УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМИТОСТОЙКИХ СИСТЕМ ДИСКРЕТНО-ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ С ВРЕМЕННЫМ УПЛОТНЕНИЕМ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК G06F15/00 

Устройство относится к области вычислительной техники и прикладной математики и может быть использовано в технике формирования сигналов сложной формы. В современных системах связи специального назначения с временным уплотнением информации, использующих сложные сигналы, существует необходимость использования имитостойких систем сложных сигналов, несущих в своей структуре большую степень неопределенности относительно вида, формы, длительности сигналов и их ансамблевых характеристик.

В настоящее время широкое распространение в качестве сложных сигналов получили линейные рекуррентные последовательности (ЛРП) и трехуровневые последовательности (ТП), а также ряд производных от них: сегментные последовательности, последовательности немаксимальной длины [1, 2]. Однако использование данных видов сложных сигналов не обеспечивает необходимых для специальных систем имитостойкости и скрытности сигналов, так как для данных последовательностей существуют высокоэффективные методы раскрытия их структуры и имитации [3]. Кроме того, данные последовательности имеют не очень высокие ансамблевые характеристики, что не позволяет обеспечивать при их использовании высокую помехоустойчивость от взаимных помех [4].

Широкое распространение ЛРП и ТП обусловлено тем фактором, что для них найден удобный метод формирования посредством регистров сдвига с линейными обратными связями (с ЛОС), при этом для формирования отдельной ЛРП требуется разработка отдельного автономного автомата-регистра с линейными обратными связями. Поэтому для создания большого ансамбля ЛРП необходимо создание большого парка автоматов, что усложняет аппаратуру формирования системы сложных сигналов. Кроме того, ЛРП и ТП существуют для ограниченного числа длительностей l=2^n-1, n=1, 2, 3…, что существенно снижает функциональные возможности их использования на практике. Например, при адаптации к помехам требуется изменять длительность ЛРП в широких пределах, что при использовании ЛРП и ТП не обеспечивается. Поэтому в настоящее время в специальных системах со сложными сигналами с временным уплотнением дискретной информации от N-канального источника информации ставится задача создания устройств, обеспечивающих формирование широких классов и больших объемов ансамблей имитостойких систем сложных сигналов, обладающих при этом и высокими ансамблевыми характеристиками. В этой связи к одним из перспективных имитостойких систем сложных сигналов, как показывают известные исследования [4, 5], относятся в первую очередь системы дискретных частотных сигналов, потенциальные возможности которых для повышения имитостойкости систем сложных сигналов при высокой помехоустойчивости весьма высоки. Однако к настоящему времени, как показывает патентный поиск, не существуют теоретические и практические образцы технических решений, обеспечивающих формирование имитостойких систем дискретных частотных сигналов (ДЧС) с временным уплотнением дискретной информации от N-канального источника информации. ДЧС - это сигналы, состоящие из N радиоимпульсов с одинаковыми огибающими Uc(t), которые смещены относительно друг друга по частоте на величину F₀, равную эффективной ширине спектра радиоимпульса, и излучаются в соответствии с кодовой последовательностью сигнала {a_n}.

ДЧС обладают следующими достоинствами:

1. Они позволяют более просто реализовать большую базу В сигнала, так как число каналов пропорционально , а не базе В, как в случае дискретных сигналов.

2. Они позволяют получить лучшую помехоустойчивость относительно некоторых видов организованных помех и значительно ослабить действие мешающих сигналов.

3. ДЧС обладают свойством минимальной взаимной корреляции и, следовательно, дают минимальный уровень шумов неортогональности при асинхронной работе, что имеет особо важное значение.

На фигуре 1, а-г показаны дискретные частотные элементы - смещенные во времени радиоимпульсы с различными несущими частотами, т.е. имеется смещение по частоте, как у частотных сигналов, и по времени, как у дискретных сигналов. Амплитуды и начальные фазы могут быть различными. На фигуре 1, д изображен сигнал U(t), являющийся суммой дискретных частотных элементов. Такие сигналы и являются ДЧС.

Распределение энергии ДЧС на частотно-временной плоскости приведено на фигуре 2. Каждый элемент занимает свою часть плоскости в виде заштрихованного квадрата.

ДЧС обладают (помимо выше указанных свойств) и большой потенциальной возможностью по созданию имитостойких систем сложных сигналов, что имеет особое значение для специальных систем связи.

Как известно, под имитостойкостью понимают способность системы противостоять навязыванию ложной информации, при этом характеризуют имитостойкость (И) объемом V ансамбля сложных сигналов V_асп, формируемых на основе идентичных элементов, а также способностью системы видоизменять по различным параметрам используемый словарь сложных сигналов: И=log₂V_асп [6]. С этой точки зрения, ДЧС являются незаменимыми. Так, например, объем (V) словаря ДЧС, образуемых из n идентичных элементов (частот), составляет число размещений из n, т.е. V_n=n. Если теперь предположить возможные изменения состава элементов, их качества и количества, их длительности, а также длительности самого ДЧС и т.д. и т.п., то объем возможно используемых в системе связи сложных сигналов (ДЧС) значительно возрастает (предположить конкретную цифру V при этом даже не представляется возможным, т.к. V может быть чрезвычайно велико и может зависеть от конкретно реализуемых в конкретной системе возможностей формирования ДЧС). Тип (или вид), форма и состав при этом ДЧС, как правило, характеризуется видом, так называемой манипулирующей функции, непосредственно отвечающей за свойства ДЧС [5]. ДЧС могут иметь следующие типы манипулирующих функций:

1. Обеспечивающие изменение набора частот, т.е. их качества из объема сменных частот V_f.

