[go: up one dir, main page]

RU2509423C2 - Secure information transmission method - Google Patents

Secure information transmission method Download PDF

Info

Publication number
RU2509423C2
RU2509423C2 RU2012118774/08A RU2012118774A RU2509423C2 RU 2509423 C2 RU2509423 C2 RU 2509423C2 RU 2012118774/08 A RU2012118774/08 A RU 2012118774/08A RU 2012118774 A RU2012118774 A RU 2012118774A RU 2509423 C2 RU2509423 C2 RU 2509423C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
generator
generators
useful
chaotic
Prior art date
Application number
RU2012118774/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012118774A (en
Inventor
Ольга Игоревна Москаленко
Никита Сергеевич Фролов
Алексей Александрович Короновский
Александр Евгеньевич Храмов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2012118774/08A priority Critical patent/RU2509423C2/en
Publication of RU2012118774A publication Critical patent/RU2012118774A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509423C2 publication Critical patent/RU2509423C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: useful signal is encoded into a binary code; a first generator generates a source deterministic random signal by modulating parameters of the random signal with the useful digital signal and the obtained signal is transmitted over a communication channel to a receiving side where it is divided into two identical signals which are transmitted to a second generator and a third generator, which are identical with respect to control parameters, selected to facilitate a mode for general synchronisation with the first generator; signals obtained from the outputs of said first and third generators are transmitted to a subtractor and presence or absence of oscillations determines presence of a useful digital signal presented in form of a digital code, wherein periodic signals are obtained at the outputs of the second and third generators.
EFFECT: improved stability of the method.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и передаче информации и может найти применение в системах связи для помехоустойчивой передачи цифровой информации, в том числе с высокой степенью конфиденциальности.The invention relates to radio engineering and the transmission of information and may find application in communication systems for noise-free transmission of digital information, including with a high degree of confidentiality.

В настоящее время известны способы скрытой передачи информации на основе полной хаотической синхронизации (Сиото К., Oppenheim A. Communication using synchronized chaotic systems // US Patent No. 5291555 от 1.03.1994; Dedieu H., Kennedy M.P., Hosier M. Chaos shift keying: modulation and demodulation of a chaotic carrier using delf-synchronizing Chua's circuits // IEEE Trans. on Circ. Sys., I. 40, 1993, 634; Dmitriev A.S., Panas A.I., Starkov S.O. Experiments on speach and music signals transmission using chaos // Int. J. Bifurcations and Chaos. 5 (4), 1995, 1249; Yang Т., Chua L.O. Secure communication via chaotic parameter modulation // IEEE Trans. on Circ. Sys., I. 43, 1996, 817), фазовой синхронизации (С hen J.Y., Wong K.W., Cheng L.M., Shuai J.W. A secure communication scheme based on the phase synchronization of chaotic systems // Chaos. 13, 2003, 508), обобщенной синхронизации (Terry J.R., VanWiggeren G.D. Chaotic communication using generalized synchronization // Chaos, Solitons and Fractals. 12, 2001, 145; Короновский А.А., Москаленко О.И., Попов П.В., Храмов А.Е. Способ секретной передачи информации // Патент на изобретение №2295835 от 20.03.2007), а также использующие несколько типов синхронного поведения совместно (Murali К., Lakshmanan M. Secure communication using a compound signal from generalized synchronizable chaotic systems // Phys. Lett. A. 241, 1998, 303; Terry J.R., VanWiggeren G.D. Chaotic communication using generalized synchronization // Chaos, Solitons and Fractals. 12,2001,145; Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009; Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011).Currently, methods for covert information transmission based on complete chaotic synchronization are known (Sioto K., Oppenheim A. Communication using synchronized chaotic systems // US Patent No. 5291555 dated 1.03.1994; Dedieu H., Kennedy MP, Hosier M. Chaos shift keying: modulation and demodulation of a chaotic carrier using delf-synchronizing Chua's circuits // IEEE Trans. on Circ. Sys., I. 40, 1993, 634; Dmitriev AS, Panas AI, Starkov SO Experiments on speach and music signals transmission using chaos // Int. J. Bifurcations and Chaos. 5 (4), 1995, 1249; Yang T., Chua LO Secure communication via chaotic parameter modulation // IEEE Trans. on Circ. Sys., I. 43, 1996, 817 ), phase synchronization (With hen JY, Wong KW, Cheng LM, Shuai JW A secure communication scheme based on the phase synchronization of chaotic systems // Chaos. 13, 2003, 508), both General synchronization (Terry J.R., VanWiggeren G. D. Chaotic communication using generalized synchronization // Chaos, Solitons and Fractals. 12, 2001, 145; Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Popov P.V., Hramov A.E. The method of secret information transfer // Patent for the invention No. 2295835 of 03.20.2007), as well as using several types of synchronous behavior together (Murali K., Lakshmanan M. Secure communication using a compound signal from generalized synchronizable chaotic systems // Phys. Lett. A. 241, 1998, 303; Terry JR, Van Wiggeren GD Chaotic communication using generalized synchronization // Chaos, Solitons and Fractals. 12,2001,145; Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Khramov A.E. hidden transmission of information // Patent for invention No. 2349044 of 03/10/2009; Moskalenko OI, Koronovsky A.A., Hramov A.E. Method for hidden transmission of information with changing characteristics ra // noise invention patent №2421923 from 20.06.2011).

