Способ засекречивания речевых сообщений

 

Изобретение относится к технике засекречивания речевых сообщений и может быть использовано при создании скрембиеров (маскираторов) речевых сигналов, передаваемых по радио- и телефонным линиям связи. Технический результат - повышение неразборчивости и стойкости закрытых речевых сообщений. Сущность способа: при засекречивании речевых сообщений путем временных перестановок отрезков речевого сигнала с помощью блочной шифрпоследовательности, состоящей из N блоков, формирование каждого из ее блоков производят посредством последовательного случайного выбора и цифр из множества чисел 1, 2, 3, ..., n, 8≅n≅15. Блоки, содержащие такие смежные числа, что последующее число больше предыдущего на 1, а также блоки, содержащие числа, расположенные только на четных позициях или только на нечетных позициях блока, причем последующее число больше предыдущего на 2, из шифрпоследовательности исключают, процесс формирования шифропоследовательности продолжают до получения N≥10³ блоков. 2 табл.

Изобретение относится к технике засекречивания речевых сообщений и может быть использовано при создании скремблеров (маскираторов) речевых сигналов, передаваемых по радио- и телефонным линиям связи.

Известен способ передачи кодированных данных путем временной перестановки элементов информации [1] при котором на передающей стороне первоначальный порядок следования элементов информации изменяют посредством накопления в запоминающем устройстве, а на приемной стороне восстанавливают путем обратной перестановки. Однако при засекречивании речевых сообщений таким способом они остаются частично разборчивыми, поскольку длительность переставляемых элементов достаточно велика и обычно составляет Т 30 150 Мсек, а речевые сигналы (РС) обладают большой избыточностью. Для снижения остаточной разборчивости закрытых РС на множество возможных перестановок накладывают определенные ограничения.

Известен способ задания спецификации к допустимому подмножеству перестановок блочного шифра [2] основанный на формировании функции специального вида, определяющей это подмножества путем наложения ограничений на минимально допустимое расстояние между соседними сегментами закрытого сигнала. Однако при использовании определенных таким способом блочных перестановок отрезков РС стойкость засекреченных сообщений оказывается невысокой. Причина состоит в том, что для обеспечения приемлемой величины задержки передаваемых сообщений длину блока n выбирают небольшой (обычно n не превышает 16), вследствие чего при выбранной задающей функции количество допустимых перестановок также невелико.

Известен способ повышения надежности защиты засекречивания речи от несанкционированного рассекречивания [3] выбранный в качестве прототипа. При этом способе засекречивание речи осуществляют при помощи перестановок, определяемых случайными числами, каждое из которых перед использованием проверяют на его пригодность для засекречивания. Проверку производят до тех пор, пока не сформируют нужное число, либо количество опробованных чисел не достигнет верхней границы. По достижении этой верхней границы случайное число используют для засекречивания независимо от его пригодности, что снижает неразборчивость и стойкость засекреченных речевых сообщений.

Известные способы временных перестановок не обеспечивают требующейся неразборчивости и стойкости засекреченных речевых сообщений потому, что в них структура используемых перестановок блочного шифра не в полной мере разрушает избыточность речевых сигналов, а множество допустимых перестановок недостаточно велико. Этого недостатка можно избежать, если из множества n! всевозможных перестановок использовать для засекречивания речевых сообщений те, и только те из них, которые исключают появление как непрерывных, а так и прерывистых "цепочек" в закрытом РС. При этом под непрерывной "цепочкой" понимают случай, когда следующие друг за другом отрезки открытого РС оказываются следующими друг за другом и в закрытом РС, а под прерывистой "цепочкой" случай, когда любые два отрезка РС следующие друг за другом через интервал времени, равный длительности одного отрезка сигнала, занимают такое же положение и в закрытом РС. Кроме того, для повышения стойкости закрытия блочные перестановки шифрующей последовательности следует выбирать случайно и независимо друг от друга, а сама шифрпоследовательность должна быть достаточно длинной и легко обновляемой.

