возможных g1=256 вариантов. То есть, если на входе имеется байт, например, соответствующий десятичному числу 184, то ЛФ позволит сформировать импульс "1" лишь на выходе, что позволяет получить требуемый 185-й ШПС из формуляра. В таблице фиг. 4 введены обозначения: (X_{i, j};.i=1, …, 8; j=1, 2, …, 256) - аргументы из формул (5), j - индекс варьирования по строкам; - компоненты ЛФ этих аргументов, причем, значение ЛФ равно " 1" только для набора аргументов а для остальных вариантов сигнал равен "0". Для простоты указано лишь несколько числовых значений. В первой колонке - номера по порядку, в колонках со второй по десятую - десятичные А и двоичные числовые значения бит множества байтов, соответствующие символам системы ASCII. В остальных колонках - требуемые значения ЛФ.

Если сигнал есть на первом выходе устройства, реализующего ЛФ, то на всех других выходах функция и сигнал равны нулю, если сигнал на втором выходе, то на всех других выходах сигнал равен нулю и так далее ( лишь для n-го байта, n=1, …, g1). Применяя известные правила [13, с. 31; 14, с. 18], получим компоненты ЛФ. Например:

где n=g1=256, j=1, 2, … - индекс нумерации байтов;

символ (*) - операция инверсии.

Если подставить двоичные значения чисел из колонок 3…10 фиг. 4 последовательно, например, для j=1, 185, 256 (то есть когда А и ) в формулы (10), то получим соответственно в первом случае (другие компоненты равны нулю), во втором варианте (прочие компоненты нулевые), для третьего набора отлична от нуля лишь Эти величины определяют ЛФ управления формирователями ШПС, используется в логическом устройстве преобразователя, входящем в преобразователь входных дискретных сообщений.

В общем случае, как указано в способе, в любом блоке дискретных сообщений содержится g2 элементов (импульсов, бит). Для их передачи требуется g=g1 ШПС, рассмотренные ЛФ будут содержать такое же количество компонент.

2. Пример формуляра ШПС

Приведен пример формуляра.

В качестве ШПС избраны ФМС в виде R-кодов и сигналов на их основе, например, G^x _{R, N} (N=30; R=3; W=29; x=1, …, g; g=259).

Наибольшее значение АКФ любого сигнала определяется его энергией [6]. В тоже время модули пиковых значений ВКФ всегда меньше наибольшего значения АКФ. Это позволяет посредством операции согласованной фильтрации выбранного (внесенного в формуляр) множества любых различающихся по параметрам ШПС [6] осуществить их обнаружение и различение.

Применительно к ФМС, в частности, к R-кодам и сигналам на их основе, так как R<N, W<N, различные коды представленного формуляра составляют ансамбль с параметрами N, R, W и условия (2), (3) выполняются. Это позволяет путем анализа УБП АКФ и ВКФ различить друг от друга коды и сигналы на их основе и восстановить переданные по каналу связи дискретные сообщения. Целесообразно использовать ансамбли кодов и сигналов на их основе с максимально низкими значениями УБП АКФ и ВКФ [7, 8].

3. Описание способа и системы передачи дискретных сообщений

3.1 Способ передачи дискретных сообщений

Представлены отличия прототипа и заявленного способа. На фиг. 1 (а) дан пример сигналов входных дискретных сообщений. На фиг. 1 (б) дан рисунок, относящийся к прототипу, в котором для каждого элемента входных дискретных сообщений на последующих временных интервалах формируется КБ, если элемент дискретного сообщения равен " 1" или создается инвертированный КБ, когда на входе "0".

На рисунках фиг. 1 представлен случай Т=T_б, когда импульсы дискретных сообщений имеют длительность Т и сгруппированы по одному. Здесь блок состоит из единственного элемента (импульса) входных сигналов, следовательно, длительность блока равна длительности этого импульса (фиг. 1 (a)), g1=2, g2=1. Числовые значения блоков равны А=0 или 1. На фиг. 1 (в) изображен вариант, относящийся к заявленной системе. Для конкретности элементами выбраны логические "1" и "0". Используются два разных ШПС S₁, S₂, занимающих часть интервала длительностью Т, на котором они вырабатываются. Сигналами могут быть в частности любые два ФМС в виде R-кодов и сигналов на их основе, задаваемые ключами шифрования кодов, определяющие номера выбираемых g1 кодов из числа g3≥g1 представленных ранее в формуляре. Выбор ШПС происходит с учетом выполнения ограничения на УБП АКФ и ВКФ. В соответствии с описанием способа, если элемент дискретного сообщения равен "1" (фиг. 1 (а)), то ему взаимно однозначно поставлен в соответствие S₁, а если на входе "0", то формируется S₂. В результате имеется последовательность ШПС, каждый из которых расположен в пределах интервалов Т=T_б, следующих за элементами дискретных сообщений, которым были поставлены в соответствие эти ШПС. Эта последовательность после передачи по КС подвергается операции согласованной фильтрации сигналов S₁ и S₂. На фиг. 1 (г) очерчены главные пики автокорреляционных функций (структура боковых пиков не изображена), полученные при проведении операций согласованной фильтрации S₁ применительно к S₁ и согласованной фильтрации S₂ по отношению к S₂. Значения главных пиков обозначены соответственно U_m1 и U_m2. Вместе с тем при проведении операций согласованной фильтрации S₁ применительно к S₂ и согласованной фильтрации S₂ по отношению к S₁ формируются ВКФ, значения пиков которых меньше U_m1 и U_m2.

Операции сравнения с пороговым значением и проверка превышения этих значений иллюстрируются с использованием диаграмм на фиг. 1 (г). Там условно изображено соответствие уровней параметров R, W, U_п. Пороговые значения выбраны в соответствии с заявленным способом (max(R, W)≤U_п≤min(U_m1, U_m2)).

Сигналы, полученные после операции согласованной фильтрации S₁ или S₂ по отношению к S₁ или S₂, сравниваются с пороговыми значениями. Фиксируется отсутствие либо наличие превышения значений этими сигналами уровня пороговый значений, в случае превышения формируется сигнал Đ₁, Đ₂ распознавания соответственно S₁ или S₂. По сигналам распознавания запускается формирователь элементов "1" или "0" и генерируется выходное дискретное сообщение, идентичное входному (фиг. 1 (а)).

На фиг. 2 даны рисунки, иллюстрирующие заявленный способ в общем случае. Сгруппированные по g2 элементы входного дискретного сообщения, составляют блоки длительностью Т_б=g2⋅T, g2=1, 2, …8, …, они представлены на фиг. 2 (а). Указаны значения "0" или "1" каждого элемента, начиная с младших разрядов, так что байт соответствует числу А, где 0≤А≤(g1-1). Устанавливается взаимно-однозначное соответствие между байтами, характеризуемыми числом А и одним из шумоподобных сигналов из формуляра посредством ключей шифрования, так что каждому блоку с числовым значением А сопоставляется ШПС, имеющий порядковый номер или индекс равный А+1 в последовательности ключей шифрования. Для выбранной системы кодирования реализуется выбор требуемых g1 кодов из представленных в формуляре g3 кодов.

В пределах последующего интервала длительностью T_б формируется сигнал S_A+1, порядковый номер которого определяет вид кода или сигнала на его основе.

Например, если ключи шифрования равны последовательности целых чисел и если не учитывать многоточие, то для последовательности, представленной на фиг. 2 (а) и записанной в общепринятом виде со старших разрядов, имеем 01001110₂, А=78, требуется использовать код из формуляра под номером 79.