Принципиальными недостатками большинства известных схем и устройств являются, в первую очередь, нестабильность их работы при неидентичности параметров передающего и принимающего генераторов, находящихся, в том числе, на различных сторонах канала связи, деструктивное влияние шумов на качество передачи информации, низкая конфиденциальность, трудности технической реализации. В то же самое время, известен ряд способов скрытой передачи информации (Короновский А.А., Москаленко О.И., Попов П.В., Храмов А.Е. Способ секретной передачи информации // Патент на изобретение №2295835 от 20.03.2007; Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009; Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011), в которых часть вышеуказанных недостатков исправлена или снижено их влияние. При этом способ (Короновский А.А., Москаленко О.И„ Попов П.В., Храмов А.Е. Способ секретной передачи информации // Патент на изобретение №2295835 от 20.03.2007) является прототипом для способа (Короновский А.А., Москаленко О. И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009), который, в свою очередь, может быть рассмотрен как прототип для способа (Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011). Они основаны на режиме обобщенной синхронизации и являются наиболее близкими к заявляемому способу.The principal disadvantages of most known circuits and devices are, first of all, the instability of their operation when the parameters of the transmitting and receiving generators are located, including those located on different sides of the communication channel, the destructive effect of noise on the quality of information transfer, low confidentiality, difficulties in technical implementation . At the same time, a number of methods for covert information transfer are known (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Popov P.V., Hramov A.E. Method for secret information transfer // Patent for invention No. 2295835 of 20.03. 2007; Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Hramov A.E. Method for covert transmission of information // Patent for invention No. 2349044 of 03/10/2009; Moskalenko OI, Koronovsky A.A., Hramov A. E. The method of covert transmission of information with changing characteristics of the noise generator // Patent for the invention No. 2421923 from 06/20/2011), in which part of the above disadvantages is corrected or their effects reduced. Moreover, the method (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I. “Popov P.V., Hramov A.E. The method of secret information transfer // Patent for invention No. 2295835 of 03.20.2007) is a prototype for the method (Koronovsky A. A., Moskalenko O. I., Hramov A.E. Method for the hidden transmission of information // Patent for invention No. 2349044 of 03/10/2009), which, in turn, can be considered as a prototype for the method (Moskalenko O.I. , Koronovsky A.A., Hramov A.E. A method for covert information transmission with changing characteristics of a noise generator // Patent for invention No. 2421923 from 06.20.2011). They are based on the generalized synchronization mode and are closest to the claimed method.

Согласно этим способам полезный информационный сигнал кодируется в виде бинарного кода. Один или несколько управляющих параметров передающего хаотического генератора модулируется информационным сигналом таким образом, что характеристики передаваемого сигнала меняются незначительно, что не отражается на спектральных и мощностных характеристиках передаваемого сигнала, но при этом остается возможность возникновения/разрушения режима обобщенной синхронизации между генератором хаоса в передающем устройстве и идентичными генераторами хаоса в принимающем устройстве в зависимости от передаваемого бинарного бита. Для обеспечения дополнительной маскировки информационного сигнала и изменения характеристик передаваемого сигнала в способах (Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009; Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011) используется также генератор шума. According to these methods, a useful information signal is encoded as a binary code. One or more control parameters of the transmitting chaotic generator is modulated by an information signal in such a way that the characteristics of the transmitted signal change insignificantly, which does not affect the spectral and power characteristics of the transmitted signal, but there remains the possibility of occurrence / destruction of the generalized synchronization mode between the chaos generator in the transmitting device and identical chaos generators in the receiving device depending on the transmitted binary bit. To provide additional masking of the information signal and changing the characteristics of the transmitted signal in the methods (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Hramov A.E. Method for hidden transmission of information // Patent for invention No. 2349044 of 03/10/2009; Moskalenko O. I., Koronovsky A.A., Hramov A.E. A method for covert information transmission with changing characteristics of a noise generator // Patent for invention No. 2421923 of 06.20.2011) a noise generator is also used.

Характеристики генератора шума в способе (Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011) модулируются цифровым или аналоговым сигналом, содержащим ложное, несущественное или открытое информационное сообщение. Сигнал, генерируемый передающей системой, примешивается в сумматоре к шумовому сигналу (в случае наличия генератора шума) и далее передается по каналу связи. Здесь он также подвергается влиянию шумов, неизбежно присутствующих в реальных устройствах. Принимающее устройство находится на другой стороне канала связи. Оно представляет собой два идентичных хаотических генератора, способных находиться в режиме обобщенной синхронизации с передающим. Сигнал с канала связи поступает на генераторы принимающего устройства. Полученные на выходе сигналы проходят через вычитающее устройство, и затем детектируется восстановленный полезный сигнал, представленный в виде бинарного кода.The characteristics of the noise generator in the method (Moskalenko OI, Koronovsky A.A., Hramov A.E. The method of covert transmission of information with changing characteristics of the noise generator // Patent for the invention No. 2421923 from 06/20/2011) are modulated by a digital or analog signal, containing a false, immaterial or open informational message. The signal generated by the transmitting system is mixed in the adder to a noise signal (in the case of a noise generator) and then transmitted through the communication channel. Here it is also affected by the noise inevitably present in real devices. The receiving device is on the other side of the communication channel. It represents two identical chaotic generators capable of being in the mode of generalized synchronization with the transmitter. The signal from the communication channel is fed to the generators of the receiving device. The signals obtained at the output pass through a subtractor, and then the reconstructed useful signal, which is presented in the form of a binary code, is detected.

