_
Рис. 4. Структурна схема кодуючого пристрою
Кодуючий пристрій містить регістр даних, суматор, постійний запам'ятовуючий пристрій – ПЗП, пристрій порівняння, КА, передавач.
Значення унімодальної функції записуються в ПЗП. При цьому записується тільки стандартна функція (функція, що має екстремум у нульовій точці); значення точок екстремуму ототожнюються з адресами ПЗП. Кількість символів вхідного алфавіту дорівнює 64, амплітуда віртуальної послідовності – не більш ніж 64, у цьому випадку використано ПЗП з параметрами 512*8. Тоді вихідному інтервалові невизначеності _ будуть відповідати адреси ЗУ, починаючи з 257 і кінчаючи 384. У двох сусідніх ячейках ЗУ, починаючи з 257, 258 і т.д. буде записане те ж саме значення унімодальної функції. Цей прийом дозволяє виключити додаткові стани КА.
Нехай координата точки екстремуму дорівнює _ . Тоді для одержання унімодальної функції, координата точки екстремуму якої дорівнює _ , необхідно інформацію з ПЗУ перезаписати в ОЗУ за таким правилом: інформацію з ячейки ПЗУ _ записати в ячейку ОЗУ за адресою _. Оскільки аргумент унімодальної функції є адитивна суміш координати точки екстремуму й амплітуди імпульсу віртуальної завади, то запис із ПЗУ в ОЗУ здійснюється декілька в іншій формі: інформація з ячейки ПЗУ А1 записується в ячейку ОЗУ за адресою _, де _– амплітуда імпульсу віртуальної перешкоди.
Після того, як функція сформована, виконують послідовне зчитування інформації з ячейок:
_
Потім, як уже відомо, пристроєм порівняння формується один із сигналів "0", "1", "2", що надходять на входи КА і передавач. Кінцевий автомат переходить в інший стан. У подальшому кодуючий пристрій функціонує аналогічним образом. Декодувальний пристрій містить приймач і кінцевий автомат, які з'єднані послідовно.
Таким чином, можливість практичного використання методу захисту інформації кінцевих автоматів з псевдовипадковими переходами підтверджено дією розробленого кодуючого пристрою на основі завадостійких до віртуальних послідовностей алгоритмів пошуку.
У роботі наведено метод кодування десяткових чисел на основі отриманих рядів цілих позитивних чисел, що є оцінкою алгоритму пошуку. Завадостійкий алгоритм характеризується деякою функцією, що показує, на скільки рівних частин розбивається вихідний інтервал невизначеності за _ кроків. Така функція дозволила створити нові зображення десяткових чисел, вагою розряду в яких є значення функції для конкретного її аргументу _. Для деяких розглянутих випадків значення функції наведено у табл. 2.
Таблиця 2
Ряди цілих позитивних чисел
Ці зображення є надлишковими (для кожного десяткового числа існує дві підмножини кодових комбінацій, що містять парну і непарну кількість одиниць). Зазначена їхня властивість дозволяє не тільки захищати інформацію в дискретному каналі, але й виявляти збої при її передачі.
Метод кодування десяткових чисел на основі отриманих чисельних рядів котрі є оцінкою завадостійких алгоритмів пошуку впроваджено при виконанні держбюджетних НДР зі створення нових методів захисту інформації при її збереженні і передачі.
У цьому ж розділі дана оцінка ступеня захищеності інформації при її передачі. Показано, що якщо по дискретному каналі передається 64 цифри восьмеричної системи, то невизначеність (кількість варіантів перебору) складе _.
Результати роботи з розробки структури датчиків віртуальних послідовностей; алгоритмічні основи синтезу завадостійких до нерегулярних і регулярних, симетричних і несиметричних послідовностей; алгоритми пошуку точки екстремуму унімодальної функції, структура КА з псевдовипадковими переходами використовуються у навчальному процесі і розглядаються як окремі розділи лекційного курсу "КА с псевдослучайными переходами" для студентів спеціальності "Комп’ютерні системи та мережі", що читається студентам ХНУРЄ.
З використанням отриманих завадостійких алгоритмів було розроблено пристрій керування вихідними потужними електронними ключами з застосуванням псевдовипадкових імпульсів з заданими параметрами. Це дає змогу уникнути великих імпульсних низькочастотних навантажень на електрогенератор у разі, якщо потужність споживачів електроенергії сумірна з потужністю турбогенераторної установки. Саме у такому режимі працюють автономні джерелах електрозабезпечення газорозподільних станцій. Пристрій впроваджено у розробці НПФ „Газінжінірінг-сервіс”.