Способ и система могут использоваться также в случае, кода на вход подаются дискретные сообщения с избыточным кодированием или предварительно зашифрованные дискретные сообщения, например, путем блочного симметричного или асимметричного шифрования, либо зашифрованные любым другим способом. Тогда считается, что группирование элементов дискретных сообщений в блоки уже проведено и g2 выбирается равным количеству элементов во входных блоках, следовательно, g1=2^a, a=g2.

Далее осуществляются операции, изложенные при описании частного случая реализации заявленного способа (когда g1=2, g2=1), то есть: передача по каналу связи, сравнение сигналов, полученных после согласованной фильтрации, с пороговыми значениями, проверка превышения этих пороговых значений, формирование сигнала распознавания, по которому в соответствии с взаимной однозначностью блоков и ШПС восстанавливаются элементы дискретных сообщений, проводится дешифрование и формируется идентичный входному блок дискретных сообщений, направляемый на выход получателю.

3.2 Система передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов

Система представлена на фиг. 3, дана расшифровка, при этом вход преобразователя входных дискретных сообщений 1 соединен с входом системы передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов, преобразователь входных дискретных сообщений 1 содержит g1 выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов первой функциональной группы входов блока коммутаторов 2, вторая функциональная группа входов блока коммутаторов 2 соединена с функциональной группой выходов блока управления коммутаторами 3, функциональная группа входов блока 3 соединена с соответствующими выходами генератора ключей шифрования кодов 4, функциональные группы выходов блока коммутаторов 2 соединены с функциональной группой входов генератора шумоподобных сигналов 5, выход генератора 5 соединен с входом канала связи 6, выход которого подключен к входу согласованного фильтра 7, содержащего g3 выходов, соединенных с таким же количеством функциональных входов решающего устройства 8, имеющего g3 выходов, подключенных к такому же количеству входов первой функциональной группы входов блока переключателей 9, g3 входов второй функциональная группы входов блока переключателей 9 подключены к выходам блока управления переключателями 12, первая функциональная группа входов блока управления переключателями 12 соединена с g3 выходами генератора ключей дешифрования 11, g1 выходов блока переключателей 9 подключены к входу формирователя выходных дискретных сообщений 10, выход которого соединен с выходом всей системы, при этом преобразователь входных дискретных сообщений 1 содержит сопрягающее устройство преобразователя 13 и логическое устройство преобразователя 14,

вход сопрягающего устройства преобразователя 13 соединен с входом преобразователь входных дискретных сообщений 1, выход сопрягающего устройства преобразователя 13 соединен с входом логического устройства преобразователя 14, g1 выходов логического устройства преобразователя 14 подключены к выходам преобразователя входных дискретных сообщений 1;

блок коммутаторов 2 содержит функциональную группу из g1 коммутаторов, таких как первый коммутатор 15, k-й коммутатор (k=2, g1-1) 16, g1-й коммутатор 17, первые входы каждого из коммутаторов соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов 2, вторые входы коммутаторов представляют функциональную группу входов и подключены к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов 2, g3 выходов каждого коммутатора представляют собой функциональные группы, подключенные к соответствующим группам выходов блока коммутаторов 2;

блок управления коммутаторами 3 содержит функциональную группу из g1 формирователей управления 18, 19, 20, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами 3, выходы каждого формирователя управления образуют функциональные группы из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами 3;

блок переключателей 9 содержит функциональную группу из g3 переключателей 26, 27, 28, входы которых соединены с первой и второй группой входов блока переключателей 9, выходы каждого переключателя образуют функциональные группы из g1 выходов, соединенные с соответствующими выходами блока переключателей 9;

формирователь выходных дискретных сообщений 10 содержит восстановитель элементов дискретных сообщений 24 и сопрягающее устройство формирователя 25, g1 входов восстановителя элементов дискретных сообщений 25 соединены с входами формирователя выходных дискретных сообщений 10, выход восстановителя элементов дискретных сообщений 24 подключен к входу сопрягающее устройство формирователя 25, выход которого соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений 10;

блок управления переключателями 12 содержит функциональную группу из g3 преобразователей управления 26, 27, 28, входы которых соединены с g3 входами блока управления переключателями 12, выходы преобразователей управления составляют g1 функциональных групп, каждая из которых состоит из g3 выходов, которые соединенных с выходами блока управления переключателями 12.

4. Состав и работа отдельных устройств системы

Устройства 1-5 из схемы на фиг. 3 составляют передающую часть (сторону), а устройства 7-12 причислены к восстанавливающей части (стороне), обе части соединены посредством КС 6 в заявленную систему.

4.1 Преобразователь входных дискретных сообщений

Пусть первоначально осуществлен выбор системы кодирования и известны ее элементы и их количество g1. Преобразователь входных дискретных сообщений (ПВДС) 1 предназначен для выполнения операций, указанных в заявленном способе передачи дискретных сообщений, а именно: группирование последовательно следующих элементов входных дискретных сообщения в блоки по g2 элементов (импульсов, бит), где g2=log₂g1 (округление в большую сторону до ближайшего целого числа); формирование импульсов запуска для генератора ШПС 5, а также для согласования ЛУ преобразователя 14 с линией передачи, по которой на вход системы передачи дискретных сообщений поступают элементы этих сообщений (например, согласование сопротивлений и формы представления дискретных сообщений).

ПВДС 1 состоит из сопрягающего устройства преобразователя 13 и логического устройства преобразователя 14, реализующего ЛФ управления формирователями ШПС согласно соотношению (10).

Сопрягающее устройство преобразователя 13 предназначено для выполнения нескольких функций. Прежде всего это управление группированием последовательно следующих элементов дискретного сообщения в блоки по g2 элементов. Для этого, в частности, может быть применен тактовый генератор импульсов, следующих с периодом длительностью T_б. Он может быть выполнен на элементах аналоговой или дискретной схемотехники [13-15], входить в состав сопрягающего устройства преобразователя 13. Импульсы дискретных сообщений через сопрягающее устройство преобразователя 13 поступают во входной регистр ЛУ преобразователя 14, заполняют все его g2 ячеек. По импульсам тактового генератора, фиксирующего окончание интервала времени заполнения всех ячеек входного регистра, задаются размеры блоков. Также в логическом устройстве преобразователя 14 согласно ЛФ преобразователя, подобной формуле (10), выполняются операции преобразования сигналов входного блока (байта), поступающих из регистра, в импульс запуска генератора ШПС 5. По импульсам тактового генератора регулируются начало и окончание блоков, количество элементов в блоке, дальнейшие действия по трансформации блоков.

Сопрягающее устройство преобразователя 13 предназначено также для согласования ЛУ преобразователя 14 с линией связи, по которой на вход системы от источника подаются входные сигналы дискретных сообщений, или для согласования формы представления входных сообщений, либо для применения известных правил, которые требуется реализовать для работоспособности ЛУ преобразователя 14. Согласование формы сообщений может заключаться, например, в преобразовании последовательной передачи блоков в виде байтов в параллельное следование байтов или в использовании некоторых протоколов, стандартов передачи/приема данных. Применяются элементы аналоговой и дискретной схемотехники. Согласование сопротивлений с помощью сопрягающего устройства преобразователя 13 позволяет энергетически эффективно и без искажений передать на ПВДС 1 сигналы входных сообщений. В несогласованных линиях связи возможны искажения данных [15, с. 29-32]. Они могут быть снижены путем применения устройства согласования [15, с. 32-40] или стандартов ввода/вывода данных [15, с. 43-53], что также относится к функции сопрягающего устройства. Сопрягающее устройство преобразователя 13 может быть выполнено на пассивных или активных элементах [13-15] (транзисторах, микросхемах), в виде универсальной последовательной шины USB. Все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.

