Архив статей журнала
Настоящая работа является второй частью статьи «Прогресс в теории прикладной криптографии: обзор и некоторые новые результаты», опубликованной в четвертом номере журнала ТУЗС за 2024 год. Она посвящена специфическому разделу так называемой бесключевой криптографии (БК).
Актуальность данной статьи состоит в том, что рассматриваемые в ней методы позволяют обеспечить конфиденциальность передачи информации по открытым каналам связи, либо вообще не выполняя никакого предварительного ее шифрования, а эксплуатируя лишь преобразования, естественно происходящие в каналах связи, либо, применяя обычную (ключевую) криптографию, ключи для которой передаются по открытым каналам связи с использованием методов БК.
Настоящая работа начинается с описания вайнеровской концепции подслушивающего канала и методов кодирования в нем, обеспечивающих надежную передачу по основному каналу с гарантированным малым количеством шенноновской информации, утекающей по каналу перехвата. Далее исследуются сценарий с коммутативной криптографией (CE) и протокол, обеспечивающий конфиденциальность передачи информации без всякого обмена ключами. Следующая модель относится к многолучевому каналу и применению MIMO-технологии по протоколу Дина и Голдсмит. Доказывается, что для него секретность передачи обеспечивается только при ограничении на количество приемных антенн перехватчика.
Следующий сценарий использует технологию антенн с управляемой диаграммой (VDA), причем устанавливаются условия на многолучевость и расположение корреспондентов радиосвязи, при которых может быть обеспечена конфиденциальность передачи информации. Анализируется также недавно предложенная криптосистема EVESkey. Доказывается, что существует простая атака, которая может нарушить ее конфиденциальность.
Описывается ряд протоколов, выполняемых по бесшумному открытому каналу, которые, однако, не являются стойкими, поскольку они имеют нулевую секретную пропускную способность. Доказывается, что при матричном обмене в канале связи типа Интернет, конфиденциальность может быть обеспечена только по критерию ограничения сложности декодирования. В конце работы формулируются фундаментальные проблемы прикладной криптографии, решение которых могло бы значительно стимулировать дальнейшее развитие этой отрасли науки.
В настоящее время помехоустойчивость приема в условиях действия преднамеренных помех, похожих на передаваемые сигналы, играет решающую роль при передаче данных, содержащих важную информацию. В системах радиосвязи с широкополосными сигналами, называемых также сигналами с расширенным спектром, обеспечивалась защита от преднамеренных помех, формируемых постановщиком в условиях априорной неопределенности о передаваемых сигналах. Однако в настоящее время противодействующая сторона способна выявить параметры этих сигналов (вид модуляции, скорость передачи, длительность посылок и др.). Поэтому необходима разработка новых методов защиты от современных угроз для безопасной и помехоустойчивой передачи сообщений, в том числе и при создании ретранслированных помех.
Цель статьи ‒ повышение помехоустойчивости передачи широкополосных сигналов при действии ретранслированных помех, мощность которых превышает мощность применяемых сигналов. Сущность предлагаемого решения заключается в использовании для передачи информации широкополосных фазочастотномодулированных сигналов, формируемых при помощи независимых непредсказуемых псевдослучайных последовательностей, различных на передаваемой и непередаваемой частотах. Мгновенные фазы сигналов при этом рандомизируются независимо при передаче на битовых интервалах. С применением современного математического аппарата выводится соотношение для расчета вероятности битовой ошибки. Доказывается, что при правильно выбранных параметрах вероятности битовых ошибок приближаются к величинам, при которых возможно эффективное применение кодов, корректирующих независимые ошибки, что позволит обеспечить надежную доставку важной информации в заданные сроки.
Научная новизна решения состоит в применении для защиты передаваемой информации непредсказуемой псевдослучайной последовательности также на непередаваемой в текущий момент частоте, в рандомизированном сдвиге фазы на каждом битовом интервале при формировании широкополосного сигнала и, кроме того, в оптимизации параметров предлагаемой системы радиосвязи.
Теоретическая значимость состоит в корректном выводе формул для расчета вероятности битовой ошибки и оценке возможности дальнейшего применения корректирующих кодов.
Практическая значимость заключается в возможности проектирования широкополосных систем радиосвязи, обладающих необходимой помехоустойчивостью при действии ретранслированных помех с энергетическим превосходством над легитимными сигналами.