УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМИТОСТОЙКИХ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕКУРРЕНТНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
DEVICE FOR GENERATING SPOOFING RESISTANT NONLINEAR RECURRENT SEQUENCES

Изобретение относится к технике формирования дискретных сигналов, использующихся в системах связи и радиолокации со сложными шумоподобными сигналами (ШПС).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению и принятому за прототип является устройство для формирования нелинейных рекуррентных последовательностей дискретных сигналов (см. А.С. 1401475 СССР, МКИ GO6F 15/20. Устройство для формирования нелинейных рекуррентных последовательностей дискретных сигналов [Текст] / Сныткин И.И., Горбенко И.Д., Литвиненко П.Т. (СССР) - 4155325/24-24; заявл. 02.12.86; опубл. 07.06.88, Бюл. №21 - 2 с.). Оно содержит сумматор по модулю два, регистр сдвига, элемент задержки, первый элемент И, выход которого подключен к входу элемента задержки, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу записи регистра сдвига, первый и второй прямые выходы которого подключены соответственно к второму и третьему информационным выходам сумматора по модулю два, блок управления, с второго по четвертый элементы И и элемент ИЛИ, причем первый вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с первым прямым выходом регистра сдвига и подключен к первому входу второго элемента И и первому информационному входу первой группы блока управления, второй вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ со вторым прямым выходом регистра сдвига и подключен к второму входу второго элемента И и второму информационному входу первой группы блока управления, третий вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с третьим прямым выходом регистра сдвига и подключен к первому входу третьего элемента И, третьему информационному входу первой группы блока управления и второму входу первого элемента И, четвертый вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с четвертым прямым выходом регистра сдвига и подключен к первому входу первого элемента И и четвертому информационному входу первой группы блока управления, с первого по третий входы кода шифра словаря устройства подключены соответственно к информационным входам с первого по третий второй группы блока управления, вход запуска и вход установки в исходное состояние устройства подключены соответственно к входу запуска и к входу режима блока управления, первый инверсный выход регистра сдвига подключен к первому входу четвертого элемента И и третьему входу первого элемента И, второй инверсный выход регистра сдвига подключен к второму входу четвертого элемента И и четвертому входу первого элемента И, третий и четвертый инверсные выходы регистра сдвига подключены соответственно к третьему входу четвертого элемента И и второму входу третьего элемента И, выходы элементов И со второго по четвертый подключены соответственно к первому, второму и третьему входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу нелинейной рекуррентной последовательности устройства, с первого по пятый выходы блока управления подключены соответственно к выходам синхронизации, к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам регистра сдвига.
Блок управления содержит первый и второй регистры, первый и второй счетчики, ключ, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, причем вход режима блока объединен через элемент МОНТАЖНОЕ ИЛИ с выходом переполнения первого счетчика и подключен к входам записи первого и второго регистров и к первому управляющему входу ключа, вход запуска блока управления объединен через элемент МОНТАЖНОЕ ИЛИ с выходом переполнения второго счетчика и подключен к входам считывания первого и второго регистров, к второму управляющему входу ключа, к первому входу элемента ИЛИ и входу запуска генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к информационному входу ключа, к счетному входу второго счетчика и второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу синхронизации первого счетчика и первому входу блока, с первого по четвертый информационные входы первой группы блока подключены соответственно с первого по четвертый к информационным входам первого регистра, с первого по четвертый выходы которого подключены соответственно к выходам с второго по пятый блока, с первого по третий информационные входы второй группы блока подключены соответственно с первого по третий к информационным входам второго регистра, выходы с первого по третий которого подключены соответственно с первого по третий к информационным входам первого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу ключа.
Данное устройство-прототип обеспечивает формирование различных кодовых словарей нелинейных рекуррентных последовательностей и их программную смену в процессе работы длительностью L=8. Однако данное устройство-прототип не обеспечивает формирование различных словарей нелинейных рекуррентных последовательностей и их программную смену в процессе работы длительностью L=13. Для повышения помехозащищенности и имитостойкости необходимо иметь возможность формирования различных кодовых словарей нелинейных рекуррентных последовательностей и их программную смену в процессе работы большей длительности, одной из таких длительностей является длительность L=13.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет формирования различных словарей нелинейных рекуррентных последовательностей (НЛРП), обеспечивающее формирование различных кодовых словарей и их программную смену в процессе работы длительностью L=13.