2. Обеспечивающие изменение количества N_f частот из объема V_Nf.

3. Обеспечивающие изменение количества и качества элементов (частот) из объема .

4. Обеспечивающие изменение количества и длительности Δt_i частот из объема .

5. Обеспечивающие изменение длительности всего ДЧС при фиксированном составе его элементов, т.е. частот из объема V_Ti.

Следовательно, объем арсенала сменных параметров ДЧС при n=const есть V_асп=V_f·V_Nf·V_Δti·n, из чего можно сделать вывод о чрезвычайно большой потенциальной имитостойскости ДЧС, как И=f(V_асп)=log₂V_асп.

Таким образом, для формирования имитостойких систем ДЧС с временным уплотнением информации необходимо:

1. Обеспечить возможность синтеза обширного ансамбля (набора) высокостабильных частот.

2. Обеспечить формирование (по определенной программе) законов генерирования частот, имеющих определенную регулярность, легко восстанавливаемую на приемной стороне системы, и непосредственно отражающих формы и длительности ДЧ сигналов, т.е. типы и виды указанных ранее функций.

3. Обеспечить псевдослучайное соответствие информационных посылок различных каналов с временным уплотнением кодовым формам (видам) ДЧС.

Однако к настоящему времени, как показывает патентный поиск, устройств (технических решений), обеспечивающих в совокупности эти функции (или близкие к ним), не имеется. В этой связи ставится задача синтеза подобных устройств, используя технические решения, выполняющие данные (или подобные функции) раздельно. Так, например, имеются устройства синтеза частот - синтезаторы частот [7]. К указанным ранее регулярным законам генерирования частот, как показывает анализ теории и техники прикладной математики, можно отнести регулярные криптографические законы, связанные с использованием теории и свойств конечных полей Галуа GF(pⁿ) [8]. Как известно, свойства и закономерности конечных полей, а также их элементов имеют ряд необходимых оригинальных особенностей, в частности цикличность последовательности элементов поля, зависимость структуры элементов поля от выбранного первообразного и т.д., которые непосредственно можно использовать для формирования регулярных криптографических законов генерирования, т.е. типов и видов манипулирующих криптографических функций. Таким образом, необходимы устройства, блоки и узлы, обеспечивающие формирование всевозможных последовательностей элементов всевозможных конечных полей Галуа GF(pⁿ). Имеется ряд технических решений, близких по своим выполняемым функциям к подобного рода узлам и устройствам.

Одним из аналогов, близким по технической сущности к предлагаемому устройству, является устройство для вычисления остатка по модулю от числа по авторскому свидетельству СССР №407313 «Устройство для вычисления остатка по модулю от числа», класс G06F 11/08 от 21.11.1973, которое позволяет вычислять остаток по модулю от числа, поступающего на его вход извне. Это устройство универсально в том смысле, что в нем реализуется идеология работы по нахождению остатка по модулю от числа, пригодная для любых модулей, а также раскрывается общий принцип построения подобных устройств для нахождения остатка от числа по любому другому модулю. Таким образом, устройство в общем случае позволяет находить остаток от поступающего на вход числа по любому модулю. Однако данное устройство наряду с тем, что раскрывает возможности для реализации идеи формирования элементов полей Галуа GF(pⁿ), не позволяет выдавать на свой выход в определенные моменты времени код остатка по модулю от числа, поступившего к данному моменту на его вход, а также не позволяет осуществлять умножение данного остатка на фиксированный множитель и в дальнейшем находить остаток по модулю от данного произведения.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному и принятому за прототип является устройство для формирования элементов мультипликативных групп полей Галуа по авторскому свидетельству СССР №849895 «Устройство для формирования элементов мультипликативных групп полей Галуа», класс³ G06F 15/20 от 02.04.1979, содержащее счетчик, выходы которого соединены с первой группой входов формирователя остатков, выходы которого соединены с входами регистра, выходы которого соединены со второй группой входов формирователя остатков и с входами записи элементов образующего мультипликатора, управляющий вход которого объединен с управляющими входами счетчика и регистра и является тактовым входом устройства, а выход установки в исходное нулевое состояние образующего мультипликатора является соответствующим входом счетчика и регистра, а образующий мультипликатор также еще имеет вход записи первообразного элемента, вход записи единицы, вход начала вычисления, вход записи числа элементов, выход конца вычисления, выход записи числа, являющийся входом формирователя остатков, и выходы кодов остатков, причем образующий мультипликатор содержит блок умножения, регистр сдвига, счетчик числа элементов, группу элементов «И», три элемента «И-НЕ», элемент «ИЛИ», элемент «И» и пять элементов задержки, входы записи элементов образующего мультипликатора являются первыми входами элементов «И» группы, выходы которых соединены соответственно с входами блока умножения и являются выходами кодов остатка устройства, выходы блока умножения подключены к входам регистра сдвига, выходы которого подключены к соответствующим входам первого элемента «И-НЕ», выход которого подключен к первому входу второго элемента «И-НЕ», первому входу элемента «ИЛИ» и входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторыми входами элементов «И» группы, входом второго элемента задержки и входами счетчика числа элементов, выход которого соединен с входом третьего элемента задержки, вторым входом элемента «ИЛИ» и является выходом конца вычислений устройства, выход элемента «ИЛИ» подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого является входом записи числа элементов устройства, выход второго элемента задержки соединен с первым входом третьего элемента «И-НЕ», выход которого объединен с входом канала вычислений устройства и подключен к третьему входу блока умножения, выход которого является выходом установки в исходное нулевое состояние и подключен к входу четвертого элемента задержки, выход которого соединен с выходом пятого элемента задержки и подключен к первому входу элемента «И», выход которого соединен со входом пятого элемента задержки и входом регистра сдвига, выход которого соединен со входом формирователя остатков, выход третьего элемента задержки подключен ко второму входу третьего элемента «И-НЕ», второй вход элемента «И» соединен с выходом второго элемента «И-НЕ», второй вход которого является тактовым входом устройства, а четвертый вход блока умножения является входом записи единицы устройства.

