УСТРОЙСТВО ИМИТОЗАЩИТЫ ГРУППЫ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR PROTECTION AGAINST IMITATION OF GROUP OF CONTROLLED OBJECTS

Изобретение относится к технике охранно-пожарной сигнализации, в частности к устройствам имитозащиты контролируемых объектов, и может быть использовано для охраны объектов.
Известно устройство сопряжения для имитозащиты контролируемых объектов, которая содержит две ячейки памяти, блок сравнения сигналов, три блока избирания сигналов, три согласующих устройства, модулятор, два демодулятора, блок преобразования параллельной n-разрядной комбинации в последовательную, два блока преобразования последовательной комбинации в n-разрядную параллельную комбинацию (см. патент РФ №2387017, G08B 25/04, 2006.01).
Устройство сопряжения используется совместно с устройством имитозащиты контролируемых объектов (см. патент РФ №2310236, кл. G08B 25/04, 2006.01), позволяя при этом организовать систему, состоящую из множества контролируемых объектов.
Недостатком данного устройства является то, что в случае выхода из строя хотя бы одного из датчиков нарушается работа всей системы, при этом система не обнаруживает неисправный датчик, что увеличивает время на диагностику и устранение неисправности.
Известно устройство имитозащиты группы контролируемых объектов, основанное на логике XOR. Техническим результатом является обеспечение одновременной защиты группы контролируемых объектов, подключаемых независимо друг от друга по топологии «звезда», упрощение технической реализации и улучшение скорости обработки данных. Устройство имитозащиты группы контролируемых объектов состоит из блока контроля, содержащего блок управления, блок формирования кодограммы следующего такта, генератор первой псевдослучайной последовательности (генератор ПСП-1), блок модулятора, генератор второй псевдослучайной последовательности (генератор ПСП-2), коммутатор, содержащий коммутирующий блок с N линий связи, N блоков сравнения по числу контролируемых объектов, каждый из которых состоит из запоминающего устройства значения генератора ПСП-2 блока контроля (ЗУ значения генератора ПСП-2 блока контроля), блока логических операций XOR (логическая операция «исключающее ИЛИ»), состоящего из n блоков XOR, по числу разрядов в двоичном представлении кодограмм первой и второй псевдослучайных последовательностей, запоминающего устройства значения генератора ПСП-2 контролируемых объектов (ЗУ значения генератора ПСП-2 контролируемых объектов), блока контроля исправности объекта и контролируемого объекта, состоящего из блока памяти следующего такта, блока сравнения, демодулятора, блока памяти, согласующего устройства, модулятора, генератора ПСП-2 (см. патент РФ №2520413, G08B 25/00, 2006.01).
Основным недостатком данного устройства является то, что при возрастании количества контролируемых устройств существенно возрастает сложность коммутации блока контроля с датчиками.
Наиболее близким техническим решением к данному является устройство имитозащиты контролируемых объектов, содержащее блок индикации, счетчик адреса, блок управления, блок формирования адреса, блок избирания сигналов, блок памяти стартовой последовательности, блок преобразования n-разрядной параллельной комбинации в последовательную, модулятор, согласующее устройство, генератор ключа, генератор первой псевдослучайной последовательности, демодулятор, блок сравнения, блок первого запоминающего устройства, генератор второй псевдослучайной последовательности, электронный ключ, блок преобразования последовательной комбинации в параллельную, блок второго запоминающего устройства, регистр памяти количества контролируемых объектов, счетчик циклов, линию связи, блок избирания сигналов, входящий в состав блока передачи, датчик, включающий блок памяти стартовой последовательности, блок сравнения, генератор второй псевдослучайной последовательности, блок преобразования последовательной комбинации в n-разрядную параллельную, блок памяти индивидуального адреса устройства, блок преобразования n-разрядной параллельной комбинации в последовательную, блок проверки адресной части, модулятор, демодулятор, блок памяти, согласующее устройство (см. патент РФ №2417452 кл. G08B 25/00, 2010 г.).
В прототипе реализуется возможность одновременной защиты группы контролируемых объектов. Достоинствами прототипа являются простота подключения датчиков, причем количество датчиков зависит лишь от количества памяти, выделенной для адресации, и возможность выявления конкретного устройства, которое было несанкционированно заменено.
Однако прототип имеет недостаток - относительно низкую надежность всего устройства в случае выхода из строя одного из датчиков, так как контролируемые объекты включены последовательно.
Целью заявленного технического решения является создание устройства, способного обеспечивать повышение надежности всего устройства в случае выхода из строя одного из датчиков, обладающего должным уровнем имитозащиты и позволяющим определить контролируемое устройство, на которое воздействует злоумышленник, за короткое время.
