УСТРОЙСТВО КОНФИДЕНЦИАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к радиотехнике и передаче информации и может найти применение в системах связи, использующих хаотические несущие сигналы для защиты, передаваемой информации.
В радиотехнике известны устройства для скрытой передачи информации, основанные на маскировке информационного сигнала детерминированными хаотическими сигналами. Известно устройство для секретной передачи информации, содержащее соединенные каналом связи передающее и принимающее устройства (см. патент на полезную модель RU 57538, МПК H04L 9/00). Передающее устройство включает в себя модулятор, первый генератор хаотических колебаний, а принимающее устройство - второй генератор хаотических колебаний, демодулятор, при этом генераторы хаотических колебаний в принимающем и передающем устройствах выбираются с возможностью обеспечения режима обобщенной хаотической синхронизации. Принимающее устройство содержит идентичный второму третий генератор хаотических колебаний, расположенный параллельно второму генератору.
Недостатком данного устройства является необходимость использования двух идентичных генераторов хаоса в приемном устройстве, что усложняет схемотехническое решение.
Известно устройство многоканальной скрытой передачи информации, включающее соединенные каналом связи передающее и принимающее устройства, при этом передающее устройство включает в себя модулятор и генератор хаотических колебаний, а принимающее устройство - детектор (см. патент на полезную модель RU 75814, МПК H04L 9/00). Принимающее устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, а детектор выполнен в виде блока цифровой обработки сигнала с возможностью вычисления текущих значений параметров генератора хаотических колебаний с использованием принципов реконструкции динамических систем и дискретного вейвлет-анализа.
Недостатки такой системы заключаются в том, что скрытность такой системы ограничивается размерностью хаотического генератора в передатчике, а при повышении размерности генератора резко возрастает сложность задачи реконструкции и чувствительность к шумам в канале связи, что существенно усложняет приемник и снижает помехозащищенность системы.
Известно устройство скрытой передачи информации, включающее в себя приемник, передатчик и аналоговый канал связи (см. патент на изобретение US 5291555, МПК Н04К 1/02, H04L 27/00). Передатчик состоит из генератора хаотических сигналов, модулятора и фильтра. Приемник состоит из демодулятора, фильтра и блока для реконструкции параметров генератора хаотических колебаний. В нем информационные сигналы модулируют параметры генератора хаотических колебаний невысокой размерности, описываемого системой обыкновенных дифференциальных уравнений, а выделение информационного сообщения в приемнике осуществляется с помощью динамической реконструкции параметров генератора по временному ряду сигнала, передаваемого через канал связи.
Недостатки такой системы заключаются в том, что скрытность такой системы ограничивается размерностью хаотического генератора в передатчике, а при повышении размерности генератора резко возрастает сложность задачи реконструкции и чувствительность к шумам в канале связи, что существенно усложняет приемник и снижает грубость системы к шуму.
Прототипом заявляемой полезной модели является хаотический аппарат связи для использования с проводной линией передачи (см. патент на изобретение US 5923760, МПК H04L 27/00, H04L 9/00). Предложенное устройство включает в себя передатчик, приемник и цифровой канал связи. Передатчик содержит: генератор хаотических колебаний (нелинейный элемент с петлей обратной связи), канал ввода цифрового информационного сигнала, модулятор (сумматор), осуществляющий нелинейное подмешивание информационной составляющей к широкополосному шумоподобному хаотическому сигналу генератора. Приемник содержит нелинейный элемент, параметры которого идентичны параметрам генератора хаотических колебаний в приемнике, демодулятор (вычитатель), выходной канал выделенного цифрового информационного сигнала. Все элементы такой системы были реализованы в цифровом виде на ЭВМ.
Однако схемотехническая реализация данного устройства достаточно сложна, а скрытность устройства ограничена из-за использования генераторов хаотических колебаний невысокой размерности. Для повышения скрытности такого устройства необходимо использовать более мощные микропроцессоры.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка устройства для скрытой передачи информации, реализуемого на микроконтроллере невысокой разрядности.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве, состоит в увеличении степени конфиденциальности передачи информации при упрощении схемотехнического решения приемника и передатчика.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство конфиденциальной передачи информации, состоящее из передатчика и приемника, соединенных цифровым каналом связи; передатчик содержит нелинейный элемент, сумматор, первый вход которого предназначен для передаваемого информационного цифрового сигнала, а выход соединен с цифровым каналом связи, петлю обратной связи, соединяющую выход сумматора с входом нелинейного элемента; приемник содержит нелинейный элемент, вычитатель, выход которого предназначен для переданного цифрового сигнала, петлю обратной связи, соединяющую цифровой канал связи с входом нелинейного элемента, при этом цифровой канал связи соединен с неинвертирующим входом вычитателя, согласно решению, передатчик содержит инерционный элемент, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, а выход соединен с вторым входом сумматора, приемник содержит инерционный элемент, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, а выход соединен с инвертирующим входом вычитателя, а петля обратной связи передатчика и приемника содержит линию задержки. И передатчик, и приемник выполнен на базе 8-битного микроконтроллера, при этом нелинейный элемент, инерционный элемент, сумматор, вычитатель и петля обратной связи с линией задержки реализованы программно. Передатчик снабжен аналого-цифровым преобразователем, вход которого предназначен для передаваемого информационного аналогового сигнала, а выход соединен с первым входом сумматора.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предложенного устройства конфиденциальной передачи информации. Позициями на чертеже обозначены:
1 - передающее устройство;
2 - принимающее устройство;
3 - цифровой канал связи;
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
5 - вход аналогового информационного сигнала
6 - линия задержки
7 - нелинейный элемент
8 - инерционный элемент
9 - сумматор (модулятор)
10 - вычитатель (демодулятор)
11 - выход демодулированного информационного сигнала
Устройство конфиденциальной передачи информации включает соединенные цифровым каналом связи 3 передающее 1 и принимающее 2 устройства, при этом передающее устройство включает в себя генератор высокоразмерного хаоса с запаздывающей обратной связью, реализованный программно на базе одной микросхемы - микроконтроллера. Для обеспечения возможности передачи аналогового информационного сигнала по цифровому каналу связи устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, интегрированный в микроконтроллер, а приемник реализован на базе другого микроконтроллера.