Данное устройство-прототип позволяет:

1. Формировать любой длины L=pⁿ-1 последовательности кодов элементов мультипликативных групп поля GF(pⁿ), где n=var;

2. Формировать автоморфные последовательности кодов элементов мультипликативной группы поля GF(pⁿ), изменяя первообразный элемент Q=var, при pⁿ=const;

3. Путем структурного изменения формирователя остатков с целью формирования остатков по иному модулю р_i формировать последовательности кодов элементов мультипликативных групп иных полей GF(), где p_i=var.

Однако данное устройство не обеспечивает формирование имитостойких систем ДЧС с временным уплотнением информации.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач по формированию имитостойких систем ДЧС с временным уплотнением информации.

Цель достигается тем, что в устройство для формирования элементов мультипликативных групп полей Галуа GF(pⁿ), содержащее счетчик, формирователь остатков, регистр, образующий мультипликатор с соответствующими выше указанными связями и составом образующего мультипликатора, дополнительно введен блок формирования систем сложных дискретных частотных сигналов, первые входы которого соединены с выходами кодов остатков образующего мультипликатора, а вход записи числа элементов образующего мультипликатора объединен со вторым входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а вход начала вычисления образующего мультипликатора объединен с третьим входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а первый выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является тактовым управляющим входом образующего мультипликатора, счетчика и регистра, а второй выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является информационным выходом устройства.

В известном техническом решении имеются признаки, присущие заявленному решению. Это наличие счетчика, формирователя остатков, регистра, образующего мультипликатора и соответствующих общих связей как между этими блоками, так для устройства в целом входов и выходов, а также наличие состава образующего мультипликатора с соответствующими связями.

Однако свойства заявленного решения отличаются от свойств известного решения тем, что в заявленном устройстве с целью расширения класса решаемых задач по формированию имитостойких систем ДЧС с временным уплотнением информации введены: блок формирования систем сложных дискретных частотных сигналов и его соответствующие связи с образующим мультипликатором, счетчиком и регистром и выход, являющийся информационным выходом устройства, что соответствует признакам «существенные отличия» и обеспечивает достижение положительного эффекта, причем блок формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов содержит: дешифратор, «К» входов которого являются первыми входами блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, a «N» выходов соединены с первыми «N» входами распределителя и «N» входами схемы «ИЛИ», выход которой соединен с первым входом схемы «И», а «n» выходов распределителя соединены с первыми входами группы ключевых схем, вторые входы которых соединены с «n» выходами синтезатора частот, третьи входы соединены с выходами источника дискретной информации, а выходы через многовходовую схему «ИЛИ» соединены с выходом устройства, причем выход источника дискретной информации соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с третьими входами делителя с переменным коэффициентом деления, вторым входом которого является вход записи числа элементов, а первым входом - выход генератора тактовых импульсов, а выход делителя с переменным коэффициентом деления является тактовым управляющим входом счетчика, формирователя остатков и образующего мультипликатора и является вторым входом схемы «И», выход которой является тактовым входом распределителя.

Сущность изобретения поясняется фиг.9, фиг.10, фиг.11. Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.9.

Устройство на фиг.9 содержит: счетчик 1, формирователь остатков 2, регистр 3, образующий мультипликатор 4, блок формирования систем сложных ДЧС 5, выходы 6 кодов остатков, выход 7 установки в исходное нулевое состояние, выход 8 записи числа, являющийся входом формирователя остатков, вход 10 записи числа элементов, вход 11 записи единицы, вход 12 начала вычисления, вход 13 записи первообразного элемента, выход 14 конца вычислений образующего мультипликатора, вход 9 записи элементов, выход 15 блока формирования систем сложных ДЧС, являющийся тактовым управляющим входом образующего мультипликатора, счетчика, регистра, информационный выход 16 блока формирования систем сложных ДЧС.