В дисертаційній роботі не розглядаються питання автоматизації проектування систем подібного класу.
У додатках приведена схема алгоритму, що формує симетричну і несиметричну віртуальну послідовність, текст програмної реалізації датчиків віртуальних послідовностей, а також документи про впровадження.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі приведено результати, котрі у відповідності з метою дослідження в сукупності вирішують актуальну наукову задачу – створення нових методів захисту інформації на базі розроблених методів логічного синтезу кінцевих автоматів із псевдовипадковими переходами з одного стану в інше. Такі кінцеві автомати можуть бути застосовані у аналого-цифрових перетворювачах, при завадостійкому пошуку даних, при завадостійкому пошуку несправного елемента, при завадостійких запитальниках, в теорії кодування при пошуку точки екстремуму унімодальної функцій.
Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи такі.
1. Проаналізовано існуючи методи захисту інформації, та виявлено, що одним з рішень задач збільшення невизначеності є використання нерівнозначного кодування. Для реалізації цього принципу запропоновано застосування датчиків віртуальних послідовностей і завадостійких до них алгоритмів пошуку точки екстремуму унімодальної функції.
2. Створено алгоритмічні основи синтезу КА з псевдовипадковими переходами на базі завадостійких до регулярних несиметричних і симетричних віртуальних послідовностей алгоритмів одномірного пошуку точки екстремуму унімодальної функції. Одержано співвідношення для розв'язуючої функції (правила виділення нового інтервалу невизначеності) і стратегії пошуку (розподіл точок експерименту в ізнов виділеному інтервалі невизначеності) завадостійких алгоритмів пошуку точки екстремуму унімодальної функції та схеми їх побудови. Це дало змогу організувати псевдовипадковий вибір підстановок символів вхідного алфавіту, які являють собою нерівнозначні префіксні коди [7].
3. Створено алгоритмічні основи синтезу КА з псевдовипадковими переходами на базі завадостійких до нерегулярних (тривалість збурювання є випадкова величина) несиметричних і симетричних віртуальних послідовностей алгоритмів одномірного пошуку точки екстремуму унімодальної функції. Одержано співвідношення для розв'язуючої функції і стратегії пошуку завадостійких до несиметричних і симетричних нерегулярних віртуальних послідовностей алгоритмів пошуку точки екстремуму унімодальної функції, що описують функціонування кінцевих автоматів із псевдовипадковими переходами, і які є генераторами псевдовипадкових підстановок символів вхідного алфавіту [3, 6].
4. Розроблено методи побудови надлишкових уявлень десятинних чисел на основі отриманих числових рядів. Ці методи характеризуються тим, що для одного і того ж символу вхідного алфавіту існує множина підстановок різної довжини, а їх вибір здійснюється псевдовипадковим чином. Здобуто оцінки ефективності алгоритмів пошуку у вигляді рядів цілих позитивних чисел дозволили створити надлишкові уявлення чисел і сумістити захист інформації від дії завад у каналі та від несанкціонованого доступу [4, 6].
5. Розроблено структурні схеми нових датчиків віртуальних послідовностей для організації псевдовипадкових переходів КА. Створено структурні схеми КА, кодуючих і декодуючих пристроїв для каналу передачі інформації на основі завадостійких до віртуальних послідовностей алгоритмів пошуку [1], [2].
6. Проведено оцінку ступеня захищеності інформації при її передачі. При цьому ураховувалися алгоритм функціонування КА, конкретна унімодальна функція однієї змінної, тип віртуальної послідовності та її параметри. Показано, що якщо по дискретному каналі передається 64 цифри восьмеричної системи, то невизначеність (кількість варіантів перебору) складе _ [5].
7. Розроблено пристрій керування вихідними потужними електронними ключами за рахунок псевдовипадкових імпульсів з заданими параметрами на основі завадостійких алгоритмів, що отримані у дисертаційній роботі. Використання таких пристроїв у автономних джерелах електрозабезпечення газорозподільних станцій, які розроблено у НПФ „Газінжінірінг-сервіс”, дозволяє уникнути імпульсних низькочастотних навантажень на електрогенератор.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ
ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Алипов Н.В., Алипов И.Н., Булах Е.В., Охапкин А.А., Ребезюк Л.Н. Датчики виртуальных помех, используемые для организации функционирования дискретных автоматов в системах защиты информации / Сб. "Радиотехника". Вып. 107, 1999 . С. 33-99.
2. Алипов И.Н., Булах Е.В., Ребезюк Л.Н. Структура дискретных автоматов с псевдослучайными переходами и методы защиты информации на их основе // Радиоэлектроника и информатика. 1999. № 4, С. 59-60.
3. Алипов Н.В., Булах Е.В. Синтез помехоустойчивых к нерегулярным возмущениям алгоритмов поиска точки экстремума унимодальной функции // Радиоэлектроника и информатика. 1999. № 3, С. 66-68.
4. Булах Е.В. Примеры построения алгоритмов функционирования дискретных автоматов с псевдослучайными переходами // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. 2001. № 115, С. 82-87.
5. Булах Е.В. Методы защиты информации на основе деревообразных автоматов / Зб. наукових праць за матеріалами 3-го міжнародного молодіжного форуму "Радіоелектроніка i молодь у XXI ст.", ч. 2 – Харків: ХТУРЕ, 1999. С. 453-456.
6. Алипов Н.В., Булах Е.В. Алгоритм поиска точки экстремума унимодальной функции при воздействии на нее несимметричных нерегулярных виртуальных последовательностей // Сб. научных трудов по материалам 6-й международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", – Харьков: ХТУРЭ, 2000. С. 591-592.
7. Алипов Н.В., Булах Е.В. Помехоустойчивые к несимметричным регулярным последовательностям алгоритмы поиска точки экстремума унимодальной функции // Сб. научных трудов по материалам 6-й международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", – Харьков: ХТУРЭ, 2000. С. 593-595.
АНОТАЦІЯ
Булах Е.В. Кінцеві автомати з псевдовипадковими переходами і методи захисту інформації на їх основі – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.13 – обчислювальні машини, системи і мережі. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.
Дисертація присвячена розробці алгоритмів функціонування кінцевих автоматів із псевдовипадковими переходами із одного стану в інший, які є завадостійкими до віртуальних послідовностей, і здійснюють одномірний пошук точки екстремуму унімодальної функції. Такі кінцеві автомати є генераторами шифру заміни (підстановки) для символів вхідного алфавіту. Підстановки, що формуються таким автоматом, дозволили для одного й того ж самого символу генерувати множину підстановок різної довжини (генеруються префіксні коди). Вибір підстановок для того ж самого символу вхідного алфавіту здійснюється псевдовипадковим чином. Різноманіття алгоритмів функціонування кінцевих автоматів із псевдовипадковими переходами, які є завадостійкими до віртуальних послідовностей, і використання запропонованих кодів значно ускладнює процес розкриття шифротекста.
Результати роботи використано при виконанні держбюджетних НДР по створенню нових методів захисту інформації при її збереженні і передачі (д/б 190232 "Розробка теорії і методів захисту інформації при її передачі і збереженні", д\б 190 (520-7) "Система захисту інформації при її передачі в інтелектуальних середовищах"), а також використовуються в навчальному процесі при виконанні лабораторних робіт і дипломному проектуванні у Харківському національному університеті радіоелектроніки.
Ключові слова: кінцевий автомат, завадостійкий алгоритм пошуку, віртуальна послідовність, довжина пошуку, кількість точок експерименту, розв'язуюча функція, стратегія пошуку, алгоритми придушення віртуальної послідовності, принцип "перетинання", принцип "повторних порівнянь", унімодальна функція, логічний синтез кінцевого автомата.
АННОТАЦИЯ
Булах Е.В. Конечные автоматы с псевдослучайными переходами и методы защиты информации на их основе. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.13 – вычислительные машины, системы и сети. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.
Диссертация посвящена разработке алгоритмов функционирования конечных автоматов с псевдослучайными переходами из одного состояния в другое, помехоустойчивых к виртуальным последовательностям и осуществляющих одномерный поиск точки экстремума унимодальной функции. Такие конечные автоматы являются генераторами шифра замены (подстановки) для символов входного алфавита. Показано, что для реализации идеи Вернама необходимо разработать основы алгоритмического (логического) синтеза конечных автоматов помехоустойчивых к виртуальным последовательностям, выполнить структурный синтез таких автоматов.
