Метод защищенной передачи информации на основе кодового зашумления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.19, кандидат технических наук Савельев, Максим Феликсович

• Савельев, Максим Феликсович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Савельев, Максим Феликсович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ методов передачи конфиденциальных сообщений по открытым

Ф каналам.

1.1. Требования к конфиденциальной связи.

1.2. Модели каналов связи с перехватом.

1.3. Двоичное вероятностное кодирование.

1.4. Декодирование в синдромном канале.

1.5. Оценки неопределенности у перехватчика.

ГЛАВА 2. Анализ методов декодирования в каналах с шумом.

2.1. Свойства конечных полей.

2.2. Представление кодов БЧХ.

2.3. Коды Рида-Соломона.

2.4. Синдромное декодирование кодов Рида-Соломона.

2.5. Методы исправления ошибок и стираний в кодах Рида-Соломона.

2.6. "Мягкое" декодирование кодов Рида-Соломона.

ГЛАВА 3. Метод защищенной передачи информации на основе

4 кодового зашумления.

3.1. Метод кодового зашумления на базе кодов Рида-Соломона.

3.2 Восстановление информационных символов в синдромном канале. .1(&

ГЛАВА 4. Оценка качества передачи информации в каналах с перехватом.1ЦР

4.1. Основные параметры системы.12JD

4.2. Оценка вероятности успешного перехвата.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод защищенной передачи информации на основе кодового зашумления»

В настоящее время средства вычислительной техники и сети связи получили столь широкое распространение и столь нужны во всех сферах народного хозяйства, что отказаться от их использования оказывается совершенно невозможно, хотя более 80 % компаний и агентств несут убытки из-за различных нарушений целостности данных. Поэтому проблема защиты информации практически во всех вычислительных системах и системах связи стала весьма актуальна. Само понятие защиты информации является весьма многогранным. Оно включает в себя по крайней мере три аспекта: защиту от получения информации противником, защиту от изменения информации и защиту от разрушения информации незаконным пользователем. В этой диссертации рассматриваются некоторые аспекты защиты от перехвата информации противником.

Дело в том, что работа средств вычислительной техники и связи сопровождается электромагнитными излучениями и наводками на различные радиотехнические цепи. Перехват сигналов наводок и излучений открывает противнику доступ к информации, циркулирующей в информационно-вычислительных сетях. Каналы утечки информации такого вида составляют основу математических моделей каналов с перехватом, исследуемых в этой работе.

Для защиты информации от утечки по каналам наводок и электромагнитных излучений используются различные способы. Среди них полная изоляция всех технических средств от возможного перехвата территориально и с помощью специальных экранов и фильтров, использование методов шифрования, использование зашумления электромагнитных излучений специальными генераторами сопровождающего шума и т.п. Все эти способы требуют дополнительных и значительных затрат различных ресурсов, что обходится примерно в 4-5 раз дороже, чем установка и эксплуатация вычислительных средств без специальных средств защиты.

Однако имеется другой подход к этой проблеме, основанный на достижениях современной теории информации и кодирования, позволяющий передавать конфиденциальные сообщения по открытым каналам без опасности их компрометации. Этот подход был предложен А. Вайнером и развит во многих исследованиях. В нашей стране большой вклад в решение этой проблемы вне* ели известные ученые Коржик В.И., Яковлев В.А. и другие.

При рассматриваемом подходе защита информации обеспечивается не за счет воздействия на параметры каналов утечки, а за счет вероятностного преобразования информации перед передачей по каналу связи. Невозможность восстановления информации противником основана на том свойстве, что канал утечки имеет меньшую пропускную способность, чем канал законного пользователя. Способ кодирования выбирается так, чтобы в канале утечки количество возникающих ошибок сильно возрастало, обеспечивая эффект зашумления передаваемого сигнала, в то время как в основном канале обеспечивалась надеж. ная связь.

Таким образом, в настоящее время задача передачи конфиденциальных сообщений по открытым системам и сетям связи, не использующая каких-либо методов шифрования, для которых необходима служба генерации и распределения ключей между законными пользователями, является актуальной и перспективной для исследователей.

Заключение диссертации по теме «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность», Савельев, Максим Феликсович

3. Выводы

Представленные в этой главе результаты представляют серьезный интерес для практического использования в системах обмена информацией, в которых по какой-либо причине нецелесообразно использовать известные криптосистемы.

