автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка методики автоматизированного проектирования каналов передачи защищенных сообщений в беспроводных соединениях мобильных устройств

На правах рукописи

БЕЛОМОЙЦЕВ ДМИТРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ЗАЩИЩЕННЫХ СООБЩЕНИЙ В БЕСПРОВОДНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ МОБИЛЬНЫХ

УСТРОЙСТВ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

з т 2009

Москва - 2009

003487028

Работа выполнена на кафедре систем автоматизированного проектирования Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э.Баумана.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Норенков И.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Буланова Т.А.

кандидат технических наук, доцент Филиппов М.В.

Ведущая организация:

Общество с ограниченной ответственностью «Центр исследований экстремальных ситуаций»

Защита диссертации состоится « 17 » декабря 2009 года в 1430 на заседании диссертационного совета Д 212.141.10 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им.Н.Э.Баумана. Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим выслать по указанному адресу.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, к.т.н., доцент

С.Р. Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проектирование большинства сложных технических систем и устройств основано на блочно-иерархическом подходе, предполагающем расчленение моделей и процедур проектирования на иерархические уровни с поблочной разработкой составных частей на каждом из уровней. Известным недостатком поблочного проектирования является синтез параметров очередного блока при фиксированных значениях параметров остальных блоков системы, что ведет к необходимости завышенного числа итераций и, следовательно, к росту сроков и затрат на проектирование. Поэтому разработка методик проектирования систем иерархической структуры, позволяющих выполнять совместный синтез структуры и параметров подсистем, является весьма актуальной проблемой.

К числу систем иерархической структуры относятся многие вычислительные и связные системы, в частности, системы мобильной связи. Потребность современного общества в обмене информацией между различными видами вычислительной техники достаточно высока. Способность технического обеспечения различных сфер деятельности человека выполнять поставленные задачи и при этом не быть жестко привязанным к своему местоположению (мобильность) становится определяющей. Для успешного выполнения задач мобильным электронным устройствам необходимо взаимодействовать друг с другом, в том числе обмениваться данными. Как показывает проведенный в работе анализ имеющихся решений, задачи локального соединения могут быть обеспечены применением технологий по стандартам IEEE 802.11 и 802.15. Однако описываемые в этих стандартах методики проектирования рассчитаны на фиксированный состав требований и потому не обеспечивают должной гибкости при необходимости адаптировать каналы передачи сообщений к конкретным условиям.

Наиболее сложной для формализации является задача структурного' синтеза проектных решений. Известные прецеденты их постановки и решения 6 ' системах автоматизированного проектирования относятся к отдельным частным случаям и не устраняют недостатки поблочного проектирования.

Вопросы автоматизированного блочно-иерархического проектирования сложных систем разрабатывались многими учеными в различных приложениях, например, в области радиоэлектроники известны труды Баталова Б.В., Бусленко Н.П., Иловайского И.В., Сигорского ВЛ„ Топоркова В.В., Calahan D., Rohrer R., Zwicky F. и др.

В работах ряда авторов, например, Батищева Д.И., Курейчика В.М., Норенкова И.П., Baker J., De Jong, Eiben A. Goldberg D., Spears W., обращается внимание на перспективность решения проблемы структурного синтеза иерархических систем на основе эволюционных методов.

В диссертации решается проблема разработки методики автоматизированного проектирования сложных систем с иерархической структурой на примере каналов передачи сообщений в сетях мобильной связи.

Под каналом передачи данных (КПД) в диссертации принято понимать часть коммуникационной сети, состоящую из технических средств передачи и

приема данных, включая линию связи, а также из средств алгоритмического обеспечения и протоколов взаимодействия, предназначенную для трансляции определяемого передаваемыми данными набора сигналов между пользователями канала. В модели канала отражается влияние внутренних шумов системы на узлы передатчика и приемника, а также приложение внешних шумов в виде атак активного и пассивного типов.

Существующие методики проектирования КПД не обеспечивают необходимую гибкость для оперативного реагирования на возникающие факторы воздействия на сообщения в каналах при их эксплуатации. При возникновении факторов, непредусмотренных существующими методиками проектирования, практически невозможно внести изменения в работу канала для устранения последствий внешнего воздействия. Оперативное «перепроектирование» канала и изменение параметров преобразования сообщений невозможны вследствие жесткого ограничения методик проектирования с учетом требований стандартов. Существует необходимость в разработке методики проектирования каналов, которая бы позволяла учитывать динамически изменяющиеся условия передачи во внешней по отношению к сообщениям в канале среде. Тем самым будет достигнута несвойственная существующим методикам проектирования гибкость в вопросах учета новых внешних факторов воздействия на сообщения в каналах.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка методики автоматизированного проектирования систем с иерархической структурой на примере каналов передачи защищенных сообщений в беспроводных соединениях мобильных устройств.

В работе показано, что для достижения данной цели необходимо последовательно решить следующие взаимосвязанные задачи:

1. разработка и обоснование методики проектирования систем с иерархической структурой на основе использования блочно-иерархического подхода и генетических методов синтеза;

2. создание математической модели канала передачи защищенных сообщений и способа кодирования проектных решений;

3. разработка метода кодирования сообщений при передаче по каналам беспроводных соединений мобильных устройств;

4. разработка программно-аппаратного комплекса для моделирования канала передачи данных на базе предлагаемой методики проектирования;

5. экспериментальная проверка предложенной методики проектирования каналов передачи данных.

Объекты и предметы исследования

В работе принято, что объектами исследования являются методы, средства и процессы проектирования систем с иерархической структурой.

Исследование проводится на примере каналов передачи защищенных сообщений, разрабатываются методики и алгоритмы выработки проектных решений задачи синтеза каналов беспроводных соединений мобильных устройств.

Научная новизна работы

1. Методика проектирования систем с иерархической структурой на основе генетических алгоритмов поиска оптимального решения;

2. Метод кодирования проектных решений в виде хромосомы с переменной длиной, отражающей неоднородность структур проектируемых объектов;

3. Критерий оптимальности в виде величины предотвращаемого воздействия помех на передачу и прием сообщений в канале;

4. Метод кодирования сообщений для передачи и приема в каналах беспроводных соединений, подверженных внешним помехам;

5. Метод автоматизированной синхронизации генераторов числовых последовательностей при потере их когерентности.

Практическая значимость работы

Результаты работы могут, найти применение при проектировании и программно-аппаратной реализации систем с иерархической структурой. Предложенный метод кодирования сообщений может использоваться для обеспечения защиты сообщений в действующих каналах беспроводных локальных соединений мобильных устройств в экстремальных условиях автономной работы.

