SE500286C2 - Metod och anordning för att anordna avlyssningssäker optisk länk - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 (X1 (f) n ¿ (V) I fo 2 Vidare utnyttjas feldetekterande kod i kombination med äterförfrägan för att erhälla en digital länk med fä överföringsfel. Denna metod har inte sammankopplats med möjligheten att öka säkerheten pä en optisk länk.

Utnyttjande av puls-positions-modulation beskrivs bland annat i EPl028l5 US43063l4. Varje puls befinner sig i. en. av ett flertal tidsluckor och representerar en grupp av patentskrifterna samt siffror. Dokumenten avser sälunda förslag pä effektivare utnyttjande av tillgängliga kanaler i en optisk fiber. Sekretessfrägan i samband med riskerna för obehörig avtappning av information frän en fiber behandlas ej i nämnda dokument.

För att försvara avlyssning tillgrips kryptering av den överförda signalen. För att kryptering skall vara effektiv krävs nycklar som skall hanteras pä Nyttjandet detta ett visst sätt av sändare och mottagare. av kryptering och hantering' av' nycklar i sammanhang är komplicerat och kräver speciell utrustning för sändning och mottagning. Ett flertal krypteringsformer finns beskrivna i olika skrifter.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN TEKNISKT PROBLEM Behov föreligger att ästadkomma en avlyssningssäker länk. önskemäl att avlyssning, eller försök till avlyssning, För att detta med lämplig detektering, kunna avgöra eventuell skall bör Vidare finns upptäckas. åstadkomma mottagarsidan, om obehörig avtappning förekommer pä förbindelsen eller ej. Om en obehörig avtappning sker skall exempelvis den mottagna effekten reduceras i sädan omfattning att mottagaren upptäcker detta.

Den som obehörigt vill avlyssna en förbindelse skall vara tvungen att utta sä stor del av signalens att upptäcks. energi avlyssningen med stor sannolikhet 10 15 20 25 30 35 586 286 3 Det skall vidare vara förknippat med stora tekniska och ekonomiska insatser för att genomföra avtappning frän en optisk länk i obehörigt syfte.

Kryptering av information förutsätter att sändare och mottagare överenskommit om vilken kod som skall användas. För att detta skall vara effektivt krävs nycklar och ändring av' koderna inom exempelvis bestämda tidsramar. Förfaranden med kryptering förutsätter normalt sofistikerad utrustning pä sändar- respektive mottagarsidan. Det föreligger säledes önskemål att avlyssningssäkerhet kan uppnäs utan att dyrbar krypteringsutrustning behöver utnyttjas.

Föreliggande uppfinning avser att lösa nämnda problem.

LÖSNINGEN Föreliggande uppfinning avser en metod för att astadkomma en avlyssningssäker överföring mellan en sändare och en mottagare via en optisk förbindelse.

Metoden kännetecknas av att en signal, med stor andel optiskt brus, shot noise, skapas. För att ytterligare öka säkerheten moduleras signalen enligt puls-positions-modulation-metoden (PPM). En oauktoriserad mottagare som ansluter sig pä förbindelsen antas göra detta genom att avtappa ljus ur länken. Detta sker exempelvis genom att glasfibern. som ingar i länken, böjs kraftigt varvid ljus läcker ut ur fibern. Den oauktoriserade försöker därefter att avkoda informationen i det avtappade ljuset. Genom att signalen innehåller en stor del optiskt brus i kombination med PPM- modulation mäste en stor del av ljuset i fibern uttas för att signalen skall vara tolkningsbar. Ett lämpligt valt signal- brusförhállandet medför att andelen ljus som uttas ur fibern, av en obehörig, blir stort om informationen skall vara tolkningsbar.

Uttas stora mängder ljus ur en förbindelse är detta detekterbart pä mottagarsidan i speciellt anordnade 10 15 20 25 30 35 Cïl (L) C.) PO C23 / 0 4 övervakningsorgan. Vid övervakningsutrustning som till exempel övervakar mottagaren anordnas den mottagna optiska effekten. Om information tappas ur systemet kommer den optiska effekten att ändras. Övervakningsutrustningen registrerar härvid att en ändring utanför godtagbara ramar skett och avger larm. Åtgärder i anledning av det inträffade vidtas därefter.