ЛУ преобразователя 14 реализует ЛФ, подобную (10). Назначение преобразователя состоит в том, что комбинация входных сигналов (элементов блоков, битов входного байта) преобразуется в другую совокупность сигналов, требуемую для проведения операций формирования ШПС.

Для конкретизации изложения, также как в формулах (10) рассмотренного примера, выбрано g1=256. Компоненты ЛФ являются произведением аргументов, которые входят в него с инверсией либо без нее. На входе ЛУ преобразователя 14 имеется регистр из g1 ячеек, подключенных к ветвям, которые состоят из перемножителей, формирующих произведение g2 сигналов из ячеек регистр, входящих в него с инверсией либо без нее (в зависимости от вида ЛФ типа (10)). Подключение инверторов к перемножителям выполняется при изготовлении и неизменно, сигналы управления не требуются. Инвертор может быть построен на элементах "НЕ". В результате каждая ветвь схем позволяет получить одну из компонент ЛФ Результаты перемножения подаются на g1 выходов ЛУ преобразователя 14 в виде результата воздействия ЛФ на входные сигналы.

ЛУ преобразователя 14 может быть построен, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [13, 14], а также может быть выполнен в виде программируемой логической матрицы (ПЛИС) [14, 15 с. 494, 534] или на ее разновидности, либо на новом типе ПЛИС, который может быть создан в будущем. Все варианты обеспечивают один и тот же технический результат.

Работа ПВДС 1 на примере случая, когда g2=8 и блоки являются байтами. Входные элементы дискретных сообщений в виде байтов поступают на вход сопрягающего устройства преобразователя 13, обеспечивающего эффективную передачу сигналов на ЛУ преобразователя 14, которое преобразует байты в соответствии с ЛФ преобразователя. Это позволяет получить на одном из g1 выходов ПВДС 1 (фиг. 3) сигнал запуска, который через блок коммутаторов 2 передается далее на генератор ШПС 5 для формирования одного из ШПС формуляра, задаваемого ключами шифрования кодов. Например, если последовательность этих ключей является последовательностью целых чисел, следующий одни за другим, то номер взаимно-однозначно соответствует строкам 3-10 таблицы фиг. 5 (даны числовые значения байтов в двоичном виде): j=А+1 - номер по порядку, А - десятичное значение числа, соответствующего строке в таблице фиг. 4, х=А+1 - индекс нумерации кода ансамбля в формуляре. В результате числовое значение А, которому соответствует текущий байт, позволяет генерировать требуемый ШПС согласно способу передачи дискретных сообщений.

4.2 Блок коммутаторов

Для перенаправления сигналов запуска на соответствующие входы генератора ШПС 5 в соответствии с ключами шифрования кодов используется блок коммутаторов 2, который содержит g1 коммутаторов (на схеме фиг. 3 условно обозначены 15, 16, 17). Вход каждого из коммутаторов соединен с одним из соответствующих входов блока коммутаторов 2. Выход каждого коммутатора представляет собой функциональную группу из g3 выходов, которые соединены с группами выходов блока коммутаторов 2 и подключены последовательно к всем входами генератора ШПС 5. Выбор активного выхода каждого из g1 коммутаторов, входящих в блок коммутаторов 2, зависит от сигналов управления, поступающих на вторую группу входов каждого из коммутатора. Вторые группы входов любого из этих коммутаторов соединены с вторыми входами блока коммутаторов 2 (фиг. 3).

Каждый из g1 коммутаторов блока коммутаторов 2 может состоять, например, из функциональной группы g3 электронных ключей (по количеству выходов коммутатора), первые входы которых соединены параллельно и составляют вход коммутатора. Вторые (управляющие) функциональные группы входов электронных ключей соединены с вторыми входами каждого коммутатора, причем g3 выходов каждого электронного ключа составляют функциональную группу и являются выходами каждого из g1 коммутаторов.

В рабочем режиме в зависимости от сигналов управления, поступающих на все коммутаторы блока коммутаторов 2, каждый выходной сигнал запуска формирователей кодов подключается к одному из входов генератора ШПС 5. В результате на выходе генератора ШПС 5 создаются кодированные сигналы, поставленные во взаимное однозначное соответствие с запускающими (тактовыми) импульсами, вырабатываемыми ПВДС 1 которые, в свою очередь, взаимно-однозначно соответствуют блокам (байтам). Например, сигнал с первого выхода ПВДС 1 может быть подключен к любому, но единственному входу генератора ШПС 5 в соответствии с ключами шифрования кодов.

Коммутаторы блока коммутаторов 2 могут быть выполнены на элементах аналоговой и цифровой схемотехники [11, 14] или на ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее вариантах. Все версии выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

4.3 Блок управления коммутаторами

Для создания сигналов управления режимами работы блока коммутаторов 2 применен блок управления 4. Работа самого блока управления коммутаторами определяется выходными сигналами генератора ключей шифрования кодов 4.

Блок управления коммутаторами 4 состоит из g1 формирователей управления (на фиг. 1 они условно обозначены 18, 19, 20), входы которых подключены к соответствующим входам блока управления коммутаторами 3, а выходы всех формирователей управления соединены с соответствующими выходами блока управления коммутаторами 3. Любой формирователь управления имеет g3 выходов в виде функциональной группы.

Формирователи управления, в частности, 17, 18, 19 могут быть выполнены, например, в виде логических устройств управления. Каждый из таких формирователей управления реализует ЛФ, подобные по виду и сущности выражению (10). Формирователи управления выполняют те же функции, что ЛУ преобразователя 14. В результате только на одном из выводов выходных функциональных групп каждого из формирователей управления (фиг. 3) формируется выходной сигнал, а на всех иных выводах указанных выходных функциональных групп он отсутствует. Эти сформированные сигналы поступают на соответствующие выходы блока управления 3. Это обеспечивает замыкание электронных ключей блока коммутаторов 2 таким образом, чтобы обеспечить требуемое, задаваемое ключами шифрования кодов взаимное однозначное соответствие входных блоков (байтов) и сигналов генератора ШПС 5.

Блок управления коммутаторами 3 может быть построен, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [13, 14], выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта ПЛИС, который может быть создан в будущем. Сигналы управления ПЛИС позволяют реализовать должные ЛФ. Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

4.4 Генератор ключей шифрования кодов

Формирование сигналов, соответствующих элементам М формулы (4), обеспечивается генератором ключей шифрования кодов 4. Устройство может быть выполнено на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [6], так что к соответствующим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналы от всех отводов требуемую числовую комбинацию элементов (бит), то есть нужные байты ключей шифрования кодов.

Возможен вариант выполнения в виде запоминающего устройства, в которое записаны все требуемые сигналы и из которого они могут быть извлечены. Эти сигналы являются выходными для генератора ключей шифрования кодов 4, который также может быть выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления, подаваемые на ПЛИС, позволяют реализовать должные ЛФ, получить требуемые последовательности байтов. В любом случае обеспечивается один и тот же технический результат.

