ДЕШИФРАТОР УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕСТАНОВКИ ИНФОРМАЦИИ, ХРАНИМОЙ В ПЕРСОНАЛЬНОЙ ЭВМ Российский патент 2010 года по МПК G06F7/76 

Изобретение относится к области кодирования информации и может быть использовано в системах защиты информации от несанкционированного доступа.

Известны устройства, обеспечивающие генерацию перестановок (транспозиций) исходных величин (см., например, авт. св. СССР №957215, МПК G06F 7/08, №995093, МПК G06F 7/06, №1124319, G06F 7/06, №1397933, МПК G06F 15/20).

Недостатком этих устройств является невозможность управления перестановками.

Известно устройство, обеспечивающее генерацию управляемых перестановок (см. авторское свидетельство СССР №1513467, МПК G05F 15/20). Данное устройство реализует процедуру преобразования номера перестановки в однозначно соответствующую ему перестановку.

Недостатком устройства является его техническая сложность при больших длинах исходных данных N, т.к. число логических вентилей, принимаемых за минимальную единицу аппаратных структур устройства, растет пропорционально N². Перестановка выполняется за несколько раундов преобразований, что снижает скорость ее выполнения. Кроме этого устройство предназначено для загрузки исходных данных в параллельном коде, что приводит к дополнительным затратам при его соединении с последовательной шиной передачи данных.

Наиболее близким к заявляемому является дешифратор управляемой побитовой транспозиции информации, хранимой в персональной ЭВМ (см. патент РФ №2320000, МПК G06F 7/76). Дешифратор содержит К уровней узлов дешифрации, каждый уровень дешифрации содержит 2ⁱ элементов . Вход выборки дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элементов первого уровня. Выход каждого элемента i-го уровня соединен с первыми входами пары элементов (i+1)-го уровня. Дешифратор также содержит регистр управляющих кодов, сдвиговый регистр данных, двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных, блок управления, генератор тактовых импульсов, причем элемент первого уровня реализует логическую функцию , остальные элементы реализуют логическую функцию где X, X₁, X₂ - входы логических элементов, Y₁, Y₂ - выходы логических элементов. Вход Х элемента первого уровня соединен с выходом первого бита регистра управляющих кодов. Входы X₁ остальных элементов i-го уровня соединены с выходом i-го бита регистра управляющих кодов. Входы X₂ остальных элементов i-го уровня соединены с выходами элементов i-1 уровня, причем вход двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных соединен с выходом сдвигового регистра данных. Генератор тактовых импульсов соединен с блоком управления, который своими входами и выходами соединен с буферным регистром накопления и хранения форматированных данных, входным сдвиговым регистром данных, регистром управляющих кодов

При большой длине N преобразуемого блока данных число уровней дешифрации K=log2(N) велико, а суммарная задержка установки управляющих кодов τ_Σ=τ·K, где τ - задержка на одном уровне дешифрации. Это снижает скорость преобразования в K раз, что является недостатком дешифратора.

Задачей настоящего решения является ускорение процесса управляемой перестановки элементов (a ₁, a, …, a _i, …a _N) исходной строки данных длиной N за счет конвейерной обработки, при выполнении преобразования за N тактов генератора тактовых импульсов.

Техническим результатом является возможность высокоскоростной перестановки данных с использованием управляющих кодов.

Поставленная задача решается в заявленном изобретении за счет реализации следующей совокупности признаков, характеризующих его сущность.

Дешифратор содержит K уровней узлов дешифрации, каждый уровень дешифрации содержит 2i-1 элементов , двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных.

Согласно решению узлы дешифрации i-го уровня состоят из элементов, объединяющих D триггер хранения данных и регистр хранения и циклического сдвига бит кодов дешифрации длиной K=i+1. Первый бит Q которого управляет первым r₁ и вторым r₂ выходами разрешения записи данных rd₁=Q, . Причем выход данных каждого элемента i-го уровня электрически соединен с входами данных двух элементов (i+1)-го уровня. Первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента i-го уровня электрически соединены с входами разрешения записи данных элементов (i+1)-го уровня. Входы тактовых импульсов электрически соединены между собой, входы разрешения записи управляющих кодов, поступающих на вход управляющих кодов, для всех элементов электрически соединены между собой. Выход данных каждого элемента K-го уровня электрически соединен с двумя входами данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных. Первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента K-го уровня электрически соединены с двумя входами разрешения записи данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема дешифратора для K уровней, на фиг.2 - схема дешифратора для двух уровней, позволяющая выполнять перестановку вектора данных из четырех элементов, где:

0 - двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных;

1 - логический элемент узла первого уровня дешифратора;

2 - логические элементы узлов второго уровня дешифратора;

3 - логические элементы узлов третьего уровня дешифратора;

4, …K-1 - блок логических элементов узлов от четвертого до K-1 уровня дешифратора;

K - логические элементы узлов К-го уровня дешифратора;

D - вход данных;

RD - вход разрешения записи данных;

CS - вход разрешения записи управляющих кодов;

СР - вход управляющих кодов;

rd1 - первый выход разрешения записи данных;

rd2 - второй выход разрешения записи данных;

D_OUT - выход данных;

clk - вход тактовых импульсов от внешнего генератора;

BZY - выход сигнала переполнения двойного буферного регистра.