Реализация результатов работы

Результаты работы в виде программного комплекса проектирования и верификации каналов передачи защищенных сообщений были внедрены в процесс проектирования системы для съема информации в компонентах инфраструктуры аэродромного обеспечения фронтовой авиации, разрабатываемой совместно с ЗАО НПО «ФОМОС» по заказу МО РФ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика проектирования систем с иерархической структурой на основе генетического метода с автоматически настраиваемой структурой хромосомы при модификациях состава подсистем;

2. Метод кодирования проектных решений в виде хромосомы переменной структуры;

3. Критерий максимума предотвращаемого воздействия помех на сообщения в канале, метод кодирования сообщений на числовых последовательностях от когерентных генераторов и метод автоматизированной синхронизации генераторов при потере их когерентности.

Апробация результатов работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:

1. Международная конференция «Образование через науку». Москва, 17-19 мая 2005 г.

2. Всероссийский конкурс инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы». Москва, 12-15 октября 2006 г.

3. XII Всероссийская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании». Рязань, 19-21 апреля 2007 г.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7

печатных работах [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Из них в рекомендованных ВАК изданиях

- 1 [6].

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и акта о внедрении результатов работы, списка использованных источников. Объем диссертации 163 страницы, включает 62 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 104 наименований. В приложение вынесены акты об использовании и внедрении результатов диссертационной работы.

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая значимость работы.

, , В первой главе рассмотрены основы блочно-иерархического подхода к анализу структуры сложных объектов на примере КПД. Проведен анализ преимуществ и недостатков основных методик проектирования каналов беспроводных соединений. Выделены общие принципы синтеза оконечного оборудования КПД.

Анализ состояния проблемы показал, что применяемые в настоящее время методики синтеза каналов передачи защищенных сообщений (по стандартам IEEE 802.11 и 802.15) не обладают необходимой гибкостью при возникновении новых факторов воздействия в силу невысокой мощности рассматриваемых множеств альтернативных вариантов. Методики

проектирования по данным стандартам допускают изменение параметров каналов в узком диапазоне. Количество варьируемых параметров' также невелико. Исследование круга потенциальных факторов воздействия показывает, что параметры канала, которые допускают варьировать существующие методики, могут использоваться для предотвращения воздействия лишь ограниченного количества факторов. В частности, известные методики не обеспечивают возможности синтеза каналов, устойчивых к-' возникновению активных шумов и атак с заданными параметрами. В работе поставлена задача создать методику проектирования, которая бы позволяла расширять множество альтернатив за счет добавления новых элементов, учитывающих воздействие новых внешних факторов.

На основании проведенного анализа сделан вывод о необходимости разработки новых методик и алгоритмов проектирования сложных иерархических систем типа каналов передачи защищенных сообщений, удовлетворяющих требованиям по устойчивости к атакам и активным помехам.

Во второй главе сформулирована задача разработки метода автоматизированного синтеза структуры и параметров проектируемых систем, являющегося основой методики проектирования систем типа канала передачи защищенных сообщений в беспроводных соединениях мобильных устройств. Проектирование систем с иерархической структурой должно осуществляться пугем определения состава и значений подмножества параметров взаимосвязанных подсистем. Применительно к КПД определению подлежат состав и параметры оконечного оборудования обработки данных, линии связи и алгоритмов подсистем обработки данных.

Задача синтеза формулируется как задача принятия решения, в которой требуется выбрать наиболее подходящий вариант из множества альтернатив А при заданном множестве К критериев, модели Мод и способе П сведения К к скалярному критерию:

ЗПР = {л,К, Мод, П),

Множество альтернатив целесообразно представлять в форме И-ИЛИ графа, в котором учитывается зависимость подсистем различного типа как от общих управляемых параметров, так и от частных, специфичных для конкретных подсистем (см. Рис. 1). Канал (алгоритмическая реализация) представляется в виде совокупности подсистем Б;, ; = ¡Х'*- количество подсистем. Множество управляемых параметров алгоритмической реализации канала состоит из подмножеств типов подсистем и параметров подсистем X = X' и!'. Мощности множеств Х\ХР составляют .-V!,Л'г, соответственно. У /-й подсистемы существует ¿М? альтернативных типов Х*,к = 1,А'Г . Каждому типу XI' соответствует набор из Л'" параметров {а',''}, где у'е{/оЛ} -совокупность индексов элементов (о << ^'',¡7 = 1,Л'','''). Каждый параметр X''-может принимать значение из набора С/, где г = 1,Л'' , Л')'- количество допустимых значений параметрах*.

Различные подсистемы имеют общие параметры, равно как и различные типы одной подсистемы. Поэтому невозможно отдельно вычислить оптимальные значения управляемых параметров для каждой подсистемы в отдельности.

Следует отметить отличия предложенного способа представления множества альтернатив от способов, применяющихся в стандартизованных методиках проектирования:

• для представления применен И-ИЛИ граф,

• обеспечена возможность добавления новых элементов и формирования новых альтернатив за счет расширения И-ИЛИ графа,

• обеспечена возможность учета зависимости различных типов подсистем от общих параметров подсистем.

При введении в рассмотрение новых типов подсистем канала необходимо учесть, что количество альтернативных вариантов может экспоненциально возрастать. Поэтому задача синтеза каналов принадлежит к классу ОТ-сложных. Следовательно, применение метода полного перебора будет невозможно с точки зрения эффективного использования временных ресурсов.

Алгортггшгческое обеспечение ОООД канала

Рис. 1. Схема И-ИЛИ графа множества альтернативных вариантов

В ' соответствии с проведенными в работе исследованиями задача проектирования канала передачи защищенных сообщений формулируется, исходя из следующих положений:

• требуется синтезировать структуру канала из множества альтернативных составных элементов и определить их параметры;

• поскольку существует опасность компрометации сообщения в канале в результате приложения внешних помех и/или активных атак, степень предотвращаемого воздействия со стороны пассивных внешних помех и активных атак должна быть близка к возможному максимуму. Частичная компрометация сообщения свидетельствует о том, что приложенные помехи и/или атаки частично увенчались успехом, а их воздействие не было предотвращено.

Поэтому для задачи синтеза каналов передачи защищенных сообщений индивидуальные выражения для вычисления функций полезности ¡■'¡;[хр) подсистем являются оценками степени предотвращаемого воздействия внешних помех на канал и получаются на основе обобщения экспертных мнений.