Цель изобретения повышение неразборчивости и стойкости закрытых речевых сообщений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе засекречивания речевых сообщений путем временных перестановок отрезков речевого сигнала с помощью блочной шифрпоследовательности, которую предварительно формируют и записывают в запоминающее устройство, а затем управляют порядком передачи отрезков речевого сигнала посредством чтения этой шифрпоследовательности, согласно изобретению формирование каждого из N блоков шифрпоследовательности, определяющих порядок передачи очередных n отрезков речевого сигнала, производят посредством последовательного случайного выбора без возвращения n цифр из множества 16-ричных цифр 1,2.n, 8<=n<=F, при этом блоки, содержащие непрерывные цепочки последовательно возрастающих цифр, а также блоки, содержащие прерывистые (через одну позицию) цепочки таких цифр, из шифрпоследовательности исключают, процесс формирования шифрпоследовательности продолжают до получения N>= 1000 блоков, после чего сформированный вариант шифрпоследовательности записывают в перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство емкостью n·N/2байт, конструкцию которого делают съемной и при необходимости формируют и записывают в это запоминающее устройство новый вариант блочной шифрпоследовательности.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом и аналогами позволяет установить, что оно не известно из уровня техники, так как отличается новыми операциями и поэтому соответствует критерию "новизна".

Для повышения неразборчивости и стойкости закрытых РС в предлагаемом способе засекречивания исключаются блочные перестановки, содержащие "цепочки" отрезков открытого РС, при этом обеспечивается практическое использование большого числа различных шифрпоследовательностей. Анализ заявляемого технического решения показывает, что оно имеет изобретательский уровень, так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано при промышленном производстве скремблеров речевых сигналов, передаваемых по радио- и телефонным линиям связи.

В табл. 1 представлены примеры разрешенных и запрещенных к использованию блочных перестановок при длине блока n=8, а также приведены данные об общем количестве этих перестановок; в табл. 2 программа, обеспечивающая формирование шифрпоследовательности из N блоков.

Технология засекречивания речевых сообщений при предлагаемом способе включает в себя три последовательно выполняемые укрупненные операции: предварительное формирование шифрпоследовательности из N блоков, каждый из которых представляет собой перестановку разрушенной структуры из n цифр; запись сформированного варианта шифрпоследовательности в перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство емкостью N·n/2 байт съемной конструкции и последующая установка ЗУ в скремблер; управление порядком передачи отрезков РС посредством чтения шифрпоследовательности, записанной в съемное ЗУ.

Предварительное формирование шифрпоследовательности целесообразно производить программным способом с помощью следующей двухэтапной процедуры.

На первом этапе с помощью генератора случайных чисел формируют вариант очередной перестановки из n цифр. На каждом шаге этого этапа генератор случайным образом выдает одну из цифр от 1 до n, которую выбирают в качестве очередного элемента формируемой перестановки, если она не совпадает ни с одной из ранее выбранных цифр, и в противном случае отбрасывают. Указанные действия продолжают до тех пор, пока не будут отобраны все h цифр очередной перестановки. Легко видеть, что описанная процедура формирования варианта перестановки есть процедура последовательного случайного выбора без возвращения n цифр из множества цифр 1,2,n.

На втором этапе процедуры структуру очередной сформированной перестановки проверяют на наличие (отсутствие) в ней непрерывных цепочек последовательно возрастающих цифр, а также прерывистых (через одну позицию) цепочек таких цифр. При наличии хотя бы одной такой непрерывной или прерывистой цепочки проверяемую перестановку отбрасывают, в противном случае запоминают в качестве текущего из N блоков шифрпоследовательности. Проверку можно осуществлять, например, путем последовательного сравнения сформированного блока со всеми блоками множества разрешенных к использованию перестановок, примеры которых приведены в табл. 1, либо с помощью процедуры логического поиска цепочек цифр в запрещенных перестановках, выделенных на этой фигуре подчеркиванием для иллюстрации очевидной логики поиска цепочек.

Описанную двухэтапную процедуру формирования каждого блока шифрпоследовательности циклически повторяют до тех пор, пока не будет сформировано заданное количество N>=1000 блоков шифрпоследовательности.

Вторую укрупненную операцию технологии засекречивания речевых сообщений запись варианта шифрпоследовательности в перепрограммируемое энергонезависимое ЗУ съемной конструкции выполняют обычным образом с помощью любого из стандартных программаторов. Поскольку цифры, образующие шифрпоследовательность, 16-ричные, то для двоичного представления каждого из них достаточно четырех разрядов, вследствие чего объем памяти, необходимой для хранения n·N цифр, равен n·N/2 байт.