I en utveckling av metoden kombineras signalöverföringen med felkorrigerande och feldetekterande kodning i kombination med äterförfrägan (ARQ). I detta fall anordnas en returkanal pä vilken mottagaren överför äterförfrägan till sändaren. Härvid är det möjligt att använda olika väglängd för kanalerna vilket försvarar tolkningen av information för en obehörig avlyssnare. I de fall returkanalen anordnas pä en annan fiber eller annan kabelförbindelse ges ytterligare svärigheter för ett eventuellt informationsuttag ur förbindelsen. Med äterförfràgan ökar möjligheten att motta informationen korrekt hos mottagaren. En obehörig lyssnare kan inte begära omsändning utan att avlyssningen uppdagas.

Anordningen innefattar en sändare och en mottagare samt en kommunikationslänk dem emellan. Sändaren är försedd med ett sändande organ. Det sändande organet utsänder information i form av en optisk signal. Den optiska signalen ges en hög andel optiskt brus. Det i systemet tillförda optiska bruset dominerar över t ex termiskt brus i mottagaren.

Sändaren pá informationskanalen enligt puls-position-modulation- metoden. Eftersom varje puls i detta fall motsvaras andra bruskällor, ordnar vidare informationen av olika representationer, se fig 5, mäste den som tappar av informationen känna till den utnyttjade koden. Om koden är känd mäste man vidare känna till hur informationen byggts upp samt veta var pulserna börjar och slutar. 10 15 20 25 30 35 n ' U ("'*) IV) OT) C 5 I de fall signalen tappas av, av nagon som inte är berättigad härtill, kommer säledes en detekterbar ljusmängd att försvinna ur länken. Detekterande organ pä mottagarsidan kommer att upptäcka detta. I de fall speciella organ inte anordnats for detekteringen kommer ingreppet att uppmärksammas genom att andelen felaktigt eller otolkbart mottagna informationsdelar ökar. Åtgärder kan därefter vidtas för att hindra vidare informationstappning ur systemet.

I en 'vidareutveckling' av uppfinningen utnyttjas feldetekterande kod med äterförfrägan (ARQ). Genom att läta sändare och mottagare kommunicera med varandra kan mottagaren begära äterutsändning av felaktigt mottagen information. Eftersom en obehörig avlyssnare inte kan begära äterutsändning av förlorad information utan att upptäckas mäste denne tillgripa felkorrigering. väljs härvid ett lämpligt signal- brusförhällande blir sannolikheten för korrekt mottagen information läg och möjligheten att korrigera informationen lag eller obefintlig.

FÖRDELAR Föreliggande uppfinning är enkel att applicera i befintliga och kommande optiska system.

Vid obehörig avlyssning fordras att en relativt stor mängd energi mäste uttas ur förbindelsen. Detta medför att mottagaren kan detektera att avlyssning sker.

Obehörig avlyssning medför att signalens effekt ändras varvid sannolikheten för upptäckt ökar markant.

Möjligheten att detektera och korrekt uttolka informationen minskar vid obehöriga avtappningar ur fiberlänken i och med att PPM-modulering utnyttjas.

Ytterligare förstärkning av säkerheten mot obehörig avlyssning erhälles i de fall feldetekterande kod med äterförfrágning utnyttjas. a. \\ 10 15 20 25 30 35 'Éïl (ff) êö 6 Eftersom uppfinningen inte förutsätter speciella anordningar, som ansluts till nätet, är investeringarna laga.

FIGURBESKRIVNING Pig l visar en överföringslänk med sändare, S, och mottagare, M, samt en avlyssnare, A, inkopplad till systemet.

Pig 2 visar en fiber, F, som böjts varvid ljus detekteras av en avlyssnare, A.

Pig 3 visar karakteristik för optiska mottagare.

Pig 4 visar till-fränmodulation av konventionell typ .

Pig 5 visar principen för puls-positionsmodulation_ FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I det följande beskrivs uppfinningsideen med hänvisning till figurerna och beteckningarna däri.

Uppfinningen avser en metod och en anordning för etablerande av avlyssningssäker optisk länk.