Задача проектирования канала формулируется как

X' = arg max F (х)

W , (1)

Dx - {Х | W[x)> Ü,Z{X)= 0} где X - вектор управляемых параметров,

F(X) - функция полезности (целевая функция),

Dx - область определения вектора управляемых переменных,

W(X), Z(X) - ограничения на область определения X.

Для решения задачи (1), прежде всего, нужно определить математическую модель канала передачи сообщений, включающую списки используемых параметров и алгоритмы вычисления функций полезности подсистем Например, для различных типов подсистем

шифрования данных выделены общие управляемые параметры KLmax -максимальная длина ключа, Nß - частота смены ключа, MLmax - максимальная длина сообщения, Njm - частота поступления сообщений. Параметры внешних факторов определяются на основании задания на проектирование:

где Vi - вектор параметров г'-го внешнего фактора,

N'" - количество параметров ¿-го внешнего фактора

В общем случае для альтернативных вариантов подсистем шифрования алгоритм вычисления значения функции полезности представлен на Рис. 2.

Входные данные; X

I

F(x) = о -Выход)

Рис. 2. Схема алгоритма вычисления целевой функции

Наличие специфических для каждого типа подсистемы управляемых параметров приводит к возникновению дополнительных условных блоков в структуре алгоритма вычисления значения функции полезности подсистемы.

Целевая функция F(X) является аддитивной сверткой целевых функций отдельных подсистем.

Аддитивный критерий выбран для преимущественного учета общего эффекта от системы, нежели выделяющегося эффекта от какой-либо одной подсистемы.

Задача (1) для систем иерархической структуры характеризуется рядом особенностей.

Во-первых, среди элементов искомого вектора управляемых переменных присутствуют предметные (лингвистические) переменные. Во-вторых, к ограничениям задачи относится наличие запрещенных комбинаций типов различных подсистем. Кроме того, целевые функции подсистем часто оказываются нелинейными и несенарабельными. В этих условиях большинство известных методов математического программирования

где X

- искомый вектор проектного решения,

- выбранный тип подсистемы в множестве Хт,

- частная функция полезности ¡-й подсистемы типа /,,

- весовой коэффициент/^(Л""),

- целевая функция альтернативы

F!K{XP)

WK

F{X)

оказываются неприменимыми и зачастую применение эволюционных методов и, прежде всего, генетических алгоритмов становится безальтернативным. В-третьих, особенностью задачи является то, что при смене в проектном решении типа какой-либо подсистемы происходит смена не только состава управляемых параметров и их числа, но и алгоритма вычисления целевой функции. Эта особенность обусловливает переменность структуры проектных решений и затрудняет их представление в рамках генетических методов.

В диссертации представлены результаты .разработки генетического метода, учитывающего особенности задачи синтеза структуры иерархических систем. Отличительными чертами разработанного генетического метода являются: «-точечный кроссовер, в котором число разрывов хромосомы п определяется типами рекомбинируемых родительских особей; способ выравнивания длин хромосом; оператор мутации на уровне типов подсистем.

Кодирование проектного решения в виде хромосомы заключается в выделении участка генов, соответствующего общим для подсистем параметрам, и фрагментов, соответствующих специфическим параметрам подсистем. Каждый ¡-й фрагмент включает гены, соответствующие типу X" и вектору управляемых параметров г'-й подсистемы {хр\. Для приведения хромосом к сопоставимости в условиях непостоянства числа значащих генов применен искусственный прием, заключающийся в дополнении числа генов в /м фрагменте до величины т,тах, где rnimm = max N", N? - число параметров в векторе {хр} в случае подсистемы к-го типа (см. Рис. 3, на котором индекс к опущен). При этом позиции разрыва хромосомы в г'-м фрагменте допустимы только в интервале [2, N"] при условии совпадения значений X* в хромосомах обоих родительских особей. При несовпадении этих значений /-е фрагменты родителей без изменений переходят в хромосомы потомков.

... X7' X? X? ... XpJr, 0 0 xn,+,) ...

If"

' ma xNp' 1

Рис. 3. Фрагмент хромосомы

Особенность оператора мутации на уровне типов подсистем заключается в том, что одновременно с заменой значения X" в гене типа подсистемы на

случайное значение ц из {х1'},к = 1,Л',Г, происходит также замена значений генов, соответствующих вектору {хр} (см. Рис. 4). Очевидно, что новый вектор {хр} должен отражать накопленные положительные изменения параметров, происшедшие в процессе эволюции. Для выполнения этого условия ведется

база текущих «наилучших» значений векторов параметров, в которой «наилучшее»: значение соответствует хромосоме с наилучшим значением целевой функции /-7Х), полученным при вхождении в X параметра X£ со значением ц.

ХТ, = ХТ' X,Л X? ... 0 0 хт0~" ...

... хп=хЦ X? * у Я * 0 X

Рис. 4. Фрагменты хромосомы до и после мутации типа

Проведенные серии численных экспериментов подтвердили сравнительно высокую скорость сходимости генетического поиска к окрестностям финального решения с помощью разработанного метода. На Рис. 5 представлена зависимость целевой функции от числа смен поколений в одном из экспериментов. Различные траектории поиска, отличающиеся исходными значениями управляемых параметров, в одном из вариантов решения задачи (1) показали, что стагнация происходит на уровнях Г(Х), различающихся не более чем на 2,1%, что можно считать оценкой точности определения локального экстремума.

поколений

Рис. 5. Диаграмма изменения целевой функции

Важное значение для предотвращения негативного воздействия внешних факторов на сообщения в канале имеет метод кодирования сообщений, В диссертации предложен метод кодирования, основанный на особом способе шифрования сообщения передающей стороной и, соответственно, на расшифровании полученного сообщения принимающей стороной. Согласно предложенной методике, допускаются к применению схемы как с

симметричным, так и с асимметричным шифрованием. Новизна:, метода заключается в способе вероятностного определения ключа расшифрования принимающей стороной. Фактически, при передаче сообщения по каналу имеет место пара ключей. Один ключ используется на передающей стороне для зашифрования, а другой - на принимающей для расшифрования сообщения. Для каждого сообщения данная пара ключей определяется уникальным образом без непосредственного обмена данными между передающей и принимающей сторонами для генерирования ключей. Разработанный метод предлагает новый подход к синхронизации пар ключей между двумя сторонами канала передачи защищенных сообщений на основе оценки показателя автокорреляции псевдослучайных последовательностей.

В определенный момент времени То объекты А и Б инициализируют генераторы псевдослучайных ключевых последовательностей. С использованием специфичных для данных объектов параметров темп работы генераторов синхронизируется, насколько это является возможным. Таким образом, объект Б способен с определенной долей вероятности в момент Т2 указать, какую ключевую псевдослучайную последовательность использовал объект А в момент Т|. Фактически, в данном случае определяется вероятность обнаружения объектом Б ключевой последовательности, на которой объектом А было осуществлено маскирование.