4.5 Генератор ШПС

Для формирования ШПС с порядковыми номерами из формуляра, задаваемыми ключами шифрования кодов (4), использован генератор ШПС 5.

В целях конкретизации выбран ФМС в виде R-кодов. Коды ансамбля и сигналы на их основе удовлетворяют требованиям (1)-(3) и соответствуют, например, порядковым номерам х=A+1 формуляра, где A - числовые значения, задаваемые ключами шифрования кодов (если в частности ключи шифрования составляют последовательность целых чисел). Формируется один из кодов ансамбля. Все выходы формирователей подключены к сумматору, выход которого является единственным выходом генератора ШПС 5.

Генератор ШПС 5 является совокупностью g3 формирователей кодов ансамбля с индивидуальными входами. Формируется один из кодов ансамбля. Все выходы формирователей подключены к сумматору, выход которого является выходом генератора ШПС

5. Формирователи могут быть построены на микросхемах [6, рис. 3.11, с. 47 пример для КБ, с. 357] или в виде устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [16, 18]. Последовательность чередования символов в кодах определяет геометрическое расположение электродов преобразователей ПАВ в указанных устройствах. Устройства на ПАВ позволяют использовать коды и сигналы на их основе с коэффициентами (+1, -1) (1), что обеспечивает высокую энергетическую эффективность и микроминиатюрность системы.

В рабочем режиме на одном из индивидуальных входов формирователей генератора ШПС 5 поступает импульс запуска от блока коммутаторов 2, а на всех других входах такой импульс отсутствует. Количество групп выходов равно количеству формирователей кодов g3. Поэтому один из формирователей откликается соответствующим кодом (1)-(3), появляющимся на выходе сумматора и всего генератора ШПС 5. В итоге каждому байту ставится во взаимно-однозначное соответствие требуемый код ансамбля или сигнал на основе этого кода, представленного в формуляре. Коды передаются по КС 6 для дальнейшего преобразования в восстанавливающей части заявленной системы.

Возможно формирование кодов ансамбля в виде, пригодном для передачи последовательности широкополосных сигналов по каналу связи непосредственно либо в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний, тогда генератором ШПС 5 реализуется дополнительная функция модуляции (выработать сигналы на основе выбранных кодов на требуемой несущей частоте). Устройства на ПАВ позволяют сразу получить сигналы на основе выбранных кодов ансамбля для передачи по КС 6 на несущей частоте в достаточно широком диапазоне частот.

Генератор ШПС 5 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны и из которого могут быть извлечены все требуемые сигналы. Эти сигналы являются выходными для указанного генератора. Генератор ШПС 5 может быть выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности или нового варианта, который может быть создан в будущем. Тогда выходной сигнал определяется соответствующей логической функцией, задающей сигналы управления работой ПЛИС.

4.6 Канал связи

Для осуществления передачи ШПС (R-кодов ансамбля или сигналов на их основе) в восстанавливающую часть заявляемого устройства используется КС 6. Согласно [16, с. 189] канал связи (аналогичный термин - линия связи) представляет собой совокупность технических средств и физическую среду, обеспечивающих распространение сигналов сообщений. Технические средства могут включать модулятор (например, смеситель с усилителем), передатчик (например, усилители и антенны), приемник (например, преобразователь частоты с усилителем), демодулятор. Физические среды: твердая, жидкая, газообразная, вакуум. Различают каналы в виде линии электрической связи (проводной и радиосвязи), звуковой (акустической) и световой (оптической) связи.

Дискретные сообщения могут передаваться при использовании электромагнитных волн, распространяющихся через провода, кабели, волноводы, световоды, а также в воздушном и безвоздушном пространстве. В частности посредством витой пары, волоконно-оптического кабеля (ВОК), коаксиального кабеля, радиоканала наземной либо спутниковой связи [17].

Примером твердой физической среды являются звукопроводы поверхностных и объемных акустических волн из, например, пьезокварца и ниобата лития. Длина звукопроводов невелика, но они практически нечувствительны к внешним воздействиям, исключая прямое физическое разрушение. Устройства на объемных и поверхностных акустический волнах для звуковых (акустических) КС 6 изложены в [18].

Звуковые (акустические) линии связи в жидкой среде рассмотрены в [19], указаны особенности звукоподводной связи. КС 6 как линии световой оптической связи представлены в [20]. Вспомогательное оборудование (преобразователи, усилители, антенны) здесь не рассмотрено. Все варианты КС 6 обеспечивают один и тот же технический результат.

4.7 Согласованный фильтр

Для обнаружения и различения ШПС, принятых по КС 6 на фоне шумов, используется СФ 7, который представляет собой функциональную группу, состоящую из g3 оптимальных согласованных фильтров [6, с. 26] для каждого кода или сигнала, формируемого генератором ШПС 5 и внесенного в формуляр. Возможный вариант схемы СФ 7 может состоять из ветвей с параллельно соединенными входами. Любая ветвь включает СФ для одного из кодов ансамбля (х=1, …, g3, например g3=259) из формуляра. СФ в ветвях нумеруются так же, как сами коды, функциональная группа имеет один вход и g3 выходов.

Фильтры могут быть реализованы на микросхемах [6, с. 48, рис. 3.13, с. 366, рис. 22.5] либо на ПАВ-устройствах [6, с. 357, рис. 21], [16, 18]. Структура встречно-штыревых преобразователей ПАВ СФ связана с чередованием "±1" в кодах (1)-(3).

Вход функциональной группы фильтров соединен с КС 6, а его выходы связаны с g3 входами решающего устройства 8. На все параллельные ветви подается входной сигнал, поступивший с КС 6. На выходе СФ соответствующей ветви будет формироваться сигнал АКФ того кода, который был использован для передачи соответствующего байта. АКФ представляет собой две области боковых пиков, между которыми имеется главный пик с высоким уровнем сигнала. На всех выходах прочих СФ имеется сигнал ВКФ, который может иметь несколько пиков, но наибольший из них всегда ниже главного пика АКФ. Необходимо использовать ансамбли кодов с низким уровнем пиков ВКФ, что повышает качество различения одного кода от другого, то есть разных символов системы кодирования. Сигналы с выхода блока СФ анализируются в решающем устройстве 8.

4.8 Решающее устройство

Выходные сигналы блока фильтров СФ 7 сравниваются с пороговым уровнем в решающем устройстве 8, имеющем g3 входов и столько же выходов. Решающее устройство (РУ) 8 применено для анализа уровня выходных сигналов каждого согласованного фильтра и представляет собой функциональную группу, состоящую из g3 частных решающих устройств, причем входы и выходы РУ 8 подключены к входам и выходам этих функциональных групп. Сигнал каждого фильтра функциональной группы СФ 7 поступает на вход соответствующей ветви с частным решающим устройством. Далее вырабатывается сигнал распознавания в случае, когда сигнал на входе ветви РУ 8 превосходит установленный порог U_п, что означает поступление на вход блока СФ 7 кода с определенным номером по формуляру, согласованного с оптимальным фильтром данной ветви. Сигналы распознавания кодов обозначены Đ₁, …, Đ_g3, например, g=g3=259. Для каждого байта дискретных сообщений один из сигналов распознавания равен, например, "1", а все другие равны "0". РУ 8 формируют сигналы распознавания Đ_A+1 принятого шумоподобного сигнала на А+1-м выходе согласованного фильтра.