Функциональная схема образующего мультипликатора представлена на фиг.10. Образующий мультипликатор 4 содержит: блок 4-12 умножения, регистр 4-3 сдвига, первый, второй и третий элементы «И-НЕ» 4-2, 4-4 и 4-11, элемент 4-5 «И», группу элементов 4-14 «И», первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы 4-1, 4-13, 4-10, 4-7, 4-6 задержки, счетчик 4-9 числа элементов и элемент «ИЛИ» 4-8 с соответствующими связями.

Функциональная схема блока формирования систем сложных ДЧС (БФСС ДЧС) представлена на фиг.11. БФСС ДЧС 5 содержит: дешифратор 5-1, распределитель 5-2, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 5-3, группу 5-4 ключевых схем, синтезатор частот 5-5, схему «И» 5-6, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 5-7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5-8, содержащий: генератор импульсов (ГИ) 5-8.1, вентиль 5-8.2 и счетчик 5-8.3, схему «ИЛИ» 5-9, источник дискретной информации (ИДИ) 5-10, схему «ИЛИ» 5-11 с соответствующими связями.

Устройство в целом работает следующим образом.

Перед началом работы: в блок 4-12 умножения образующего мультипликатора 4 записывается по входу 13 двоичный код числа первообразного элемента Q_i соответствующего поля GF(pⁿ) и по входу 11 записывается «1», а также в счетчик числа элементов 4-9 образующего мультипликатора и в делитель 5-7 с переменным коэффициентом деления БОСС ДЧС поступает по входу 10 код числа рⁿ элементов поля GF(pⁿ). Подачей импульса «начало вычисления» по входу 12 устройство включается в работу и на основании этого импульса запускается ГТИ 5-3. Импульсы с выхода ГТИ 5-3 проходят через ДПКД 5-7 на выход 15 и БФСС ДЧС начнет выдавать тактовые импульсы по своему первому выходу 15. На основании данных тактовых импульсов образующий мультипликатор 4 посредством блока умножения 4-12 умножает Q_i на единицу, а по окончании этого умножения выдает по своему первому выходу 7 импульс «установки в исходное нулевое состояние» на счетчик 1 и регистр 3; записывает в регистр сдвига 4-3 параллельным кодом результат умножения и затем начинает в каждый последующий тактовый момент выдавать с первого выхода регистра сдвига 4-3 по второму выходу 8 «записи числа» в формирователь остатков 2 параллельный код результата умножения.

А формирователь остатков 2, представляющий собой дешифратор чисел в остаточных классах, в свою очередь формирует остаток от числа по модулю p_i и выдает результат в регистр 3. Регистр 3 выдает остаток от числа по модулю p_i на вторые входы 9 «записи элементов» образующего мультипликатора 4 и на вторую группу входов формирователя остатков 2. Этот элемент-остаток результата умножения единицы на Q_i по модулю р_i и является первым элементом a₁ мультипликативной группы поля Галуа GF(pⁿ). Образующий мультипликатор 4 через группу элементов «И» 4-14 выдает по своим третьим выходам 6 кодов остатков этот первый элемент a₁ на входы БФСС ДЧС и, кроме того, код элемента-остатка записывается в блок 4-12 умножения образующего мультипликатора 4, где происходит процесс перемножения a₁ нa Q_i. Затем повторяется цикл операций, описанный ранее, и на третьих выходах 6 кодов остатков появляется второй элемент а₂ мультипликативной группы поля GF(pⁿ) и т.д. Таким образом, на третьих выходах 6 кодов остатков мультипликатора 4 появляется последовательность кодов остатков, a₁≡Q_i(mod р_i), Эта последовательность параллельных двоичных кодов остатков a₁, а₂,…, а_j представляет собой последовательность элементов мультипликативной группы поля GF(pⁿ). Последовательность параллельных двоичных кодов остатков по выходам 6 поступает на БФСС ДЧС, где происходит образование сложных ДЧС в соответствии с информацией о числе элементов , поступающей на второй вход 10 в БФСС ДЧС 5, и длительности Т_i информационного импульса информационной посылки (ИП). По окончании формирования элементов мультипликативной группы поля GF(pⁿ) счетчик 4-9 числа элементов выдает импульс «конец вычисления» и к выходу 14 образующего мультипликатора поступает импульс «конец вычисления». БФСС ДЧС 5, в котором с приходом последнего элемента мультипликативной группы поля GF(pⁿ) сформировался сложный сигнал, выдает в соответствии с тактовыми импульсами этот сложный сигнал по 16 выходу.

Устройство формирования ДЧ сигналов имеет следующие режимы работы:

1. При фиксированной длительности информационной посылки T=const:

1.1 С изменением первообразного Q;

1.2 С изменением модуля р_i.

2. При изменении длительности информационной посылки T=var:

2.1 С изменением первообразного Q_i;

2.2 С изменением модуля р_i.