1. В первом разделе показано, что хорошо изученные коды Рида»

Соломона позволяют простыми средствами построить систему вероятностного кодирования, которая обеспечивает одновременно кодовое зашумление, введение избыточности для исправления большого числа ошибок и кодирование передаваемого сообщения.

2. Во втором разделе показано, что, благодаря особой структуре кодов Рида-Соломона, удается использовать для оценки вероятности успешного перехвата границу Чернова. Результаты вычислений показывают, что практически при любых характеристиках используемых каналов связи с перехватом можно обеспечить достаточную защиту передаваемых секретных сообщений по открытым каналам связи.

Заключение

В работе получены следующие основные результаты:

1. Для систем передачи информации по каналам связи без шума при наличии перехватчика разработана математическая модель, связывающей характеристики системы передачи с параметрами каналов связи и характеристики используемых кодов в схеме кодового зашумления.

2. На основе анализа математических зависимостей сделан вывод о необходимых свойствах кодов, пригодных для получения практичного метода передачи конфиденциальных сообщений на основе кодового зашумления.

3. Разработан метод и система защищенной передачи конфиденциальной информации по открытым каналам на основе кодового зашумления, использующий согласованный выбор параметров кодов Рида-Соломона для обеспечения необходимых вероятностных характеристик безопасности и достоверности.

4. Предложенный метод реализован в виде двухступенчатой схемы вероятностного кодирования и декодирования кодами Рида-Соломона и схемы снятия зашумления, которая включает алгоритм быстрого восстановления информационных символов из принятого синдромного сообщения.

5. Получены оценки вероятности ошибки в основном канале и вероятности успешного перехвата сообщений при предложенном способе вероятностного кодирования, характеризующих степень защиты конфиденциальных сообщений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Савельев, Максим Феликсович, 2003 год

1. Витерби А.Д., Омура Дж.К. Принципы цифровой связи и кодирования. М.: Радио и связь, 1982.

2. Гантмахер Ф. Теория матриц. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1988.

3. Герасименко В.А., Размахнин М.К. Защита информации в вычислительных, информационных и управляющих системах и сетях. Зарубежная радиоэлектроника. 1985. № 85. С. 41-60.

4. Гниденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Изд-во "Наука", 1965.

5. Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах связи. М.: Радио и связь, 1987.

6. Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т. Декодирование циклических кодов. М.: Связь, 1968.

7. Коржик В.И. Помехоустойчивое кодирование "уникальных" сообщений. Проблемы передачи информации. Изд. РАН СССР. Т. 22. № 4. С. 26-31.

8. Коржик В.И., Яковлев В.А. Защита информации от утечки по каналам электромагнитных излучений на основе способа кодирования. Региональная информатика. РИ-93. Тезисы докладов. СПб., 1993. Часть 1. С. 91.

9. Коржик В.И., Яковлев В.А. Пропускная способность канала связи с внутренним случайным кодированием. Проблемы передачи информации. Т. 28. № 4. С. 24-34. 1992.

10. Коржик В.И., Борисенко Н.Н. Вычисление секторов смежных классов производных БЧХ-кодов. Известия Вузов. Радиоэлектроника, Т. 26. № 4. С. 14-19. 1983.

11. Коржик В.И., Яковлев В.А. Неасиптотические оценки эффективности кодового зашумления одного канала. Проблемы передачи информации. Изд-во РАН СССР. Т. 17. №4. С. 11-18. 1981ю

12. Курицын К.А., Савельев М.Ф., Открытое обсуждение при согласовании секретного ключа, Сб.тезисов конференции «Информационная Безопасность Регионов России-2001», 2001 г., 0.1 усл.печ.л.

13. Курицын К.А., Савельев М.Ф., Согласование секретного ключа через открытый канал, Журнал «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы» № 3, 2001 г., 0.2 усл.печ.л.

14. Мак-Вильямс Ф. Дж., Слоэн Н. Дж. А. Теория кодов, исправляющих ошибки. М.: "Связь", 1979.

15. Маркин А.В. Безопасность излучений и наводок от средств электронно-вычислительной техники: домыслы и реальность. Зарубежная радиоэлектроника. 1989. № 12. С. 102-109.

16. МессиДж. Л. Введение в современную криптологию. ТИИЭР. 1988. Т. 76. №5. С. 24-42.

17. Мирончиков Е.Т., Федоренко С.В. Об алгебраическом декодировании циклических кодов. Проблемы передачи информации. Изд. РАН. Т. 35. Вып. 1. 1999. С. 44-48.