В качестве порогового устройства сравнения может быть использована схема дифференциального каскада или цифровой компаратор [14]. Порог должен быть установлен выше уровня R боковых пиков АКФ и наибольшего значения W всех ВКФ кодов, но ниже уровня главного пика АКФ всех кодов ансамбля. Тем самым обеспечена реакция лишь на пики АКФ, без отклика на сигналы ВКФ. В результате в рабочем режиме различаются коды формуляра и далее полученные сигналы передаются на формирователь выходных дискретных сообщений (ФВДС) 10.

Работа РУ 8 состоит в том, что когда на один из его входов поступает сигнал из СФ 7, срабатывает пороговое устройство и формируется один из сигналов обнаружения и распознавания Đ_n, n=1, …, g3 конкретного кода ШПС и соответственно блока (байта) благодаря их взаимной однозначности. Сигнал распознавания подается на соответствующий выход и передается далее (фиг. 3) для восстановления байта (в общем случае блока) выходного дискретного сообщения.

Замечание

Сигналы с выхода решающего устройства могут перекоммутироваться по определенному правилу для дальнейшего формирования выходного сообщения. Другой подход состоит в том, что происходит формирование нерасшифрованных дискретных сообщений, которые затем регенерируются путем перенумерования блоков (дешифруются) в выходные сообщения. В представленной системе изложен первый случай.

4.9 Блок переключателей

Перенумерование индексов сигналов распознавания реализуется согласно заявленному способу блоком переключателей 9 путем изменения номеров выходов для входных сигналов распознавания (входной сигнал со входа А+1 по ключам дешифрования переключается на выход блока переключателей с номером B+1).

Для реализации операции восстановления взаимно-однозначного соответствия между кодами (сигналами на их основе) и байтами (блоками) имеется блок переключателей 9, осуществляющий подключение соответствующий выходов РУ 8 к требуемым входам ФВДС 10. Эти действия реализованы благодаря тому, что блок переключателей 9 содержит функциональную группу из k=1, …, g3 переключателей (часть из них на фиг. 3 обозначена числами 21, 22, 23), первые и вторые входы переключателей соединены с первой и второй группой входов блока переключателей 9, выходы каждого переключателя образуют функциональную группу выходов, соединенных с соответствующими выходами блока переключателей 9 (фиг. 3). Эти переключатели могут быть выполнены, например, в виде электронных ключей [11-14], первые (сигнальные) входы которых соединены с одним из соответствующих входов блока переключателей 9. Вторые (управляющие) входы электронных ключей подключены к одной из вторых функциональных групп входов блока переключателей 9. Выходы каждого электронного ключа соединены с выходами групп выходов каждого переключателя блока 9.

4.10 Формирователь выходных дискретных сообщений

Для восстановления блоков (байтов), соответствующих обнаруженным и распознанным посредством СФ 7 и РУ 8 кодам или сигналам на их основе, принятым по КС 6 и перекоммутированным блоком переключателей 9, применен формирователь (по существу это восстановитель) элементов выходных дискретных сообщений 10. Операция восстановления однозначно реализуема, так как имеется взаимно-однозначное соответствие блоков (байтов) и ШПС.

Пусть блоки соответствуют байтам. ФВДС 10 восстанавливает выходные байты, адекватные поступившим на вход заявленной системы. Восстановленные байты являются выходными дискретным сообщениям (6).

Схема возможного варианта ФВДС 10 может включать g1 параллельных ветвей, каждая из которых состоит из формирователя байтов выбранной системы кодирования. Например, первая ветвь состоит из формирователя первого байта с числовым значением нуль, вторая ветвь - второго байта с числовым значением один и так до последней 256-й ветви для формирования 256-го байта, соответствующего числу 255, когда g1=256. Числовые значения байтов выбранной для примера системы кодирования представлены в колонках (3…10) на фиг. 4 в двоичной системе исчисления. Каждая ветвь активизируется соответствующим этой ветви сигналом с выхода блока переключателей 9 (фиг. 3).

Каждый формирователь байтов является генератором одного из всевозможных блоков (байтов), которые состоят из элементов (логических "1", "0" или "±1") и образуют наборы импульсов восстановленного байта. Формирователи всевозможных байтов могут быть выполнены на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [6, с. 47, 48]. К надлежащим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналов от всех отводов требуемую комбинацию элементов, бит.

ФВДС 10 может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, содержащего значения всех блоков, каждый из которых извлекается при наличии сигналов с выхода блока переключателей 9.

В рабочем режиме из РУ 8 на один из входов ФВДС 10, например h-й, поступает сигнал с выхода блока переключателей 9, который запускает формирователь импульсов этой ветви. В результате формируется набор элементов (бит), соответствующих h-му блоку восстановленных сообщений. Благодаря взаимно-однозначному соответствию вида входных блоков и кодов из формуляра, восстановленные блоки следуют в том же порядке, в каком они были в входном дискретном сообщении. Восстановленные блоки (байты) далее передаются на выход заявленной системы.

ФВДС 10 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое можно записать/извлечь требуемые сигналы, а также может быть исполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности, либо нового варианта, который возможно будет создан позже. Сигналы управления позволяют реализовать требуемые последовательности блоков, все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.

4.11 Генератор ключей дешифрования

Для формирования сигналов, соответствующих ключам дешифрования в формуле (8), используется генератор ключе дешифрования 11. Сигналы этого генератора как элементы последовательности могут индексироваться g3 числами, при этом g1 значений из них соответствуют g1=g байтам в выражении (8), а на месте остальных имеются пропуски (пример с Ŧ₂ представлен выше).

Генератор 11 может быть выполнен на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [6]. К соответствующим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналы от всех отводов, соответствующие требуемой числовой комбинации бит (необходимые байты линганума дешифрования). Генератор ключей 11 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны все требуемые сигналы и из которого они могут быть извлечены.

Генератор ключей дешифрования 11 может быть выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления позволяют реализовать должные байты ключей дешифрования. Все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.

4.12 Блок управления переключателями

Для преобразования ключей дешифрования кодов с генератора 11 в сигналы управления блоком переключателей 9 используется блок управления переключателями 12. Он содержит функциональную группу из g3 преобразователей управления, обозначенных условно 26, 27, 28, входы которых соединены с одним из g3 выходов генератора ключей дешифрования кодов.

Имеется g3 групп выходов, в каждую из которых включены по g1 выходов любого из преобразователей управления. Данный блок аналогичен по функциональному назначению блоку управления коммутаторами 3 (п.4.3).

Каждый из преобразователей управления 26, 27, 28 является логическим устройством, преобразовывающим сигналы ключей дешифрования кодов с входа каждого из этих преобразователей управления в единственный сигнал на одном из g1 его выходов. Преобразователи управления построены так, чтобы формировать ЛФ по формуле (10) и перекоммутировать входные сигналы РУ 8 на входы ВФДС 10 в соответствии с ключами дешифрования кодов.

Преобразователи управления могут быть построены, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [11, 12], выполнены в виде ПЛИС [12, 13, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления, позволяют реализовать должные ЛФ управления и получить требуемые выходные сигналы. Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

5. Работа заявленной системы на основании заявленного способа

На примере символов рассмотрены операции способа и работа системы передачи входных дискретных сообщений. Пусть требуется передать слово NO в системе ASCII. Используем [12], где числовое значение байта названо кодом, находим для N и О соответствующие им числа α=78, 79 (номера по порядку равны 79 и 80). Пусть ключи шифрования кодов выбраны так, что задают коды из формуляра соответственно с номерами х=А+1, равными х=179, 180.