Формирование элементов мультипликативных групп полей Галуа GF(pⁿ) обеспечивает образующий мультипликатор 4. Его функциональная схема представлена на фиг.10. Образующий мультипликатор работает следующим образом. Перед началом работы в блок 4-12 умножения записывается соответственно: по входу 13 двоичный код числа первообразного элемента Q_i соответствующего поля GF(pⁿ) в регистр множителя, по входу 11 двоичный код единицы в регистр множимого блока умножения 4-12 и по входу 10 код числа элементов поля GF(pⁿ) в счетчик 4-9 числа элементов. Подачей импульса «начало вычисления» по входу 12 блока умножения 4-12 устройство включается в работу. Блок умножения 4-12 умножает единицу на Q_i и записывает результат умножения в регистр 4-3 сдвига и по окончании умножения выдает по соответствующему своему выходу импульс «конец умножения» на выход 7, приводя в нулевое исходное состояние счетчик 1 и регистр 3, и на элемент 4-7 задержки. В следующий тактовый момент импульсом с выхода элемента 4-7 задержки открывается элемент 4-5 «И», позволяя тактовому импульсу с выхода элемента 4-4 «И-НЕ» пройти на тактовый вход регистра 4-3 сдвига и элемент 4-6 задержки, который обеспечивает открытие элемента 4-5 «И» в последующие тактовые моменты и прохождение импульсов на тактовый вход регистра сдвига. Таким образом, считываемое с регистра 4-3 число A₁=Q_i*1 в двоичном коде поступает, начиная с младшего разряда на выход записи числа 8 и соответствующий вход формирователя остатков 3, представляющий собой логический узел, состоящий из элементов «И» и «ИЛИ». Тактовые импульсы, поступающие на тактовый вход 15, сопровождают импульсы кода считываемого с регистра 4-3 числа A₁ и поступают на счетчик 1. Количество состояний счетчика 1 определяется из рассмотрения остатка от деления веса каждого разряда считываемого числа А_i на выбранный модуль р_i поля GF(pⁿ). Если получаемая последовательность цифр имеет период повторения, то количество состояний счетчика 1 равно количеству цифр в периоде. Если результат от деления представляет некоторую последовательность цифр без периода, то количество состояний счетчика 1 равно количеству разрядов в передаваемом числе. Выходы счетчика 1 соединены со входами формирователя остатков 2 таким образом, что наличие каждого элемента «И» последнего обусловливается определенным соответствием между состоянием счетчика 1 и последующим разрядом числа. Выходные сигналы формирователя остатков 2 при наличии тактовых импульсов на входе 15 запоминаются в регистре 3, имеющем количество разрядов, необходимое для представления наименьшего остатка по модулю Р_i. При этом каждому триггеру регистра 3 соответствует два элемента «ИЛИ» формирователя остатков 2 (для установки в 0 или в 1), причем каждому элементу «ИЛИ» последнего соответствует такое число элементов «И» последнего, сколько возможных ситуаций приводит к переводу триггера в соответствующее состояние. Таким образом, на выходных шинах регистра 3 в каждый тактовый момент появляется двоичный код остатка по модулю р_i от поступившего к этому моменту на вход формирователя остатков 2 двоичного числа. В момент считывания последнего (высшего) разряда числа на выходных шинах регистра 3 появляется код остатка по модулю р_i от числа a₁=A₁(mod p_i). В тот же момент регистр 4-3 обнуляется, и на выходе многоходового элемента 4-2 И-НЕ появляется импульс «конец считывания», который поступает на другой вход элемента 4-4 «И-НЕ», прекращая тем самым прохождение тактовых импульсов на тактовый вход регистра 4-3 и через элемент 4-8 «ИЛИ» на соответствующий вход блока 4-12, приводя в нулевое состояние его регистр множимого. В следующий момент, пройдя элемент 4-1 задержки, данный импульс поступает на счетный вход счетчика 4-9 числа элементов и на другие входы элементов 4-14 «И», открывая их и обеспечивая считывание с выходных шин регистра 3 в параллельном коде остатка а_i-1 по модулю р_i от числа A₁ на выходы 6 кодов остатков и на входы записи множимого числа в регистр множимого блока 4-12 в следующий тактовый момент. Пройдя элемент 4-13 задержки, данный импульс проходит через элемент 4-11 «И-НЕ» на вход «начало умножения» блока 4-12, обеспечивая умножение множимого числа a₁=Q₁(mod p_i) на множитель Q_i. Результат умножения - число записывается в регистр 4-3 сдвига.

Затем повторяется цикл операций, описанный ранее для числа А₂, и на выходных шинах устройства появляется код остатка, который в блоке 4-12 умножается на Q_i, и в регистр 4-3 записывается следующий результат А₃=а₂*Q_i. Затем цикл операций повторяется и т.д. Таким образом, на выходе 6 образующего мультипликатора появляется последовательность кодов остатков а_i. Процесс формирования данной последовательности кодов остатков продолжается до тех пор, пока счетчик 4-9 числа элементов, на счетный вход которого поступают импульсы «момент считывания а_j», не переполнится и не выдаст импульс переполнения «конец формирования», поступающий на выход 14 и через элемент 4-8 «ИЛИ» на соответствующий вход устройства 4-12, обнуляя его регистр множимого, в котором был к этому моменту записан код последнего остатка, а также через элемент 4-10 задержки на другой вход элемента 4-11 «И-НЕ», запрещая прохождение импульса с выхода элемента 4-13 задержки на вход «начало умножения» блока 4-12. При этом устройство подготавливается к новому циклу вычислений и формирования последовательности кодов остатков-элементов a_j.