1
2
N
1
1
2
M
1
1
1
1
2
1
3
N
2
3
M-1
M
M-1
M
N
M
Указанная цель достигается тем, что в известное устройство имитозащиты группы контролируемых объектов, содержащее блок управления и индикации, N≥2 датчиков (2, 2…2), причем информационный выход блока управления и индикации подключен к информационному входу датчика (2), дополнительно введены М≥2 блоков сопряжения (3, 3…3), при этом количество датчиков совпадает с количеством устройств сопряжения (N=М), причем информационный выход блока управления подключен к сигнальному входу блока сопряжения (3), информационный выход датчика (2) подключен к информационному входу блока сопряжения (3), информационный выход блока сопряжения (3) подключен к информационному входу датчика (2); датчики (2, 2…2) и блоки сопряжения (3, 3…3) подключены последовательно следующим образом: к информационному входу датчика подключен информационный выход предыдущего блока сопряжения, информационный выход датчика, подключен к информационному входу блока сопряжения, сигнальный вход блока сопряжения подключен к информационному выходу предыдущего блока сопряжения, а информационный выход блока сопряжения подключен к информационному входу следующего датчика и сигнальному входу следующего блока сопряжения; сигнальный вход блока сопряжения (3) подключен к информационному выходу блока сопряжения (3), информационный вход блока сопряжения (3) подключен к информационному выходу датчика (2), информационный выход блока сопряжения (3) подключен к информационному входу блока управления и индикации.
Блок управления и индикации состоит из субблока управления, первой ячейки памяти, второй ячейки памяти, счетчика, сепаратора, генератора шифрующей гаммы, сумматора, модулятора, согласующей нагрузки, фильтра сигналов, фильтра сигналов, согласующей нагрузки, демодулятора, сумматора, индикаторного табло, причем ячейка памяти с количеством датчиков подключена ко второму входу субблока управления, первый выход субблока управления подключен к индикаторному табло, второй выход субблока управления подключен к первому входу сумматора, третий выход субблока управления подключен к входу счетчика, выход счетчика подключен к первому входу сепаратора, ячейка памяти с ключом подключена к первому входу генератора шифрующей гаммы, выход генератора шифрующей гаммы подключен ко второму входу сепаратора, первый выход сепаратора подключен ко второму входу генератора шифрующей гаммы, второй выход сепаратора подключен ко второму входу сумматора и ко второму входу сумматора, выход сумматора подключен к модулятору, модулятор подключен согласующей нагрузке, согласующая нагрузка подключена к фильтру сигналов, фильтр сигналов подключен к согласующей нагрузке, согласующая нагрузка подключена к демодулятору, демодулятор подключен к первому входу сумматора, выход сумматора подключен к первому входу субблока управления, при этом выход фильтра сигналов является информационным выходом блока управления и индикации, вход фильтра сигналов является информационным входом блока управления и индикации.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
Датчик (2, 2…2) состоит из субблока контроля, первой ячейки памяти, второй ячейки памяти, счетчика, сепаратора, генератора шифрующей гаммы, сумматора, фильтра сигналов, согласующей нагрузки, демодулятора, сумматора, модулятора, согласующей нагрузки, фильтра сигналов, причем ячейка памяти с количеством датчиков подключена ко второму входу субблока контроля, первый выход субблока контроля подключен к счетчику, второй выход субблока контроля подключен к первому входу сумматора, счетчик подключен к первому входу сепаратора, первая ячейка памяти подключена к первому входу генератора шифрующей гаммы, выход генератора шифрующей гаммы подключен ко второму входу сепаратора, первый выход сепаратора подключен ко второму входу генератора шифрующей гаммы, второй выход сепаратора подключен ко второму входу сумматора и ко второму входу сумматора, сумматор подключен к модулятору, модулятор подключен к согласующей нагрузке, согласующая нагрузка подключена к фильтру сигналов, первый выход фильтра сигналов подключен к согласующей нагрузке, второй выход фильтра сигналов подключен к третьему входу субблока контроля, согласующая нагрузка подключена к демодулятору, демодулятор подключен к первому входу сумматора, сумматор подключен к первому входу субблока контроля, при этом вход фильтра сигналов является информационным входом датчика (2, 2…2), выход фильтра сигналов является информационным выходом датчика (2, 2…2).
1
2
M
1
2
M
1
2
M
1
2
M
Блок сопряжения (3, 3…3) состоит из линии задержки и переключателя, причем линия задержки подключена ко второму входу переключателя, при этом вход линии задержки и третий вход переключателя являются сигнальным входом блока сопряжения (3, 3…3), первый вход переключателя является информационным входом блока сопряжения (3, 3…3), выход переключателя является информационным выходом блока сопряжения (3, 3…3).
Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет ведения блока сопряжения, предназначенного для получения сигнала из линии, сохранения полученного сигнала на установленное время, передачи полученного сигнала датчику и получение от него измененного сигнала и передачи его в линию, а также в случае, если за установленное время не получен измененный сигнал от датчика, передачи полученного сигнала дальше по линии, в заявленном устройстве достигается возможность обеспечивать повышение надежности всего устройства в случае выхода из строя одного из датчиков.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - структурная схема устройства имитозащиты группы контроля контролируемых объектов;
на фиг. 2 - структурная схема блока управления и индикации;
на фиг. 3 - структурная схема датчика;
на фиг. 4 - структурная схема блока сопряжения;
1
2
N
1
2
M
1
1
1
1
1
2
2
3
N
2
3
M-1
M
M-1
M
N
M
Устройство имитозащиты группы контролируемых объектов, изображенное на фиг. 1, состоит блока управления и индикации (1), N≥2 датчиков (2, 2…2) и М≥2 блоков сопряжения (3, 3…3), притом что количество датчиков и блоков сопряжения совпадает (N=M). При этом информационный выход (1.17) блока управления и индикации (1) подключен к информационному входу (2.16) датчика (2) и к сигнальному входу (3.3) блока сопряжения (3). Информационный выход (2.17) датчика (2) подключен к информационному входу (3.4) блока сопряжения (3), информационный выход (3.5) блока сопряжения (3) подключен к информационному входу (2.16) датчика (2). Датчики (2, 2…2) и блоки сопряжения (3, 3…3) подключены последовательно следующим образом: к информационному входу (2.16) датчика подключен информационный выход (3.5) предыдущего блока сопряжения, информационный выход (2.17) датчика, подключен к информационному входу (3.4) блока сопряжения, сигнальный вход (3.3) блока сопряжения подключен к информационному выходу (3.5) предыдущего блока сопряжения, а информационный выход (3.5) блока сопряжения подключен к информационному входу (2.16) следующего датчика и сигнальному входу (3.3) следующего блока сопряжения. Сигнальный вход (3.3) блока сопряжения (3) подключен к информационному выходу (3.5) блока сопряжения (3), информационный вход (3.4) блока сопряжения (3) подключен к информационному выходу (2.17) датчика (2), информационный выход (3.5) блока сопряжения (3) подключен к информационному входу (1.16) блока управления и индикации (1).
Число «N, N≥2» (датчиков) определяется в соответствии с возможным количеством контролируемых объектов и, как правило, составляет от 2 (двух) до 1000 (тысячи).
Блок управления и индикации (1) предназначен для проверки состояния контролируемых объектов и извещения об этих состояниях.
Блок управления и индикации (1) (фиг. 2) состоит из субблока управления (1.1), первой ячейки памяти (1.2), второй ячейки памяти (1.3), счетчика (1.4), сепаратора (1.5), генератора шифрующей гаммы (1.6), сумматора (1.7), модулятора (1.8), согласующей нагрузки (1.9), фильтра сигналов (1.10), фильтра сигналов (1.11), согласующей нагрузки (1.12), демодулятора (1.13), сумматора (1.14), индикаторного табло (1.15). Ячейка памяти с количеством датчиков (1.3) подключена ко второму входу субблока управления (1.1), первый выход субблока управления (1.1) подключен к индикаторному табло (1.15), второй выход субблока управления (1.1) подключен к первому входу сумматора (1.7), третий выход субблока управления (1.1) подключен к входу счетчика (1.4), выход счетчика (1.4) подключен к первому входу сепаратора (1.5), ячейка памяти с ключом (1.2) подключена к первому входу генератора шифрующей гаммы (1.6), выход генератора шифрующей гаммы (1.6) подключен ко второму входу сепаратора (1.5), первый выход сепаратора (1.5) подключен ко второму входу генератора шифрующей гаммы (1.6), второй выход сепаратора (1.5) подключен ко второму входу сумматора (1.7) и ко второму входу сумматора (1.14), выход сумматора (1.7) подключен к модулятору (1.8), модулятор (1.8) подключен согласующей нагрузке (1.9), согласующая нагрузка подключена (1.9) к фильтру сигналов (1.10), фильтр сигналов (1.11) подключен к согласующей нагрузке (1.12), согласующая нагрузка (1.12) подключена к демодулятору (1.13), демодулятор (1.13) подключен к первому входу сумматора (1.14), выход сумматора (1.14) подключен к первому входу субблока управления (1.1), при этом выход фильтра сигналов (1.10) является информационным выходом (1.17) блока управления и индикации (1), вход фильтра сигналов (1.11) является информационным входом (1.16) блока управления и индикации (1).