Как следует из приведенного описания, улучшения, рассмотренные в способах (Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009; Москаленко О.И., Короновский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011) были направлены на повышение конфиденциальности передачи информации. В то же самое время, проблема, связанная с нестабильностью работы этих способов при неидентичности параметров передающего и принимающего генераторов, была ликвидирована в них лишь частично. Как и в способе (Короновский А.А., Москаленко О.И., Попов П.В., Храмов А.Е. Способ секретной передачи информации // Патент на изобретение №2295835 от 20.03.2007), в этих способах присутствуют два идентичных хаотических генератора, но в отличие от известных аналогов они располагаются на одной стороне канала связи, что позволяет осуществить их юстировку.As follows from the above description, the improvements discussed in the methods (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Hramov A.E. Method for the hidden transmission of information // Patent for invention No. 2349044 of 03/10/2009; Moskalenko O.I. , Koronovsky A.A., Hramov A.E. A method for covert information transmission with changing characteristics of a noise generator // Patent for invention No. 2421923 dated 06/20/2011) were aimed at increasing the confidentiality of information transmission. At the same time, the problem associated with the instability of these methods when the parameters of the transmitting and receiving generators are not identical was only partially eliminated in them. As in the method (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Popov P.V., Hramov A.E. Method for secret information transfer // Patent for invention No. 2295835 of 03.20.2007), two methods are present in these methods identical chaotic generators, but unlike the known analogues, they are located on one side of the communication channel, which allows them to be adjusted.

Юстировка генераторов хаотических колебаний оказывается не всегда возможной. Более того, эта проблема усугубляется в процессе длительной эксплуатации устройств, температурных зависимостей параметров генераторов на передающем и принимающем концах схемы, что делает упомянутые выше способы неработоспособными в долгосрочной перспективе. В то же самое время режим обобщенной синхронизации может наблюдаться не только в случае воздействия хаотического сигнала на хаотические генераторы, но и при воздействии того же хаотического сигнала на генераторы периодических колебаний, что было обнаружено авторами настоящего изобретения при исследовании влияния характеристик генераторов принимающего устройства на установление режима обобщенной синхронизации. При этом было установлено, что чем проще режим, реализующийся в генераторе, тем ниже пороговое значение параметра связи, соответствующее установлению синхронного режима. Разработка идентичных генераторов периодических колебаний является менее сложной задачей, чем реализация хаотических генераторов. Более того, в данном случае нестабильность работы генераторов при неидентичности параметров выражена намного меньше, чем в случае использования генераторов хаоса, что сделает подобную схему стабильной и работоспособной в течение длительного времени. При этом качество передачи информации будет более высоким.Alignment of chaotic oscillation generators is not always possible. Moreover, this problem is exacerbated during the long-term operation of the devices, the temperature dependences of the parameters of the generators at the transmitting and receiving ends of the circuit, which makes the above methods inoperative in the long term. At the same time, the generalized synchronization mode can be observed not only in the case of the influence of a chaotic signal on chaotic generators, but also when the same chaotic signal affects periodic oscillators, which was discovered by the authors of the present invention when studying the influence of the characteristics of the oscillators of the receiving device on the establishment of the mode generalized synchronization. It was found that the simpler the mode implemented in the generator, the lower the threshold value of the communication parameter corresponding to the establishment of a synchronous mode. The development of identical generators of periodic oscillations is less difficult than the implementation of chaotic generators. Moreover, in this case, the instability of the operation of the generators with non-identical parameters is much less pronounced than in the case of using chaos generators, which will make such a scheme stable and efficient for a long time. In this case, the quality of information transfer will be higher.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа скрытой передачи информации с целью улучшения стабильности его работы и повышения качества передачи информации.Thus, the object of the present invention is to improve the method of covert information transfer in order to improve the stability of its operation and improve the quality of information transfer.