Управление порядком передачи отрезков РС заключительная операция технологии засекречивания речевых сообщений. Как обычно, изменение порядка следования отрезков РС производят путем записи сигналов в n-секционное буферное запоминающее устройство в естественном порядке, а чтение осуществляют последовательно по секциям, номера которых 1, 2,n определяются цифрами считываемой из ЗУ шифрпоследовательности.

В табл. 2 приведена программа, обеспечивающая генерацию и запоминание варианта шифрпоследовательности из N блоков. Программа написана на языке C++ и после компилляции может быть выполнена на любой персональной ЭВМ (например, IBM PC AT-386).

В качестве ЗУ для записи сформированной шифрпоследовательности можно использовать, например, микросхему 573РФ4 с электрической записью и ультрафиолетовым стиранием емкостью 8K байт.

Запись сформированной шифрпоследовательности в микросхему 573РФ4 можно произвести на любом стандартном программаторе (например, ALLMAX/ALLMAXX+, Elektronic Enginering, USA), подключенном к персональной ЭВМ обычным образом (например, через параллельный порт).

Простейшим вариантом обеспечения съемности микросхемы 573РФ4 с записанной шифрпоследовательностью является ее установка в стандартную сокету (разъем) РС-28, размещенную на передней панели конструкции скремблера.

Использование предлагаемого способа позволит повысить неразборчивость закрытых речевых сообщений благодаря тому, что используемые в нем блочные перестановки исключают наличие в закрытом РС отрезков открытого РС, следующих друг за другом непрерывно или через временной интервал, равный длительности одного отрезка сигнала. Испытания разборчивости слов, проведенные по известной методике, изложенной, например, в [4] показывают, что при предлагаемом способе засекречивания эта разборчивость в случае n=8 N=32 Mc практически равна нулю. В то же время в известных способах засекречивания путем временных перестановок словесная разборчивость достигает нескольких процентов, что при передаче закрытых речевых сообщений априорно известной тематики может в некоторых случаях приводить к значительной смысловой разборчивости.

Использование предлагаемого способа позволит повысить стойкость засекреченных речевых сообщений по следующим причинам: перестановки каждого из N блоков шифрпоследовательности совершенно независимы, а количество R разрешенных блочных перестановок достаточно велико (R=6895 уже при длине блока n=8); количество различных шифрпоследовательностей Q из N блоков чрезвычайно велико: Q=Rⁿ, так что уже при n=8 N=1000 10³⁰⁰⁰<Q<10; использование для записи и хранения шифрпоследовательности перепрограммируемого энергонезависимого ЗУ емкостью n·N/2 байт съемной конструкции обеспечивает практическое использование всего множества Q возможных шифрпоследовательностей.

Источники информации 1. Патент Франции N 2101561, кл. H O4 K 1/00, 1972.

2. Требования к множеству перестановок блочных шифров. Nathys Peter//IEEE Int. Symp.Inf.Theory, Ian. 17-22, 1993 г.

3. Заявка ФРГ N 280979, кл. H O4 K 1/00, 1980 (прототип).

4. Вемян Г. В. Передача речи по сетям электросвязи. М. Радио и связь, 1985, с. 116.

Формула изобретения

Способ засекречивания речевых сообщений путем временных перестановок отрезков речевого сигнала с помощью блочной шифрпоследовательности из N блоков, каждый из которых содержит n случайных чисел, определяющих порядок передачи n очередных отрезков речевого сигнала, при котором шифрпоследовательность предварительно формируют и запоминают, а затем изменяют порядок передачи отрезков речевого сигнала посредством чтения запомненной шифрпоследовательности, отличающийся тем, что формирование каждого из N блоков шифрпоследовательности производят посредством случайного выбора без возвращения n чисел из множества чисел 1,2,3 n, 8 ≅ n ≅ 15, при этом блоки, содержащие такие смежные числа, что последующее число больше предыдущего на 1, а также блоки, содержащие числа, расположенные только на четных или только на нечетных позициях блока, причем последующее число больше предыдущего на 2, из шифрпоследовательности исключают, процесс формирования шифрпоследовательности продолжают до получения N ≥ 10³ блоков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5