Uppfinningen kombinerar puls-position-modulation, PPM, med att signalen ges en hög grad av optiskt brus, shot noise. Detta medför, dels att en minsta mängd ljus maste uttas ur förbindelsen, dels att vald kod enligt PPM skall vara kand för att avtappad information skall vara tydbar.

Genom att en stor del av energin mäste tappas av erhälles en mycket lag sannolikhet för att en användbar information kan tappas ur systemet. Tas tillräcklig energi ut ur systemet för att säkerställa en korrekt detektering detekterar avkänningsorgan hos mottagaren att energi försvunnit under transmissionen. Saknar mottagaren dylik utrustning ökar sannolikheten för felaktigt mottagen information varvid avlyssningen avslöjas.

I det fortsatta betraktas ett system med sändare och mottagare samt en kommunikationslänk dem emellan enligt fig 1. 10 15 20 25 30 35 500 286 7 Information utsändes fran sändaren i digital form.

Informationen kan överföras enligt olika kända principer. I fig 4 och 5 visas exempel pa olika principer för representation av information. Andra representationer är möjliga men i. det fortsatta beskrivs uppfinningen med nyttjande av den i fig 5 angivna representationen vid PPM-modulation.

Representationen avser puls-positionsmodulering (PPM). PPM benämns även pulslägesmodulering. vid varje transmission överförs n binära siffror genom att pulsen kan uppträda i 2“ olika positioner i signalintervallet. I exemplet i fig 5 är n=2 vilket fordrar 22=4 pulslägen enligt fig. Säkerheten i systemet ökar med n och för stort n närmar man sig den ideala (streckade) kurvan i fig 3. Systemet har da absolut säkerhet mot avtappning. Ett system med stort n är emellertid komplicerat att realisera. I praktiken bör n väljas sa att tillräcklig grad av säkerhet erhalles.

I fig 3 visas sannolikheten för transmissionsfel i relation till hur stor del av signaleffekten som utnyttjas. Den streckade linjen anger ett idealt tillstand där skyddet mot obehörig avlyssning är mycket hög. De övriga kurvorna visar motsvarande förhallande beträffande PPM respektive konventionell modulation.

I den händelse nagon vill avlyssna förbindelsen ansluter sig denne i nagon punkt mellan sändaren och mottagaren. I fig 1 har lyssnaren indikerats med A.

För att komma at informationen vidtar en obehörig lyssnare atgärder för avtappning av ljus ur aktuell fiber. Detta sker exempelvis genom kraftig böjning av' fibern. enligt fig 2 varvid. ljus läcker' ut.

Lyssnaren anordnar därefter organ som avkänner ljuset och omvandlar detta till tydbar information.

För att den avlyssnande inte skall upptäckas far inte sadana mängder av energiinnehallet i signalen tömmas ur systemet att systemets normala funktioner äventyras. Vidare maste energiavtappningen vara sa 10 15 20 25 30 35 f Ü 8 låg att eventuella avkänningsanordningar i systemet inte registrerar avtappningen.

Det optiska bruset väljes så kraftigt att det dominerar över andra störkällor såsom termiskt brus i mottagaren etc.

Antalet tidsluckor som används vid PPM är vidare relationsställt till sannolikheten till möjligheten att detektera en meningsfull information.

Säkerheten mot avlyssning kan förstärkas om en returkanal finns tillgänglig mellan mottagare och sändare genom att PPM kombineras med ARQ (automatic repeat request). ARQ är en i andra sammanhabg välkänd teknik som finns beskriven i S. Lin and DJ Costello “Error Control Coding" Prentice-Hall 1983.

I nämna skrift anges de matematiska samband som kan utnyttjas för beräkning av felsannolikheter. I de följande matematiska beskrivningarna utgår vi från ett system med feldetektering och återförfrågan.