18. Муттер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации. Л.: Энергоатомиздат, 1990.

19. Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки / Пер. с англ. под ред. Добрушина Р.Л. М.: Мир, 1964.

20. Прохоров Ю.В. Асимптотическое поведение биоминального распределения. УМН. Т. 8. Вып. 3. 1953. С. 136-142.

21. Розенкродт Дж., Джекобе И. Теоретические основы техники связи. М.: Мир, 1969ю

22. Савельев М.Ф. Анализ сообщений по базисным элементам, Сб.тезисов конференции «Информационная Безопасность Регионов России-2002», 2002 г., 0.2 усл.печ.л.

23. Савельев М.Ф. Анализ сообщений по базисным элементам, Сб.тезисов конференции "Проблемы информационной безопасности в системе Высшей школы", МИФИ, 2003 г., 0.2 усл.печ.л.

24. Савельев М.Ф. Защищенная передача сообщений по открытому каналу, Журнал «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы», №2, 2003 г., усл.печ.л. 0.2.

25. Савельев М.Ф. Линейные коды в каналах с перехватом, Журнал «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы», №2, 2002 г., 0.3. усл.печ.л.

26. Савельев М.Ф., Дешифрация сообщений по базисным элементам, СПб, СПбГПУ, СЦЗИ, Сб.тезисов конференции «Методы и технические обеспечения безопасности информации», 2002 г., 0.2 усл.печ.л.

27. Савельев М.Ф. Оценка вероятности успешного перехвата в каналах с кодовым зашумлением, Журнал «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы», №2, 2003 г., усл.печ.л. 0.2.

28. Савельев М.Ф. О скорости передачи информации в системе радиорелейной связи с кодовым зашумлением, Журнал «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы», №2, 2003 г., усл.печ.л. 0.2.

29. Соломон Г., МаттсонГ.Ф. Новая трактовка кодов Боуза-Чаудхури. Сб. "Теория кодирования". Изд-во "Мир", 1964. С. 7-29.

30. Сосуков Б.В. Основы теории и практики экранирования РЭС. Л. ВАКС. 1990.

31. Федоров Р.Ф., Яковлев В.В., ДобрисГ.В. Стохастические преобразователи информации. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1978.

32. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. М.: Изд-во "Мир", 1964.

33. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Соврадио, 1970.

34. Форни Д. Каскадные коды / Пер. с англ. под ред. Самойлина С.И. М.: Мир. 1970.

35. Чиссар И., Кернер Я. Теория информации: Теоремы кодирования для дискретных систем без памяти / Пер. с англ. М.: Мир, 1985.

36. Яковлев В.А. Защита информации на основе кодового зашумления. Часть 1. Теория кодового зашумления. Спб.,ВКАС, 1993.

37. Яковлев В.А., Бондаренко А.Г. Оценка неопределенности источников в суммирующем канале при случайном кодировании. 46-я научно-техническая конференция Электротехнического института связи им. М.А. Бонч-Бруевича. Тезисы докладов. СПб., 1993. С. 12-13.

38. Яковлев В.А., Жупников В.Г. Оценка помехоустойчивости системы передачи информации со случайными сигналами. Доклады 12-го научно-технического семинара: Статистический синтез и анализ информационных систем. Москва-Черкасы, 1992. С. 93-95.

39. Berlekamp E.R. Algebraic Coding Theory. New York: Mc. Graw-Hill, 1968.

40. Blahut R.E. A universal Reed-Solomon decoder. ШМ J. Res. Develop. Vol. 28. P. 150158. 1984.

41. Blahut R.E. Theory and Practice of Error Control Codes. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1983.

42. Bose R.C. and Ray D.K. -Chaudhuri. On aclass of error-correcting binary group codes. Inform. Contr., Vol. 3. P. 68-79.

43. ChernoffH.A. A Measure or Asymptotic Efficienty for test of a Hypothesis Based on a Sum of Observatious. Ann. Math. Stat. Vol. 23. P. 493-507. 1952.

44. Chien R.T. Cyclic decoding procedure for Bose-Chandhuri-Hocquenghem codes. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-10. P. 357-363. Oct. 1964.

45. Csissar I., Korrner I. Broad cast Channels with Confidential Messages. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-24. № 3. 1978. P. 339-348.