Устройство, содержащее: регистр сдвига, соответствующие входы которого соединены с соответствующими выходами блока управления, сумматор по модулю два, выход которого подключен к входу записи регистра сдвига, а первый вход сумматора по модулю два соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом четырехвходового первого элемента И, второй вход которого соединен с третьим прямым выходом регистра сдвига, блок управления, состоящий из первого счетчика, ключа, генератора тактовых импульсов, элемента ИЛИ и первого регистра, выходы которого соответственно соединены с выходом блока управления, а входы с первого по четвертый первой группы блока управления соответственно соединены со входами «Кода начальной фазы» устройства, причем первый вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с первым прямым выходом регистра сдвига, вторым входом сумматора по модулю два и подключен к первому информационному входу первой группы блока управления, второй вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с вторым прямым выходом регистра сдвига, третьим входом сумматора по модулю два и подключен к второму информационному входу первой группы блока управления, третий вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с третьим прямым выходом регистра сдвига и подключен третьему информационному входу первой группы блока управления, четвертый вход кода начальной фазы устройства объединен с помощью элемента МОНТАЖНОЕ ИЛИ с четвертым прямым выходом регистра сдвига и подключен к четвертому информационному входу первой группы блока управления, выходы элементов И со второго по четвертый подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу нелинейной рекуррентной последовательности устройства, вход «Запись исходного состояния» соединен с ключом и входом записи первого регистра первой группы блока управления, выходы которого соединены с входами регистра сдвига, а вход «Начало работы» соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, входом считывания первого регистра первой группы блока управления, входом ключа и первым входом элемента ИЛИ блока управления, выход которого соединен входом записи регистра сдвига, второй вход соединен с входом ключа, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом ключа, счетными синхровходами первого счетчика, выход которого также соединен с входом ключа соответственно, в блок внешней логики вместо трехвходового элемента И введен двухвходовый элемент И, при этом первый вход кода начальной фазы устройства подключен к четвертому входу первого элемента И, второй вход кода начальной фазы устройства подключен к первому входу третьего элемента И и третьему входу первого элемента И, третий вход кода начальной фазы устройства подключен к второму входу четвертого элемента И и второму входу первого элемента И, четвертый вход кода начальной фазы устройства подключен к второму входу третьего элемента И, первый инверсный выход регистра сдвига подключен к первым входам второго и четвертого элемента И, четвертый инверсный выход регистра сдвига соединен с первым входом первого элемента И, в блок управления введены вместо трехразрядного регистра новый четырехразрядный регистр, четыре входа которого (Р1, Р2, Р3, Р4) являются входами «Кода шифра», а входы считывания соединены с входами «Записи исходного состояния» и «Начало работы», вместо трехразрядного счетчика четырехразрядный, четыре входа которого (Р1, Р2, Р3, Р4) соединены соответственно с выходами нового четырехразрядного регистра, счетный вход соединен с выходом ключа, а синхровход с выходом элемента ИЛИ первой группы блока управления, а выход счетчика соединен с входом «Записи исходного состояния», что соответствует признакам «существенные отличия» и обеспечивает возможность формирования различных кодовых словарей нелинейных рекуррентных последовательностей и их программной смены в процессе работы длительностью L=13.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для формирования имитостойких нелинейных рекуррентных последовательностей.
На фиг. 2 представлена таблица истинности состояний устройства, которая поясняет его работу по формированию одной формы нелинейной рекуррентной последовательности длительностью L=13.
На фиг. 3 представлена логическая функция устройства, синтезированная и минимизированная с помощью метода карт Карно.
Внутренняя логика
Хв={1011000011011}
Внешняя логика БФОП:
Оптимальный по своим свойствам и характеристикам псевдослучайных последовательностей (ПСП) длительностью L=13 является позиционный код (µ) квадратичных вычетов с двухуровневой периодической функцией автокорреляции Rµ (m)=13, m≠O, (mod 13), построение которого базируется на использовании характера ψ(·) мультипликативной группы поля GP (р=13).