Таким образом, в отличие от известных методик симметричного и асимметричного шифрования, предложенный метод представления сообщений

• не требует изначального жесткого определения пар ключей,

• реализует принцип гибкого подбора масок и маркерных вставок на основе вероятностной характеристики,

• не предполагает использования временных ключей на этапе образования пары устройств,

• обеспечивает приближение к показателю криптостойкости методики «одноразовых блокнотов» благодаря возможности генерировать маски, соразмерные длине сообщения.

Испытания опытного образца относится к одному из заключительных этапов проектирования. Автоматизация этого этапа обычно требует разработки соответствующего стендового оборудования. В третьей главе диссертации приведены результаты разработки стенда и проведенных стендовых испытаний проектных решений задачи синтеза каналов. Предложена и обоснована методика экспериментальных исследований для реализации проектного решения на базе стенда. Создана программная реализация методики оценки качества проектного решения путем его моделирования на аппаратной базе стенда и экспериментального исследования показателей функционирования.

Экспериментальный стенд представляет собой программно-аппаратный комплекс для моделирования проектных решений задачи синтеза каналов передачи защищенных сообщений. Структура стенда включает: • два передающих устройства, формирующих канал,

• ..дополнительные,,передатчики, моделирующие воздействие внешних . ..факторов. ::

Разработка экспериментального стенда и реализация разработанной методики проектирования осуществлена на базе библиотек методов генетических алгоритмов на языках высокого уровня С++ (GAGS, GALib) и Java (GAJIT, GA Playground).

Экспериментальные исследования проводились в рамках ОКР «Концерт» совместно с ЗАО НПО «ФОМОС» по заказу МО РФ. Целью работы было получение надежного средства проектирования и верификации каналов передачи защищенных сообщений. В рамках работы экспериментально исследовалось качество проектных решений, полученных при помощи разработанной методики синтеза.

Принято, что в минимально необходимом составе стенда должны присутствовать передающее и принимающее устройство. Для исследования аспектов воздействия внешних помех и атак на сообщения в канале необходимо предусмотреть наличие в схеме стенда источника данных угроз.

Канат передачи данных образован из модулей оконечного оборудования обработки данных (которые входят в состав передатчика и приемника), а также линиями связи.

В качестве воздействия на процесс передачи сообщений внешних факторов рассматриваются результаты приложения к каналу помех и атак. Принято, что они представляют собой попытки. несанкционированного использования передаваемых данных. Соответственно, санкционированное использование происходит только передатчиком и авторизованным приемником.

В результате исследований в работе был определен перечень помех и атак, влияние которых на сообщения должно быть предотвращено проектируемым каналом. В работе определено, что данный перечень использовался при формировании задания на проектирование и при определении требований, которые предъявляются к проектируемому каналу. В процессе выполнения этапов методики автоматизированного проектирования, требования к каналу применяются для определения значений функций полезности альтернативных вариантов подсистем канала.

На основе анализа экспертных оценок сформирован набор уровней вреда, который могут причинить сообщению в канале помехи и атаки. Состав набора уровней вреда соответствует перечню угроз, который может быть составлен на этапе предпроектных исследований. В работе показано, что вследствие различий подходов к проведению атак и помех могут будут отличаться и уровни вреда от них для сообщения в канале. Например, максимально возможный вред причиняется в случае компрометации сообщения в канале или после его подмены. Принято решение, что в соответствии с экспертными оценками серьезности доставляемого сообщению в канале вреда данным уровням необходимо назначить веса.

Выделены возможные уровни вреда сообщению в канале. Список данных уровней и поставленных им в соответствие удельных весов (перечень возможных атак при передаче сообщения по каналу) приведен в диссертации.

В ходе работ со стендом были выполнены два вида исследований:

• эксперименты по проверке адекватности установки, моделирующей работу канала,

• эксперименты по моделированию воздействия на сообщения в канале со стороны внешних помех и атак.

В первом случае измерялись временные затраты на выполнение операций с каналом, а также реализуемость всех необходимых операций в соответствии с графом конечного автомата. Результаты измерений показали, что каналы, создаваемые на базе стенда, соответствуют по своим характеристикам производительности и временным затратам аналогичных стандартных каналов.

Корректность параметров проектных решений подтверждается замерами, проводящимися при аттестации оборудования экспериментального стенда. Для данной процедуры генерируется проектное решение, которое соответствует стандартным каналам IEEE 802.11 и 802.15. В результате моделирования проектного решения, а также его реализации на базе экспериментального стенда получаются величины основных характеристик (производительности и пропускной способности) и воздействия внешних факторов. Эти величины отличаются от результатов аналогичных измерений для стандартных каналов не более, чем на 3%.

Эффективность проектных решений подтверждается сравнением экспериментально определенных величин воздействия внешних факторов (см. Табл.1).

Таблица 1.

Результаты экспериментов по определению воздействия внешних факторов на каналы передачи защищенных сообщений_

Тип канала Величина воздействия )актора

1,% 2,% 3, % 4,% 1+3, % 1+2, %

канал по методикам стандартов 802.11/802.15 13,0 30,0 79,0 12,0 6,0 4,5

канал по разработанной методике проектирования 4,0 4,1 0,1 5,0 2,0 0

По результатам анализа результатов экспериментов путем моделирования воздействия помех и атак на канал сделан вывод, что степень воздействия внешних факторов на стандартные каналы значительно выше, чем на канал, который получен при помощи разработанной методики проектирования. Моделирование действия помех и атак на стандартные каналы показало, что

уровень преда для' сообщений в каналах превышает допустимые пределы и означает компрометацию сообщений или потерю функциональности канала, что недопустимо. Испытание канала, полученного при помощи разработанной методики, показало, что степень воздействия внешних факторов не превышает пределов, установленных требованиями на разработку. Таким образом, экспериментально установлено, что воздействие идентичных наборов внешних факторов на результаты применения стандартных и разработанной методик проектирования показывает преимущество последней. Данное преимущество заключается в возможности включать дополнительные средства предотвращения воздействия помех и атак в множество альтернатив в качестве возможных составных элементов при синтезе проектного решения. Стандартные методики проектирования каналов не обладают подобными возможностями по расширению множества альтернатив.

