Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис




Скачать 92.81 Kb.
НазваниеОбработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис
Дата публикации24.02.2014
Размер92.81 Kb.
ТипДокументы
litcey.ru > Информатика > Документы

Обработка и передача измерительной информации




ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ПЕРЕДАВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМА МАК-ЭЛИС
Кириллов С.Н., Крысяев Д.Е., Дмитриев В.Т.
Рязанский Государственный Радиотехнический Университет

390005 Рязань, ул. Гагарина, д.59, корп. 1.
Введение. Для обеспечения высокого качества передаваемой информации необходимо решать задачи по противодействию как естественным, так и преднамеренным помехам в каналах связи, исключить несанкционированный доступ к информации и устранить попытки навязывания ложной информации. Для этого при передачи информации используются различные алгоритмы помехоустойчивого кодирования, шифрования и иммитозащиты [1]. В настоящее время из большого множества алгоритмов помехоустойчивого кодирования на практике применяется небольшая группа кодов: коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема, коды Рида-Соломона, сверточные коды, турбо-коды. Использование одного алгоритма, сочетающего в себе вышеупомянутые свойства позволит в значительной степени повысить эффективность передачи и хранения информации.

Для обеспечения вышеперечисленных требований возможно использование алгоритма Мак-Элис [2], позволяющего повысить как скрытность, так и помехоустойчивость передаваемой информации. Данный алгоритм является криптосистемой с открытым ключом, но его можно отнести к группе алгоритмов, обеспечивающих помехозащищенную передачу информации.

^ Цель работы. Произвести модификацию алгоритма Мак-Элис в интересах повышения скорости и скрытности передачи информации информации.

Алгоритмы кодирования. Алгоритм Мак-Элис, обеспечивающий информационную скрытность передаваемой информации, основан на выборе корректирующего кода, исправляющего определенное количество ошибок, для которого существует эффективный алгоритм декодирования. С помощью закрытого ключа этот код «маскируется» под линейный код, декодирование которого не имеет эффективного решения [2].

Рассмотрим некоторые модификации алгоритма Мак-Элис, позволяющие повысить скрытность, помехоустойчивость и скорость передачи.

В [3] приведен способ повышения скрытности и скорости передачи алгоритма Мак-Элис, основанный на формировании вектора ошибки с использованием информационных символов, структурная схема которого представлена на рис. 1.


Рис. 1

Здесь ИИ – источник информации, ЛК – линейный кодер, ЛДК – линейный декодер.

Предположим, что входная информация х состоит из двух частей ха и xb, тогда кодовое слово можно записать как [3] , (1), где . Функция g выполняет преобразование информационной части xb в вектор ошибок е, который имеет длину n и вес t. Функция h преобразует вектор ошибок е в вектор, имеющий длину k, при этом длина s последовательности xb должна удовлетворять следующему выражению [3]: . (2)

Декодирование происходит по алгоритму (1) и (2). В результате чего, получаем и вычисляем вектор ошибок по формуле [3]: . (3)

Далее исходный открытый текст преобразуем следующим образом [3]: , (4),

, (5), где g-1 - обратная функция g.

При использовании данного алгоритма затруднено обнаружение информации передаваемой в векторе е, что обеспечивает защиту от попыток раскрытия алгоритма шифрования путем повторной передачи ранее переданного сообщения.

Скорость передаваемой информации, благодаря добавлению информации в вектор ошибок, значительно повышается (с 0,5 до 0,79 при использовании кода Гоппы (1024, 524, 50)) [3].

^ Алгоритм на основе использования параллельного кода. На рис. 2 предложена структурная схема данного алгоритма, содержащая две ветви. Структура каждой ветви аналогична исходному алгоритму с закрытыми - (S1,G1,P1), (S2, G2, P2) и открытыми ключами (t1, Gp1 = S1G1P1), (t2, Gp2= S2G2P2), здесь ЛК1 – линейный кодер с длиной кодового слова , ЛК2 – линейный кодер с длиной кодового слова , ФКО – формирователь коэффициента объединения, ГО – группообразование. Информация на выходе источника состоит из двух частей. Входная информация для каждой ветви представляется строками матриц и . Кодирование в каждой ветви выполняет по строкам матриц X1 и X2. Блоки М1 и М2 объединяют кодовые слова, поступающие из соответствующей ветви, в последовательность длиной n1n2, в чем и состоит особенность данного алгоритма. Выходная последовательность кодера имеет длину 2n1n2. Декодирование основано на разделении кодовой последовательности на две подпоследовательности длиной n1n2, декодирование которых осуществляется на основе исходного алгоритма.