Таким образом, на выходах 6 кодов остатков формируется последовательность параллельных двоичных кодов остатков a₁, а₂, а₃,…, а_j, представляющих собой последовательность элементов мультипликативной группы поля Галуа GF(pⁿ), которые поступают на первые входы БФСС ДЧС 5. БФСС ДЧС 5 работает следующим образом. Остаток-элемент a_j в параллельном коде поступает с выходов кодов остатков 6 образующего мультипликатора 4 на входы дешифратора 5-1. Дешифратор 5-1 преобразует двоичный код числа в сигнал (импульс) только на одном из своих выходов. Этот сигнал (импульс) поступает на управляющие входы распределителя 5-2 и через схему «ИЛИ» 5-9 на первый вход схемы «И» 5-6. На вход аналого-цифрового преобразователя 5-8 с выхода источника дискретной информации 5-10 поступает последовательность информационных импульсов от N-источников сообщений, уплотненных по времени (фигура 4).

Основными структурными элементами аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5-8 являются генератор импульсов 5-8.1, вентиль 5-8.2, счетчик 5-8.3 [10]. АЦП 5-8 преобразует длительность информационного импульса Т в цифровой код. Работа АЦП 5-8 заключается в следующем: информационный импульс открывает на время Т вентиль 5-8.2, на второй вход которого подаются импульсы от генератора импульсов 5-8.1, с выхода вентиля 5-8.2 эти импульсы поступают на вход счетчика 5-8.3. Счетчик считывает число n поступивших импульсов, количество которых зависит от интервала Т (фигура 5).

С выходов счетчика 5-8.3 снимается параллельный код, соответствующий числу импульсов К. Таким образом, аналого-цифровой преобразователь 5-8 преобразует длительность информационного импульса в цифровой код, который поступает на управляющие входы делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 5-7. На первый вход ДПКД 5-7 подаются импульсы генератора тактовых импульсов 5-3, а на второй вход - код модуля числа р_i. ДПКД 5-7 в соответствии с поступившим на его входы цифровым кодом с выхода АЦП 5-8 и кодом модуля числа р_i изменяет коэффициент деления и выдает последовательность импульсов с измененным в соответствии с кодом р_i периодом их следования. ДПКД 5-7 может быть выполнен так, как указывается, например [11]. Последовательность импульсов с выхода 15 ДПКД 5-7 подается на первые входы счетчика 1, регистра 3 и образующего мультипликатора 4 и будет являться для них тактовой последовательностью импульсов, а также эти импульсы проходят через схему «И» 5-6, открытую сигналом с выхода схемы «ИЛИ» 5-9, на выходы распределителя 5-2 через его второй вход в такой последовательности, которая определяется номером входа распределителя 5-2, на котором существует сигнал с дешифратора 5-1. С соответствующих выходов распределителя 5-2 импульсы в последовательности, соответствующей элементу a_j, поступают на первые входы группы ключевых схем 5-4, на вторые входы которых постоянно подаются сигналы с элементов 5-5.1 синтезатора частот 5-5, на третьи - сигнал с выхода источника дискретной информации 5-10.

Синтезатор частот 5-5 представляет собой совокупность генераторов высокостабильных частот 5-5.1.

Каждому информационному импульсу на выходе источника дискретной информации 5-10 соответствует определенный остаток а_j на входе дешифратора 5-1, а следовательно, как было указано выше, и определенный порядок распределения импульсов с выхода ДПКД 5-7 по выходам распределителя 2, это можно проследить, как пример на фигуре 6.

Таким образом, ключевые схемы 5-4 будут открываться поочередно в порядке, определенном для каждого информационного импульса и соответствующем конкретному а_j, пропуская на выход 16 через элемент «ИЛИ» 5-11 одну из частот гармонических колебаний синтезатора частоты 5-5 в соответствующей а_j последовательности. Очередность открывания ключевых схем 5-4 определяет структуру ДЧ сигнала, соответствующую a_j, и этот порядок определяется как самим значением а_j, так и первообразным элементом поля Q_i, так и модулем р_i, так и длительностью информационной посылки Т. Таким образом, каждой определенной информационной посылке ИП_i определенного абонентского комплекта i_к будет соответствовать свой определенный сложный ДЧ сигнал. Таким образом, на выходе 16 блока 5 формирования систем сложных ДЧС формируется последовательность ДЧС в соответствии с последовательностью параллельных двоичных кодов остатков (a₁, a₂,…, a_j) на выходе образующего мультипликатора 4, представляющая собой последовательность элементов мультипликативной группы полей Галуа GF(pⁿ). Работа блока 5 формирования систем сложных ДЧ сигналов в различных режимах практически одинакова. В режиме 1.1 (при фиксированной длительности Т информационной посылки с изменением первообразного Q_i) в результате изменения первообразного Q_i происходит изменение последовательности кодов элементов {а_j} того же поля GF(pⁿ) на входах дешифратора 5-1. Это приводит к тому, что управляющий работой распределителя 5-2 сигнал (импульс) появляется на другом выходе дешифратора 5-1, то есть на другом входе распределителя, а это изменяет режим работы распределителя 5-2, который будет распределять импульсы в другой последовательности, а следовательно, и коммутировать группу схем 5-4 «И» в другой последовательности, что приведет к изменению частотного и временного положения элементов ДЧ сигнала на частотно-временной матрице (см. фиг.3а). В режиме 1.2 (при фиксированной длительности Т информационной посылки с изменением кода модуля р_i) в результате изменения кода модуля р_i изменяется коэффициент деления делителя 5-7 с переменным коэффициентом деления, выходные импульсы которого являются тактовыми импульсами для образующего мультипликатора 4, счетчика 1, регистра 3 и распределителя 5-2. ДПКД 5-7 изменяет частоту этих тактовых импульсов, а следовательно, и распределитель 5-2 будет подключать большее или меньшее (в зависимости от значения р_i) количество схем «И» из группы 5-4 ключевых схем во время фиксированной длительности Т информационной посылки, а следовательно, происходит изменение количества частотных интервалов и элементов ДЧС на частотно-временной матрице (см. фиг.3б).