Разработанный экспериментальный стенд можно рассматривать, как-самостоятельное научно-техническое решение, которое обеспечивает возможность моделировать каналы передачи защищенных сообщений, параметры которых были получены в ходе проектирования. Средствами стенда также моделируются воздействия внешних помех и атак на канал, оценивается степень деструктивного влияния. Таким образом, выполняется проверка качества проектного решения, а также аспектов его соответствия предъявляемым требованиям.

Практическое применение разработанной методики проектирования, а также проектных решений произошло в ходе выполнения таких задач, как:

• модификация структуры существующих каналов локальных соединений для автономной работы в экстремальных условиях;

• программно-аппаратная реализацию канала передачи защищенных сообщений для съема информации в компонентах инфраструктуры аэродромного обеспечения фронтовой авиации.

Была разработана система автоматизированного проектирования каналов (имеется акт о внедрении), которая использовалась при проведении НИОКР по заказу МО РФ. На вход разработанного программного обеспечения подавались данные о возможных внешних факторах воздействия, которое должен предотвращать проектируемый канал. В результате проектирования был получен вектор параметров канала, в который вошли типы подсистем канала и значения их параметров. Данный вектор представляет собой настройки алгоритмического обеспечения, которое реализует функции по предотвращению воздействия внешних факторов на сообщения в канале. Вектор управляемых параметров был исследован путем его «занесения» в алгоритмическое обеспечение экспериментального стенда. Разработанный стенд обеспечивает выполнение двух функций:

»' проверки качества проектных решений путем моделирования работы ■''каналов,

• является частью оборудования, поставленного заказчику в рамках НИОКР.

В : заключении изложены основные выводы и результаты диссертационной работы.

В приложении приводятся копии актов о внедрении результатов диссертационной работы.

Общие выводы и результаты

Разработанная методика проектирования обеспечивает возможность синтезировать каналы с учетом наиболее современных данных о возможных видах внешних факторов воздействия и средствах их предотвращения. Такой возможностью разработанная методика обладает благодаря следующему:

• проектируемый канал рассматривается в виде совокупности подсистем;

• у каждой подсистемы может быть несколько альтернативных вариантов;

• количество подсистем и их альтернативных вариантов не ограничено и формируется с учетом требований, предъявляемых к проектируемому каналу;

• выбор предпочтительного варианта компоновки канала осуществляется в ходе поиска проектного решения генетическим алгоритмом по критерию максимизации внешнего воздействия от помех и атак на сообщения в канале.

Основными результатами по данной диссертационной работе стали следующие положения:

1. Задача проектирования каналов передачи защищенных сообщений решается путем проведения синтеза структуры каналов и параметрического синтеза компонентов структуры. Разработана методика автоматизированного проектирования каналов, как частного случая систем с иерархической структурой, основой которой является решение ЫР-сложной задачи синтеза канала с помощью генетических методов.

2. Предложен способ представления проектных решений в виде хромосом, отражающий типы подсистем оконечного оборудования обработки данных канала и параметры функционирования алгоритмической составляющей подсистем.

3. Разработан генетический метод синтеза проектных решений, учитывающий непостоянство числа управляемых параметров и другие выявленные особенности задач проектирования систем иерархической структуры.

4. Предложена подсистема кодирования данных в канале на основе нового метода, который обеспечивает преобразование сообщений при подготовке к передаче по линиям связи. Новый метод кодирования данных использует симметричную систему выработки ключей с синхронным обновлением бинарных масок и обеспечивает когерентность генераторов псевдослучайных числовых последовательностей.

4. Предлагаемая методика проектирования и генетические операторы реализованы в виде программного комплекса и позволяет использовать различные реализации генетических алгоритмов в виде библиотек методов на языках программирования высокого уровня.

5. На основе разработанной методики выполнено проектирование каналов передачи защищенных сообщений для систем съема информации в аэродромном обеспечении фронтовой авиации.

6. Предложенная методика автоматизированного проектирования каналов в совокупности с методом кодирования сообщений в канале позволяет исправить недостатки существовавших ранее методик проектирования, которые были выявлены в процессе проведенных исследований.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Беломойцев Д.Е. Методика проектирования процесса безопасной передачи данных в беспроводных соединениях мобильных устройств

// Наука и образование. 2008. №5. http://technomag.edu.ru/doc/93258.html

2. Беломойцев Д.Е. Разработка методики проектирования защищенной передачи данных в беспроводных соединениях мобильных устройств // НИТ-2007: Тез. докл. Всеросс. конф. 2007. С. 143-145.

3. Беломойцев Д.Е. Разработка приложений на основе Bluetooth API // RSDN-Magazine. 2005. №1. С. 52-79.

4. Беломойцев Д.Е. Система контроля доступа по беспроводной связи для мобильных телефонов // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Тез. докл. Всерос. конф. Москва. 2005. С. 89-93.

5. Беломойцев Д.Е. Система параллельной обработки изображений в пикосетях ■ мобильных устройств // Наукоемкие Технологии и Интеллектуальные Системы: Тез. докл. Межд. конф. 2005. С. 54-56.

6. Волосатова Т.М., Беломойцев Д.Е. Технологии и библиотеки методов построения пикосетей мобильных устройств // Информационные технологии. 2006. №4. 32 с.

7. Волосатова Т.М., Чичварин Н.В., Беломойцев Д.Е. GPS-навигация и контроль доступа в пикосетях мобильных телефонов // Образование через науку: Тез. докл. Межд. конф. 2005. С. 48-49.

Подписано к печати 11.11.09. Заказ №686 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ методик проектирования каналов передачи защищенных сообщений.

1.1. Анализ методик проектирования на архитектурном уровне структуры канала.

1.2. Сравнительный анализ методик проектирования каналов на функционально-логическом уровне.

1.3. Анализ специфики проектирования каналов передачи защищенных сообщений по критерию электромагнитной совместимости.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка методики автоматизированного проектирования канала передачи защищенных сообщений.

2.1. Синтез канала передачи защищенных сообщений.

2.2. Определение целевой функции и математической модели канала.

2.3. Разработка метода кодирования сообщений в канале.

2.4. Выбор критериев и методики оценки качества канала.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка методики и стенда для оценки качества проектных решений.

3.1. Проектирование экспериментального стенда.

3.2. Методика калибровки и аттестации стенда.

3.3. Классификация критериев оценки качества проектирования.

3.4. Методика экспериментального исследования.

3.5. Анализ результатов экспериментов.

Выводы по главе 3.