Поставленная задача решается тем, что в способе скрытой передачи информации, заключающемся в том, что полезный сигнал кодируют в двоичный код, формируют посредством первого генератора исходный детерминированный хаотический сигнал путем модуляции параметров хаотического сигнала полезным цифровым сигналом и передают полученный сигнал по каналу связи принимающей стороне, где его делят на два идентичных сигнала, которыми воздействуют на второй и третий генераторы, идентичные друг другу по управляющим параметрам, выбранные с возможностью обеспечения режима обобщенной синхронизации с первым генератором, снятые с выходов указанных второго и третьего генераторов сигналы подают на вычитающее устройство и при наблюдении или отсутствии колебаний определяют наличие полезного цифрового сигнала, представленного в виде двоичного кода, согласно изобретению с выходов второго и третьего генераторов снимают периодические сигналы. Сформированный первым генератором детерминированный хаотический сигнал перед передачей по каналу связи суммируют с шумовым сигналом, производимым генератором шума. Характеристики генератора шума модулируют цифровым или аналоговым сигналом, содержащим ложное, несущественное или открытое информационное сообщение.The problem is solved in that in a method for covert transmission of information, namely, that the useful signal is encoded into binary code, the initial deterministic chaotic signal is generated by the first generator by modulating the chaotic signal parameters with the useful digital signal and the received signal is transmitted via the communication channel to the receiving side, where it is divided into two identical signals, which affect the second and third generators, identical to each other in control parameters, selected with the possibility providing a generalized synchronization mode with the first generator, the signals taken from the outputs of the second and third generators are fed to a subtractor and, when observing or in the absence of oscillations, they determine the presence of a useful digital signal, presented in the form of a binary code, according to the invention, periodic signals are removed from the outputs of the second and third generators . The deterministic chaotic signal generated by the first generator is added to the noise signal produced by the noise generator before being transmitted over the communication channel. The characteristics of the noise generator are modulated by a digital or analog signal containing a false, non-essential or open informational message.

Технический результат, достигаемый в заявляемом способе скрытой передачи информации, состоит в том, что генераторы, располагающиеся на принимающей стороне канала связи, являются генераторами периодических колебаний, что ликвидирует проблему нестабильности работы способа при неидентичности параметров принимающих генераторов и повышает качество передачи информации.The technical result achieved in the inventive method for the hidden transmission of information is that the generators located on the receiving side of the communication channel are periodic oscillators, which eliminates the instability of the method when the parameters of the receiving generators are not identical and improves the quality of information transfer.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлены схемы для реализации заявляемого способа скрытой передачи информации; на фиг.2 - графики, характеризующие процесс передачи сигнала: исходный полезный цифровой сигнал (а); сигнал, передаваемый по каналу связи (б); переданный полезный цифровой сигнал, восстановленный в приемнике хаотических автоколебаний (в).The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows diagrams for implementing the inventive method for covert information transfer; figure 2 - graphs characterizing the process of signal transmission: the original useful digital signal (a); a signal transmitted over a communication channel (b); transmitted useful digital signal reconstructed in a receiver of chaotic self-oscillations (c).

Позициями на фиг.1 обозначены: 1 - полезный бинарный сигнал m(t), 2 - первый (передающий) генератор, 3 - генератор шума, 4 - информационный сигнал r(t), содержащий ложную информацию, 5 - сумматор, 6 - канал связи, 7 - второй (принимающий) генератор, 8 - третий генератор, идентичный второму генератору 7 по управляющим параметрам, 9 - вычитающее устройство, 10 - восстановленный полезный сигнал m ˜ ( t )

Figure 00000001
.The positions in figure 1 indicate: 1 - a useful binary signal m (t), 2 - the first (transmitting) generator, 3 - noise generator, 4 - information signal r (t) containing false information, 5 - adder, 6 - channel communications, 7 — second (receiving) generator, 8 — third generator identical to the second generator 7 in control parameters, 9 — subtractor, 10 — reconstructed useful signal m ˜ ( t )
Figure 00000001
.

Заявляемый способ скрытой передачи информации основан на явлении обобщенной хаотической синхронизации (Rulkov N.F., Sushchik M.M., Tsimring L.S., Abarbanel H.D.I. Generalized synchronization of chaos in directionally coupled chaotic systems // Phys. Rev. E 51, 1995, 980), в том числе и в присутствии шума (Moskalenko O.I., HramovA.E., Koronovskii A.A., Ovchinnikov A.A. Effect of noise on generalized synchronization of chaos: theory and experiment // Eur. Phys. J. B. 82, 1, 2011, 69-82). В способе активно используется метод вспомогательной системы (Abarbanel H.D.I., Rulkov N.F. and Sushchik M. Generalized synchronization of chaos: The auxiliary system approach // Phys. Rev. E 53, 1996, 4528), являющийся одним из наиболее эффективных методов диагностики режима обобщенной синхронизации, в том числе и при наличии внешних шумов.The inventive method for covert information transmission is based on the phenomenon of generalized chaotic synchronization (Rulkov NF, Sushchik MM, Tsimring LS, Abarbanel HDI Generalized synchronization of chaos in directionally coupled chaotic systems // Phys. Rev. E 51, 1995, 980) in the presence of noise (Moskalenko OI, HramovA.E., Koronovskii AA, Ovchinnikov AA Effect of noise on generalized synchronization of chaos: theory and experiment // Eur. Phys. JB 82, 1, 2011, 69-82). The method actively uses the auxiliary system method (Abarbanel HDI, Rulkov NF and Sushchik M. Generalized synchronization of chaos: The auxiliary system approach // Phys. Rev. E 53, 1996, 4528), which is one of the most effective methods for diagnosing the generalized synchronization mode , including in the presence of external noise.

