Scrambler

Scrambler ( eng.  scramble  - encrypt , mix ) - en software- eller hardwareenhed ( algoritme ), der udfører scrambling  - en reversibel konvertering af en digital strøm uden at ændre transmissionshastigheden for at opnå egenskaberne af en tilfældig sekvens . Efter scrambling er udseendet af "1" og "0" i outputsekvensen lige sandsynligt. Scrambling er en reversibel proces, det vil sige, at den oprindelige besked kan gendannes ved at anvende den omvendte algoritme.

Scrambling af mål

Som anvendt på telekommunikationssystemer øger scrambling pålideligheden af ​​synkronisering af enheder, der er forbundet til kommunikationslinjen (giver pålideligt valg af clockfrekvensen direkte fra det modtagne signal) og reducerer niveauet af interferens, der udsendes til tilstødende linjer i et flerkernekabel. Et andet anvendelsesområde for scramblere er beskyttelsen af ​​overførte oplysninger mod uautoriseret adgang.

For scrambling-algoritmer er operationshastigheden og den tilfældige karakter af sekvensen ekstremt vigtig, så den ikke kan gendannes i tilfælde af aflytning af fjenden. Scramblingsprocessen kan omfatte tilføjelse af visse komponenter til det originale signal eller ændring af vigtige dele af signalet for at komplicere rekonstruktionen af ​​det originale signal eller for at give signalet visse statistiske egenskaber.

Scramblere bruges i offentlige telefonnetværk , satellit- og radiorelækommunikation , digitalt tv samt til at beskytte laserdiske mod kopiering.

Typisk udføres scrambling i den sidste fase af digital behandling, lige før modulering.

Typer af scramblere

Selvsynkroniserende scramblere

Hoveddelen af ​​scrambleren er en pseudo-tilfældig sekvensgenerator (RRP) i form af et lineært n-kaskade feedbackregister , der genererer en sekvens med maksimal længde .

En egenskab ved en selvsynkroniserende scrambler ( SS scrambler ) er, at den styres af en scrambled sekvens, det vil sige den, der sendes til kanalen. Med denne type scrambling kræves der derfor ingen speciel indstilling af tilstandene for scrambleren og descrambleren: den scramblede sekvens skrives til skiftregistrene for scrambleren og descrambleren, hvilket sætter dem til en identisk tilstand. Hvis synkronisme går tabt mellem scrambleren og descrambleren, overstiger synkronismegendannelsestiden ikke antallet af cyklusser, der er lig med antallet af scramblerregisterceller.

På den modtagende side sker udtrækningen af ​​den oprindelige sekvens ved modulo 2-addition af den modtagne kodede sekvens med sekvensen ved udgangen af ​​skifteregisteret. For eksempel, for kredsløbet vist i figuren, konverteres inputsekvensen ved hjælp af en scrambler i overensstemmelse med forholdet til den sendte binære sekvens . I modtageren, fra denne sekvens, er sekvensen dannet af det samme skifteregister som ved modtagelsen .

Som det følger af princippet om drift af skemaet, med en fejl i sekvensen , er de efterfølgende attende og treogtyvende tegn (i dette eksempel) også fejlagtige. Generelt vil effekten af ​​en fejlmodtaget bit kunne mærkes a gange, hvor a  er antallet af tilbagemeldinger i skifteregisteret. Således har SS scrambler-descrambleren egenskaben fejludbredelse. Denne ulempe ved SS scrambler-descrambleren begrænser antallet af tilbagekoblinger i skifteregisteret; i praksis overstiger dette tal ikke a = 2.

Den anden ulempe ved SS-scrambleren er forbundet med muligheden for udseendet af såkaldte "kritiske situationer" ved dens output under visse betingelser, når outputsekvensen får en periodisk karakter med en periode, der er mindre end længden af ​​PSS. For at forhindre dette giver scrambleren og descrambleren specielle yderligere kontrolkredsløb, der registrerer tilstedeværelsen af ​​periodiciteten af ​​elementer ved indgangen og overtræder den.

Additive scramblere

Med additiv scrambling skal tilstandene for scrambler- og descrambler-registrene være identisk indstillet på forhånd. I scrambleren med installationen (AD-scrambleren) , som i CC scrambleren, summeres inputsignalet og PSP, men det resulterende signal føres ikke til registerets indgang. I en descrambler passerer det kodede signal heller ikke gennem skifteregisteret, så der sker ingen fejludbredelse.