Входные байты дискретного сообщения NO от источника энергетически оптимальным способом проходят сопрягающее устройство преобразователя 13 и подаются на ЛУ преобразователя 14, где для байта символа N только на 79-м, а для байта символа О лишь на 80-м выходах формируются сигналы запуска, являющиеся следствием реакции компонент ЛФ, используемой в ЛУ преобразователя 14 на входные сигналы. Отмечалось, что номера выходов на единицу больше числовых значений байтов.

С преобразователя 1 сигналы запуска с выходов (79 и 80) поступают на вход блока коммутаторов 2 и далее на коммутаторы с этими же номерами. Вместе с тем, на выходе генератора ключей шифрования формируются соответствующие сигналы, так что на 79-м и 80-м выходах создаются байты двоичных сигналов, соответствующие значениям 179 и 180, которые далее передаются на входы формирователей управления, входящие в блок управления коммутаторами 4. Формирователи управления реализуют ЛФ типа (10), в результате чего лишь на 179-м и 180-м выходах формирователей управления генерируются сигналы, направляемые на входы коммутаторов блока коммутаторов 2. Коммутаторы, на оба входа которых поступили сигналы управления, замыкаются и сигнал запуска поступает на соответствующие 179 и 180 входы генератора ШПС 5. Это приводит к формированию соответствующих кодов или сигналов S_A+1 на их основе. При использовании в примере в качестве ШПС R-кодов или сигналов на их основе (1)-(3), то будут сформированы коды из приведенного ранее формуляра с требуемыми номерами (сходно с фиг. 1 (а)).

Сформированные сигналы поступают на КС 6 и передаются на вход СФ 7, состоящего из блока фильтров для всех сигналов из формуляра. В результате лишь на 179-м выходе СФ 7 будет сформирован АКФ этого ШПС, связанного с передачей символа N, и только на 180-м выходе - для передаваемого символа О.

Решающее устройство 8 по пикам АКФ формирует сигналы распознавания Đ_h, h=179 и 180 соответственно. Отметим, что эти сигналы передаются на входы ФВДС 10 в разные моменты времени. В соответствии с использованным принципом взаимной однозначности байтов и ШПС, на выходе устройства 10 восстанавливаются байты зашифрованных дискретных сообщений N и О. Сигналы генератора ключей дешифрования 11 обеспечивают посредством блока управления переключателями 12 перекоммутацию входов ФВДС 10 (точнее входов восстановителя 24 на фиг. 3), что в результате приводит к полной регенерации блоков, к восстановлению переданных дискретных сообщений.

Сопрягающее устройство 25 (оно может работать по стандарту USB 2.0 или любому другому более быстродействующему стандарту, который может быть создан в будущем) обеспечивает оптимальную передачу сообщения на выход, потребителю. Работа по передаче дискретного сообщения NO с входа на выход завершена.

При использовании системы кодирования с g1 символами формуляр должен включать g3≥g=g1 ШПС, требуется группировать дискретные сообщения в блоки по g2=log₂g1 (округление в большую сторону до ближайшего целого числа) элементов.

6. Обоснование достижения технического результата

Технический результат заключается в повышении защищенности передачи дискретных сообщений за счет шифрования кодов и обеспечении энергетически скрытной передачи дискретных сообщений пользователю по каналу связи, в том числе при наличии шумов оптимальным образом.

Энергетически скрытная передача дискретных сообщений обеспечивается передачей ШПС в виде кодов ансамбля на уровне ниже уровня шумов (ρ²<<1, где ρ² - отношение мощностей ШПС и помех) [6]. Отношения сигнал/шум на выходе СФ или коррелятора при оптимальном приеме в 2⋅В раз больше, чем на входе [6, с. 6]. Необходимо использовать коды ансамбля с базой B>>1 (представлены коды с В=N=30). Чем больше база, тем больше превышение над шумами и выше скрытность [6, с. 9]. При несанкционированном доступе требуется использование специальных методов и устройств для решения вопроса передаются ли какие-то сигналы, либо имеется только шум [6, с. 6]. Применение приемного устройства в виде совокупности СФ для каждого кода ансамбля позволяет осуществить оптимальное обнаружение и различение сигналов при наличии шумов [6].

7. Защищенность устройства от несанкционированного доступа

Несанкционированный доступ может осуществляться лишь путем перебора всех возможных вариантов преобразования номеров байтов (их количество равно факториалу (g1)!) и версий ШПС, определяемых числом сочетаний C_g3 ^g1, а также анализа получаемых при этом результатов. Например, для каждого варианта при g1=256, g3=259 требуется затрачивать существенный интервал времени. Чтобы установить наличие информативной значимости в полученных данных (определить имеется ли в них смысл), требуется быстродействующая интеллектуальная система, что увеличивает затраты времени. Статистические методы нахождения ключей дешифрования в данном случае не применимы. Для любого набора ключей дешифрования будут получены выходные данные, они верны лишь для единственного набора ключей дешифрования. Количество вариантов перебора ключей шифрования в заявленном способе равно ((g1)!)⋅C_g3 ^g1 (g1 - количество элементов в системе кодирования, g3 - количество кодов из числа которых может быть сделан выбор, этот параметр может быть равен тысячам, десяткам тысяч и более [9, 10]), то есть увеличение численности вариаций нелинейно больше, чем при любом способе, когда отсутствует возможности вариации номеров ШПС из формуляра (g1=g3), во столько же раз выше защищенность от несанкционированного доступа.

Предотвращение возможности несанкционированного доступа повышает безопасности передачи данных от источника к пользователю. Ключи шифрования необходимо держать в секрете, часто обновлять, а генераторы ключей шифрования и дешифрования целесообразно выполнить отключаемыми от электропитания.

8. Варианты применения заявленных способа и системы

Заявленные способ и система могут быть применены, когда источником входных дискретных сообщений являются сигналы от датчиков или базы данных, сведения могут быть переданы потребителю по витой парой, ВОК, по радиоканалу. При этом реализуется функция скрытной передачи дискретных сообщений, в том числе в условиях наличия шумов и помех. В КС 6 могут использоваться различные физические среды.

Заявленное устройство может использоваться скрытно и защищенно в дистанционных системах управления объектами, предназначенными для перемещения и выполнения требуемых операций в различных физических средах при наличии помех. Объектами могут быть робототехнические системы, летательные и плавательные аппараты. Возможна передача дискретных сообщений на уровне шумов в том же диапазоне частот и временном интервале, что и сигналы высокого уровня, значительно превышающие уровень шумов. Это увеличивает общий объем сообщений, передаваемых потребителю в единицу времени. Способ и система могут использоваться в случае передачи предварительно зашифрованных дискретных сообщений [21] либо сообщений с избыточным кодированием.

9. Электропитание

Энергообеспечение определяется исходя из варианта использования системы, например, от стационарных источников или от малогабаритных аккумуляторов. Разновидность разъемов зависит от типа КС 6 (соединители USB, высокочастотные разъемы).

Библиографический список

1. Патент RU №2309547, "Способ передачи информации"; МПК H04K 1/00; опубл. 27.10.2007, Бюл. №30.

2. Патент RU №2349044, "Способ скрытой передачи информации "; МПК H04L 9/00; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7.

3. Патент RU №2509423, "Способ скрытой передачи информации"; МПК H04L 9/00, G06F 21/60; опубл. 10.03.2014, Бюл. №7.