Блок контроля и управления (1) может быть технически реализован на базе микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno). Тогда первая ячейка памяти (1.2) и вторая ячейка памяти (1.3) реализуются на встроенной в микроконтроллер ATmega328 (Arduino Uno) энергонезависимой памяти EEPROM. Индикаторное табло (1.15) реализуется на базе индикатора WINSTAR 1604-NGG-CT. Модулятор (1.8), согласующая нагрузка (1.9), фильтр сигналов (1.10), фильтр сигналов (1.11), согласующая нагрузка (1.12), демодулятор (1.13) реализуются на цифровых входах и выходах микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno). Субблок управления (1.1), счетчик (1.4), сепаратор (1.5), генератор шифрующей гаммы (1.6), сумматор (1.7), сумматор (1.14) и связи между ними и другими элементами устройства реализуются как логические блоки алгоритма работы микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno) в виде программных скетчей на языке Wiring, как описано в [Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. - СПб.: БХВ-Петербург, 2014. - 400 с.].
Субблок управления (1.1) блока управления и индикации предназначен для формирования исходного сообщения, контроля количества циклов проверки, анализа поступившего сообщения от датчиков и вывода на индикаторное табло информации, содержащейся в полученном сообщении.
Первая ячейка памяти (1.2) предназначена для записи, хранения и считывания генератором шифрующей гаммы (1.6) ключа, необходимого для генерации шифрующей гаммы по алгоритму Блюм-Блюм-Шуба.
Вторая ячейка памяти (1.3) предназначена для записи, хранения и считывания субблоком управления (1.1) количества контролируемых объектов, необходимого для формирования исходного сообщения.
Счетчик (1.4) предназначен для учета количества циклов проверки группы контролируемых объектов.
Сепаратор (1.5) предназначен для формирования на основании номера цикла проверки, полученного от счетчика (1.4), порядковых номеров, необходимых для генерации шифрующей гаммы, и передачи их генератору шифрующей гаммы (1.6), получения от генератора шифрующей гаммы отрезков шифрующей гаммы и формирования из них шифрующей гаммы и передачи ее на сумматоры (1.7) и (1.14).
Генератор шифрующей гаммы (1.6) предназначен для формирования на основе ключа, взятого первой ячейки памяти (1.2), и порядковых номеров, полученных от сепаратора (1.5), отрезков шифрующей гаммы и передачи их сепаратору (1.5).
Сумматоры (1.7) и (1.14) предназначены для сложения по модулю «2» поступающих на их входы сообщения и шифрующей гаммы.
Модулятор (1.8) предназначен для преобразования полученного сообщения в сигнал для передачи по линии связи.
Согласующие нагрузки (1.9) и (1.12) идентичны и предназначены для уменьшения энергетических потерь в линии связи при передаче сигнала.
Фильтры сигналов (1.10) и (1.11) идентичны и предназначены для подавления шумов и выделения поступивших на их входы сигналов.
Демодулятор (1.13) предназначен для преобразования полученного сигнала из линии связи в сообщение.
Индикаторное табло (1.15) предназначено для индикации информации, полученной от субблока управления (1.1).
1
2
N
Датчики (2, 2…2) предназначены для передачи информации о состоянии контролируемых объектов и исключения случаев подмены злоумышленником датчиков и несанкционированного изменения состояния контролируемых объектов.
1
2
N
1
2
N
1
2
N
Датчики (2, 2…2) (фиг. 3) состоит из субблока контроля (2.1), первой ячейки памяти (2.2), второй ячейки памяти (2.3), счетчика (2.4), сепаратора (2.5), генератора шифрующей гаммы (2.6), сумматора (2.7), фильтра сигналов (2.8), согласующей нагрузки (2.9), демодулятора (2.10), модификатора (2.11), сумматора (2.12), модулятора (2.13), согласующей нагрузки (2.14), фильтра сигналов (2.15). Ячейка памяти с количеством датчиков (2.3) подключена ко второму входу субблока контроля (2.1), первый выход субблока контроля (2.1) подключен к счетчику (2.4), второй выход субблока контроля (2.1) подключен к модификатору (2.11), третий выход субблока контроля (2.1) подключен к третьему входу счетчика (2.12), счетчик (2.4) подключен к первому входу сепаратора (2.5), ячейка памяти с ключом (2.2) подключена к первому входу генератора шифрующей гаммы (2.6), выход генератора шифрующей гаммы (2.6) подключен ко второму входу сепаратора (2.5), первый выход сепаратора (2.5) подключен ко второму входу генератора шифрующей гаммы (2.6), второй выход сепаратора (2.5) подключен ко второму входу сумматора (2.7) и ко второму входу сумматора (2.12), модификатор (2.11) подключен к первому входу сумматора (2.12), сумматор (2.12) подключен к модулятору (2.13), модулятор (2.13) подключен к согласующей нагрузке (2.14), согласующая нагрузка (2.14) подключена к фильтру сигналов (2.15), первый выход фильтра сигналов (2.8) подключен к согласующей нагрузке (2.9), второй выход фильтра сигналов (2.8) подключен к третьему входу субблока контроля (2.1), согласующая нагрузка (2.9) подключена к демодулятору (2.10), демодулятор (2.10) подключен к первому входу сумматора (2.7), сумматор (2.7) подключен к первому входу субблока контроля (2.1), при этом вход фильтра сигналов (2.8) является информационным входом (2.16) датчика (2, 2…2), выход фильтра сигналов (2.15) является информационным выходом (2.17) датчика (2, 2…2).