Передающее устройство (передатчик) 1 содержит аналогово-цифрового преобразователь 4, на вход 5 которого подают аналоговый информационный сигнал, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом модулятора (сумматора) 9, выход сумматора соединен с входом линии задержки 6, а выход линии задержки соединен с нелинейным элементом 7, выход которого соединен с входом инерционного элемента 8, выход инерционного элемента соединен со вторым входом модулятора (сумматора) 9, выход сумматора соединен с цифровым каналом связи 3. В конкретном варианте выполнения выше перечисленные элементы реализованы на базе 8-битного микроконтроллера Atmel megaAVR, при этом элементы 6, 7, 8, 9 реализованы программно. Элементы 6, 7, 8, 9 передающего устройства составляют кольцевой автогенератор с запаздывающей обратной связью, способный генерировать хаотические и гиперхаотические колебания высокой размерности. Соединение выхода модулятора с нелинейным элементом посредством линии задержки представляет собой петлю обратной связи генератора передатчика.
Принимающее устройство (приемник) 2 содержит демодулятор (вычитатель) 10, неинвертирующий вход которого соединен с цифровым каналом связи 3, и линию задержки 6, вход которой соединен с каналом связи 3, а также нелинейный элемент 7, вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход соединен с входом инерционного элемента 8, выход инерционного элемента подключен к инвертирующему входу вычитателя 10. Параметры элементов 8, 7, 6 приемника идентичны параметрам элементов 8, 7, 6 передатчика, соответственно. Выход 11 демодулятора (вычитателя) 10 предназначен для снятия выделенного (демодулированного) информационного сигнала. Элементы 10, 8, 7, 6 приемника реализованы программно на базе 8-битного микроконтроллера Atmel megaAVR. Соединение цифрового канала связи с нелинейным элементом посредством линии задержки представляет собой петлю обратной связи приемника.
Полезная модель работает следующим образом. На вход сумматора передающего устройства подают информационный сигнал m(t), который необходимо конфиденциально передать. В простейшем случае работа заявляемого устройства описывается дифференциальным уравнением 1 порядка с запаздыванием. Уравнение, описывающее передатчик, имеет вид: , где x(t) - динамическая переменная, ε - параметр, характеризующий инерционные свойства элемента 8, f - нелинейная функция элемента 7, τ - время запаздывания в линии задержки 6, а m(t) - информационный сигнал, нелинейно подмешиваемый к сигналу генератора хаотических колебаний. Суммарный сигнал, полученный в результате наложения хаотического сигнала на информационный, поступает из передатчика и конфиденциально передается по цифровому каналу связи в приемник, где поступает на неинвертирующий вход вычитателя и одновременно через линию задержки на нелинейный элемент, а затем через инерционный элемент на инвертирующий вход вычитателя. Динамику приемника описывает уравнение вида:  , следовательно на выходе демодулятора (вычитателя) будет получен конфиденциально переданный и выделенный из хаотического информационный сигнал m(t), совпадающий с сигналом, поданным на передатчик. Уравнения, описывающие генератор хаотических колебаний в передатчике и кольцевую схему приемника решаются арифметико-логическим устройством микроконтроллеров численно методом Эйлера. В случае если на вход приемника поступает аналоговый информационный сигнал, перед подачей на вход модулятора (сумматора) его оцифровывают с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП 4. Выделенный информационный сигнал с выхода 11 поступает на цифровой канал, либо через цифро-аналоговый преобразователь на аналоговый канал, по которому поступает к конечному получателю конфиденциальной информации.
Принципиальным отличием предложенной модели, по сравнению с прототипом, является реализация передатчика и его генератора, канала передачи данных и приемника в цифровом виде со схемотехнической реализацией как приемника, так и передатчика на базе единственной микросхемы - 8-битного микроконтроллера, причем микроконтроллер, реализующий передатчик в описанном выше примере конкретного выполнения, имеет встроенный аналого-цифровой преобразователь для оцифровки аналогового информационного сигнала. Другим принципиальным отличием является использование в качестве генератора хаоса системы с запаздывающей обратной связью низкого (возможно даже первого) порядка, размерность фазового пространства которой зависит от параметров системы и может быть очень высокой (теоретически до бесконечности), вместо конечномерной системы, используемой в аналогах, математическая модель которой сводится к системе конечного числа обыкновенных дифференциальных уравнений. Это позволяет увеличить степень скрытности системы без технического и/или алгоритмического усложнения генератора и приемника при сохранении быстродействия.