Способ скрытой передачи информации (фиг.1а) заключается в следующем. Полезный информационный сигнал m(t) 1 кодируется в виде бинарного кода. Один или несколько управляющих параметров передающего (первого) генератора 2 модулируется информационным сигналом таким образом, чтобы характеристики передаваемого сигнала менялись незначительно, но при этом оставалась возможность возникновения/разрушения режима обобщенной синхронизации в зависимости от передаваемого бинарного бита. Для реализации этой особенности граница возникновения режима обобщенной синхронизации на плоскости параметров «параметр модуляции - интенсивность связи» должна обладать некоторой особенностью: при малом изменении управляющего параметра порог возникновения синхронного режима должен меняться достаточно резко. Сигнал, генерируемый передающей системой, передается по каналу связи 6, где он подвергается влиянию шумов и искажений, неизбежно присутствующих в реальных устройствах. Принимающее устройство находится на другой стороне канала связи. Оно представляет собой два идентичных генератора периодических колебаний, второй 7 и третий 8, способных находиться в режиме обобщенной синхронизации с передающим 2. Принцип работы принимающего устройства основан на диагностике режима обобщенной синхронизации при помощи метода вспомогательной системы. Сигнал с канала связи поступает на генераторы принимающего устройства. Полученные на выходе сигналы проходят через вычитающее устройство 9, и затем детектируется восстановленный полезный сигнал m ˜ ( t )

Figure 00000001
10, представляющий собой чередующуюся последовательность участков с несинхронным и синхронным поведением, по которой исходный информационный сигнал может быть легко детектирован.The method of covert transmission of information (figa) is as follows. The useful information signal m (t) 1 is encoded as a binary code. One or several control parameters of the transmitting (first) generator 2 is modulated by an information signal so that the characteristics of the transmitted signal change insignificantly, but at the same time there remains the possibility of occurrence / destruction of the generalized synchronization mode depending on the transmitted binary bit. To implement this feature, the boundary of the appearance of the generalized synchronization mode on the plane of the parameters “modulation parameter - communication intensity” should have some peculiarity: with a small change in the control parameter, the threshold for the appearance of the synchronous mode should change quite sharply. The signal generated by the transmitting system is transmitted via communication channel 6, where it is affected by noise and distortion inevitably present in real devices. The receiving device is on the other side of the communication channel. It consists of two identical generators of periodic oscillations, the second 7 and third 8, capable of being in generalized synchronization mode with transmitting 2. The principle of operation of the receiving device is based on the diagnosis of generalized synchronization mode using the auxiliary system method. The signal from the communication channel is fed to the generators of the receiving device. The signals obtained at the output pass through the subtractor 9, and then the reconstructed useful signal is detected m ˜ ( t )
Figure 00000001
10, which is an alternating sequence of sections with non-synchronous and synchronous behavior, according to which the initial information signal can be easily detected.

Способы скрытой передачи информации (фиг.1б, в) отличаются от описанного выше способа строением и функциями передающего устройства (они аналогичны своим прототипам (Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации // Патент на изобретение №2349044 от 10.03.2009; Москаленко О.И., Королевский А.А., Храмов А.Е. Способ скрытой передачи информации с изменяющимися характеристиками генератора шума // Патент на изобретение №2421923 от 20.06.2011), соответственно). Для обеспечения дополнительной маскировки информационного сигнала и изменения характеристик передаваемого сигнала в обоих способах используется генератор шума 3. Характеристики генератора шума в способе (фиг.1в) модулируются информационным сигналом r(t) 4, содержащим ложную информацию: при передаче бинарного бита 0 генератор шума производит стохастический сигнал, подчиняющийся равномерному распределению плотности вероятности, при передаче бинарного бита 1 - δ-коррелированный гауссов шум с нулевым средним. Сигнал, генерируемый передающей системой, примешивается в сумматоре 5 к шумовому сигналу. Передача сигнала по каналу связи, а также строение и функции принимающего устройства аналогичны описанным выше для способа (фиг.1а).The methods of hidden information transfer (figb, c) differ from the method described above in the structure and functions of the transmitting device (they are similar to their prototypes (Koronovsky A.A., Moskalenko O.I., Hramov A.E. Method for the hidden transmission of information // Patent for invention No. 2349044 dated 03/10/2009; Moskalenko OI, Korolevsky AA, Hramov A.E. Method for covert information transmission with changing characteristics of a noise generator // Patent for invention No. 2421923 of 06/20/2011), respectively ) To provide additional masking of the information signal and change the characteristics of the transmitted signal, both methods use a noise generator 3. The characteristics of the noise generator in the method (Fig. 1c) are modulated by an information signal r (t) 4 containing false information: when transmitting a binary bit 0, the noise generator produces stochastic signal, obeying a uniform probability density distribution, when transmitting binary bit 1 - δ-correlated Gaussian noise with zero mean. The signal generated by the transmitting system is mixed in the adder 5 to the noise signal. The signal transmission through the communication channel, as well as the structure and functions of the receiving device are similar to those described above for the method (figa).

