СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК H04L9/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано для кодирования цифровой конфиденциальной информации, хранящейся в ЭВМ и передаваемой по каналам межмашинного обмена.

Известен способ кодирования цифровой информации небольшого объема или отдельных ее блоков (блоков данных), заключающийся в многоэтапном кодировании блока данных, при котором блок данных на каждом этапе разбивается на несколько сегментов, к которым последовательно применяются операции подстановки.

Недостатком является практическая невозможность кодирования блоков большого размера (более 128 бит), что требует предварительного разбиения цифровой информации на большое число блоков данных и введения в каждый блок данных сегмента контроля целостности блока данных, а также сложность устройства.

Известен способ кодирования блоков данных, заключающийся в независимом поблочном кодировании блоков данных. Устройство содержит последовательно соединенные первый регистр, первый мультиплексор, узел перестановки, второй сумматор, нелинейный блок и первый сумматор, выход которого является первым выходом устройства и подключен к входу первого регистра, выход которого является вторым выходом устройства, первым входом которого является второй вход мультиплексора, выход которого через последовательно соединенные второй регистр и второй мультиплексор подключен к второму входу первого сумматора, а также блок оперативной памяти, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, при этом вход блока оперативной памяти является входом ключевой информации устройства, вторым входом которого является второй вход второго мультиплексора.

Недостатком известного технического решения является необходимость модификации при кодировании каждого блока данных большого объема ключевой информации, что приводит к необходимости разделения функций кодирования информации и модификации ключевой информации во времени и соответственно к низкому быстродействию устройства.

Цель повышение быстродействия.

На фиг. 1 и 2 представлены структурные схемы устройства, поясняющие сущность способа кодирования цифровой информации; на фиг.3 структурная электрическая схема устройства кодирования цифровой информации.

Устройство кодирования цифровой информации содержит мультиплексор 1, узел кодирования 2, информационный блок 3 памяти, блок 4 регистров.

Способ кодирования блока данных основан на охвате операции блочного кодирования двумя цепями обратной связи (ОС). Первая цепь ОС (ОС1) возвращает кодированные информационные подблоки данных S' для их повторного кодирования. Вторая цепь ОС (ОС2) возвращает выработанный операцией блочного кодирования вспомогательный кодовый блок 1, являющийся функцией текущего кодируемого информационного блока, вспомогательного кодового блока, выработанного при предыдующей операции блочного кодирования и ключа, для кодирования последующего информационного блока. По данному определению вспомогательный кодовый блок зависит от текущего информационного блока и всех предыдущих. Кодированный информационный подблок при этом также является функцией текущего информационного блока и всех предыдущих.

Из двух цепей ОС ОС1 и ОС2 одна является внутренней, а другая внешней.

При внутренней ОС2 первоначально проводится кодирование всех информационных блоков данных S1 SN c формированием вспомогательных кодовых блоков I1 IN 1 при каждой операции кодирования, а затем передача кодированных информационных подблоков S1' SN' для повторного кодирования. Очередность кодирования информационных блоков данных может быть произвольной, в том числе и зависящей от ключа кодирования или вспомогательного кодового блока, при этом, например, вспомогательный кодовый блок может задавать еще и номер следующего кодирующего информационного блока данных. В простейшем случае очередность кодирования информационных блоков данных чередуются: вначале по возрастанию номеров информационных блоков данных, затем по их убыванию.

При обратимости операции блочного кодирования 1 декодированные информационные подблоки данных идентичны исходным. Можно также заметить, что уже при двукратном кодировании информационных блоков данных (в случае, если операция блочного кодирования обеспечивает зависимость каждого бита выходного кодированного подблока данных от каждого бита входного блока данных, каждый бит выходной кодированной цифровой информации будет зависеть от каждого бита входной цифровой информации, т.е. входная цифровая информация будет кодироваться как единый блок данных. При этом размер кодируемого блока данных может изменяться с дискретностью в один блок (практически в один байт).

При четном числе этапов кодирования каждого информационного сегмента порядок информационных секторов, подлежащих кодированию, должен быть обратным. При нечетном числе этапов порядок информационных секторов при кодировании и декодировании одинаков.

При внутренней ОС1 первоначально производится многократное кодирование одного информационного блока данных Sj, а затем устанавливаются все вспомогательные кодовые блоки I1j I4j для кодирования последующего информационного блока данных. В данном случае возможна передача вспомогательных кодовых блоков между различными уровнями кодирования информационного блока данных по различным законам, в том числе и зависящим от ключа кодирования.