Структура подобного автомата включает следующие совокупности: сумматор, датчик виртуальной последовательности и конечный автомат реализующий помехоустойчивый алгоритм поиска, такие автоматы характеризуются тем, что имеют одно начальное и N конечных состояний (N – количество символов входного алфавита). Переход автомата из начального в одно и тоже конечное состояние осуществляется различными маршрутами. Каждому маршруту соответствует определенная совокупность выходных сигналов конечного автомата, которая является шифром замены. Выбор определенного маршрута зависит в конкретной момент времени от параметров виртуальной последовательности. В конкретный момент времени эти параметры могут быть случайными и неслучайными величинами, поэтому шифры замены формируются псевдослучайным образом и представляют собой префиксные (неравнозначные) коды. Для раскрытия такого шифротекста необходимо знать вид унимодальной функции, помехоустойчивый алгоритм поиска, параметры виртуальной последовательности (максимальная амплитуда импульса, максимальная длительность импульса, минимальный временной интервалом между двумя соседними импульсами). Многообразие алгоритмов функционирования конечных автоматов с псевдослучайными переходами, алгоритмов поиска, виртуальных последовательностей и использование предложенных кодов значительно усложняет процесс вскрытия шифротекста.
В диссертационной работе получены соотношения для решающей функции и стратегии поиска помехоустойчивых к несимметричным и симметричным регулярным виртуальным последовательностям алгоритмов поиска точки экстремума унимодальной функции, на основе которых синтезированы оригинальные алгоритмы поиска.
Получены соотношения для решающей функции и стратегии поиска помехоустойчивых к несимметричным и симметричным нерегулярным виртуальным последовательностям алгоритмов поиска точки экстремума унимодальной функции, которые описывают функционирование конечных автоматов с псевдослучайными переходами из одного состояния в другое, являющихся генераторами псевдослучайных подстановок символов входного алфавита.
Разработаны конкретные помехоустойчивые к виртуальным регулярным симметричным, несимметричным и виртуальным нерегулярным симметричным и несимметричным последовательностям алгоритмы одномерного поиска.
Получены структурные схемы конечных автоматов с псевдослучайными переходами из одного состояния в другое.
Созданы избыточные представления десятичных чисел, на основе которых синтезированы методы защиты информации от несанкционированного доступа и сбоев в канале передачи информации.
Построены методы защиты информации на основе конечных автоматов с псевдослучайными переходами из одного состояния в другое.
Ключевые слова: конечный автомат, помехоустойчивый алгоритм поиска, виртуальная последовательность, длина поиска, количество точек эксперимента, решающая функция, стратегия поиска, алгоритмы подавления виртуальной последовательности, принцип "пересечения", принцип "повторных сравнений", унимодальная функция, логический синтез конечного автомата.
ABSTRACT
Bulakh E.V. State machine with pseudo-casual transitions and methods of information security on their basis. – Manuscript. Thesis for a candidate of technical science degree in the speciality 05.13.13 – computers, systems, and networks. Kharkiv National University of Radio Electronics, 2004.
The thesis is devoted to the development of algorithms of functioning state machine with pseudo-casual transitions from one state into another one rehash are interference immune to virtual sequences and perform an interference resistant one dimensional search for a point of extremum of a unimodal functional. Such state machine are generators of code substitution for symbols of input alphabet. Substitutions that are formed by such an automaton allowed to generate a set of substitutions of various length (prefix codes are generated) for the same symbol. Selecting the substitutions for the same symbols of the input alphabet is realized in a pseudo-casual manner. A variety of algorithms of functioning the state machine with pseudo-casual transitions, search algorithms, virtual sequences and use of the codes suggested. Considerably complicates the process of disclosing a cipher text.
Key words: state machine, interference-immune search algorithms, virtual sequence, search length, number of points of an experiment, decision function, search strategy, algorithms of suppressing a virtual sequence "intersection" principle, principle of repeated comparisons", unimodal function, logical synthesis of state machine.
Відповідальний за випуск Руденко О.Г.
Підписано до друку 27.01.2004р. Формат 60x84 1/16
Наклад 100 прим. Умов. друк. арк. 1,1. Облік.-вид. арк. 1,0.
Друк на різографі. Ціна договірна. Зам. № б/н.
ПП Степанов В.В. м. Харків, вул. Ак. Павлова, 311
| 