В качестве примера конкретной реализации заявляемого способа скрытой передачи информации можно привести численное моделирование цепочки двух однонаправлено связанных низковольтных виркаторов (Фролов Н.С., Королевский А.А., Храмов А.Е. Исследование характеристик генерации в цепочке однонаправленно связанных низковольтных виркаторов // Изв. РАН. Сер. физическая. 75, 12, 2011, 1697-1700), выбранных в качестве генераторов передающего и принимающего устройств.As an example of a specific implementation of the proposed method for the hidden transmission of information, one can cite a numerical simulation of a chain of two unidirectionally coupled low-voltage vircators (Frolov N.S., Korolevsky A.A., Hramov A.E. Study of the generation characteristics in a chain of unidirectionally coupled low-voltage vircators // Izv. RAS, Ser. Physical. 75, 12, 2011, 1697-1700), selected as generators of the transmitting and receiving devices.

Низковольтный виркатор представляет собой пролетный промежуток, который образован двумя сетками (Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Левин Ю.И., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Вакуумные генераторы широкополосных хаотических колебаний на основе нерелятивистских электронных пучков с виртуальным катодом. Изв. РАН. Сер. физическая. 69, 12 (2005) 1724-1726; Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е., Егоров Е.Н., Филатов Р.А. Экспериментальное и теоретическое исследование хаотических колебательных явлений в нерелятивистском электронном потоке с виртуальным катодом. Физика плазмы. 31, 11 (2005) 1009-1025). Межсеточное пространство пронизывает поток, инжектируемый электронной пушкой, со сверхкритическим первеансом, определяемый дополнительным торможением электронов путем создания отрицательной разности потенциалов между входной и выходной сетками. В определенном диапазоне величин тормозящего потенциала в пучке происходит формирование виртуального катода (ВК), совершающего нестационарные колебания как в пространстве, так и во времени. Вывод мощности колебаний ВК осуществляется с помощью отрезка широкополосной спиральной электродинамической системы (ОСЭС).A low-voltage vircator is a span which is formed by two grids (Egorov E.N., Kalinin Yu.A., Levin Yu.I., Trubetskov D.I., Hramov A.E. Vacuum generators of broadband chaotic oscillations based on nonrelativistic electron beams with a virtual cathode. Izv. RAS. Ser. physical. 69, 12 (2005) 1724-1726; Kalinin Yu.A., Koronovsky A.A., Hramov A.E., Egorov E.N., Filatov R. A. Experimental and theoretical study of chaotic oscillatory phenomena in a nonrelativistic electron beam with a virtual cathode. a plasma. 31, 11 (2005) 1009-1025). The intergrid space permeates the stream injected by the electron gun with a supercritical perveance determined by the additional braking of the electrons by creating a negative potential difference between the input and output grids. In a certain range of braking potential values, a virtual cathode (VC) is formed in the beam, which performs non-stationary oscillations both in space and in time. The output of the oscillation power of the VC is carried out using a segment of a broadband spiral electrodynamic system (OSES).

Численное моделирование ведущего низковольтного виркатора, который является передающим устройством, основано на методе частиц в ячейке, который сводится к решению самосогласованной системы уравнений (1), описывающих динамику электронного пучка, и системы телеграфных уравнений (2), позволяющих описать возбуждением пучом выходного СВЧ-сигнала в ОСЭС, применяя метод эквивалентных схем (Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е., Морозов М.Ю. Исследование мощности СВЧ-генерации в нерелятивистском электронном пучке с виртуальным катодом в тормозящем поле // Письма в ЖТФ 32, 9, 2006, 71-78).The numerical simulation of the leading low-voltage vircator, which is a transmitting device, is based on the particle-in-cell method, which reduces to solving a self-consistent system of equations (1) describing the dynamics of the electron beam and a system of telegraph equations (2) that allow describing the output of the microwave signal by excitation by the beam in the OSES, using the equivalent circuit method (Egorov E.N., Kalinin Yu.A., Koronovskii A.A., Hramov A.E., Morozov M.Yu. Study of microwave power in a nonrelativistic electron beam with virtual Odom in a decelerating field // Technical Physics Letters 32, 9, 2006, 71-78).

d 2 x i d t 2 = - E ( x i ) ,

Figure 00000002
d 2 x i d t 2 = - E ( x i ) ,
Figure 00000002

ρ ( x ) = i Θ ( x i - x ) ,

Figure 00000003
ρ ( x ) = i Θ ( x i - x ) ,
Figure 00000003
Θ ( η ) = { 1 - | η | / Δ x , | η | < Δ x 0 , | η | > Δ x , ( 1 )
Figure 00000004
Θ ( η ) = { one - | | | η | | | / Δ x , | | | η | | | < Δ x 0 , | | | η | | | > Δ x , ( one )
Figure 00000004

d 2 φ d x 2 = α ρ ( x ) ,

Figure 00000005
d 2 φ d x 2 = α ρ ( x ) ,
Figure 00000005

где α - параметр, пропорциональный току электронного пучка, Δх - шаг пространственной сетки. Граничным условием для решения уравнения Пуассона для нахождения поля в системе было условие подачи тормозящей разности потенциалов между сетками системы: φ(0)=0, φ(1)=Δφ.where α is a parameter proportional to the electron beam current, Δх is the spatial grid step. The boundary condition for solving the Poisson equation for finding the field in the system was the condition for applying a braking potential difference between the grids of the system: φ (0) = 0, φ (1) = Δφ.