46. Einersson G. and Sundberg C.E. A note on soft decision decoding with successive erasures. IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT-22. P. 86-96. San. 1976.

47. Forney D.G. Jr. On decoding BCH codes. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-11. P. 549-557. Oct. 1965.

48. Forney D.G., Jr., Generalized minimum distance decoding. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-12. P. 125-131. Apr. 1966.

49. Gorenstein D.C. and Zierler N. A class of cyclic linear error-correcting codes in pm symbols. S. Soc. Ind. Appl. Math., Vol. 9. P. 207-214, June 1961.

50. HellmanM.E., CarleialA.B. A note an Wynef s wire-tap channel. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-23. № 3. P. 387-390.

51. Hocquengem A. Codes correteurs d'erreurs. chiffers. Vol. 2. P. 147-156, 1959.

52. HuguetLl. Coding Scheme for a Wire-tap Channel Using Regular Codes. Discrete Mathematics. 1985. Vol. 56. № 2,3. P. 191-201.

53. Jamali S.H. and Tho Le-N doc. Coded— modulation techriques for fading channels. Kluwer Academic Publishens. 1996.

54. Massey J.L. Shift-register synthesis and BCH decoding. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-15. P. 122-127. San. 1969.

55. Massey J.L. A. Simplitied Treatment of Wyner s Wire-tap channel. Proc. 21-st. Allerton Conference on Communication, Control and Computing. Monticello. IL. Oct. 5-7. 1983. P. 268-275.

56. MaurerU.M. Secret Key Agreement by Public Discussion from Common Information IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-39. № 3. May, 1993. P. 733-742.

57. Peterson W.W. and Weldon E.S., Jr., Error-Correcting Codes. Cambridge. Mass.:MIT Press, 1972.

58. Peterson W.W. Encoding and error-correction procedures for the Bose-Chandhuri codes. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-6. P. 459-470, 1960.

59. Peterson W.W. Error-correcting Codes. Cambridge. Mass. :MIT Press, 1961.

60. PiretPh. Wire-tapping of a Binary Symmetric Channel. Philips J. Res. 1980. Vol.35. P. 251-258.

61. Reed I.S. and Solomon G. Polynomial codes over certain finite fields. J. Soc. Ind. /-^pl. Math. Vol. 8. P. 300-304, June 1960.

62. Wolf J.K. Efficient maximum like lihoad decoding of linear block codes using a trellis. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-24. P. 76-81. 1978.

63. Wolf J.K. Adding tow information symbols to certain nonbinary BCH codes. Bell. Syst. Tech. S. Vol. 48. P. 2405-2409, 1969.

64. Yamamoto H. Cading Theorem for Secret Sharing Communication System with tow Noisy Channels. IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-35. P. 572-578. 1989.

65. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИИ1. ОТ .

66. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО - КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ

67. Тихорецкий пр., 21, Санкт-Петербург, 194064 Россия1. СС. лсоз №1. На №.от

68. УТВЕРЖДАЮ Директор-глдв^ый^онструктор1. В.А.Лопота1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы1. М.Ф.Савельева

69. А.Я.Городецкий, д.т.н., профессор Ю.Е.Подгурский, к.т.н., завлабораторией С.А.Захаров, начальник отдела

70. Телефон: [phone] Факс:[phone] Телетайп-122433APC e-mail: [e-mail] http://www.rtc.neva.ru1. УТВЕРЖДАЮ

71. Вице-презид/нт ГОУ «СПбГПУ» по научной. ,,, "\'АЛ^БашкареЕ1. Www13 г.$/ -Апестационн! о / цантр 70>| Министерства путем о\ сообщения1. Л Российской1. Федерации А?1. УТВЕРЖДАЮ

72. Директор <рГП АЦ «Желдоринформзащита ПС России»1. М.М. Петров2003 г* МОСКвЧ"1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Савельева М.Ф. на тему "Метод защищенной передачи информации на основе кодового зашумления"

73. Заместитель директора кандидат технических наук1. Начальник отдела

74. Зав. кафедрой ИБКС СПбГПУ проф., д.т.н.

75. И.А. Сидоров В.А. Девятаев1. П.Д. Зегжда1. УТВЕРЖДАЮ1. УТВЕРЖДАЮ1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы аспиранта ГОУ «СПбГПУ» Савельева Максима Феликсовича

76. Зам. директора СЦЗИ СПбГПУ1. С.А.Монин