SE500276C2 - Förfarande och anordning för att förhindra extern detektering av signalinformation - Google Patents

Description

500 276 2 Ytterligare ett känt sätt att skydda signalinformationen är att utsända en bitströmsföljd av pseudoslumpkaraktär, var- vid bitströmsföljdens klocksignaler är av samma storleksord- ning som bildskärmens pixelklockfrekvens men frekvensmodule- rade, se SE, B, 8900288-5. Även denna teknik ger emellertid ett skydd med svagheter då signalbehandling med medelvärdes- bildning utnyttjas.

Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa ett förfarande och åstadkomma en anordning för att på ett avse- värt effektivare sätt förhindra extern detektering av sig- nalinformation i rasterscansignaler.

Detta syfte uppnås med ett förfarande och en anordning av inledningsvis angivet slag med i patentkraven 1 respek- tive 8 angivna kännetecken.

Med föreliggande uppfinning alstras således en med de rasterscannade, informationsbärande signalerna perfekt kor- relerad slumpsignalsekvens, vilken utsänds som skydd för de rasterscannade signalerna. Medan okorrelerade signaler för- hållandevis lätt kan bortfiltreras är korrelerade signaler svåra att utfiltrera och kan sålunda ej bortfiltreras genom medelvärdesbildning.

Enligt en fördelaktig utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen bestäms startvillkoret för slumpsignalsekvensen av utdata från en beräkning av en s k kaosalgoritm, enligt principer angivna i Alan Rodney Murch, Technological Applica- tions of Deterministic Chaos, University of Canterbury, Christ- church, Nya Zeeland, juli 1989.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen väljs slumpsignalsekvensens bitfrekvens exakt lika med rasterscansignalens bitfrekvens, d v s lika med pixelklockfrekensen.

Enligt ännu en fördelaktig utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen väljs slumpsignalsekvensen så lång att den måste trunkeras eller avklippas vid bildslut.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av för- farandet enligt uppfinningen repeteras vid konsekutiva bild- signaler eller delbildssignaler relevant del av slumpsignal- sekvensen under bevarande av perfekt synkronisering med ras- terscansignalens pixelklockfrekvens, varigenom korrelation 3 skapas mellan rasterscansignalen och slumpsignalsekvensen.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen utförs slumpsignalsekvensen så att den uppvisar stokastiska egenskaper under en period av raster- scansignalen. Om rasterscansignalen upprepas, såsom i fal- let med videosignaler, skall slumpsignalsekvensen upprepas ett slumpmässigt antal gånger av mellan 50 och 10.000 gån- ger för att ge slumpsignalsekvensen ett tidsmedelvärde som är skilt från noll, sett över ett antal konsekutiva bildsig- naler samt för att ytterligare förstärka korrelationen med rasterscansignalerna.

Enligt en komponentsnål, fördelaktig utföringsform av an- ordningen enligt uppfinningen innefattar anordningen en gene- rator för alstring av slumpsignalsekvensen vilken generator innefattar en mikroprocessor och ett skiftregister av s k maxi- mallängdsåterkopplat slag, vilket skiftregister är bildat av ett så stort antal återkopplade enskilda skiftregister att återupprepningscykeln överstiger tiden för generering av pixel- antalet per bild, varvid mikroprocessorn är anordnad att genere- ra nya startvillkor för skiftregistren.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är en anpassningsenhet anordnad mellan generatorn och utkopplingselementet för att möjliggöra jus- tering av utsignalnivån som funktion av frekvensen. Härige- nom är det alltså möjligt att justera utsignalnivån genom olika frekvensområden så att den genererade slumpbitsfrek- vensens signalnivå är av lika stor eller högre än nivån hos den signal som skall skyddas.

Enligt ännu en fördelaktig utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är utkopplingselementet utformat som en strömtransformator med en ferritkärna omslutande den ledning, som bär rasterscansignalerna. Strömtransformatorns primärlind- ning leder utsignalen, vilken alstrar strömmar på sekundärsi- dans skärm, varigenom samma utstrålade struktur utnyttjas som hos rasterscansignalen, vilket innebär att slumpbitsek- vensen utsänds till omgivningen med samma strålningskaraktä- ristik som den informationsbärande signalen.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringform av anord- ningen enligt uppfinningen innefattar utkopplingselementet 509 276 4 en vikt bredbandsdipol med en monopol baserad intill ett jordplan, varigenom en runtom strålande, isotrop karak- täristik realiseras.