1
2
N
Датчики (2, 2…2) могут быть технически реализованы на базе микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno). Тогда первая ячейка памяти (2.2) и вторая ячейка памяти (2.3) реализуются на встроенной в микроконтроллер ATmega328 (Arduino Uno) энергонезависимой памяти EEPROM. Модулятор (2.12), согласующая нагрузка (2.9), фильтр сигналов (2.8), фильтр сигналов (2.14), согласующая нагрузка (2.13), демодулятор (2.10) реализуются на цифровых входах и выходах микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno). Субблок контроля (2.1), счетчик (2.4), сепаратор (2.5), генератор шифрующей гаммы (2.6), сумматор (2.7), сумматор (2.11) и связи между ними и другими элементами устройства реализуются как логические блоки алгоритма работы микроконтроллера ATmega328 (Arduino Uno) в виде программных скетчей на языке Wiring как описано в [Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. - СПб.: БХВ-Петербург, 2014. - 400 с.].
Субблок контроля (2.1) предназначен для управления счетчиком (2.4), анализа поступившего сообщения, изменения сообщения и передачи его в сумматор (2.11).
Первая ячейка памяти (2.2) предназначена для записи, хранения и считывания генератором шифрующей гаммы (2.6) ключа, необходимого для генерации шифрующей гаммы по алгоритму Блюм-Блюм-Шуба.
Вторая ячейка памяти (2.3) предназначена для записи, хранения и считывания субблоком управления (2.1) порядкового номера датчика.
Счетчик (2.4) предназначен для учета количества циклов проверки группы контролируемых объектов.
Сепаратор (2.5) предназначен для формирования на основании номера цикла проверки, полученного от счетчика (2.4), порядковых номеров, необходимых для генерации шифрующей гаммы, и передачи их генератору шифрующей гаммы (2.6), получения от генератора шифрующей гаммы отрезков шифрующей гаммы и формирования из них шифрующей гаммы и передачи ее на сумматоры (2.7) и (2.11).
Генератор шифрующей гаммы (2.6) предназначен для формирования на основе ключа, взятого из первой ячейки памяти (2.2), и порядковых номеров, полученных от сепаратора (2.5), отрезков шифрующей гаммы и передачи их сепаратору (2.5).
Сумматоры (2.7) и (2.11) предназначены для сложения по модулю «2» поступающих на их входы сообщения и шифрующей гаммы.
Фильтры сигналов (2.8) и (2.14) идентичны и предназначены для подавления шумов и выделения поступивших на их входы сигналов.
Согласующие нагрузки (2.9) и (2.13) идентичны и предназначены для уменьшения энергетических потерь в линии связи при передачи сигнала.
Демодулятор (2.10) предназначен для преобразования полученного сигнала из линии связи в сообщение.
Модулятор (2.12) предназначен для преобразования полученного сообщения в сигнал для передачи по линии связи.
1
2
M
Блок сопряжения (3, 3…3) предназначен для получения сигнала из линии, приема от датчика сигнала нового сигнала и передачи его дальше по линии, а в случае неисправности датчика передачи дальше по линии полученного из линии сигнала.
1
2
M
1
2
M
1
2
M
1
2
M
Блок сопряжения (3, 3…3) (фиг. 4) состоит из линии задержки (3.1) и переключателя (3.2). Линия задержки (3.1) подключена ко второму входу переключателя (3.2), при этом вход линии задержки (3.1) и третий вход переключателя (3.2) являются сигнальным входом (3.3) блока сопряжения (3, 3…3), первый вход переключателя (3.2) является информационным входом (3.4) блока сопряжения (3, 3…3), выход переключателя (3.2) является информационным выходом (3.5) блока сопряжения (3, 3…3).
Линия задержки (3.1) предназначена получения сигнала из линии, задержки его на время и передачи его на переключатель (3.2). Линия задержки (3.1) может быть технически реализована как [см. патент РФ №2302075 «Линия задержки», бюл. №18, ил. 1]
Переключатель (3.2) предназначен для переключения входа от линии задержки (3.1) или информационного входа от датчика (3.4), в зависимости от того, какой сигнал придет раньше, и передачи сигнала дальше по линии. Переключатель (3.2) представляет собой электронный ключ двухпозиционный с нормально-разомкнутыми контактами, и может быть технически реализован на основе распространенных микросхем серии К176КТ1, К561КТЗ, К564КТЗ и т.п. как показано в [Шустов М.А. Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. - 352 с.].
Устройство имитозащиты группы контролируемых объектов работает следующим образом.
1
2
N
1
2
M
Блок управления и индикации (1) (фиг. 1) формирует сообщение, представляющее собой двоичное число, разрядность которого равна количеству контролируемых устройств. Это сообщение шифруется гаммированием и отправляется в линию. Датчики (2, 2…2) через блоки сопряжения (3, 3…3) соединены последовательно, и зашифрованное сообщение поступает на каждый датчик по очереди. Одновременно с этим сообщение поступает и на блок сопряжения, подключенный к этому датчику. В блоке сопряжения поступившее сообщение задерживается на определенное время, большее, чем время обработки сообщения датчиком. Если датчик исправен, то поступившее от него сообщение на блок сопряжения переключает выход на датчик, и обработанное сообщение передается следующему датчику. Датчик определенным образом меняет поступившее сообщение, причем каждый датчик отмечает свое состояние в этом сообщение. Поступившее в блок управления и индикации 1 обратно сообщение анализируется, и на табло выводится информация об исправности всех датчиков, или номер датчика, который не исправен.
1
2
N
0
1
2
N
Перед работой устройства, его подготавливают следующим образом. В первую ячейку памяти (1.2) блока управления и индикации (1) (см. фиг. 2) и первые ячейки памяти (2.2) датчиков (2, 2…2) (см. фиг. 3) записывают ключ, необходимый для генерации отрезков шифрующей гаммы по алгоритму Блюм-Блюм-Шуба (BBS). Ключ представляет собой три числа: Х - начальное состояние генератора шифрующей гаммы, p и q - большие числа, сравнимые с 3 по модулю 4. Во вторую ячейку памяти (1.3) блока контроля и индикации записывают количество используемых датчиков. Во вторые ячейки памяти (2.2) датчиков (2, 2…2) записывается номер датчика в виде двоичного числа, где в разряде числа, равного номеру датчика, записана единица, а во все остальные разряды записаны нули. Например, для датчика №10 во вторую ячейку памяти записывается число «1000000000», а для датчика №5 число «10000».
Функционирование начинается после поступления команды «Пуск» на субблок управления (1.1). Субблок управления (1.1) считывает со второй ячейки памяти (1.3) количество датчиков, и на основе этого числа формирует исходное сообщение, представляющее собой двоичное число, разрядность которого больше на один разряд, чем число датчиков, и в каждый разряд которого записаны нули. Сформированное сообщение передается на первый вход сумматора (1.7). Одновременно с этим субблок управления (1.1) дает команду счетчику (1.4) на увеличение значения, характеризующее номер цикла, с нуля на единицу. Значение цикла счетчик (1.4) передает на первый вход сепаратора (1.5). На основании номера цикла сепаратор (1.5) определяет порядковые номера, которые передаются на второй вход генератора шифрующей гаммы (1.6).
Генератор шифрующей гаммы (1.6) работает по алгоритму BBS следующим образом. Алгоритм Блюм-Блюм-Шуба (англ. Algorithm Blum-Blum-Shub, BBS), предложенный в 1986 году Ленор Блюмом, Мануэлем Блюмом и Майклом Шубом.
Рекуррентная формула BBS выглядит следующим образом:
i+1
i2
X=X mod m,
где m=p·q - является произведением двух больших простых p и q, сравнимых с 3 по модулю 4.
i
i
На каждом шаге алгоритма выходные данные получаются из X путем взятия либо бита четности 3, либо одного или более наименее значимых бит X.
Пример с использованием двух малых простых чисел.
р=7 (7 mod 4=3) и q=19 (19 mod 4=3).
m=7·19=133.
0
Х=53.
n
0
Особенностью этого алгоритма является то, что для получения X необязательно вычислять все n-1 предыдущих чисел, если известно начальное состояние генератора Х и числа p и q, то n-е значение может быть вычислено «напрямую» по формуле:
0
n
Генератор шифрующей гаммы (1.6) получает от сепаратора (1.5) порядковый номер, считывает из первой ячейки памяти (1.2) значения Х, p и q, вычисляет X и передает на второй вход сепаратора отрезок шифрующей гаммы, содержащий 2 младших бита.
Количество порядковых номеров зависит от необходимой длины шифрующей гаммы, которой закрывается сообщение, и в идеальном случае длина гаммы должна соответствовать длине сообщения. Рассмотрим формирование гаммы в идеальном случае и при количестве датчиков равных пяти. С запуском устройства счетчик передает сепаратору значение цикла, которое будет равно единице, т.к. устройство только начало работать. Для пяти датчиков, необходимо сформировать гамму длиной в шесть битов, т.к. сообщение на 1 бит длиннее, чем количество датчиков. Для формирования гаммы такой длины, сепаратор должен отправить три порядковых номера (6/2=3). Сепаратор по очереди отправляет порядковые номера 1, 2 и 3, в ответ получая отрезки шифрующей гаммы, из которых и формируется шифрующая гамма необходимой длины. На втором цикле, для получения шифрующей гаммы, сепаратор должен отправить следующие порядковые номера, т.е. 4, 5 и 6.
Из полученных отрезков от генератора шифрующей гаммы (1.6) сепаратор (1.5) формирует шифрующую гамму на вторые входы сумматоров (1.7) и (1.14). На первый вход сумматора (1.7) от субблока контроля (1.1) поступает сообщение. Сумматор (1.7) осуществляет сложение по модулю «2» поступившего сообщения и шифрующей гаммы, т.е. осуществляет шифрование сообщения. Далее зашифрованное сообщение через модулятор (1.8), фильтр сигналов (1.9) и согласующую нагрузку (1.10) поступает в линию связи через информационный выход (1.17) блока контроля и управления (1).
1
1
Через линию связи зашифрованное сообщение поступает на информационный вход (2.15) 1-го датчика (2) (см. фиг. 3) и на сигнальный вход (3.3) блока сопряжения (3) (см. фиг. 4).
Зашифрованное сообщение через информационный вход (2.15) поступает на блок сопряжения (2.8) и через первый выход блока сопряжения (2.8) поступает на вход фильтра сигналов (2.8), далее в демодулятор (2.10). Со второго входа согласующей нагрузки (2.8) зашифрованное сообщение поступает на субблок контроля (2.1). С получением зашифрованного сигнала субблок контроля (2.1) дает команду счетчику (2.4) на увеличение значения, характеризующее номер цикла, с нуля на единицу. Значение цикла счетчик (2.4) передает на первый вход сепаратора (2.5). На основании номера цикла сепаратор (2.5) определяет порядковые номера, которые передаются на второй вход генератора шифрующей гаммы (2.6).
1
2
N
Из полученных отрезков от генератора шифрующей гаммы (2.6) сепаратор (2.5) формирует шифрующую гамму на вторые входы сумматоров (2.7) и (2.11). От демодулятора (2.10) на первый вход сумматора (2.7) поступает зашифрованное сообщение. Сумматор (2.7) осуществляет сложение по модулю «2» зашифрованного сообщения и шифрующей гаммы. Так как значения ключа и порядковых номеров одинаковы в блоке контроля и управления (1) и датчиках (2, 2…2), то сумматор (2.7) осуществляет дешифрование сообщения. Дешифрованное сообщение поступает на первый вход субблока контроля (2.1). Субблок контроля (2.1) проверяет поступившее сообщение следующим образом. Он сравнивает поступившее сообщение с числом, записанным во второй ячейки памяти (2.3). Если устройство имитозащиты группы контролируемых объектов работает исправно, то число, содержащееся в дешифрованном сообщении, будет меньше числа, хранящегося во второй ячейки памяти (2.3).
Если число, содержащееся в дешифрованном сообщении, будет меньше числа, хранящегося во второй ячейки памяти (2.3), то субблок контроля (2.1) осуществляет сложение этого числа и числа, хранящегося в ячейке (2.3). Полученное в результате сложения сообщение отправляется на первый вход сумматора (2.11).
Если число, содержащееся в дешифрованном сообщении, будет больше числа, хранящегося во второй ячейки памяти (2.3), то субблок контроля (2.1) записывает в каждый разряд поступившего сообщения единицы. Это сообщение отправляется на первый вход сумматора (2.11).