U o u t t = 1 C I x + 1 C q t , I t = 1 L U o u t x , (2)

Figure 00000006
U o u t t = - one C I x + one C q t , I t = - one L U o u t x , (2)
Figure 00000006

где Uout - выходной сигнал низковольтного виркатора (интегральная величина, характеризующая состояние системы).where U out is the output signal of the low-voltage vircator (integral value characterizing the state of the system).

Модель ведомого генератора отличается от модели ведущего наличием элемента, осуществляющего связь в системе - модулирующей спирали, встроенной между электронной пушкой и межсеточным пространством. На модулирующую спираль подается выходной сигнал ведущего генератора, тем самым происходит предварительная модуляция электронного потока по скорости на входе в пролетный промежуток.The model of the slave generator differs from the model of the master in the presence of an element that communicates in a system - a modulating helix, built-in between the electron gun and the mesh space. The output signal of the leading generator is supplied to the modulating spiral, thereby preliminary modulating the electron beam in terms of speed at the entrance to the span.

В численной модели ведомого виркатора помимо указанных систем (1) и (2) появляется система уравнений, описывающих модулирующую спираль:In the numerical model of the driven vircator, in addition to the indicated systems (1) and (2), a system of equations describing the modulating spiral appears:

U 2 i n t = 1 C I 2 i n x , I 2 i n t = 1 L U 2 i n x , (3)

Figure 00000007
U 2 i n t = - one C I 2 i n x , I 2 i n t = - one L U 2 i n x , (3)
Figure 00000007

Система телеграфных уравнений (3) дополняется граничным условием:The system of telegraph equations (3) is supplemented by the boundary condition:

U 2 i n ( 0 , t ) = ε U 1 o u t ( 1 , t - T ) , ( 4 )

Figure 00000008
U 2 i n ( 0 , t ) = ε U one o u t ( one , t - T ) , ( four )
Figure 00000008

где ε - коэффициент связи в системе, который вводится как отношение мощности сигнала, поданного на модулирующую спираль, к выходной мощности ведущего генератора.where ε is the coupling coefficient in the system, which is introduced as the ratio of the power of the signal supplied to the modulating helix to the output power of the lead generator.

Управляющими параметрами в системе связанных низковольтных виркаторов являются тормозящая разность потенциалов Δφ между сетками пролетного промежутка, ток пучка α, а так же коэффициент связи ε. Варьированием тормозящего потенциала выходной сетки и параметра Пирса можно добиться изменения динамики электронного пучка в генераторе и смены режима колебаний ВК. В данной схеме передающий генератор, характеризующийся выходным сигналом x(t)=Uout1(t), подбором управляющих параметров настроен на хаотический режим, который реализуется в диапазоне тормозящих потенциалов Δφ=(0.48-0.58). Величина безразмерного тока пучка была выбрана постоянной и равной α=0.9. Величина тормозящего потенциала Δφ модулируется полезным цифровым сигналом следующим образом. Если в заданный интервал времени передается бинарный бит 1, тогда Δφ=0.52 на протяжении всего этого интервала. При передаче бинарного бита 0 параметр Δφ принимает значение Δφ=0.54.The control parameters in the system of coupled low-voltage vircators are the braking potential difference Δφ between the grids of the span, the beam current α, as well as the coupling coefficient ε. By varying the braking potential of the output grid and the Pierce parameter, one can achieve a change in the dynamics of the electron beam in the generator and a change in the vibration mode of the VC. In this scheme, the transmitting generator, characterized by the output signal x (t) = U out1 (t), is selected by a selection of control parameters to a chaotic mode, which is implemented in the range of braking potentials Δφ = (0.48-0.58). The dimensionless beam current was chosen constant and equal to α = 0.9. The magnitude of the braking potential Δφ is modulated by a useful digital signal as follows. If binary bit 1 is transmitted at a given time interval, then Δφ = 0.52 throughout this entire interval. When transmitting binary bit 0, the parameter Δφ takes the value Δφ = 0.54.

Принимающее устройство представляет собой совокупность двух идентичных ведомых генераторов, второго и третьего, каждый из которых описывается уравнениями (1)-(4). Тогда u(t)=Uout2(t) - сигнал второго генератора, v(t)=Uout3(t), также удовлетворяющее (1)-(4), является сигналом третьего генератора (см. фиг.1). Виркаторы, составляющие принимающее устройство, настроены в автономном случае (без воздействия внешнего сигнала) на работу в периодическом режиме с помощью выбора параметров α=0.9 и Δφ=0.6.The receiving device is a combination of two identical slave generators, the second and third, each of which is described by equations (1) - (4). Then u (t) = U out2 (t) is the signal of the second generator, v (t) = U out3 (t), also satisfying (1) - (4), is the signal of the third generator (see Fig. 1). The vircators making up the receiving device are configured in the stand-alone case (without the influence of an external signal) to operate in periodic mode by choosing the parameters α = 0.9 and Δφ = 0.6.