Såsom exempel valda utföringsformer av anordningen en- ligt uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hän- visning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 visar den principiella uppbyggnaden av en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, figur 2 visar den principiella uppbygg- naden av en annan utföringsform av anordningen enligt upp- finningen, figur 3 visar ytterligare ett alternativt utfö- rande av anordningen enligt uppfinningen, figur 4 visar ett utkopplingselement vid anordningen enligt uppfinningen och figur 5 ett kopplingsschema över en utkopplingsenhet.

Anordningen enligt uppfinningen innefattar följande hu- vuddelar: Generator för generering av slumpbitströmmen vid bildan- det av slumpsignalsekvensen, en faslåst pixelklockgenerator, ingångar för synkroniseringsignaler, en anpassningsenhet och ett utkopplingselement.

Generatorn har till uppgift att i takt med pixelklockan generera en slumpbitföljd. Pixelklockan kan tas upp via sepa- rat ingång till enheten 3 i figur 1 eller genereras syntetiskt vid 2 i figuren. Den genererade slumpbitföljden matas via en anpassningsenhet 4 till ett utkopplingselement 5.

Generatorn innefattar en mikroprocessor 10 vars utdata matas till ett skiftregister 12. Skitftregistret 12 kan vara utformat som ett s k PISO-register (Parallell Input Serial Output) eller som ett s k maximallängdsåterkopplat skiftre- gister. Det maximallängdsåterkopplade skiftregistret bildar då i sig en sk PN-generator (Pseudo Noise). Förutsättningen för att man skall få en slumpmässig utsignal från PN-genera- torn är att man endast utnyttjar utsignalen inom klockpuls- intervallet (l,2N'1), där N betecknar antalet enskilda skift- register som bildar PN-generatorn.

Skiftregister erfordras för att man skall avklara höga pixelklockfrekvenser. Då uppfinningen skall användas för att skydda t ex datorterminalers videosignaler måste anordningen klara pixelklockfrekvenser av 40 MHz eller mera.

I det fall att skiftregistret 12 är av PISO-typ enligt 500 276 s ovan uträknar mikroprocessorn 10 ett slumptal med hjälp av en slumptalsalgoritm. Om man antar att mikroprocessorn 10 be- höver tio stycken klockcykler för att genomlöpa algoritmen komer den effektiva slumptalsgenereringen att ske med en tiondel av klockfrekvensen hos mikroprocessorn, d v s 1 MHz.

Om PISO-registret skall hantera pixelklockfrekvenser av 50 MHz krävs följaktligen minst ett 40 bitars PISO-register. Om man antar att ett sådant 40 bitars PISO-register utnyttjas skall följaktligen mikroprocessorn ladda in ett nytt slump- tal efter 40 st klockpulser. Detta upprepas tills mikropro- cessorn får avbrottssignal vid bildslut. Avbrottssignalen fås via enheten 3 i figur l.

Den ovan beskrivna funktionen är likadan för alla typer av rasterscansignaler, dock blir förfarandet något utökat i specialfallet med videosignaler.

Videosignaler utmärks av att hela eller del av bildinfor- mationen upprepas med en repetitionsfrekvens av ca 50 - 100 Hz. I det följande kallas denna frekvens för bildfrekvens.

För att slumpbitföljden skall få likartade egenskaper som videosignalen krävs att tidsmedelvärdet över ett antal konse- kutiva bildintervall är skilt från noll. Detta innebär att den genererade bitströmsföljden âterupprepas ett antal gånger. Ur kryptologisk synpunkt torde det vara gynnsamt om antalet upp- repningar är slumpmässigt och likformigt fördelade inom inter- vallet 40 - 5000.

Att utforma skiftregistret som ett s k maximallängdsåter- kopplat skiftregister ger en komponentsnålare lösning. I detta fall måste antalet âterkopplade enskilda skiftregister vara så stort att âterupprepningscykeln överstiger pixelantalet per bild. Mikroprocessorns 10 uppgift är i detta fall att generera nya startvillkor för skiftregistren samt att behandla avbrott vid bildslut.

Ett annat sätt att realisera generatorn vid anordningen enligt uppfinningen är att sammanföra utsignalerna från ett godtyckligt antal programmerbara delare 14, vilka klockas från pixelklockan 2, se figur 2. De programmerbara delarna 14 prog- rammeras från en mikroprocessor 10 med ett antal heltal, vil- ka slumpgenereras genom en i mikroprocessorn 10 implementerad slumptalsalgoritm och med vilka pixelklockans 2 frekvens ned- CT! 00 276 6 delas i respektive delare 14. När de från de olika delarna 14 erhållna signalerna (pulståg) sammanförs eller adderas i enhe- ten 4 får man en resulterande utsignal från denna, som kan sä- gas representera en "gråskala" för den videosignal som skickas ut, och då delarna 14 under mikroprocessorns 10 slumptalsgenere- ring utför neddelningen med just det tal som är aktuellt genere- ras en synkroniserad signalmängd, som varierar allt eftersom nya tal inläses. På detta sätt kan alltså långa slumptalssekvenser skapas med en mikroprocessor med begränsad hastighet.

Vid de i figurerna 1 och 2 visade utförandena används en faslåst pixelklockgenerator 2 för att syntetisera pixelklock- frekvensen från linjefrekvensen. Detta är nödvändigt då pixel- klockan inte kan tas direkt via galvanisk inkoppling, vilket är fallet då t ex telefaxmaskiner och dataterminaler skall skyddas.

Separata ingångar till synkroniseringsutrustningen 3 i figurerna l och 2 utnyttjas för att säkerställa perfekt syn- kronisering med skyddsföremålet. Ingångar till synkronise- ringsutrustningen finns för bildfrekvens fb, linjefrekvens fl samt pixelklockfrekvens fp.

I figur 3 visas i blockschemaform ett annat utförande, var- vid en mikroprocessor med tillhörande avkodningsenheter 22, 24 och minne 26 alstrar startvillkor för en slumpbitströmsgenera- tor 28. Slumbitströmsgeneratorn 28 kan även i detta fall utgö- ras av ett långt maximallängdsåterkopplat skiftregister. Pixel- klockfrekvensen genereras i en pixelklockgenerator innefattande elementen inom ramen 30 eller intas direkt till slumpbitströms- generatorn 28 via omkopplaren 32. Detta är ett mer mjukvarukrä- vande sätt att realisera uppfinningen, medan utförandet enligt fig. 2 än mer hårdvarukrävande med bl a ett större antal delare.

I samtliga utföringsformer enligt figurerna 1-3 följer efter slumpbitströmgeneratorn en anpassningsenhet 4 för att möjliggöra individuell justering av utsignalnivån som funktion av frekven- sen, så att utsignalnivån inom olika frekvensområden blir lika med eller högre än nivån hos den informationsbärande signalen, som skall skyddas. Anpassningsenheten 4 innefattar bl a filter- länkar.

Efter anpassningsenheten 4 följer en utkopplingsenhet 5, vilken kan vara utförd på olika sätt. 500 276 7 En viss del av den informationsbärande signalen kommer att gå ut ledningsbundet, på exempelvis kraftledning, då signalen strålar ut på bl a metalliska ledare. För att minimera denna effekt är ett särskilt filter 27 kaskadkopplat med det filter som normalt finns i datorn för att dämpa t ex nätstörningar.

Detta illustreras i nedre delen av fig. 3.

I figur 4 visas ett utföringsexempel av utkopplingsenhe- ten i form av en strömtransformator. En ferritkärna 34 omslu- ter den ledning 36, som bär den informationsbärande signalen, som skall skyddas. Ledningen 36 kan sålunda vara en videoka- bel, dataledning etc.

Strömtransformatorns primärlimning p leder utsignalen, vilken ger upphov till strömmar på sekundärsidans skärm.

Härigenom utnyttjas samma utstrålade struktur som raster- scansignalen utnyttjar, vilket innebär att slumpbitföljden utstrålas till omgivningen med samma strålningskaraktäris- tik som den nyttiga, informationsbärande signalen. Detta är ett effektivt sätt att utforma utkopplingsenheten.

Enligt ett alternativt utförande av utkopplingsenheten 5 innefattar den en vikt bredbandsdipol kombinerad med en monopol, placerad nära ett jordplan. På detta sätt realise- ras en utkopplingsenhet med en runtom strålande isotrop ka- raktäristik.

Skyddseffekten kan ytterligare förbättras genom använd- ning av flera oberoende generatorer eller skiftregisterkopp- lingar för generering av slumpbitsföljder, vilkas utsignaler sammanförs i anpassningsenheten.

Vid föreliggande uppfinning skapas sålunda en koherent sig- nalmängd vilket också är fallet för de rastscannade signalerna.

Signalmängden kan vid konsekutiva bildsignaler återemitteras under ett slumpmässigt antal konsekutiva bildinterall, varige- nom ett tidsmedelvärde skilt från noll alstras.

Genom att den emitterade signalen, liksom den rasterscan- nade signalen, är koherent underlättas inställningen av utsig- nalnivån, så att radiostörningsnormerna är uppfyllda.