1
1
Сумматор (2.11) осуществляет сложение по модулю «2» поступившего сообщения и шифрующей гаммы, т.е. осуществляет шифрование сообщения. Далее зашифрованное сообщение через модулятор (2.12), фильтр сигналов (2.13) и согласующую нагрузку (2.14) через информационный выход (2.16) датчика (2) поступает в на информационный вход (3.4) блока сопряжения (3).
1
1
1
2
N
Зашифрованное сообщение с сигнального входа блока сопряжения (3) (см. фиг. 4) поступает на вход линии задержки (3.1) и на третий вход переключателя (3.2). При поступлении сообщения на третий вход переключатель (3.2) размыкает свои входы 1 и 2 и свой выход, являющийся информационном выходом (3.5) блока сопряжения (3). Линия задержки (3.1) подбирается таким образом, чтобы время задержки сигнала было немногим больше времени срабатывания датчика (2, 2…2). В зависимости от того, откуда придет сигнал раньше, от линии задержки (3.1) или с информационного входа от датчика (3.4), тот вход замыкается переключателем (3.2) на информационный выход (3.5).
1
2
2
1
2
N
1
2
M
Информационный выход (3.5) блока переключения (3) соединен с информационным входом (2.15) датчика (2) и сигнальным входом (3.3) блока сопряжения (3). Все датчики (2, 2…2) и блоки сопряжения (3, 3…3) работают аналогично. Таким образом, сообщение проходит последовательно через все датчики и блоки сопряжения.
M
Информационный выход (3.5) последнего блока сопряжения (3) соединен с информационным входом (1.16) блока контроля и управления (1). С информационного входа (1.16) зашифрованное сообщение поступает на вход согласующей нагрузки (1.11), проходит через фильтр сигналов (1.12) и демодулятор (1.13) и поступает на первый вход сумматора (1.14). Сумматор (1.14) осуществляет сложение по модулю «2» зашифрованного сообщения и шифрующей гаммы. Так как значения ключа и порядковых номеров не изменились, то сумматор (1.14) осуществляет дешифрование сообщения. Дешифрованное сообщение поступает на первый вход субблока управления (1.1). Поступившее сообщение анализируется субблоком управления (1.1).
Если сообщение в старшем разряде содержит единицу, то субблок управления (1.1) формирует сообщение, означающее «вторжение злоумышленника в линию», и отображает его на информационном табло (1.15).
Если сообщение в других разрядах, кроме старшего, содержит и нули и единицы, то те разряды, которые содержат ноль, означают номера неисправных датчиков. Субблок управления (1.1) формирует сообщение, содержащее номера неисправных датчиков, и отображает его на информационном табло (1.15). Субблок управления (1.1) считывает со второй ячейки памяти (1.3) количество датчиков, и на основе этого числа формирует исходное сообщение, представляющее собой двоичное число, разрядность которого больше на один разряд, чем число датчиков, и в каждый разряд которого записаны нули. Сформированное сообщение передается на первый вход сумматора (1.7). Одновременно с этим субблок управления (1.1) дает команду счетчику (1.4) на увеличение значения, характеризующее номер цикла. И начинается новый цикл проверки состояния датчиков, работа которого аналогична описанному выше.
Если сообщение в других разрядах, кроме старшего, содержит только единицы, субблок управления (1.1) формирует сообщение, означающее «нормальное функционирование устройства», и отображает его на информационном табло (1.15). Субблок управления (1.1) считывает со второй ячейки памяти (1.3) количество датчиков, и на основе этого числа формирует исходное сообщение, представляющее собой двоичное число, разрядность которого больше на один разряд, чем число датчиков, и в каждый разряд которого записаны нули. Сформированное сообщение передается на первый вход сумматора (1.7). Одновременно с этим субблок управления (1.1) дает команду счетчику (1.4) на увеличение значения, характеризующее номер цикла. И начинается новый цикл проверки состояния датчиков, работа которого аналогична описанному выше.
Анализ принципа работы заявленного устройства показывает очевидность того факта, что наряду с сохраненными и описанными в прототипе возможностями по обеспечению одновременной имитозащиты группы контролируемых объектов и расширению возможностей известных устройств для сигнализации о состоянии контролируемых объектов, устройство способно надежно функционировать при выходе из строя одного или нескольких датчиков, а также снижает вероятность проникновения в систему злоумышленника с сохранением простоты коммутации при возрастании количества датчиков.
Данное устройство обеспечивает повышение надежности и устойчивости функционирования в условиях выхода из строя одного или нескольких датчиков, снижение вероятности проникновения злоумышленника и времени обнаружения данного факта, простоту коммутации датчиков и блока управления и индикации при любом количестве датчиков, что существенно расширяет область применения устройства, расширяет функциональные возможности известных устройств для сигнализации о состоянии контролируемых объектов.