Нелинейная рекуррентная последовательность (НЛРП) длиной L=13, имеет вид µ*=1011000011011.
Использование данной НЛРП обеспечивает помимо помехоустойчивости и криптоустойчивость. Возможность применения словарей НЛРП данной длительности, построенных на основе автоморфных, неинверсно-изоморфных и изоморфных преобразований исходной НЛРП (µ) с использованием программных принципов смены НЛРП в одном словаре, смены самих словарей НЛРП, обеспечивает еще большую имитоустойчивость, криптоустойчивость и скрытность специальных систем связи.
Формирование НЛРП.
В первый тактовый момент на вход устройства поступает код исходной начальной фазы для состояния разрядов регистра 2, но предварительно код записывается в регистр 11 с помощью синхроимпульса «Запись исходного состояния», подаваемого на вход записи исходного состояния устройства и дальше на вход записи регистра 11. Во второй тактовый момент на вход запуска поступает импульс «Начало работы», который, пройдя на вход генератора 17, включает его, а также, пройдя на вход считывания регистра 11, обеспечивает списывание кода начальной фазы из регистра 11 в регистр 2, а пройдя через элемент ИЛИ 10 на вход записи регистра 2, обеспечивает запись кода начальной фазы в регистр 2. Одновременно код начальной исходной фазы появляется на выходах 1, 3, 5, 7 регистра 2.
β
В последующие тактовые моменты, с третьего по пятнадцатый импульсы с генератора 17, поступающие на вход регистра 2 через элемент ИЛИ 10, обеспечивают последовательное изменение состояний разрядов регистра 2 в соответствии с функцией внутренней логики так, что, начиная с шестнадцатого такта, состояния разрядов регистра 2 повторяются. Таким образом, с периодом L=13 обеспечивается повторение состояний разряда регистра. Формирование при этом оптимальных ПСП (НЛРП) Х=µ:=(10111000101) длительностью 13 обеспечивается с помощью элементов 5-8.
Цикл работы может повториться, начиная с шестнадцатого тактового момента, с помощью «кода шифра словаря», подаваемого на вход шифра устройства.
Рассмотрим режим формирования определенного типа словаря НЛРП. Объем словаря НЛРП, как и любого другого словаря кодовых рекуррентных последовательностей (в том числе ЛРП), определяется числом автоизоморфных преобразований. Для НЛРП с L=13 (кода квадратичных вычетов) имеются два инверсных изоморфизма, остальные (18) - автоморфные преобразования, которые представляют собой циклические сдвижки каждого неинверсного изоморфизма. В нашем случае инверсными изоморфизмами являются НЛРП=(1011000011011), формирование которых обеспечивается устройством при начальной фазе регистра 2 «1011». Для формирования других (автоморфных) НЛРП, следуя таблице истинности на фиг. 2, достаточно обеспечить начало формирования НЛРП не с начальной фазы «1011», а с начальной фазы такой, которая соответствует какому-либо промежуточному состоянию разрядов регистра 2 (по таблице истинности это соответствует тактам с третьего по пятнадцатый). Выбор в качестве начальной фазы любого промежуточного состояния регистра 2 (по таблице истинности) не нарушает циклической работы (с периодом L=13) регистра 2, так как это не зависит от качества (структуры) начальной фазы из определенного в таблице истинности объема (набора) начальных фаз (промежуточных расстояний регистра 2).