В режиме 2.1 (при изменении длительности Т информационной посылки с изменением первообразного Q_i) в результате изменения длительности Т информационной посылки изменяется цифровой код на выходах аналого-цифрового преобразователя 5-8, а этот код, являющийся управляющим для ДПКД 5-7, изменит коэфициент деления ДПКД 5-7, следовательно, изменит частоту следования выходных импульсов ДПКД 5-7, которые являются тактовыми импульсами для образующего мультипликатора 4, счетчика 1, регистра 3 и распределителя 5-2. Следовательно, это изменит фактическое время подключения группы ключевых схем 5-4, а следовательно, и фактическое время генерирования частот синтезатором частот. В результате изменения первообразного Q_i происходят процессы, описанные в режиме 1.1. Следовательно, в режиме 2.1 происходит изменение частотного и временного положения элементов ДЧС на частотно-временной матрице и длительности ДЧС (см. фиг.3в). В режиме 2.2 (при изменении длительности Т информационной посылки с изменением модуля p_i) изменяется длительность информационной посылки Т, а следовательно, код на выходах АЦП 5-8 и код модуля р_i. Эти коды являются управляющими для ДПКД 5-7 и в результате двойного управления ДПКД 5-7 изменяет коэффициент деления - частоту следования своих выходных импульсов, а это изменит фактическое время подключения группы схем «И» 5-4, а следовательно, и фактическое время генерирования частот и изменит число подключаемых схем «И» 5-4, т.е. количество частотных интервалов. Следовательно, в режиме 2.2 происходит изменение и количества частотных интервалов, и длительности ДЧ сигнала (см. фиг.3г).

Записывая в устройство коды иных первообразных элементов Q_i, иных чисел элементов можно сформировать любые другие последовательности сложных ДЧ сигналов. Изменяя структуру формирователя остатков 2 с целью формирования остатков по иному модулю Р_i, можно сформировать последовательности сложных сигналов других полей GF(p_i ⁿ), где p_i=var.

Таким образом, устройство позволяет реализовать:

Режим 1.1 - формирование сложных ДЧ сигналов при длительности информационной посылки T=const и первообразном Q_i=var (фиг.3а).

Режим 1.2 - формирование сложных ДЧ сигналов при длительности информационной посылки T=const, а модуля p_i=var (фиг.3б).

Режим 2.1 - формирование сложных ДЧ сигналов при длительности информационной посылки T=var и первообразном Q=var (фиг.3в).

Режим 2.2 - формирование сложных ДЧ сигналов при длительности информационной посылки T=var и модуле p_i=var (фиг.3г).

Следовательно, предлагаемое устройство позволяет значительно повысить имитостойкость систем связи специального назначения, так как имеется возможность изменять тип (или вид), форму и состав ДЧ сигналов, что обеспечивается изменением вида манипулирующей функции, непосредственно отвечающей за свойства ДЧС. Кроме того, в любом фиксированном режиме информационные посылки ИП каждого i определенного канала в каждом последующем групповом интервале времени T_rpi будут менять структуру ДЧС, что обеспечивает гарантированную «случайность» для стороннего несанкционированного наблюдателя принадлежности конкретного вида (структуры) ДЧС конкретному информационному каналу. Так что в фиксированном режиме число возможных вариантов принадлежности конкретного вида ДЧС - информационной посылке конкретного канала равна К_в=N_к×рⁿ, отсюда число , где К_в можно трактовать как «ключевое число» для каждого режима. К_в тем самым регулируется как числом каналов N_к, так и т.е. увеличивая только число каналов N_к, уже можно повышать имитостойкость информационной системы, приходящейся на 1 канал (фигура 7).