Рис. 2

Как можно показать из анализа алгоритма (рис. 2), объединение двух кодовых последовательностей значительно повышает скрытность передаваемой информации. При таком объединении криптостойкость повышается на по сравнению с исходным алгоритмом представленным в [2]. Например, при использовании в данном алгоритме двух кодов с длиной кодового слова выигрыш составит порядка .

Помехоустойчивость и скорость передачи информации этого алгоритма аналогичны алгоритму Мак-Элис, представленному в [2] при значительном увеличении скрытности.

^ Алгоритм на основе произведения кодов. Принцип работы такого алгоритма (рис. 3) отличается от алгоритма [3] тем, что вместо простого линейного кода используется произведение кодов (рис. 3, где ВК – внешний кодер, П - перемежитель, ВнК - внутренний кодер, ДВнК – декодер внутреннего кода, ДП – деперемежитель, ДВК – декодер внешнего кода). Вектор ошибок также содержит часть входной информации. При кодировании необходимо использовать функции g и h, чтобы создать и изменять вектор ошибок. Кодирование и декодирование, при использовании данного способа повышения эффективности системы кодирования, осуществляется аналогично исходному алгоритму Мак-Элис. При этом открытый ключ вычисляется по следующей формуле , где ; ^ G1 – порождающая матрица внешнего кода; G2 - порождающая матрица внутреннего кода; P1 – матрица перемежителя. Закрытым ключом является сочетание пяти матриц (S, G1, P1, G2, P2).

Криптостойкость kc алгоритма Мак-Элис вычисляется по формуле [3] (6)

Исправляющая способность произведения кодов вычисляемая по следующей формуле , (7)

где d1 – минимальное кодовое расстояние внешнего кода; d2 – минимальное кодовое расстояние внутреннего кода, показывает, что исправляющая способность алгоритма, представленного на рис. 3, значительно повышается по сравнению с алгоритмом на основе простых линейных кодов. Использование произведения кодов в алгоритме Мак–Элис обеспечивает не только увеличение скрытности и скорости передачи, но и помехоустойчивости системы передачи информации.



Рис. 3

Выводы. Таким образом приведены модификации алгоритма Мак-Элис, позволяющие увеличить криптостойкость, помехоустойчивость и скорость передачи.

Литература

  1. Осмоловский С.А.. Стохастические коды, исправляющие ошибки с гарантированной точностью. // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. М.: АО “ЭКОС”. 2001. - № 2, 3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.stokos.ru/stat5.htm

  2. Алферов А.П. Основы криптографии. М.: Гелиос АРВ, 2001. С. 321-323.

  3. Hung Min Sun. Enhancing the security of the McEliece Public-key Cryptosystem.Journal of information science and engineering 16. 2000. C 799-812.


^ THE METHODS INCREASING NOISEIMUNITY OF MC-ELIECE INFORMATION CODING ALGORITHM
Kirillov S., Krysyaev D.

Ryazan State Radio engineering university
Protection of information is understood task to counteract all possible type of the influence to information such as natural hindrances and intentional distortion in channel relationship, unauthorized access to information, attempts false information and others. For this purpose at transmissions of information use the algorithms of the error-correcting coding and cryptosystems [1]. Use of one algorithm, combining in itself functions this algorithm will allow to a considerable extent to simplify the process of the transmission and keeping to information.