Vid utnyttjande av såväl vitt brus som frekvensmodulerade pseudoslumptalsbitföljder enligt känd teknik kommer signaler- na att vara inkoherenta, vilket försvårar korrekt amplitudan- passning av utsignalen, eftersom koherenta och inkoherenta sig- 508 276 8 naler beter sig olika vid ändring av exempelvis mätbandbredd.

I figur 5 visas ett kopplingsschema över ett praktiskt ut- förande av en utkopplingsenhet med ett flertal utgående signal- ledningar 21,31,33 på vilka slumpsignalsekvensen kopplas via strömtransformatorer 23,25,29 av i figur 4 visat slag. Över kontakterna ll och 21 kopplas videosignalen från da- torn till monitorn, varvid signalerna för horisontal- och ver- tikalsynkronisering kopplas galvaniskt över koaxialkabel 23 resp 25. De i figurernas övre del visade motstånden, kondensa- tor och induktans är anordnade för att undvika belastning av kretsarna, som driver videosignalen, och bortfiltrera störnin- gar, som kan orsaka felaktig synkronisering. Detta beskrivs ej närmare då det inte utgör någon del av uppfinningen.

Claims (14)

(fl C) C.) |\') \_] O\ Patentkrav

1. Förfarande för att förhindra extern detektering av signal- information i rasterscansignaler av ett antal konsekutiva linje- signaler för uppbyggnad av en bild eller delbilder, k ä n n e - t e c k n a t av att som skydd för rasterscansignalerna utsänds en slumpsignalsekvens utan informationsinnehåll, vilken alstras genom att vid konsekutiva bildsignaler eller delbildsignaler repeteras relevant del av slumpsignalsekvensen under bevarande av synkronisering med rasterscansignalens pixelklockfrekvens, varigenom korrelation skapas mellan rasterscansignalen och slumpsignalsekvensen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att startvillkoret för slumpsignalsekvensen bestäms genom be- räkning av en så kallad kaosalgoritm.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av att slumpsignalsekvensens bitfrekvens väljs lika med rasterscansignalernas bitfrekvens.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att slumpsignalsekvensen väljs så lång att den måste trunkeras vid bildslut.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e - t e c k n a t av att slumpsignalsekvensen utförs så att den uppvisar stokastiska egenskaper under en period av rasterscan- signalen.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a t av att vid upprepad rasterscansignal upprepas slumpsignalsekvensen ett slumpmässigt antal gånger för att ge slumpsignalföljden ett från noll skilt tidsmedelvärde.

7. Anordning för att förhindra extern detektering av signal- information i rasterscansignaler av ett antal konsekutiva linje- signaler för uppbyggnad av en bild eller delbilder, k ä n n e - t e c k n a d av att en generator är anordnad att alstra en slumpsignalsekvens genom att vid konsekutiva bildsignaler eller delbildsignaler repeteras relevant del av slumpsignalsekvensen under bevarande av synkronisering med rasterscansignalens pixel- klockfrekvens, varigenom korrelation skapas mellan rasterscan- signalen och slumpsignalsekvensen, samt att ett utkopplings- element är inrättat att utsända slumpsignalsekvensen kring den \J 500 . 10 utrustning som innehåller rasterscansignalerna som skall skyd- das.

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att generatorn innefattar en mikroprocessor ansluten till ett skiftregister.

9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d av att skiftregistret är utformat som s k PISO-register samt att mikroprocessorn är anordnad att räkna ut slumptal med hjälp av en slumptalsalgoritm.

10. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d av att skiftregistsret är ett s k maximallängdsåterkopplat skiftregister av ett så stort antal återkopplade enskilda skift- register att återupprepningscykeln överstiger pixelantalet per bild, varvid mikroprocessorn är anordnad att generera nya start- villkor för skiftregistren.

11. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att generatorn är bildad av ett antal, från pixelklockan klockade delare, vilka är programmerade från mikroprocessorn med ett antal heltal, genererade genom en slumptalsalgoritm i mikro- processorn.

12. Anordning enligt något av patentkraven 7-11, k ä n n e - t e c k n a d av att en anpassningsenhet är anordnad mellan generatorn och utkopplingselementet för att möjliggöra juste- ring av utsignalnivån som funktion av frekvensen.

13. Anordning enligt något av patentkraven 7-12, k ä n n e - t e c k n a d av att utkopplingselementet är utformat som en strömtransformator med en ferritkärna omslutande den ledning som bär rasterscansignalerna.

14. Anordning enligt något av patenkraven 7-12, k ä n n e - t e c k n a d av att utkopplingselementet innefattar en vikt bredbandsdipol med en monopol placerad intill ett jordplan.