При раскрытии обоих цепей ОС каждый бит кодированной цифровой информации будет зависеть от каждого бита входной информации текущего и предыдущих информационных блоков данных, что требует применения достаточно сложных узлов кодирования.

Возможны и варианты чередования очередности цепей ОС. В этом случае цифровая информация разбивается на блоки данных, содержащих по несколько подблоков данных. Цифровая информация кодируется с внутренней ОС2 внутри этих блоков и с внутренней ОС1 между блоками простейшими узлами кодирования. Максимальный объем кодируемой информации при этом практически не ограничен.

На фиг. 1 и 2 приведены развернутые схемы кодирования и декодирования с внутренней ОС2. Можно видеть, что при применении данного узла кодирования для обеспечения зависимости каждого бита цифровой выходной информации от каждого бита входной цифровой информации необходимо четырехкратное кодирование каждого входного информационного блока данных, но при этом и младшие разряды информационного блока данных, и старшие кодируются ровно два раза.

Устройство работает следующим образом.

При первой операции кодирования входные информационные блоки данных через мультиплексор 1 поступают на информационный вход узла кодирования 2, который формирует кодированный информационный подблок данных на информационном выходе и вспомогательный кодовый блок на дополнительном выходе. Кодированный информационный подблок данных и вспомогательный кодовый блок по окончании операции кодирования записываются в информационный блок 3 памяти и блок 4 регистров. Далее в зависимости от принятой очередности действия ОС происходит передача сформированного вспомогательного кодового блока на дополнительный вход узла кодирования 2 и кодирование следующего информационного блока данных, поступающего с входа устройства за узел кодирования 2 через мультиплексор 1 (при внутренней ОС2) или передача однократно кодированного информационного подблока данных через мультиплексор 1 на информационный вход узла кодирования 2 и его повторное кодирование (при внутренней ОС1).

По окончании цикла действия внутренней ОС происходит передача информационных подблоков данных из информационного блока 3 памяти, информационных подблоков данных через мультиплексор 1 на информационный вход узла кодирования 2 для повторного их кодирования (при внутренней ОС2) или передача вспомогательных кодовых блоков из информационного блока 3 памяти вспомогательных кодовых блоков на дополнительный вход узла кодирования 2 для кодирования следующего входного сегмента (при внутренней ОС1).

Порядок записи и считывания информационных подблоков данных и вспомогательных кодовых блоков может устанавливаться по различным законам, в том числе и зависящим от ключа кодирования или вспомогательного кодового блока.

Использование: в вычислительной технике и технике связи для кодирования цифровой конфиденциальной информации, хранящейся в ЭВМ и передоваемой по каналам межмашинного обмена. Сущность изобретения: способ кодирования блока данных заключается в разбиении блока данных на некоторое число информационных подблоков данных и их кодирования с применением операции блочного кодирования. Операцию блочного кодирования охватывают двумя цепями обратной связи (ОС): по информационному подблоку данных и по вспомогательному кодовому блоку, который вырабатывается при каждой операции блочного кодирования и является функцией текущего информационного блока данных, предыдущего вспомогательного кодового блока и ключа кодирования. Устройство для осуществления способа содержит мультиплексор, узел кодирования, информационный блок памяти, блок регистров. Способ и устройство обеспечивает высокое быстродействие, а размер кодируемого блока данных может изменяться с дискретностью в один блок данных. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ кодирования цифровой информации, заключающийся в разбиении цифровой информации на один или более блоков данных, каждый из которых разбивается на подблоки данных, которые кодируются в несколько этапов, отличающийся тем, что на каждом этапе кодирования первого блока данных из одного из входных подблоков данных формируют вспомогательный кодовый блок, из других подблоков данных и сформированных ранее вспомогательных кодовых блоков поочередно формируют новые вспомогательные кодовые блоки и кодированные на первом этапе подблоки данных, на каждом этапе кодирования последующих блоков данных из одного из входных подблоков данных и вспомогательного кодового блока, сформированного при кодировании предыдущего блока данных, формируют кодированный подблок и новый вспомогательный кодовый блок, из других подблоков и сформированных ранее вспомогательных кодовых блоков поочередно формируют новые вспомогательные кодовые блоки и кодированные на последующих этапах подблоки данных. 2. Устройство для кодирования цифровой информации, содержащее мультиплексор, первый вход которого является информационным входом устройства, а выход подключен к информационному входу узла кодирования, первый выход которого является информационным выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены блок регистров и информационный блок памяти, выход которого подключен к второму входу мультиплексора, при этом первый и второй выходы узла кодирования подключены к входам соответственно информационного блока памяти и блока регистров, выходы которого соединены с дополнительным входом узла кодирования.