In condition high noise under given information secretiveness and noise-immunity big importance gains the factor of the provision given send rate to information. The Information secretiveness is defined by ability to withstand the measure, directed on opening the contents to sent information. As quantitative measure to information secretiveness take probability of the opening the sense to sented information provided that signal is discovered and determined its parameters. As criterion to noise-immunity emerges the factor system error transmissions under determined attitude signal-noise. For increasing of the secretivenesses to sent information is often used algorithm Mc-Eliece [2], allowing provide both secretiveness, and noise-immunity to sent information. They are offered methods of increasing to efficiency of the system of the coding Mc-Eliece on base of the use the multifunction coding. Using the parallel code allows to raise the secretiveness, but using the making the codes in algorithm Poppy-Elis, except increase the secretivenesses and noise-immunity, allows to raise the velocity to sent information on attitude with source algorithm on base of the simple linear codes.

The results of simulation modeling show that when shaping the vector error with use information symbol vastly increases the velocity to sent information, but at association of the code sequences is reached high cryptographic stability under the same noise-immunity. Besides, advantage exists when use the making the codes in secretivenesses and noise-immunity of the algorithm Mc-Eliece. So, using in algorithm of the making the codes enlarges the secretiveness to sent information more then in to source algorithm on base of the code Goppa. The Accompaniment to information in vector error raises the velocity to information before 60 % in contrast with source scheme. In the event of using the making the codes possible to get the significant advantage in secretivenesses, noise-immunity and velocities to sent information. In particular, use the making the codes with external code Hemming (15, 11) and internal BCH (1024, 728) has raised the correcting ability of the linear code on 41 bits.

Literature

1. Osmolovskiy S.A.. The Stochastic codes, correcting errors with guaranteed by tochnostiyu. // Systems and means of communication, televisions and broadcastings. M.: JC "EKOS". 2001. - 2, 3.

  1. Alferov A.P. The Bases to cryptographies. M.: Gelios ARV, 2001. S. 321-323.


^ ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ДОПЛЕРОВСКОГО ДВУХФАЗНОГО РАСХОДОМЕРА


Косарев В.И., Добрынин В.В., Данилушкин В.В., Качалов О.Б., Ямпурин Н.П.
Россия, г. Арзамас, ОАО Арзамасский приборостроительный завод

Россия, г. Арзамас, Арзамасский политехнический институт (филиал НГТУ)
Аннотация: Рассмотрена задача обработка сигналов доплеровского двухфазного расходомера. Предложены методы спектрального анализа доплеровских сигналов. Выбранные алгоритмы позволяют произвести измерение расходов жидкой и газообразной фаз без их сепарации. Полученные алгоритмы были реализованы с применением современной элементной базы.
Система измерения параметров нефте-водо-газовой смеси «Ультрафлоу» (в дальнейшем - система) предназначена для непрерывного и одновременного контроля расхода продуктов нефтяной скважины (нефти, воды, газа) с различной структурой многофазного потока и режимами его течения без предварительного сепарирования с измерением котролируемых первичных параметров потока в реальном режиме времени с накоплением и сохранением их в памяти контроллера, передачей полученной информации по запросу на внешнюю ЭВМ для вычисления и регистрации объемов отдельных компонентов нефте-водо-газовой смеси. Система «Ультрафлоу» введена в реестр средств измерений и выпускается серийно (подробности смотри www.oaoapz.com). В настоящее время идут работы по повышению точности системы.

^ Постановка проблемы, формулировка задачи

С «Ультрафлоу» снимались сигналы при различных расходах жидкости и газа, на центральном и периферийных каналах. Дальнейшая работа состояла в обработке этих сигналов, с целью нахождение «нужного» алгоритма, который бы определял расход жидкости и газа без сепарации жидкостной и газовой фазы.

Задача усложняется тем, что двухфазный поток имеет сложную структуру. В зависимости от соотношения расходов отдельных фаз наблюдается либо пузырьковый, либо снарядный режим течения. При этом в отдельные моменты времени поток жидкости меняет направление на противоположное. Сложная структура потока приводит к большому разбросу скоростей отдельных составляющих, поэтому необходимо работать при большом диапазоне доплеровских частот: от 50Гц до 200кГц.

Вышеуказанные проблемы решаются путём использования цифрового спектрального анализа первичных сигналов. Применяемое в задаче устройство формирования первичных сигналов состоит из: усилителя с центральной частотой 10МГц; интегрального аналого-цифрового преобразователя, цифрового преобразователя частоты; цифрового сигнального процессора; микроконтроллера общего назначения.