Потребность современного общества в обмене информацией между различными видами вычислительной техники достаточно высока [25]. Способность технического обеспечения различных сфер деятельности человека выполнять поставленные задачи и при этом не быть жестко привязанным к своему местоположению (мобильность) становится определяющей [3, 4]. Для успешного выполнения ряда задач [44, 56, 98, 99, 102] мобильным электронным устройствам необходимо взаимодействовать друг с другом, в т.ч. обмениваться данными. Такая возможность обеспечивается беспроводными соединениями между устройствами, которые составляют множества отправителей и получателей. Как показывает анализ имеющихся решений задачи локального соединения элементов этих множеств, они могут быть обеспечены применением технологий по стандартам IEEE 802.11 и 802.15. Данные технологии беспроводной связи в своей основе используют канал передачи сообщений. В канале реализуется процесс передачи сообщений [5]. Перечисленные выше стандарты определяют методики проектирования, целью которых является синтез структуры и поиск оптимального набора значений параметров канала передачи сообщений. Однако, как показывают результаты ряда исследований [22], проектные решения, полученные в результате применения данных методик, обладают существенными недостатками, которые не позволяют гарантировать качественную передачу защищенных сообщений по каналам.

Под каналом передачи данных принято понимать [25] часть коммуникационной сети, состоящую из технических средств передачи и приема данных, включая линию связи, а также из средств алгоритмического обеспечения и протоколов взаимодействия, предназначенную для трансляции определяемого передаваемыми данными набора сигналов между пользователями канала.

В составе технических средств приема и передачи данных необходимо выделить модули оконечного оборудования обработки данных, средствами которых реализуются функции алгоритмического обеспечения.

Под оконечным оборудованием обработки данных понимается часть аппаратуры передающего или принимающего устройства, обеспечивающая преобразование исходного сообщения в форму его представления в канале для передачи по линиям связи.

В рамках данной работы совокупность параметров канала передачи защищенных сообщений рассматривается в составе двух подмножеств -параметров аппаратного (У) и алгоритмического (X) обеспечения. г = хи г (В.1)

Задача передачи информации обеспечивается преобразованием элементов пространства событий в пространство сообщений с использованием передатчика и обратного преобразования элементов пространства сообщений в пространство событий с использованием приемника. Структурой канала предусматривается влияние внутренних шумов системы на узлы передатчика и приемника, а также приложение внешних шумов в виде атак активного и пассивного типов к элементам пространства сообщений. Структурная схема канала передачи данных представлена на схеме (см. Рис.1):

Рис.1. Принципиальная схема канала передачи защищенных сообщений Как показал анализ источников [25, 26, 43, 62, 77], к анализу структуры канала необходимо применять блочно-иерархический подход [43]. Это позволит получить наибольший эффект от декомпозиции целостной сущности рассматриваемого объекта на отдельные уровни в соответствии с функциональностью, которой они обладают. Путем анализа преимуществ и недостатков реализации компонентов канала на различных уровнях структуры определяется качество работы методик проектирования данных каналов.

В соответствии с блочно-иерархическим подходом в диссертации введено описание структуры канала передачи данных, включающее пять уровней (см. Рис.2): архитектурный, функционально-логический, системотехнический, схемотехнический, физический.

Рис.2. Иерархическая схема структуры канала передачи данных

Для каждого из данных уровней необходимо рассматривать круг требующих решения задач, определять набор реализуемых на нем функций, производить анализ надежности и полноты обеспечения поставленных целей. Функционал архитектурного уровня соответствует степени детализации объекта проектирования, не требующей учета:

1. физического носителя сигнала,

2. логического носителя сигнала,

3. внутренней структуры подсистем передачи сообщений.

На данном уровне иерархической структуры рассматриваются модели топологий каналов беспроводных соединений, правила и условия их построения.

Модели функционально-логического уровня строятся для решения задач согласования подсистем, входящих в состав канала передачи сообщений. В перечень задач, решаемых на данном уровне, входит контроль качества передачи сообщений, а также их защита от внешних помех. Например, по данным, которые приводятся в, [68], к числу подобных помех относят методику криптоанализа с подменой авторизованных участников соединения. Однако, как известно, безупречных методов обеспечения защиты данных от несанкционированного использования не существует. Стоимость вскрытия защиты определяется лишь требуемыми для этого затратами вычислительных мощностей и других ценных ресурсов. В дополнение к несовершенству тех или иных методов обеспечения информационной безопасности, ситуация с возможностью несанкционированного доступа усугубляется неточностью соблюдения требований стандартов беспроводной связи в свете обеспечиваемой ими защиты данных или откровенными ошибками в построении защиты обмена данными.

Системотехнический уровень соответствует степени детализации в приближении моделей «черный ящик» или «серый ящик». Подсистемы данного уровня выполняют функции кодирования логических сигналов для их передачи физическим носителем в канале беспроводного соединения. На схемотехническом уровне в модельном представлении объекта проектирования учитывается физическая природа носителей сигнала совместно с характером преобразования в отдельных моделях типа «черный ящик».

На физическом уровне иерархической структуры канала передачи защищенных сообщений выполняются работы по проектированию электромагнитной совместимости устройств, входящих в беспроводное соединение. Также на данном уровне рассматриваются аспекты взаимодействия устройств и помех в форме физических сигналов.

Беспроводные соединения могут применяться для автономного взаимодействия мобильных устройств. Канал беспроводной связи должен быть образован без использования какой-либо дополнительной инфраструктуры, как то оборудования сетей сотовой связи или точек доступа. Рассматривая методики проектирования каналов в удовлетворяющих данному требованию стандартах локальной беспроводной связи мобильных устройств (IEEE 802.11, 802.15), можно сделать выводы о существовании потенциальных проблем в структуре спроектированных каналов

• на архитектурном уровне (существующие топологии допускают несанкционированное подключение, прослушивание эфира и подмену узлов соединений),

• на функционально-логическом уровне (применяемые методики защиты каналов в ряде случаев являются криптографически слабыми по отношению к методам криптоанализа. В контексте областей применения результатов разработки потенциальную уязвимость могут содержать методики хранения и распространения конфиденциальных данных, например, ключей).

Далее обозначенные аспекты будут рассмотрены подробнее. Существующие методики проектирования каналов передачи защищенных сообщений необходимо дополнить разработками на архитектурном и функционально-логическом уровнях иерархической структуры. Поэтому цель и задачи настоящей работы формулируются следующим образом.

Цель работы заключается в создании методики автоматизированного проектирования каналов передачи защищенных сообщений в беспроводных соединениях мобильных устройств.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. разработка и обоснование методики проектирования каналов передачи защищенных сообщений с использованием блочно-иерархического подхода;

2. создание математической модели канала передачи защищенных сообщений;

3. разработка метода кодирования сообщений при передаче по каналам беспроводных соединений мобильных устройств;

4. разработка программно-аппаратного комплекса для моделирования канала передачи защищенных сообщений на базе предлагаемой методики проектирования;

5. экспериментальная проверка предложенной методики проектирования каналов передачи защищенных сообщений.