Предлагаемый дешифратор состоит из К уровней узлов дешифрации 1-K, выполняющих функцию перестановки вектора данных (a ₁, a, …, a _i, … a _N), загружаемого в дешифратор последовательно. Логические элементы узлов дешифратора 1-K имеют одинаковую структуру. Вход данных D узла дешифрации первого уровня является входом данных дешифратора. Узлы дешифрации i-го уровня состоят из элементов, хранения текущих компонент вектора данных (a ₁, a, …, a _i, …a _N) и циклического сдвигового регистра длиной K-i+1 бит для хранения кодов дешифрации. Первый бит Q циклического сдвигового регистра управляет первым r₁ и вторым r₂ выходами разрешения записи данных , . Каждый выход данных элемента i-го уровня электрически соединен шиной данных с входами двух элементов i+1 уровня, первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента i-го уровня электрически соединены с входами разрешения записи данных элементов (i+1)-го уровня. При этом логические элементы узлов дешифратора образуют двоичное дерево (фиг.1). Входы тактовых импульсов и разрешения записи управляющих кодов всех элементов электрически соединены между собой. Выход данных каждого элемента K-го уровня электрически соединен с двумя входами данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных, первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента К-го уровня электрически соединены с соответствующими входами разрешения записи данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных.

Управление перестановкой осуществляется кодами N×K бит, загружаемыми в циклические сдвиговые регистры логических элементов узлов дешифратора. Причем в логический элемент первого уровня 1 загружается N бит управляющих кодов, в логические элементы второго уровня 2 загружается бит управляющих кодов, в логические элементы K-го уровня загружается бит управляющих кодов.

Устройство работает следующим образом. Перед началом преобразования в циклические сдвиговые регистры хранения кодов дешифрации заносятся управляющие коды дешифрации. Для этого управляющая ЭВМ устанавливает вход RD в состояние с логическим уровнем 0, подает на входы СР N×K бит управляющих кодов и записывает их в регистры по очередному импульсу clk, устанавливая для этого на входе CS состояние с логическим уровнем 1. Для перестановки очередного вектора данных (a ₁, a, …, a _i, …a _N) вход CS устанавливается в состояние 0. На вход данных D элемента первого уровня дешифрации подается элемент a ₁ вектора данных. Вход RD устанавливается в состояние 1 и по очередному импульсу clk a ₁  записывается в элемент первого уровня дешифрации. По заднему фронту импульса clk в состоянии RD=1, CS=0 логическая схема этого элемента формирует сигналы на выходах разрешения записи данных rd₁=Q, , где Q - первый бит регистра кодов элемента первого уровня, после чего осуществляется циклический сдвиг битов управляющего кода регистра первого уровня и бит Q заменяется на следующий.

По фронту следующего импульса clk данные из логического элемента первого уровня a ₁ переписываются в первый элемент второго уровня при rd₁=1, rd₂=0 или во второй элемент второго уровня при rd₁=0, rd₂=1, после чего в элемент первого уровня записывается значение α₂ вектора данных. Работа всех логических элементов узлов дешифратора осуществляется по одинаковому алгоритму. После загрузки (a ₁, a, …, a _i, … a _N) в дешифратор без остановки загружается следующий вектор данных (a ₁, a, …, a _i, …a _N). В результате, через N тактовых импульсов clk элементы (a ₁, a, …, a _i, …a _N) записываются в двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных в порядке, определяемом кодами дешифрации. При сигнале двойного буферного регистра RD=0 перестановка вектора (а ₁, а, …,a _i, …a _N) в параллельном коде записывается во второй регистр, и сигнал RD двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных устанавливается в 1. Если сигнал двойного буферного регистра RD=1, формируется выходной сигнал BZY=1, и процесс преобразования приостанавливается путем прекращения подачи тактовых импульсов clk до момента освобождения второго регистра.

Таким образом, за счет конвейерной обработки данных в узлах дешифрации удается сократить время выполнения перестановки примерно в K раз, так как общее время задержки определяется временем задержки на одном узле дешифратора. Кроме этого число логических элементов узлов дешифрации составляет N-1 и растет линейно с ростом N, что позволяет осуществлять перестановки больших блоков данных.

Изобретение относится к области кодирования информации и может быть использовано в системах защиты информации от несанкционированного доступа. Техническим результатом является ускорение процесса управляемой перестановки элементов (a ₁, a,…, a _i, …a _N) исходной строки данных длиной N за счет конвейерной обработки, при выполнении преобразования за N тактов генератора тактовых импульсов. Дешифратор содержит К уровней узлов дешифрации, двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных. При этом каждый уровень дешифрации содержит 2^i-1 элементов , объединяющих D триггеры хранения данных и регистр хранения и циклического сдвига бит кодов дешифрации длиной K-i+1. 2 ил.

Дешифратор управляемой перестановки информации, хранимой в персональной ЭВМ, содержащий К уровней узлов дешифрации, где каждый уровень дешифрации содержит: 2^i-1 элементов , двойной буферный регистр накопления и хранения форматированных данных, отличающийся тем, что узлы дешифрации i-го уровня состоят из элементов, объединяющих D триггер хранения данных и регистр хранения и циклического сдвига бит кодов дешифрации длиной K-i+1, первый бит Q регистра управляет первым rd₁ и вторым rd₂ выходами разрешения записи rd₁=Q, , причем выход данных каждого элемента 1-го уровня электрически соединен с входами данных двух элементов (i+1)-го уровня, первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента i-го уровня электрически соединены с входами разрешения записи данных двух элементов (i+1)-го уровня, входы тактовых импульсов электрически соединены между собой, входы разрешения записи управляющих кодов, поступающих на вход управляющих кодов, для всех элементов электрически соединены между собой, выход данных каждого элемента K-го уровня электрически соединен с двумя входами данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных, первый и второй выходы разрешения записи данных каждого элемента K-го уровня электрически соединены с двумя входами разрешения записи данных двойного буферного регистра накопления и хранения форматированных данных.