На фигуре 7а и б показано, что при числе каналов, равном трем (фиг.7а), и числе кодовых остатков, равном пяти (фиг.7б), «ключевое число» равно пятнадцати. Например, первому каналу будет соответствовать один и тот же ДЧС с интервалом К_в=15. При увеличении числа кодовых остатков (увеличивается число возможных ДЧС) на фигуре 7в и г показано, что при увеличении числа кодовых остатков с пяти до семи «ключевое число» К_в=21. Но не всегда выполняется равенство К_в=N_к×рⁿ при числе каналов, равном числу кодовых остатков (числу ДЧС), каждому каналу соответствует постоянно один и тот же ДЧС. Например, на фигуре 8а и б показано, что при числе каналов, равном трем, и числе кодовых остатков, равном трем, К_в≠N_к×рⁿ≠9.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь следующего уровня имитостойкости и скрытности передачи информации. Так как где Тем самым имитостойкость регулируется как числом каналов N_к, так и т.е. увеличивая только число каналов N_K уже можно повышать имитостойскость информационной системы.

Предлагаемое устройство может найти применение в прикладной вычислительной технике, технике связи, в системах связи специального назначения со сложными сигналами.

Устройство относится к области вычислительной техники и может быть использовано в технике формирования сигналов сложной формы. Техническим результатом является расширение класса решаемых задач по формированию имитостойких систем дискретно-частотных сигналов и повышение имитостойкости систем связи. Устройство содержит: счетчик, формирователь остатков, регистр, образующий мультипликатор, блок формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, первые входы которого соединены с выходами кодов остатков образующего мультипликатора, а вход записи числа элементов образующего мультипликатора объединен со вторым входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а вход начала вычисления образующего мультипликатора объединен с третьим входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а первый выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является тактовым управляющим входом образующего мультипликатора, счетчика и регистра, а второй выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является информационным выходом. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство формирования имитостойких систем дискретно-частотных сигналов с временным уплотнением информации, содержащее счетчик, выходы которого соединены с первой группой входов формирователя остатков, выходы которого соединены с входами регистра, выходы которого соединены со второй группой входов формирователя остатков и с входами записи элементов образующего мультипликатора, управляющий вход которого объединен с управляющими входами счетчика и регистра и является тактовым входом устройства, а выход установки в исходное нулевое состояние образующего мультипликатора является соответствующим входом счетчика и регистра, а образующий мультипликатор также еще имеет: вход записи первообразного элемента, вход записи единицы, вход начала вычисления, вход записи числа элементов, выход конца вычисления, выход записи числа, являющийся входом формирователя остатков и выходы кодов остатков, причем образующий мультипликатор содержит: блок умножения, регистр сдвига, счетчик числа элементов, группу элементов «И», три элемента «И-НЕ», элемент «ИЛИ», элемент «И» и пять элементов задержки, входы записи элементов образующего мультипликатора являются первыми входами элементов «И» группы, выходы которых соединены соответственно с входами блока умножения и являются выходами кодов остатка устройства, выходы блока умножения подключены к входам регистра сдвига, выходы которого подключены к соответствующим входам первого элемента «И-НЕ», выход которого подключен к первому входу второго элемента «И-НЕ», первому входу элемента «ИЛИ» и входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторыми входами элементов «И» группы, входом второго элемента задержки и входами счетчика числа элементов, выход которого соединен с входом третьего элемента задержки, вторым входом элемента «ИЛИ» и является выходом конца вычислений устройства, выход элемента «ИЛИ» подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого является входом записи числа элементов устройства, выход второго элемента задержки соединен с первым входом третьего элемента «И-НЕ», выход которого объединен с входом канала вычислений устройства и подключен к третьему входу блока умножения, выход которого является выходом установки в исходное нулевое состояние и подключен к входу четвертого элемента задержки, выход которого соединен с выходом пятого элемента задержки и подключен к первому входу элемента «И», выход которого соединен со входом пятого элемента задержки и входом регистра сдвига, выход которого соединен со входом формирователя остатков, выход третьего элемента задержки подключен ко второму входу третьего элемента «И-НЕ», второй вход элемента «И» соединен с выходом второго элемента «И-НЕ», второй вход которого является тактовым входом устройства, а четвертый вход блока умножения является входом записи единицы устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач по формированию имитостойких систем дискретно-частотных сигналов с временным уплотнением информации, в устройство введен блок формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, первые входы которого соединены с выходами кодов остатков образующего мультипликатора, а вход записи числа элементов образующего мультипликатора объединен со вторым входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а вход начала вычисления образующего мультипликатора объединен с третьим входом блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, а первый выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является тактовым управляющим входом образующего мультипликатора, счетчика и регистра, а второй выход блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов является информационным выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов содержит: дешифратор, «К» входов которого являются первыми входами блока формирования систем сложных дискретно-частотных сигналов, a «N» выходов соединены с первыми «N» входами распределителя и «N» входами схемы «ИЛИ», выход которой соединен с первым входом схемы «И», а «n» выходов распределителя соединены с первыми входами группы ключевых схем, вторые входы которых соединены с «n» выходами синтезатора частот, третьи входы соединены с выходами источника дискретной информации, а выходы через многовходовую схему «ИЛИ» соединены с выходом устройства, причем выход источника дискретной информации соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с третьими входами делителя с переменным коэффициентом деления, вторым входом которого является вход записи числа элементов, а первым входом - выход генератора тактовых импульсов, а выход делителя с переменным коэффициентом деления является первым входом счетчика, формирователя остатков и образующего мультипликатора и является вторым входом схемы «И», выход которой является тактовым входом распределителя.