Проектное решение, которое синтезируется при помощи методики проектирования канала, представляет собой набор параметров (X). Эти параметры определяют структурный состав канала, а также то, как функционирует алгоритмическое обеспечение оконечного оборудования канала.

Параметры аппаратного обеспечения (У) зависят от используемой для реализации канала компонентной базы. Таким образом, из двух подмножеств параметров канала одно (характеризующее алгоритмическое обеспечение — X) должно быть получено путем применения разрабатываемой методики проектирования, а второе - однозначно определяется аппаратурой канала.

В качестве практических задач, для решения которых будут применены результаты настоящей диссертационной работы, выделяются два направления:

• проектирование и программно-аппаратная реализация канала передачи защищенных сообщений для съема информации в компонентах инфраструктуры аэродромного обеспечения фронтовой авиации;

• обеспечение защиты сообщений в готовых каналах беспроводных локальных соединений мобильных устройств в экстремальных условиях автономной работы. Объектами исследования в рамках настоящей работы станут методы, средства и процессы проектирования каналов передачи защищенных сообщений.

В качестве предметов исследования определяются методики и алгоритмы проектирования каналов беспроводных соединений мобильных устройств.

Поставленная цель достигается в результате проведения анализа разработанной автором иерархической структуры канала передачи защищенных сообщений и проводимого в рамках канала процесса передачи защищенных сообщений, построения его математической модели, разработки метода проектирования защиты сообщений в канале и методики проектирования канала передачи защищенных сообщений.

Новые научные результаты работы составляют:

1. методика проектирования канала передачи защищенных сообщений на основе генетического алгоритма поиска оптимального решения по критерию максимума предотвращаемого воздействия помех и шумов на процесс передачи;

2. метод кодирования сообщений для представления в подверженных внешним помехам и атакам каналах беспроводных соединений;

3. метод автоматизированной синхронизации генераторов числовых последовательностей при потере их когерентности;

4. результаты исследования эффективности методики проектирования каналов в условиях моделирования воздействия помех и атак на передаваемые по ним сообщения.

В диссертационной работе изложены результаты решения поставленных задач в следующей последовательности.

В первой главе диссертации выполняется анализ существующих подходов к проектированию каналов передачи сообщений. На примере наиболее востребованных методик проектирования рассматриваются аспекты предотвращения воздействия со стороны внешних помех и атак на сообщения в каналах. В результате анализа выделяются преимущества стандартизованных методик и их недостатки. В отношении недостатков предлагаются возможные способы их устранения.

Во второй главе диссертации формулируется новый подход к представлению проектных решений при синтезе каналов передачи защищенных сообщений. На основе анализа ресурсных затрат выбирается методический аппарат для поиска проектных решений. Критерий оценки альтернативных вариантов формулируется исходя из задачи предотвращения воздействия внешних помех и атак на сообщения в каналах. Также предлагается использовать подходящую по направленности методику верификации проектных решений на основе классификации вероятных внешних помех и атак.

В третьей главе диссертации изложена методика экспериментальных исследований проектных решений на базе стенда, специально разработанного для моделирования каналов передачи защищенных сообщений. На примере требований к проектируемому каналу приведена классификация вероятных помех и атак. Также рассмотрены уровни вреда, который может быть причинен данными внешними факторами по отношению к сообщениям в канале. С использованием стенда рассмотрены эксперименты, моделирующие воздействие помех и атак на канал. Выполнен анализ результатов опытных исследований, который позволил сделать вывод о пригодности разработанной методики проектирования.

В заключении излагаются основные результаты разработки.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. критерий максимума предотвращаемого воздействия внешних факторов на сообщения в канале;

2. методика проектирования канала передачи защищенных сообщений на основе поиска максимума предотвращаемого воздействия внешних факторов на сообщения в канале;

3. модель представления проектного решения и алгоритмы генетических операторов мутации и кроссовера;

4. метод автоматизированной синхронизации генераторов числовых последовательностей при потере их когерентности на основе оценки автокорреляции.

Выводы по главе 3

1. Разработанные структура, а также методика калибровки и аттестации экспериментального стенда, позволяют автоматизировать процедуру оценки качества проектных решений. Путем калибровки компонентов стенда исследователь получает уникальную для компонента калибровочную матрицу, которая содержит значения характеристик аппаратной реализации оконечного оборудования. Использование калибровочной матрицы впервые позволило выполнять синхронизацию работы генераторов ПСП независимых друг от друга участников процесса передачи защищенных сообщений в автоматическом режиме.

2. Процедура аттестации экспериментального стенда необходима для подтверждения соответствия значений характеристик модулей оконечного оборудования диапазонам допустимых значений. Применение данной процедуры для субъектов процесса передачи защищенных сообщений по каналам дает возможность гарантировать штатный режим работы алгоритмической и аппаратной частей устройств оконечного оборудования.

3. В ходе работ со стендом были выполнены два вида исследований: эксперименты по проверке адекватности установки, моделирующей работу канала, и эксперименты по моделированию воздействия на сообщения в канале со стороны внешних помех и атак. В первом случае измерялись временные затраты на выполнение операций с каналом, а также реализуемость всех необходимых операций в соответствии с графом конечного автомата. Результаты измерений показали, что каналы, создаваемые на базе стенда, соответствуют по своим характеристикам производительности и временным затратам аналогичных стандартных каналов. По результатам второй группы путем моделирования воздействия помех и атак на канал сделан вывод, что степень воздействия внешних факторов на стандартные каналы значительно выше, чем на канал, который получен при помощи разработанной методики проектирования. Моделирование действия помех и атак на стандартные каналы показало, что уровень вреда для сообщений в каналах превышает допустимые пределы и означает компрометацию сообщений или потерю функциональности канала, что недопустимо. Испытание канала, полученного при помощи разработанной методики, показало, что степень воздействия внешних факторов не превышает пределов, установленных требованиями на разработку. Таким образом, экспериментально установлено, что воздействие идентичных наборов внешних факторов на результаты применения стандартных и разработанной методик проектирования показывает преимущество последней. Данное преимущество заключается в возможности включать дополнительные средства предотвращения воздействия помех и атак в множество альтернатив в качестве возможных составных элементов при синтезе проектного решения. Стандартные методики проектирования каналов не обладают подобными возможностями по расширению множества альтернатив.