4. Патент RU №2652434, "Способ приемопередачи дискретных информационных сигналов"; МПК H04L 7/00, Н04В 1/69, Н04В 1/7073, H04L 29/02; опубл. 26.04.2018, Бюл. №12.

5. Патент RU №2326500, "Когерентная система передачи информации хаотическими сигналами"; МПК: H04L 9/00; опубл. 10.06.2008, Бюл. №16.

6. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.

7. Чепруков Ю.В., Соколов М.А Синтез фазоманипулированных сигналов с требуемым уровнем боковых пиков АКФ // Радиотехника. 1991. №5. С. 68-70.

8. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Бинарные R2-коды, их характеристики и применение // Информационно-управляющие системы. 2014. №1. С. 76-82.

9. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Корреляционные характеристики и применение некоторых бинарных R3-кодов // Информационно-управляющие системы. 2014. №3. С. 93-102.

10. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Корреляционные характеристики некоторых бинарных R4-кодов и ансамблей сигналов на их основе // Информационно-управляющие системы. 2014. №5. С. 87-96.

11. Чепруков Ю.В. Синтез бинарных R-кодов // Информационно-управляющие системы. 2015. №1.С. 59-67.

12. ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Malchukov/public/PHDL/Projects/ascii.pdf. 28.11.2020 г.

13. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. - СПб: БХВ-Петербург, 2004. - 512 с.

14. Лехин С.Н. Схемотехника ЭВМ. - СПб: БХВ-Петербург, 2010. - 672 с.

15. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 800 с.

16. Электроника. Энциклопедический словарь. Гл. ред. Колесников В.Г., - М. Сов. энциклопедия, 1991, - 688 с.

17. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2002. - 672 с.

18. Бугаев А.С., Дмитриев В.Ф., Кулаков С.В. Устройства на поверхностных акустических волнах: учеб. пособие / А.С. Бугаев, В.Ф. Дмитриев, С.В. Кулаков. - СПб.: ГУАП, 2009. - 188 с.

19. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/045/201.htm. 28.03.2021 г.

20. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001 /008/084/692.htm. 28.03.2021 г.

21. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. - М.: Радио и связь, 2001. - 376 с.

Claims (67)

1. Способ передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов, в котором дискретные сообщения состоят из элементов в виде логических единиц и нулей, либо из положительных и отрицательных логических единиц, включающий на передающей стороне преобразование одного вида дискретного сообщения в широкополосный сигнал и преобразование элементов иного вида этого дискретного сообщения в другой широкополосный сигнал, передачу этой последовательности широкополосных сигналов по каналу связи с последующим проведением на приемной стороне операции их согласованной фильтрации, сравнение полученного сигнала с пороговым уровнем, отличающийся тем, что осуществляется

выбор g1 разных элементов для системы кодирования дискретных сообщений и сопоставление каждому из них числового значения α, изменяющегося от нуля до (g1-1), группирование последовательно следующих элементов входного дискретного сообщения в блоки длительностью T_б по g2 элементов, где g2=log₂ g1 с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа или

задание параметру g2 величины, равной количеству элементов в блоке входного шифрованного дискретного сообщения или сообщения с избыточным кодированием, так что g1=2^а, а=g2, а также

введение соответствия между каждым числовым значением α в выбранной системе кодирования и набором элементов любого блока сгруппированных дискретных сообщений, выбор g3≥g1 разных шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимно корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов,

нумерация выбранных шумоподобных сигналов последовательно целыми числами от 1 до g3 и расположение их в формуляре,

составление ключей шифрования в виде последовательности M=(M_j, j=1,2,…g1), так что каждое значение этой последовательности А, задаваемое пользователем, равно уменьшенному на единицу порядковому номеру одного из шумоподобных сигналов формуляра, является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1) и используется лишь однажды, где g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество введенных в формуляр шумоподобных сигналов, установление взаимно-однозначного соответствия между каждым блоком входных дискретных сообщений с числовым значением а и одним из шумоподобных сигналов формуляра с номером А+1=М_α+1+1, обозначенным S_A+1, где А - одно из значений ключей шифрования М,

расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала T_б, следующего за интервалом, где расположен блок элементов входного дискретного сообщения, которому согласно ключам шифрования поставлен в соответствие должный шумоподобный сигнал,

создание последовательности из выбранных указанным образом шумоподобных сигналов S_A+1, которая соответствует последовательности блоков из сгруппированных элементов входных дискретных сообщений,

передача последовательности шумоподобных сигналов через среду распространения канала связи на приемную сторону непосредственно либо с использованием последовательности в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний,

осуществление согласованной фильтрации принятой последовательности всеми g3 различными оптимальными фильтрами, каждый из которых согласован с одним из шумоподобных сигналов из формуляра,

сравнение каждого из выходных сигналов согласованных фильтров с соответствующим пороговым уровнем U_п, который выбирается больше наибольшего из чисел R и W, но меньше наибольших значений сигналов на выходе согласованных фильтров, когда на входе фильтра имеется шумоподобный сигнал, с которым согласован фильтр, проверка достижения или превышения каждым из сигналов, полученных после выполнения согласованной фильтрации всех принятых шумоподобных сигналов S_A+1 с номером А+1 из формуляра, значения соответствующего порогового уровня U_n и в этом случае формирование сигнала распознавания D_A+1 принятого шумоподобного сигнала S_A+1, формирование на основе сигнала B_A+1 элементов последовательности Х°=(Х°_j, j=1,2, …), каждый из которых соответствует числовому значению А, которое на единицу меньше индекса сигнала распознавания и порядкового номера принятого шумоподобного сигнала, составление g1 ключей дешифрования в виде элементов последовательности М'=(M'_j, 1≤j≤g3), каждое значение которой является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1-1), используемых в последовательности лишь однажды, причем элементы последовательности М' ключей дешифрования получены так, что порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования M_j, j=1,2,…, g1 уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера этой новой созданной числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров, формирование на основе элементов последовательности Х° восстановленных блоков выходных дискретных сообщений, так что

если X°_j=1, то X_выxj=М'₁ или если X°_j=2, то X_выхj=M'₂ или если X°_j=3, то X_выxj=М'₃ или...если X°_j=g3-1, то X_выxj=M'_g3, где j=1, 2, … - индекс нумерации блоков;

Х°_j - значение j-го элемента последовательности уменьшенных на единицу номеров принятых шумоподобных сигналов;

М' - значения элементов последовательности ключей дешифрования;

X_выхj - значение j-го блока выходных дискретных сообщений,

передача восстановленных блоков дискретных сообщений Х_вых на выход получателю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

все элементы системы кодирования различны и могут быть представлены в виде чисел или символов, или сочетаний символов, или сочетаний символов и чисел, либо в виде мультимедийных файлов.