Sekvenserne opsummeret i scrambleren er uafhængige, så deres periode er altid lig med det mindste fælles multiplum af perioderne for inputsekvensen og SRP, og der er ingen kritisk tilstand. Fraværet af fejludbredelseseffekten og behovet for speciel logik til at beskytte mod uønskede situationer gør den additive scrambling-metode at foretrække, hvis vi ikke tager højde for omkostningerne ved at løse problemet med at synkronisere scrambleren og descrambleren. Som et indstillingssignal i digitale datatransmissionssystemer anvendes et rammesynkroniseringssignal.

Beskyttelse af telefonsamtaler

Audio scramblere bruges aktivt til at beskytte telefonsamtaler. Ved scrambling er det muligt at konvertere et talesignal i tre parametre: amplitude , frekvens og tid . I mobile radiokommunikationssystemer har hovedsageligt frekvens- og tidstransformationer af signalet, såvel som deres kombinationer, imidlertid fundet praktisk anvendelse. Mulig interferens i radiokanalen komplicerer den nøjagtige gendannelse af talesignalets amplitude betydeligt, og derfor bruges amplitudetransformationer praktisk talt ikke under scrambling.

De vigtigste metoder til konvertering af talesignaler:

Frekvenskonverteringer

Med frekvensinversion svarer transformationen af ​​spektret af et talesignal til at dreje signalets frekvensbånd omkring en bestemt gennemsnitsfrekvens F og  er inversionsfrekvensen.

En lidt mere kompleks signalkonverteringsmetode end frekvensinversion er tilvejebragt af en scrambler med opsplitning af talesignalbåndet i underbånd med en frekvensinversion af signalet i hvert underbånd (band-shift inverter). Normalt er båndet opdelt i 2 underbånd.

Båndbredde scramblere bruger en metode til at opdele et talesignalbånd i flere underbånd med frekvenspermutationer af disse underbånd. En band scrambler kan implementeres baseret på Fast Fourier Transform (FFT) . I en sådan scrambler udføres en fremadgående FFT på sendesiden, en frekvenspermutation af båndene og derefter en invers FFT. På den modtagende side udføres lignende konverteringer med omvendt frekvenspermutation af båndene. I scramblere med FFT er det muligt at opnå en høj grad af informationssikkerhed ved at øge antallet af blandede bånd, men i praksis bruges denne metode til scrambling i mobilradiokommunikation sjældent på grund af vanskelighederne med teknisk implementering. Derudover introducerer FFT-scramblere en tidsforsinkelse i kommunikationskanalen.

Tidsmæssige transformationer

Den enkleste form for tidstransformation er tidsinversion , hvor det originale signal er opdelt i en sekvens af tidssegmenter, og hver af dem transmitteres omvendt i tid - fra slutningen til begyndelsen.

I en tidspermutations scrambler er talesignalet opdelt i tidsrammer, som hver igen er underopdelt i segmenter, og derefter permuteres talesignalets segmenter.

Kombinerede transformationer

For yderligere at øge graden af ​​talelukning anvendes en kombination af tids- og frekvensscrambling. I en sådan scrambler bliver spektret af det digitaliserede talesignal efter analog-til-digital konvertering opdelt i frekvens-tidselementer, som derefter blandes på frekvens-tid-planet i overensstemmelse med et af de kryptografiske elementer og summeres uden at gå ud over det originale signals frekvensområde.

Fjernsyn

Scramblere bruges i digital- og kabel-tv til at give adgang til betalt indhold og forhindre tyveri af udsendelsessignalet. Tidlige versioner af disse enheder inverterede en af ​​komponenterne i tv-signalet og gendannede det på klientsiden. Senere begyndte mere avancerede scramblere at filtrere en af ​​signalkomponenterne og transmittere data uden den. Gendannelse af den oprindelige sekvens ved at tilføje den manglende del af signalet sker på brugerens side.

Kryptografi

Behovet for at synkronisere scramblere førte James Ellis til ideen om offentlige nøglekryptosystemer , hvilket efterfølgende førte til oprettelsen af ​​RSA -krypteringsalgoritmen og Diffie-Hellman-protokollen .

Moderne scrambling-systemer er meget forskellige fra de originale scramblere. Disse er komplekse digitaliseringsenheder kombineret med krypteringsenheder. I sådanne systemer digitaliseres det originale signal, hvorefter dataene krypteres og sendes. Kombineret med asymmetriske krypteringssystemer er disse "scramblere" mere sikre end deres tidligere modstykker. Kun sådanne systemer anses for at være pålidelige nok til at håndtere kritiske data.

Se også

Noter

Litteratur

Links