Заключение и общие выводы по работе

До настоящего момента проблема отсутствия гибкой методики проектирования каналов передачи защищенных сообщений наиболее остро проявлялась, когда возникала необходимость оперативно реагировать на возникающие новые виды помех и атак. Ситуация осложнялась в связи с возрастающей потребностью в проектировании каналов на основе беспроводных соединений мобильных устройств. Причина осложнения заключалась в большей подверженности каналов беспроводных соединений воздействию помех и атак.

Методика проектирования, разработка которой изложена в настоящей диссертационной работе, обеспечивает возможность синтезировать каналы с учетом наиболее современных данных о возможных видах внешних факторов воздействия и средствах их предотвращения. Такой возможностью разработанная методика обладает благодаря ряду причин:

• проектируемый канал рассматривается в виде совокупности подсистем;

• у каждой подсистемы может быть несколько альтернативных вариантов;

• количество подсистем и их альтернативных вариантов не ограничено и формируется с учетом требований, предъявляемых к проектируемому каналу;

• выбор предпочтительного варианта компоновки канала осуществляется в ходе поиска проектного решения генетическим алгоритмом по критерию максимизации предотвращения внешнего воздействия от помех и атак на сообщения в канале.

Отличие разработанной методики проектирования от существующих методик заключается в том, что состав множества альтернативных вариантов подсистем не ограничивается. Таким образом, существует возможность расширять его за счет введения дополнительных вариантов, которые обеспечат предотвращение воздействия какого-либо нового вида помех или атак. Существовавшие ранее методики проектирования были ограничены стандартами при поиске проектных решений, т.к. множества рассматриваемых ими альтернативных вариантов не могли быть дополнены.

Применение генетического алгоритма поиска решения ИР-сложной задачи максимизации предотвращаемого воздействия позволяет снизить временные затраты по сравнению с методами полного перебора и поиска по морфологическим таблицам.

Возможность учета структурной специфики канала обеспечивается описанием проектных решений при помощи хромосом, гены которых соответствуют подсистемам. Для каждой подсистемы разработаны собственные разновидности генетических операторов мутации, кроссовера. Комбинация вызовов данных операторов, отдельно для смены типа подсистемы и значений параметров позволяет более эффективно оценивать различные элементы множества альтернатив при поиске проектного решения.

Разработанный экспериментальный стенд обеспечивает возможность моделировать функционирование каналы передачи защищенных сообщений, параметры которых были получены в ходе проектирования. Средствами стенда также моделируются воздействия внешних помех и атак на канал, оценивается степень деструктивного влияния. Таким образом, выполняется проверка качества проектного решения, а также аспектов его соответствия предъявляемым требованиям.

Практическое применение разработанной методики проектирования, а также проектных решений — каналов беспроводных соединений мобильных устройств - произошло в ходе выполнения таких задач, как:

• обеспечение защиты сообщений в существующих каналах локальных соединений в экстремальных условиях автономной работы;

• программно-аппаратная реализация канала передачи защищенных сообщений для съема информации в компонентах инфраструктуры аэродромного обеспечения фронтовой авиации.

Была разработана система автоматизированного проектирования каналов (имеется акт о внедрении, см. Приложение), которая использовалась при проведении НИОКР по заказу МО РФ. На вход разработанного программного обеспечения подавались данные о возможных внешних факторах воздействия, которое должен предотвращать проектируемый канал. В результатом проектирования был получен вектор параметров канала, в который вошли типы подсистем канала и значения их параметров. Данный вектор предавляет собой настройки алгоритмического обеспечения, которое реализует функции по предотвращению воздействия внешних факторов на сообщения в канале. Вектор управляемых параметров был исследован путем его «занесения» на ПАК экспериментального стенда. Разработанный стенд обеспечивает выполнение двух функций:

• проверки качества проектных решений путем моделирования работы каналов,

• является частью оборудования, поставленного заказчику в рамках НИОКР.

При этом применен разработанный метод защиты сообщений в существующих каналах локальных беспроводных соединений. В соединение могут входить два и более участников. Все участники автономны, т.е. обмен данными двух участников в каждый момент времени не зависит от третьей стороны. Другими словами, каждая пара участников беспроводного соединения самодостаточна.

Интеграция программно-аппаратной реализации канала передачи защищенных сообщений в систему съема информации в компонентах инфраструктуры аэродромного обеспечения фронтовой авиации предполагает выполнение ряда операций:

• калибровка, аттестация и внутренняя сертификация устройств обеспечения работы канала передачи защищенных сообщений,

• подготовка стыковочных узлов для подключения компонентов канала по требуемым фундаментальным и производным характеристикам,

• непосредственно, подключение устройств канала к стыковочным узлам, проверка функционирования и нагрузочное тестирование.

Таким образом, разработанная методика автоматизированного проектирования каналов передачи защищенных сообщений успешно применялась для синтеза решений как узкоспециального, так и распространенного характера.

1. Анализ временных рядов. Прогноз и управление / Бокс Дж. М.: Мир. 1974. 604 с.

2. Беломойцев Д.Е. Методика проектирования процесса безопасной передачи данных в беспроводных соединениях мобильных устройств

3. Наука и образование. 2008. №5. http://technomag.edu.ru/doc/93258.html

4. Беломойцев Д.Е. Разработка методики проектирования защищенной передачи данных в беспроводных соединениях мобильных устройств. // НИТ-2007: Тез. докл. Всеросс. конф. 2007. С. 143-145.

5. Беломойцев Д.Е. Разработка приложений на основе Bluetooth API // RSDN-Magazine. 2005. №1. С. 52-79.

6. Беломойцев Д.Е. Система контроля доступа по беспроводной связи для мобильных телефонов // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Тез. докл. Всерос. конф. Москва. 2005. С. 89-93.

7. Беломойцев Д.Е. Система параллельной обработки изображений в пикосетях мобильных устройств // Наукоемкие Технологии и Интеллектуальные Системы: Тез. докл. Межд. конф. 2005. С. 54-56.

8. Беломойцев Д.Е. Технологии и библиотеки методов построения пикосетей мобильных устройств // Наука и образование. 2006. №8. http://technomag.edu.ru/doc/59752.html

9. Варакин JI.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985. 384 с.

10. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука. 1969. 576 с.

11. Вероятностные методы анализа сигналов и систем / Купер Дж. М.: Мир. 1989. 376 с.

12. Волосатова Т.М., Беломойцев Д.Е. Технологии и библиотеки методов построения пикосетей мобильных устройств // Информационные технологии. 2006. №4. С. 1-32.

13. Волосатова Т.М., Чичварин Н.В., Беломойцев Д.Е. GPS-навигация и10