Функциональная схема устройства обработки сигналов приведена на рис.1

Рис. 1 Схема устройства ЦОС

Использование цифрового преобразователя частоты позволяет получить преобразование частоты сигнала с 10 МГц на низкую частоту. Сдвоенный выход, cин-фазный сигнал и квадратурный, образует полный комплексный сигнал(действительную и мнимую составляющую). Перед преобразователем стоит 12-ти разрядное АЦП частотой 80МГц. Несмотря на низкую разрядность АЦП, удалось получить динамический диапазон 90дБ.

Основные алгоритмы цифровой обработки реализованы в цифровом сигнальном процессоре высокой производительности.

Имеется противоречивые требования к выбору частоты дискретизации и порядка БПФ. Эти противоречия разрешены обработкой с различной частотой дискретизации. Сначала рассчитываются спектры для сигнала, снятого с частотой дискретизации 500кГц. После полосового фильтра производится децимация на 2 и так далее 8 раз. Это позволило обрабатывать частоты в диапазоне 30Гц… 200кГц. Два из полученных спектров приведены на рис.2,3

Благодаря спектральному анализу полного комплексного сигнала появилась возможность различать направление движения среды. Спектр сигналов, полученных от рассеивателей, движущихся навстречу датчику, имеет положительную частоту, а движущихся от датчика – отрицательную.

Микроконтроллер общего назначения служит для разгрузки сигнального процессора от задач, не требующих больших скоростей вычислений, а также для начальной загрузки программ в сигнальный процессор.

Результаты обработки приведены на рис.4



Рис.2 Спектр сигнала при расходе жидкости 400в сутки и расходе газа 100,

Спектры вычислены без децимации.



Рис.3 Спектр сигнала при расходе жидкости 400в сутки и расходе газа 100,

Спектры вычислены с децимацией в 2 раза.



Рис.4

Из рис.4 видно, что по мере увеличения расходов газа и жидкости увеличивается и средняя частота спектра. Используя эти данные производим, измерение расходов жидкой и газообразной фаз без их сепарации.

Литература:

1. Дробков В.П., Мельников В.И., Контелев В.В. Акустические методы диагностики газо-жидкостных потоков.- М.: Энергоатомиздат, 2006г.

2. Дьяконов В., Абраменкова И. Matlab. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. – Спб.: Питер, 2002. – 608 с.

3. C.Л. Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 584с.

4. Цифровая обработка сигналов/А.Б.Сергиенко – Спб.: Питер, 2002.- 608с.

5. Полянин Л.Н. Вопросы теплофизики водоохлаждаемых энергоустановок.- М.:Энергоатомиздат, 1994 – 144с.

6. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1987.- 184с.

7. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп.- Л.: Машиностроение. Ленингр. Отделение, 1989.-701с.

8. Пат.№ 2250 438 Устройство измерения параметров текучих сред в трубе и способ его осуществления // Гислинг Д.Л., Керси Э.Д., Падвано Д.Д.- 2005. 20.04







Цифровая обработка сигналов и ее применение

Digital signal processing and its applications

Похожие:

Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconОбработка и передача измерительной информации
Организация процесса обработки телеметрической информации с использованием технологии семантических веб служб
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconОбработка и передача измерительной информации повышение достоверности...
Повышение достоверности косвенных измерений на основе прикладного функционального моделирования
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconОбработка и передача измерительной информации
Анализ модифицированного многокритериального метода в условиях ограниченного объёма измерений
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconВопросы для 9 класса
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconТеоретические вопросы по информатике
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис icon1. Информационные технологии. Структура информационного процесса....
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconБилеты по информатике за курс основной школы
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные...
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconОценка качества измерительной информации с использованием методов...
Мой информации, предназначенной как для контроля и управления системами, так и являющейся результатом научных экспериментов, наметил...
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconОбработка и передача измерительной информации Калибровка дискриминатора...
В работе предлагается метод оценки погрешности установки уровня дискриминации входного сигнала
Обработка и передача измерительной информации повышение помехозащищенности передаваемой информации на основе алгоритма мак-элис iconГосударственное образовательное учреждение
Понятие информации. Виды информации. Роль информации в жи­вой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информа­ции:...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница