автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Устройство защиты радиотелефонных переговоров

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Т* S О Я На правах рукописи

1 № ® V 1 '

Фомин Владлен Владимирович

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РАДИОТЕЛЕФОННЫХ ПЕРЕГОВОРОВ '

Специальность 05.12.17. - Радиотехнические и телевизионные устройства и системы

А вт о р еф е р а т диссертации на соискание ученой степени ■** кандидата технических наук

ОМСК. 1998.

.:.!& выполнена на ¡эфедре "Азто^атика и системы управлек.ш" Окском государственном университете путей сообщения МПС РФ ОмГУЛС. г.Омск ).

Научный руководитель

кандидат технических наук. . доцент Шахов В. Г.

Официальные оппоненты:. - доктор технических наук.

профессор Майстренко В.А.

'.- кандидат технических каук, доцент Держо Г. Г. ,.

Ведущее предприятие ¡Центральное конструкторское бюро - ■ "Автоматика" ( ЦКБА, г.Омск ).

■ Защита диссертации состоится •¿С » О/^-З^В 1038г. в на заседании диссертационного совета К063.23.02

в Омском государственном техническом университете..

С диссертацией мокко ознакомиться-'в- библиотеке Омского государственного технического университета. ,

Ваш отзыв, заверенные гербовой печатью, в двух экземплярах иросим направить по адресу: 644050, г.Омск, пр.Мира, 11,, ОмГТУ, - ученому секретарю диссертационного.совета К063.23.02.

Автореферат разослан

. « « а М

си> ьэ Стсц 59Я г.

Ученый секретарь диссертационного совета К06.3.23/02. кандидат технических наук, доцент

Шшсюш М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми и состояние вопроса.

Проблема создания удобной малогабаритной и эффективной ап : ратуры оперативного закрытая речевой информации в радио и телефонных каналах ка.сегодняшних день остается актуальной.

В разработке новых устройств закрытия информации, в том числе и речевой, за рубежом преуспели фирмы Triomson-CSF (Франция). Siemens ( Германия). Micro &'Security Electronics ( Германия ) . Philips ( Нидерланды ), Transcrypt Int. ( США ). в России разработчики и производители.соответствующей аппаратуры представлены фирмами "МАСКСМ"' и НПО "Сигнал". (. Екатеринбург). АО "Инфотекс", НПО "Автоматика'; ( Омск' ),.; НТЦ "йятерсзязь" ( НПО "ЭЛАС" ), АО . "Сигнал-РОКС", АО. "Ритм", СП "TOMO",.,АО "КОМРЭК". фирмами "Анике" и "Техкотоп"- ( Москва ). ..-

. Выделяют три направления работ по защите информации:теоретические исследования; разработка средств защиты: обоснование способов использования средств зашиты в автома^зированных системах.

В теоретическом плане основное внимание уделяется исследованию уязвимости информации' а.системах ^коммуникации к обработай;информации, образованию- принципов, защиты информации в.-системах и разработке методики оценки надежности, защиты.. К ..таким вопросам относятся ,: выбор оптимальной'длины пароля, и оптимальной структу-;• ры ключа защиты;' оценка стойкости шифрования и; т. п.:'--.'"

. Следует добавить,, что наибольший эффект достигается; тогда, когда асе меры и методы зашиты создаются параллельно с сечданием средств коммуникации, и обработки информации в виде единого меха-' . низма с постоянным планированием его работы'и постоянным осуществлением контроля за выполнением-их надлежащих функций. / *■ . Проводимые исследования в. области" обеспечения пользователеа"* устройствами защишекной оперативной радиотелефонной связи позволят уже в блшкайшее время стимулировать разработчиков к создагаш качественной современной аппаратуры оперативного закрытия вечи в радио- ¿i телефонных каналах.

К основным направлениям исследований в этой области следует отнести: ::;'V, ■ -; i/;■

- разработку устойчивых к вскрыта» алгоритмоь защиты радиоканала: : -■';'-.' v-'v / - /;.' -V . ■•■■*.

- выбор надежных.систем синхронизации абонентских комплектов:

- разработку и оптимизацию аппаратной ч^стп устройств -закрытия; ' . ■

- определение1 методов анализа защищенных радиосредств;

- моделирование работы средств защиты применительно к уело-.1 виям их использования: • . '•'

.- выработка рекомендаций пользователям защищенной связи по частоте смене ключа, времени пребывания в эфире и т.д.: -

• S

- проведение анализа перспектив развития средств защищенной радиосвязи. . .

Существует ряд требований, выполнение которых безусловно для разработки современных средств оперативной радиосвязи:

1. Достаточно высокая стойкость к вскрытию - такая чтобы, расчетное время проникновения в систему с помощью мощных машинных средств исчислялось по крайней, мере,, единицами суток ( это может быть кольцевое воспроизведение, записанной информации или ее Фрагмента с автоматическим подборок ключевой комбинации; для случаев с текстовой йш речевой информацией может, быть использован лексический Фразеологический способы оценивания у, т. п.);

2. Отсутствие;корреляции по ключу ( использование рядом отстоящего ключа.должно приводить к смене нескольких параметров преобразования так, чтобы исключить возможность подбора ключа, например, по улучшению качества звучания для устройств закрытия речи-);

3. • Недоступность ключа ( визуальная, на слух, с защитой от > излучения и т.д. );

4. Приемлемые массо-габаритные характеристики и потребление аппаратуры ( т.к. оперативность связи подразумевает применение в том числе и портативных средств

5. ¡Заполнение условий вхождения* в существующие каналы и тракты.автоматизированных систем связи < ГОСТ 21 655-87 ); .;

6. Соблюдение технических условий эксплуатации на основные средства связи ( как правило - жесткие условия эксплуатации, по- .; вишенная надежность, ограничения к конструкции ).• соответствие . ГОСТ 16 019-?6;

7., Выполнение норм по качеству доведения информации, а для речевой информации соблюдение норм по разборчивости не хуже при- . нятого стандарта ( ГОСТ 16 600-72 );

8. Применение средств закрытия с ранее разработанной аппара- ' -турой связи не должно требовать доработки последней; полная аппаратная и программная совместимость с сопрягаемыми средствами связи (совместная . эксплуатация не должна ухудшать их характеристик);

Существует ряд наиболее известных и часто применяемых способов закрытия речевых сигналов от прослушивания. Большое распространение получили полосные вокодеры, устройства основанные на адаптивной дельта-модуляции (ДМ), и импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) с двоичным представлением в канале. Делались попытки создания аппаратуры закрытия речевой информации с помощью методов временной шифрации и-простой инверсии спектра. Одни из способов, та- : кие как - применение фазочастотной манипуляции поднесущей --. приводят к большим.аппаратным затратам и требуют доработки канало-, образующей аппаратуры; другие способы - связанные с цифровой передачей, требуют широкой.полосы пропускания канала даже после при-, ненения- алгоритмов сжат'я; способы использующие' инверсию спектра речевого сигналя обладают невысокой степенью защищенности. :

Анализ подходов к задаче закрытия речи позволил разработать и исследовать способ временной цифрации речевых сигналов для создания малогабаритной аппаратуры оперативного закрытия -речевой информации с высокой степенью защищенности от декодирования в полосе канала тональной частота (ТЧ).

Предметом подробного рассмотрения в рамках работы является разработка устройства защиты радиотелефонных переговоров, а также обоснование необходимости и своевременности такой разработки, вы-,бор методов и средств реализации изделия, определение критериев и оптимизация параметров изделия, разработка методов анализа защищенных радиотелефонных систем, исследование возможностей совершенствования. аппаратной части, и алгоритмов устройства, анализ перспектив развития комплексных систем закрытой радиосвязи.

в работе учтены или использованы результаты, опубликованные в последние годы в.трудах ведущих специалистов по речеобразова-. "нию, .слуховому восприятию, - вокодерной. связи , - 'В.Г.Михайлова, М.А. Сапожкова, А.А.Пирогова. В.Н.Сорокина. О.Н.Прохорова, А.И.Ве-личкика, Э.Цвиккера, Р.Фельдкеллера, Б.Голда, Л. Р. Рабинера, Р.В. Шафера и др. Принципы и условия передачи аналоговых сообщений по. различным каналам .связи, виды модуляций были рассмотрены в работах А. И. Величкина, В.Э.Гуревича, Ю.Г.Лопушнянал Г.В.Рабиновича. ". Вопросы связанные с цифровой обработкой сигналов хорошо освещались в работах Г. Нуссбаумера, М.Й.Еодзишского,- Л. М. Гольденберга. . Р.В.Мазепа,, Я.3:Цыпкина, Д.Кайзера, Э.Оппенгейма и многих других -ученых. Используемые в работе вероятностные, модели и методы осно- :.' ваны на трудах Б.Р.Левина, В.Шварца, С. Фальковича, Дя.Макклеллана.

. Рассмотренные в работе проблемы имеют свое продолжение прл создании систем защищенной радиотелефонной связи, разработке методов их анализа. л ,'

Работа выполнялась в рамках договорных тем с УВД Омской области.. содержащих техническое задание на ОКР " Разработка мини-, атюрного устройства защита радиотелефонных перёговоров от песанк-датированного прослушивания для радиостанций ОВД ". .

Цель работы . -. разработка устройства защита радиотелефонных переговоров от несанкционированного.прослушивания, поиск средств, ¡и методов анализа защищенного канала связи, включая алгоритм защиты, исследование защищенных радиотелефонных систем- с, поиозцьп стохастического моделирования,- построение алгоритмической модели разрабатываемого устройства закрытия радио- и телефонных переговоров и разработка на ее основе программного обеспечения, дозволяющего проводить имитационные эксперименты для оценки вероятностно-временных характеристик ( БВХ > качества доведения сообще-; ний между абонентами с учетом реальных условий распространения в различных каналах .обмена.

Основные задач» исследования : г

1; Обосновать; применение способа временной пмфраций для раз-

;;ac;jT:a: аппаратуры оперативного закрытия речевой ннфэрмаиж для узкополосиых радио- и телефонных устройств.

2. Разработать к исследовать способ кодирования ьо временной области, позволяющий получить шифрованные речевые сигналь: с высокой степенью защищенности от декодирован»: их посторонним наблюдателем.

3. Разработать новые модификации способа временной шифрацйи и оценить их реализуемость с применением известных аппаратно-программных средств и методов программирования.

4. Исследовать предложенный метод, сикхронйзацик'устройств защиты речевой информации для выбранного способа временной шфрации.

5. Разработать устройство защиты радио--к телефонных переговоров по предложенному способу, оптимизировать параметры .аппаратной части, составить алгоритм функционирования к разработать по нему программное обеспеченно изделия. -

6. Провести стохастический анализ защищенных радиотелефонных систем с привлечением методов математического моделирования.

7. Предложить алгоритм моделирования устройств защиты радиотелефонных .переговоров с помощью пакета моделирования дискретных систем для исследования ВЕ7! рассматриваемых устройств.

8.'Экспериментально исследовать помехоустойчивость разрабатываемого устройства, оценить'влияние.индустриальных помех на защищенный режим' связи, проверить качество защиты речи, проверить электромагнитную совместимость аппаратуры, установить возможность автоматического вхождения в связь и поддержание синхронизации абонентов, проверить сохранение регламента ( процедуры связи и • т.п. Разработать программу и. методику, испытаний с целью проверки изделия на соответствие техническим условиям. • .

Методы исследований.

При разработке и исследовании моделей защищенных радиотелефонных систем использовались методы: теории массового обслуживания. моделирования дискретных систем с, привлечением данных статистического исследования.выбранного канала связи.

Экспериментальные исследования алгоритмов :■■ синхронизации и анализ степени защиты систем закрытой радиотелефонной связи проводились, с использованием IBM PC ка универсальных алгоритмических языках ASSEMBLER ( Intel ), Turbo PACKAL v. 7.0. и языках моделирования ( пакет моделирования дискретных систем GPSS ). • Научная новизна предложенной работы заключается е следующем:

1. Предложены основные критерии и способы оценивания средств оперативной защищенной радиосвязи.

2. Проведена систематизация методов защиты радиотелефонных каналов от несанкционированного доступа, исследованы различные методы защиты в макетном исполнении.

3. Разработан и исследован новый способ кодировали* речевых

сигналов, делающий менее верок ж.:м весаккцсошшоЕлкиое поэслушива-

е? ;

ние кокфкденш«5лькых переговоров:

- внграны .чритерк: оценки способа кодирования;

- предложены модефикаций' выбранного способа;

- проведены выбор к оптимизация ключевого обращения.

4. Разработано устройство защиты радиотелефонных переговоров ( УЗРП ) е полосе канала ТЧ:

- выбраны критерии синхронизации, предложен алгоритм синхронизации. разработана методика оценивания устойчивости синхронизации;

- провздека разработка и оптимизация микропроцессорного блока обработки информации, исследованы зависимости быстродействия и криптостойиости от параметров микропроцессорного узла;

- выполнена.оптимизация параметров интерфейсной части;

- разработаны программа и методики лабораторных и трассовых испытаний УЗРЛ;

- исследованы возможности.совершенствования аппаратной части и алгоритмов устройства.'

5. Разработаны методы анализа защищенных ' радиотелефонных систем с помощью' стохастического моделирования:

- выполнен стохастический анализ временных- параметров предложенной аппаратуры оперативной защищенной радиотелефонной связи;

- разработано устройство для сбора статистики путем регистрации количества, продолжительности сеансов связи за время наблю- -дения, а также времени между сеансами;

- разработана и апробирована на набранных статистических данных программа моделирования системы закрытой радиосвязи:

-сформулирован ряд практических рекомендаций пользователям-защищенных систем радио- и телефонной связи по частоте смене ключа, продолжительности сеансов и т.д.

6. Сделан анализ перспектив развития комплексных систем закрытой радиосвязи с учетом существующих тенденций информатизации общества. ■ . , ' -■'■■.-' .,

Практическая ценность.

Разработано устройство защиты радиотелефонных переговоров с ' высокой степенью защищенности от декодирования в полосе канала ТЧ в миниатюрном исполнении для радиостанций: ОВД. Возможно оснащение им радиостанций и телефонных аппаратов других типоз. Проведены •лабораторные и трассовые испытания устройства, подтверждающие эффективность реализуемого способа временной цифрации,, высокую помехоустойчивость в городских условиях эксплуатации, соответствие нормам по разборчивости, качеству доведения речи, устойчивость алгоритма к вскрытию, отсутствие корреляции по ключу и другие высокие потребительские характеристики.

Разработано устройство для сбора статистики путем регистра-, ции количества,, продолжительности сеансов связи за время наблюдения, а также времени между сеансами; разработана и апробирована

на набранных статистических данных программа.моделирования системы закрытой радиосвязи; сформулирован ряд практических рекомендаций пользователям защищенных, систем радио- и телефонной связи по частоте смены ключа, продолжительности сеансов и т.д.; сделан вывод о возможном распространении предложенной методики, включая процедуру моделирования, на другие системы закрытой радио-.и телефонной связи, адаптируемые под различные средства и каналы, об-, мена.

Апробация результатов работы.

основные положения и результаты .работы докладывались на

- Международной научно-практической> конференции "Информационные ■технологии и радиосети", 4996г.( Омск ),

- Международной . научно-технической конференции. "Направления развития систем и средств радиосвязи", 1996г. ( Воронеж ),

.* - третьей Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного машиностроения", 1996г. ( Новосибирск ).

- Международной научно-технической конференции "ИнФотранс-96".' 1996г. (Санкт-Петербург),

Опубликованы 16 печатных работ, в том числг 6 докладов на научно-технических конференциях, 2. положительных решения на выдачу патента по заявкам на изобретения, *1 регистрация программного продукта. 7 статей в журналах ( из них 3 - в центральной печати ),' Структура и объем работы. . Диссертация состоит из введения. .5 разделов,: заключения, приложений и списка литературы/ содержание которых изложено на 162 страницах; диссертация содержит • 28 рисунков, 7 таблиц и 4 алгоритма; в приложения взнесены электрические принципиальные схемы, листинг программы изделия, программа: и методики испытаний. ~ листинги программ моделирования; . перечень литературы, включает 62 ; наименования. ' На защиту выносятся:

- Нозьы способ,кодирования, позволяющий получить шифрованные . речевые сигналы с высокой степенью защищенности от декодирования их посторонним наблюдателем, делающий менее, вероятным несанкционированное прослушивание конфиденциальных переговоров.

- Новые модификации выбранного способа кодирования во временной области.

- Новый способ синхронизации в цифровой реализации для выбранного канала обмена;

- Методика оценивания устойчивости синхронизации для способов с необходимой временной привязкой. " , ■

- Способы анализа защищенных радиотелефонных сстем с помощью стохастического моделирования.

- Новые программа и методики лабораторных и. . трассовых испытаний, аппаратура закрытия, радио- и телефонных.переговоров. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состой ния вопроса, сформулирована общая постановка задачи. Здесь показана научная новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены проблемы в области защиты оперативной радиосвязи - обозначены каналы утечки информации, приведены факторы повышения-уязвимости, изложены рекомендации принципов проектирования защищенных систем. Проведена классификация методов защиты радиотелефонных каналов от несанкционированного доступа. Сделан анализ отечественного И зарубежного рынков с указанием разработчиков и производителей устройств закрытия радиотелефонной связи. . ;' .

; Из рассмотренных методов оперативной защиты радиотелефонных каналов от несанкционированного прослушивания определена перспектива использования метода закрытия речевой информации зо временной области. Лля задания технических характеристик устройства использованы изделия-прототипы ведущих фирм-производителей аппара-. туры этого класса.- Выявлены достоинства и недостатки изделий для заданных условий эксплуатации.

Сформулированы'цели и задачи проводимых исследований на различных этапах премирования. Приведены основные результаты • выполнения поставленных задач.

Во второй главе предложен аппаратно-программный комплекс для исследования параметров временного преобразования речи ( рис.I ).

Передатчик

МКФ АЦП -> ШФ ->

ПИ

ПЭВм}-> IШФ |-> IЦАП М М Атт

Приемник ■ ___ . _

к. а н а

Л

ТЛФ

Рис.1

•'. На рисунке'обозначены: АЦП - аналого-цифровой преобразователь: ШФ - шинный' формирователь: ПЭВМ - персональная ЭВМ; ЦАП -- цифро-аналоговый преобразователь: ФНЧ - фильтр низкой частоты; Атт аттенюатор; ГГИ - генератор тактовых импульсов; ОУ -..опера-

■....■..■■■"'. - & ■...

■.:.лый усилитель; УНЧ - усилитель низкой частота; МКФ - микро. •-;; МФ - магнитофон; ТЛФ - телефонный выход на динамическую го-

■-гКУ.

В программу исследований вошли: функции изменения параметров преобразования речевого сигнала ( смена длительности временных интервалов, выбор количества и длительности подынтервалов, выбор ;;орлдка и направления считывания подынтервалов ); определение полосы используемого речевого сигнала и выбор порядка фильтра; выбор частоты дискретизации и числа уровней квантования; определе- . ние точности синхронизации абонентов; оптимизация временных параметров с учетом времени задержки; выбор и проверка синхропоследо-зательностей; введение шумового сигнала с изменением соотношения амплитуда полезного сигнала.к шуму; оценка разборчивости декодированного ■речевого сигнала: выработка требований к программно-аппаратному взаимодействию; анализ стойкости алгоритмов к вскрытию.

Б результате исследований разработан способ временной шифра-ции речевых сигналов в полосе канала ТЧ; разработаны программа и методики испытание способа и устройства временной шифрации; пр. ведены лабораторные исследования и трассовые испытания выбранного ' способа' шифрации. "...

На этапе определения вида преобразования для способа, временно?. ¡¡'чфрацик { вариантов использования ключевой комбинации) была принята длина ключа К-17. являющаяся.аргументом функции формиро- V ,вания ПСП (псевдослучайной последовательности.). Ключевая комби1 нация однозначно определяет для абонентов закрытого канала следующие параметры преобразования: длину интервала; длины и количество , подынтервалов: порядок передачи и приема подынтервалов < перестановки ): инвертирование выбранных подынтервалов. ;. '. ,• Сформулированы свойстея преобразования: : \ псевдослучайность . ..( в зависимости от генерируемой ПСП );; разборчивость после восстановления ( декодирования на известном ключе ); невозможность подбора по критерию улучшения качества ( изменение хотя бы одного бита ПСП приводит к смене нескольких параметров преобразования); допустимое время задержки речевой информации на преобразование ( выполнение ограничения сверху );. устойчивость к рассинхрониза-ции абонентов ( в пределах допусков .); не расширять спектр, (поло.-; су) используемого канала ТЧ (не;вносить в информационное' сообще-; ние избыточности); использовать*доступную вычислительную мощность..

Рассмотрены модификации временного преобразования в описыва- . емом устройстре закрытия радиотелефонных переговоров. Произведен выбор и оптимизация ключевого обращения. Установлено наличие альтернативных вариантов преобразования й определена перспектива . их : использования с возможностью применения ключей формирования ПСП больыой длины. ' '

в третьей главе описаны критерии синхронизации устройств за- . крытой радиосвязи в выбранном канале обмена. Исследованы методы

синхронизации, удовлетворяющие принятым требованиям.

Разработан алгоритм синхронизации для устройств защиты оадио-телефонных переговоров. В.алгоритме синхронизации используется метод подстановки квадратур. Программным путем осуществляется по/ск огибающей амплитудных значений частот ЧТ-сигнала из текущей последовательности отсчетов. Вычисляются приближенные значения функций SIN и COS для каждой из частот с последующим их сравнением с пороговыми величинами. Выносятся решения о принятой частоте за время обработки с отметкой о качестве приема. На интервале.анализа разном 2 мс. Формируются данные таблицы решений. Далее производится анализ числа неуверенно принятых решений. помеченных признаком "стирание", и. в.случае выполнения пороговых условий, выполняется сравнение полученных решений с эталонной таблицей.

При анализе синхропоследовательности поиск экстремума выполняется на заданных порогах: порог числа стираний элементарных символов синхропоследовательности длительностью в ?. мс не должен превышать 35 символов из 104 ( около 1/3 ); порог числа несовпадений с эталонной маской равняется 20. Эти пороги выбраны статистически-экспериментальным путем, а также в результате анализа прохождения информации по аналогичным каналам обмена. Алгоритм синхронизации УЗРП состоит в следующем: Пусть входной сигнал f(t) представляет собой сумку двух сигналов: щума n(t) и детерминированного сигнала s(t). При этом:

sit)

V

0. при t<t0: ft . b(t-to). при t0<m0+T: О, при tHo+T.

Момент to соответствует появлению сигнала bit) синхропосле-' довэтельности на входе системы анализа: t0+T - момент его окончания. Синхропоследовательность В = ( (Н.Рг 1 представляет собой код Баркера с числом элементов п=13.

Сигнал bit) представляет эту последовательность следующим образом: если в цифровом виде восстанавливается сигнал частоты ft и длительностью,}б мс - значение "1"; частоты Гг той же длитель-,:; ностм - значение "О". При этом обеспечивается непрерывность фазы получаемого сигнала. ' ■

Пусть На 'зход устройства анализа подается аналоговый сигнал f(t). где он. дискретизируётся на. АЦП, выдающего на свой выход последовательность значений Gk«F(f{К,Q>). где к = 0.1,2 ... 2т"\ а Q -шаг дискретизации.

, Функция F(x): IR—-> { 0.1 ... . ) представляет результат на выходе АЦП при-поступлении на его вход значения х аналогового сигнала.. В списываемом устройстве kv=S, что характеризует число уровней квантования 2B-256:' Q»i25MKC ( частота гзантования 8 кГц ).

В процессе- работи-устройбтЕо анаткрузт киезеотво - последо-¿1

зательностей: Фц = { С*, ... .СкМ6б4 > при значениях принимаемых к»0,16,32 ... и т.д. до тех пор. пока при некотором к-к0 не будет принято решение, что 1о=0ко . т.е. что начиная с в* до С*»2оа элементы анализируемой последовательности составляют обработанный АЦП сигнал синхрокомбинации.

Предполагается, что начало работы устройства^ анализа совпадает по времени с моментом 1=0. Промежуточные результаты вычислений хранятся в двоичных массивах :

£а0.

8ч.

аюз

Л

и

где а1 е {0,1} : е (0,1) ; А - массив решений; 1 - массив стираний принятых решений. Признаком стирания помечается условно принятое решение ( некондиционное решение }. отличающееся тем.что: результат анализа текущей последовательности Ск нельзя уверенно отнести к принятому решению "О" или "1".

Дальнейший алгоритм описан в виде трех этапов.

1) Начальное заполнение массивов А и Ъ : Присвоить к-0. Для каждого интервала анализа Г-0,... 103 вычисляются оценка:

(.Г

15 1*1/2

X 81еп(51п-тг-2?Г)Скмбгм 1-0

15 1*1/г

2 &1вп(Соа-7г—2Х)бк«|бг*1 1«0

2

<2к. 1

15 1*1/г

2 3101 (БШ—г—2Х)Ск» 1-0 . . ■

1»0 •

Индекс 1 в приведенных выражениях соответствует номеру циЗк рового отсчета АЦП на Г-том интервале анализа. При этом элементам массива црисваиваются следующие ан&ченкя:

аг 1.

если > ««и с Скл

«ели если

г

Порог 6 подобран эмпирическим путем и устанавливает необходимую степень уверенности для принятия решения в том, что интервал анализа { ... »С**16г*15 ) содержит-информацию о сигначе синхропоследовательности,

2) Анализ содержимого массивов А и 2 : Подсчет числа единиц 8 массива 2. Если число единиц превышает порог б, то выполняется переход к текущему интервалу анализа. Порог 5 имеет значение, равное 30. При числе элементов массива

- ¿2 ■ .....

"равным" 104. это означает, что допустимое число неуверенно принятых решений (.стираний ) составляет для используемого канала не более 30%. '

Пусть Р'= Р[г/16*1]» где [ 1 - символ целой части. Тогда при ¡заданном пороге числа несовпадений с кодом Баркера С проверяется ' условие: юз

Если I (Р'+ аг)тоаг < 0 , то выносится решение что К0=к.

Г ■ о

. т.е. синхропоследовательность найдена на интервале анализа. Далее, в течение, времени, равном интервалу анализа, выполняется поиск минимума по количеству несовпадений с последовательностью Баркера. В противном случае, если синхрокомбинация не найдена, происходит переход к текущему интервалу анализа.,

3) Переход к текущему, интервалу анализа :

Присвоить К=к+16. Сдвинуть на одну позицию влево значения в массивах А и I: а^аы, для всех 1 = 1,. .. . ,102.

Вычислить новые значения элементов аюз 'иоз используя величины Ч'к /г и £Зк .Перейти к анализу содержимого массивов А и г, . Таким образом, при повторении описанного алгоритма принимает-. ся ( или не принимается ) решение о приеме синхрокода.

Здесь же предложена методика оценивания устойчивости синхронизации с моделированием условий каняла обмена.

Методика оценки устойчивости системы синхронизации пс выбран- '. Иому способу предполагала-исследование зависимости устойчивости от: уровня полезного сигнала при.отсутствии помех; помеховой обстановки в полосе выбранного канала с моделированием реальней помехи по результатам зондирования канала; используемого времени анализа.текущего сегмента синхропоследовательности и ее длины. Анализировались также, вероятности сбоя синхронизации и возникновения ложной синхронизации. . .

При оценка устойчивости синхронизации предложены два пути исследования. Первый, заключался в том. что на этапе макетирования, на двух ПК, имитирующих абонентские комплекты, связанных по ИРПС, на цифровой модели . воссоздавались передача/прием некондиционных синхропоследовательностей,. представленных в виде цифровых отсчетов. При этем регистрировались наступление синхронизации вблйзи порога чувствительносг,: программной системы синхронизации и сбои синхронизации при работе ниже порога- чувствительности.,'- Моделировались .также синхропоследовательности из множества ■: ^-последовательностей |с оценкой возможности их применения., Второй путь оценки .устойчивости разработан, в, рамках подготовки изделия к приемосдаточным испытаниям и подробно изложен в программ: и методике: испытаний УЗРП.

В рамках'лабораторных испытаний также.была рассчитана вероятностная оценка: устойчивости синхронизация, объективно подтверждав-. . щая выбор принятого метода. По разработанному алгоритму нахождения рероятасегк успешного приема синхропоследовате-шноста при; наличии

аддитивного фяуктуадкоакого иума разработана программа моделирования.

Рс

0.9 О . 8

О . 7

О . 6 О . 5

О . 4

О . 3 О . 2

0.1

. О

0.1 О.г 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 О.е 0.9

РИ0.2 .

На рис.2 приведены расчетные (по программе моделирования ) зависимости вероятности наступления синхронизадии Рс от .величины среднего напряжения помехи ип.ср. в полосе приема. Для заданных: среднего напряжения помехи 1В. фиксированного значения полезного сигнала ЗВ. Кривая 1 рассчитана для допустимого числа несевпадений с составляющими символов.последовательности Баркера д-20 из всего 104 и принятого порога "стирания" 6=30. Кривая 2 рассчитана соответственно для 0=20 и 6--20. ;

Анализ результатов моделирования показывает, что при выбранных условиях приема при достаточно большом отношении : сигнал/шу,ч на вероятность наступления '.' синхронизации существенное влияние оказывает выбор порога "стирания" 5 . • Увеличение порога 5 уменьшает вероятность наступления ложной синхронизации.; При ухудшении условий связи при ип.ср « 0.5ис на вероятность наступления синхронизации оказывает решающее влияние величина выбранного порога й. Поэтому допустимое число искажений символов последовательности Баркера должно быть таким, чтобы это.не влиялд на точность синхронизации ( верхний порог ) ,. и в то же время позволяло абонентам уверенно синхронизироваться. ;в плохой помеховой обстановке (нижний порог ). После проведенных исследований для'используемого канала выбраны оптимальные.значения Ю=20 и 6=30.

В четвертой главе .определены критерии оптимальности разраба-тквазаой аппаратур» закрыт речевой информации. Зыбрана конфигурация устройства погьолакй'дя з полном объ-йне реализовать разработанный алгоритм.

Исследована -лвдсимости производительности и крлптостойкости • от параметров микропроцессорного узла. Рассмотрены различные ва-: рианть: 'реализаций алгоритмов формирования ПСП, • предложены пути увеличении разрядности ключевой комбинации, определены условия ! реализуемости алгоритм*. фсркйроЕания ПСП на выбранном типе однокристальной ( ОКЭВМ ). Проведена оптимизация параметров интерфейсной части, исходя из предложена: : критериев оценки. На ■рис.3 приведена Функциональная схема изделия.

Рис. 3

Сделан вквод о возможном-увеличении разрядности ключа путем применения специальных алгоритмов' формирования ПСП ( приведены блок-схемы алгоритмов ). Это позволяет перейти на качественно более высокую ступень показателей стойкости к раскрытию. Подбор кто- ■ на такой длины становится практически невозможен, а формирование его абонентами представляется вполне тривиальной задачей. . • . • На этапе проектирования разработана и внедрена 8-разрядная КМОП микросборка АЦЛ-ЦАЛ в микросхемном исполнении . 04ПП003 УИЯД.431328.002 для измерительной аппаратуры и устройств обработки речевых сигналов.

Пс результатам проведенных исследований разработаны и успешно выдержали приемку заказчика опытные образцы устройств защиты ; радио- и телефонных переговоров ( УЗРП-Н УИЯД. 467756.002 и УЗРГ1-А УИЯД. 467756.'003 ).- '

В пятой главе проведен стохастк .еский анализ временных параметров оперативной защищенной- радиотелефонной связи. Предложен алгоритм точного вычисления .вероятности подбора ключа защищенной системы Разработана программа реализующая предложенный алгоритм с зоаложнеегь» ввода статистических данных через файл.

15

Здесь же приводится разработанный■алгоритм'моделирования на пакете моделирования дискретных систем СРБЭ с использованием данных статистических исследований на выбранном канале обмена.

Процесс декодирования "сообщений" представляет собой поток тргязактов. представляющих переговоры абонентов, и постепенный подбор ключа во время каждых переговоров. Математическое описание процесса, по результатам проведенного эксперимента/ представляет собой пуассоноьский процесс ; до первого успешного исхода ).

Особенность, реализации: каждому ключу присваивается порядко-., вый номер, то есть нумеруются; все 'возможные кодовые . комбинации, число которых описывается формулой;: 2п-1, . где п - разрядность ключа; наблюдателем генерируется также не сама кодовая комбинация, а эквивалентный номер ключа; _подбор ключа проводит не наблюдатель, а сама система кодирования из всевозможного числа кодовых комбинаций. имеющихся у наблюдателя, который знает размерность ключа у абонента. Перед началом подбора, номера' ключей, хранящихся в массиве, подвергаются перемешиванию случайным образом. Генерируемый также случайным образом номер ключа декодирования сравнивается с номерами ключей, хранящихся в матрице всевозможных ключей, осуществляя постепенный перебор всех номеров. Сравнение осуществляется в моменты, когда абоненты ведут переговоры между собой. При совпадении номеров фиксируется общее время декодирования.- ;

Модель состоит из трех алгоритмических сегментов: образования и начального перемешивания таблицы ключей, моделирования переговоров абонентов и непосредственного поиска кличей.

■ Сегмент 1 Сегмент 2 Сегмент 3

Процессы по этим сегментам происходят параллельно, устройства и транзакты каждого из сегментов имеют полный доступ к. параметрам устройств и транзактов других сегментов.

В результате произведенной обработки результатов моделирования построек график полученных значений времени дешифрования от длины ключевой комбинации. 3 модели используются расчетные ( по данным статистики ) относительные.частоты выходов на.сеанс связи. При построении графика (рис.5 ). виду большого разброса параметров и экспоненциального характера полученной зависимости, использовался логарифмический масштаб, нанесены доверительные, интервалы в пределах 13(106С

. Рис.5

Полученная згзисимость имеет практическое приложение. . г- Она позволяет определить.необходимую размерность ключа для обеспечения работы абонентов в течение заданного периода времени с принятой вероятностью' недоступности перехвата, ■'

В приложениях 1-6 приведены: листинги программ, программы и методики испытаний УЗРП, электрические принципиальные схемы УЗРП,

. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ.

1. Заявка 93049784, РФ. МКИ 6 НО 4К 1/06 Способ кодирования: речевых сигналов/Фомин В.В.- Заявлено 01.11.93.- Пол.реш. 14.01.9?.

2. Заявка 93149169, . РФ, МКИ 6 НО 4К 4/06 Устройство для ко-: дирования речевых сигналов./ Фомин В.В.. Дудник В.Н.. Лепин В.'Е.,' Батенева Т.В. - Заявлено 04,40.94. - Пол. реш. 12.01.98. ;; 'г

3.. Леонидов И.М.. Фомин В.В., Шахов В.Г, Анализ степени защиты систем закрытой радиотелефонной связи. // Тезисы международной научно-практической конференции "Инфотранс-Эб", ; С-Петербург. 1996.-С. 192-199. " ■

'• 4. Фомин В,В, Шахов В.Г.. Дудник В.Н. и др.;'Способ кодирования речевых сигналов и реализация канала с кодированием // мате-

риалы международной научно-практической конференции "Информационные технологии и радиосети". Омск, 1996.-с. 95-96.

5. Фомин В.В.. Дудник В.Н.. Лепин В.Е. и др. Устройство защиты радиотелефонных переговоров от несанкционированного прослушивания для радиостанций ОВД "Виолончель" // Техника радиосвязи. Научно - технический сборник, вып. 2, ОШИП. Омск. 1995.

6. Фомин В. В. . Корж В. Н. и др. Микросборка АЦП - ЦАП для измерительной аппаратуры и устройств обработки аналоговых сигналов. //Техника радиосвязи. Научнс - технический сборник, вып.2. ОНИИП. Омск. 1995.

7. Фомин В.В. Шахов В.Г., Дудник В.Н.и др. Устройство закрытия радиотелефонных переговоров // Труды международной научно-технической конференции "Направления-развития систем и средств радиосвязи", -т.1, Вороне*. '1996.-е.326-330. .

8. Фомин В.В., Дудник В.Н.. Лепин В.Е. и др. Способ кодирования речевых сигналов для устройств радио- и телефонной связи // Техника радиосвязи. Научно - технический сборник, вып.3. ОНИИП. Омск, 1997, с. 34-38.

9. Фомин В.В.. Шахсв В.Г. Устройство закрытия речи для радио- и телефонных сетей. В кн.: Труды третьей международной научно-технической конференции " Актуальные проблемы электронного машиностроения г. 7- Новосибирск, 1996, с. 41-42.

10. Фомин В. В., Шахов В. Г.. Леонидов U.M. Анализ/системы защиты закрытой радиотелефонной связи / УЗРП для радиостанций УВД /. .ЦНИИТЭИ МПС - депонированные работы, 1996, И12. реферат

' »6069 -к. д.96.-с.47.

11. Фомин В.В. Синхронизация устройств защиты речевой информации в полосе канала ТЧ.- Депонированные работы. ^1998, М . реферат #312 -ж. д. 98. -с. 8.

12. Фомин В. В. , Шахов В. IV 0 выборе параметров преобразования речи /Для способа временной цифрации/. - Депонированные работа. 1997, »5 , реферат *510-ж. д.98;-с; 17-18.

13. Шахов В. Г.. Фомин В. В. Защищена« от перехвата система радиотелефонных переговоров. // Журнал "Автоматика телемеханика и СВЯЗЬ" »7. М., 1997. С. 17.

14. Фомин В.В., Дудник В.Н.. Батенева Т В.. Лепин-В.Е. Программа "Шифратор и дешифратор речевых сообщений для узкополосных радио- и телефонных устройств". Заявка K1S84 от 15.01.98. на регистрацию программного продукта.-57 с-

15. Фомин В.В.. Шахов В.Г. и др. Способ и устройство кодирования радио- и телефонных переговоров // Тезисы международной научно-практической конференции "Инфотранс«9б\ С-Петербург. 19S6. -с. 200-205.

16. Леонидов О... Фомин В.В.. Шахов в.Г. Анализ степени защиты УЗРП. В кн.: Труда третьей международной научно-технической конференции "-АПЭЛ-Эб т. 7т Новосибирск. 1996, с.43-46.