3. Система передачи дискретных сообщений с шифрованием содержит генератор шумоподобных сигналов, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, отличающаяся тем, что система дополнительно включает преобразователь входных дискретных сообщений, блок коммутаторов, блок управления коммутаторами, генератор ключей дешифрования, генератор ключей шифрования кодов, блок переключателей, блок управления переключателями, формирователь выходных дискретных сообщений, причем

вход преобразователя входных дискретных сообщений соединен с входом системы передачи дискретных сообщений с расширенным шифрованием кодов, преобразователь входных дискретных сообщений содержит g1 выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов первой функциональной группы входов блока коммутаторов, g1 вторых функциональных групп входов блока коммутаторов соединены с функциональными группами выходов блока управления коммутаторами, функциональная группа из g1 входов блока управления коммутаторами соединена с g1 выходами генератора ключей шифрования кодов, функциональные группы выходов блока коммутаторов соединены с функциональной группой из g3 входов генератора шумоподобных сигналов, выход этого генератора соединен с входом канала связи, выход которого подключен к входу согласованного фильтра, выход которого соединен с входом решающего устройства, выходы решающего устройства подключены к входам первой функциональной группы входов блока переключателей, входы второй функциональной группы входов блока переключателей соединены с функциональными группами выходов блока управления переключателями, функциональная группа входов блока управления переключателей соединена с выходами генератора ключей дешифрования, функциональная группа выходов блока переключателей соединена с входами формирователя выходных дискретных сообщений, выход которого соединен с выходом всей системы, при этом

генератор шумоподобных сигналов формирует множество g3 шумоподобных сигналов, удовлетворяющих таким условиям, что уровень боковых пиков автокорреляционной функции каждого из них не превышает положительного числа R, где R<u_m - наибольшее значение модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, а уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции каждого кода или шумоподобного сигнала на их основе со всеми другими (g3-1) генерируемыми кодами или сигналами тоже не превосходит положительного числа W, где W<u_m и g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

генератор ключей шифрования кодов формирует сигналы, соответствующие элементам последовательности М=(j=1,2,...g1), каждое значение которой является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), используется лишь однажды, g1 - количество символов в избранной системе кодирования, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

генератор ключей дешифрования кодов формирует сигналы, соответствующие g1 элементам последовательности М'=(M'_j, 1≤j≤g3), каждое из значений которой является целым положительным числом от 0 до (g1-1), используемым лишь однажды, значения ключей дешифрования получены так, что

порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования кодов М уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера новой числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

сигналы формирователя выходных дискретных сообщений имеют вид:

"Если" X°_j=0 "ТО" Х_выхj=М'₁ или

"Если" X°_j=1 "ТО" Х_выхj=М'₂ или

"Если" X°_j=2 "ТО" Х_выхj=М'₃ или …

"Если" X°_j=(g3-1) "ТО" Х_выхj=M'_g3, где j=1, 2,… - индекс нумерации блоков;

X_выхj - значение j-го блока выходных дискретных сообщений системы; M'₁; M'₂;...; M'_g3 - последовательность значений ключей дешифрования;

Х°_j - значение уменьшенного на единицу порядкового номера шумоподобного сигнал, поставленного в соответствие j-му блоку дискретных сообщений, причем

"Если" X_вxj=0 "ТО" X°_j=M₁, или

"Если" X_вxj=1 "ТО" X°_j=М₂ или

"Если" X_вxj=2 "ТО" X°_j=М₃ или …

"Если" X_вxj=(g1-1) "ТО" X°_j=M_g1,

где j=1, 2, … - индекс нумерации блоков;

Х_{вх j} - значение j-го блока входных дискретных сообщений;

M₁; M₂;M_g1 - последовательность значений ключей шифрования кодов;

g1 - количество символов в системе кодирования;

g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что преобразователь входных дискретных сообщений содержит сопрягающее устройство преобразователя и логическое устройство преобразователя, вход сопрягающего устройства соединен с входом преобразователя входных дискретных сообщений, выход сопрягающего устройства подключен к входу логического устройства преобразователя, выходы которого соединены с g1 выходами преобразователя входных дискретных сообщений;

логическое устройство преобразователя выполнено на логических элементах или программируемых логических матрицах;

сопрягающее устройство выполнено на пассивных элементах, или на транзисторах, или на микросхемах, или в виде универсальной последовательной шины USB.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что блок коммутаторов содержит функциональную группу из g1 коммутаторов, первые входы которых соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторые входы любого из коммутаторов представляют фукциональные группы из g3 входов и подключены к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов, g3 выходов каждого из коммутаторов составляют функциональные группы и подключены к выходам блока коммутаторов, где g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов; блок коммутаторов выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

6. Система по п. 3, отличающаяся тем, что блок управления коммутаторами содержит функциональную группу из g1 формирователей управления, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами, выходы любого формирователя управления образуют функциональную группу из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами, g1 - количество символов в системе кодирования, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

блок управления коммутаторами выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

7. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

генератор ключей шифрования кодов выполнен на элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах.

8. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

генератор шумоподобных сигналов представляет собой функциональную группу из g3 формирователей каждого из шумоподобных сигналов, входы этих формирователей являются входами функциональной группы, выходы формирователей соединены параллельно и составляют выход функциональной группы формирователей;

формирователи шумоподобных сигналов выполнены в виде устройств на поверхностных акустических волнах или элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах для непосредственной передачи по каналу связи;

формирователи шумоподобных сигналов выполнены в виде устройств для формирования кодов шумоподобных сигналов или самих шумоподобных сигналов и в виде модулятора несущих колебаний для передачи по каналу связи указанных кодов и сигналов, так что модулирующими сигналами являются эти коды и сигналы.

9. Система по п. 3, отличающаяся тем, что канал связи представляет собой совокупность технических средств, таких как модулятор, передатчик, приемник, демодулятор и физическую среду, такую как газ, или жидкость, или твердое тело, или вакуум;

канал связи является линией проводной электрической связи или радиосвязи, или каналом звуковой акустической связи, или линией световой оптической связи;

канал связи выполнен в виде проводников элементов схем, или волоконно-оптического кабеля, или коаксиального кабеля, или волновода, или звукопровода, или витой пары, или радиоканала наземной либо спутниковой связи.

10. Система по п. 3, отличающаяся тем, что согласованный фильтр представляет собой функциональную группу из g3 согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, входы и выходы каждого из этих согласованных фильтров являются входами и выходами этой функциональной группы, где g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов; согласованный фильтр выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники, устройствах на поверхностных акустических волнах.

11. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

решающее устройство представляет собой функциональную группу из g3 решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами этой функциональной группы, где g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

решающее устройство выполнено на элементах аналоговой или цифровой схемотехники.

12. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

блок переключателей содержит функциональную группу g3 переключателей, первые и вторые входы которых соединены с первой и второй функциональной группой входов блока переключателей, выходы каждого переключателя образуют функциональную группу из g1 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока переключателей; блок переключателей выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

13. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

формирователь выходных дискретных сообщений содержит восстановитель элементов дискретных сообщений и сопрягающее устройство формирователя, входы восстановителя элементов дискретных сообщений соединены с g1 входами формирователя выходных дискретных сообщений, выход восстановителя элементов дискретных сообщений подключен к входу сопрягающего устройства формирователя, выход сопрягающего устройства соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений; восстановитель элементов дискретных сообщений выполнен на элементах дискретной схемотехники или на программируемых логических матрицах или в виде запоминающего устройства;

сопрягающее устройство формирователя выполнено на пассивных элементах, или на транзисторах, или на микросхемах, или в виде универсальной последовательной шины USB.

14. Система по п. 3, отличающаяся тем, что генератор ключей дешифрования имеет g3 выходов и выполнен на элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах.

15. Система по п. 3, отличающаяся тем, что

блок управления переключателями содержит функциональную группу g3 преобразователей управления, входы которых соединены с входами блока управления переключателями, выходы каждого преобразователя управления составляют функциональную группу из g1 выходов, соединенных с выходами блока управления переключателями; блок управления переключателями выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

Images