Mottagaren detekterar i detta fall mottagna signaler och avgör om mottagningen blivit korrekt. Vid indikering att informationen ej mottagits korrekt sker en återförfrågan till sändaren om korrigering eller omsändning av aktuellt avsnitt. Avlyssnaren har på grund av att PPManvänds små möjligheter att korrekt tolka den överförda informationen. Han kan inte i motsats till den legale användaren begära återutsändning av ett meddelande som detekterats som felaktigt. En sådan återförfrågan från den som obehörigt avlyssnar förbindelsen skulle ofelbart avslöja att illegal verksamhet pågår. Den som avlyssnar förbindelsen skulle kunna avtappa information som sänds på returkanalen förutsatt att returkanalens frekvens är känd. Om returkanalen sänds på annan optisk fiber än informationen från sändaren försvåras en sådan avlyssning Avlyssnaren har emellertid ringa nytta av att försöka avlyssna returkanalen. Denna innehåller bara mottagarens begäran om återutsändning. All 10 15 20 25 30 35 500 286 9 information som behövs skyddas sänds över huvudförbindelsen.

I ett system med feldetektering och áterförfrägning (ARQ-system) gäller med god noggrannhet P(E)s [l-(l-p)“]2(“*k) där n är kodlängden, n-k är antalet paritetsbitar i koden och p är lika med bitfelssannolikheten för överföring utan kodning.

Eftersom en obehörig avlyssnare inte kan begära äterförfrägan av information som detekterats felaktig mäste felkorrigering genomföras. Detta är emellertid mindre effektivt speciellt som sannolikheten för mottagningsfel är hög hos avlyssnaren.

Som ett exempel pä hur metoden fungerar betraktas följande fall.

Signal-brusförhällandet väljes sä att överföring utan kodning ger felsannolikheten P=l0'5. För kodningen används s k BCH-kod med n=lO23 och n-k=30.

Med denna kod kan högst 3 felaktigt mottagna symboler korrigeras.

Felsannolikheten hos den legale mottagaren blir enligt formeln ovan är P={i-<1-io-6>1°2312-30 =1o~12 Med PPM-modulation erhälles lätt att en obehörig avtappning pä 10% resulterar i en sannolikhet för överföringsfel lika med p=O.l, jämför fig 3. Därvid erhälles 3 1023 _ . p=]§( i :)(o.1>1<1-o.1>1°23-1 í=1 =3.8 lO'42.

P(C) är sannolikheten för att avlyssnaren skall kunna utvinna information ur den avtappade signalen och vid sa smä värden pá P(C) är den möjligheten obefintlig.

Uppfinningen ger sàledes en mycket hög säkerhet mot obehörig avlyssning.

Uppfinningen är' inte begränsad till den i. ovan visade utföringsformen utan kan underkasta sig ;Ü 1O modifikationer inom ramen för efterföljande pacenckrav och uppfinningscanke.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 11 som zs PATEMHVOQAV

1. l.Metod vid kommunikationssystem, för etablerande av kommunikation mellan en sändare och en mottagare, för etablerande av en avlyssningssäker optisk länk kânnetecknad eur att en signal med stor andel optiskt brus, shot noise, skapas i kombination med att signalen moduleras enligt puls-positions- modulations-metoden, PPM, varvid en oauktoriserad avtappning av information ur länken dels avsevärt försvaras eller omöjliggöres, dels är detekterbar hos mottagaren.

2. Metod enligt patentkrav l kånnetecknad av att signalöverforingen kombineras med feldetekterande kodning i kombination med áterfrägning, ARQ, varvid sannolikheten att obehörigt avtappa information ytterligare minskar.

3. Anordning innefattande sändande och mottagande organ för etablerande av avlyssningssäker kommunikation pä en optisk länk kännetecknad av att det sändande organet utsänder en optisk signal, som dels inneháller en stor andel optiskt brus, dels är modulerad enligt puls-positions-modulation, varvid en oauktoriserad anordning, som inkopplas pà länken mellan sändaren och mottagaren, dels icke utan avsevärda svärigheter detekterar signalen dels att avtappning av signalen pà länken är detekterbar hos mottagaren.

4. Anordning enligt patentkrav 5 kännetecknad av att det mottagande organet kombinerar mottagandet av signalen med utnyttjandet av en feldetekterande kod i kombination med àterfràgning, ARQ, som inordnats i signaloverföringen, varvid obehörig detektering i den oauktoriserade anordningen ytterligare försvaras.