Характер словаря НЛРП, таким образом, зависит от того, какая начальная фаза устанавливается в регистре 2 после того, как были сформированы какие-то определенные (предыдущие) НЛРП. Порядок чередования (выбора) начальных фаз таким образом определяет вид формируемого словаря НЛРП. Он может состоять только из одних постоянно формируемых НЛРП, только из двух постоянно формируемых НЛРП, только из трех НЛРП и т.д., и в конце концов из двенадцати НЛРП. В порядок чередования (выбора) начальных фаз таким образом закладываются свойства имитостойкости, криптоустойчивости словаря НЛРП. Чем сложнее этот порядок чередования, тем выше имитостойкость, криптоустойчивость словаря НЛРП. Оптимальными в этом смысле являются словари, построенные с помощью такого порядка чередования НЛРП, который носит псевдослучайный характер. Однако в любом конкретном случае, определяемом условиями функционирования, должна иметься возможность изменять этот порядок. Эти возможности и реализованы в устройстве с помощью запоминания в регистре 11 промежуточного состояния регистра 2 в соответствии с кодом шифра словаря, подаваемого на вход кода шифра устройства. Так, например, в первый тактовый момент в регистр 13 заносится код цифры 7 (1110), что означает, что в регистре 11 после начала формирования первой НЛРП запомнено третье промежуточное состояние регистра 2 (в нашем случае это будет пятый тактовый момент).
Счетчик 15, в который записан код цифры 7 (1110) в качестве его начального состояния, переполняется и выдает импульс переполнения через три тактовых импульса. Затем по окончании формирования первых НЛРП запомненное промежуточное состояние регистра 2 считывается из регистра 11 опять в регистр 2, но уже в качестве его начальной фазы. После этого начинается процесс формирования других НЛРП. Если к этому моменту не изменять код шифра словаря, то в последующем запоминается в регистре 11 каждое третье промежуточное состояние регистра 2 и затем считывается в регистр 2 в качестве его начальной фазы. Например, порядок чередования типа «каждая третья фаза» перебирает в конце концов (спустя одиннадцать циклов) всевозможные начальные фазы, такие как и любой другой порядок «каждая n-я фаза», где n=2, 3,....,13, а порядок типа «каждая первая фаза» обеспечивает формирование словарей, состоящих только из одной определенной НЛРП. Таким образом, числом в законе «каждая n-я фаза» закладывается порядок чередования начальных фаз, т.е. чередования НЛРП в словаре, т.е. характер (тип) словаря НЛРП.
В режиме формирования различных словарей НЛРП в первый тактовый момент в регистр 13 записывается код шифра словаря в виде двоичного кода ключевой цифры (например «7»-«1110»), при этом ключ 14 закрывается. Во второй тактовый момент синхроимпульс «Начало работы» открывает ключ 14 и, проходя на второй вход регистра 13 и через элемент ИЛИ 10 на первый синхровход счетчика 15, обеспечивает считывание из регистра 13 в счетчик 15 код цифры 7 (1110). В третий тактовый момент вместе с началом формирования первых НЛРП тактовые импульсы с выхода генератора 17 поступают в счетчик 12, а через открытый ключ 14 - на счетный вход счетчика 15 и через элемент ИЛИ 10 - на синхровход счетчика 15. Так как в счетчике 15 записано состояние «7» (1110), то спустя три такта на его выходе появляется импульс переполнения, который закрывает ключ 14, придя на первый вход регистра 13, обеспечивает запись в регистр 13 кода другой цифры, а придя на первый вход регистра 11, обеспечивает запись третьего промежуточного состояния регистра 2. Если код шифра (код цифры) не изменяется, то состояние регистра 13 не изменяется в этот тактовый момент.
Спустя тринадцать тактовых импульсов генератора 17 (четырнадцатый тактовый момент) на выходе счетчика 14 появляется импульс переполнения, который открывает ключ 14, придя на второй вход регистра 13, обеспечивает считывание кода цифры 7 в счетчике 15, а также, пройдя на второй вход регистра 11, обеспечивает считывание с него на входы регистра 2 кода запомненной начальной фазы. Таким образом, в пятнадцатый тактовый момент заканчивается формирование первых НЛРП и устройство подготавливается для формирования последующих НЛРП из данного словаря, определенных шифром - цифрой «7».
3
Начиная с шестнадцатого тактового момента, начинается формирование НЛРП, определяемых начальной фазой «1111», которая является промежуточным состоянием регистра 2 в пятый тактовый момент. Эти НЛРП имеют вид µ=(0111011000011) и тем самым представляют трехсимвольный сдвиг влево исходных НЛРП: µ=(1011000011011).
Таким образом, процесс формирования НЛРП продолжается по ранее описанному принципу так, что через каждые тринадцать тактов формируются новые НЛРП, сдвинутые от предыдущих на три символа влево.