Сила связи между передающим и принимающим генераторами характеризуется параметром ε. Он был выбран равным ε=0.1. В этом случае режим обобщенной синхронизации в системе однонаправлено связанных низковольтных виркаторов имеет место при Δφ=0.54, в то время как для Δφ=0.52 обобщенная синхронизация не наблюдается.The strength of the connection between the transmitting and receiving generators is characterized by the parameter ε. It was chosen equal to ε = 0.1. In this case, the generalized synchronization mode in the system of unidirectionally coupled low-voltage vircators occurs at Δφ = 0.54, while for Δφ = 0.52, generalized synchronization is not observed.

Вычитающее устройство выполняет операцию (u(t)-v(t))2. Тогда после прохождения через него, согласно методу вспомогательной системы, должно наблюдаться отсутствие колебаний для Δφ=0.54 и наличие хаотических колебаний для Δφ=0.52. Восстановленный сигнал m ˜ ( t )

Figure 00000001
будет представлять собой последовательность областей с различными типами поведения. В качестве информационного сигнала m(t) выберем последовательность бинарных битов 0/1, представленную на фиг.2(а).The subtractor performs the operation (u (t) -v (t)) 2 . Then, after passing through it, according to the method of the auxiliary system, there should be a lack of oscillations for Δφ = 0.54 and the presence of chaotic oscillations for Δφ = 0.52. Recovered signal m ˜ ( t )
Figure 00000001
will be a sequence of areas with different types of behavior. As the information signal m (t), we select the sequence of binary bits 0/1, presented in figure 2 (a).

Характеристики передающего хаотического генератора будем модулировать простой последовательностью бинарных битов 0/1. На фиг.2(б) приведен фрагмент сигнала s(t), передаваемого по каналу связи. В передаваемом сигнале s(t) не видно ни следов модуляции управляющего параметра Δφ полезным сигналом m(t), ни каких-либо других признаков наличия исходного скрытого информационного сообщения. Фиг.2(в) иллюстрирует восстановленный сигнал m ˜ ( t ) = ( u ( t ) v ( t ) ) 2

Figure 00000009
. Нетрудно видеть, что полезный цифровой сигнал может быть легко детектирован.The characteristics of the transmitting chaotic generator will be modulated by a simple sequence of binary bits 0/1. Figure 2 (b) shows a fragment of the signal s (t) transmitted over the communication channel. In the transmitted signal s (t), neither traces of modulation of the control parameter Δφ by the useful signal m (t), nor any other signs of the presence of the initial hidden information message are visible. Figure 2 (c) illustrates the reconstructed signal m ˜ ( t ) = ( u ( t ) - v ( t ) ) 2
Figure 00000009
. It is easy to see that a useful digital signal can be easily detected.

Таким образом, положительным эффектом заявляемого способа скрытой передачи информации является ликвидация нестабильности работы способа при неидентичности параметров принимающих генераторов и повышение качества передачи информации.Thus, the positive effect of the proposed method for the hidden transmission of information is the elimination of the instability of the method when the parameters of the receiving generators are not identical and the quality of information transfer is improved.

Claims (3)

1. Способ скрытой передачи информации, заключающийся в том, что полезный сигнал кодируют в двоичный код, формируют посредством первого генератора исходный детерминированный хаотический сигнал путем модуляции параметров хаотического сигнала полезным цифровым сигналом и передают полученный сигнал по каналу связи принимающей стороне, где его делят на два идентичных сигнала, которыми воздействуют на второй и третий генераторы, идентичные друг другу по управляющим параметрам, выбранные с возможностью обеспечения режима обобщенной синхронизации с первым генератором, снятые с выходов указанных второго и третьего генераторов сигналы подают на вычитающее устройство и при наблюдении или отсутствии колебаний определяют наличие полезного цифрового сигнала, представленного в виде двоичного кода, отличающийся тем, что с выходов второго и третьего генераторов снимают периодические сигналы.1. The method of covert information transmission, namely, that the useful signal is encoded into binary code, the initial deterministic chaotic signal is generated by the first generator by modulating the chaotic signal parameters with the useful digital signal, and the received signal is transmitted via the communication channel to the receiving side, where it is divided into two identical signals that affect the second and third generators, identical to each other in control parameters, selected with the possibility of providing a generalized sync mode ization with the first generator, taken from the outputs of said second and third signal generator is fed to the subtracter and by observing or absence of oscillations determine the presence of a useful digital signal represented in binary form, characterized in that a second and third generators outputs remove periodic signals. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сформированный первым генератором детерминированный хаотический сигнал перед передачей по каналу связи суммируют с шумовым сигналом, производимым генератором шума.2. The method according to claim 1, characterized in that the deterministic chaotic signal generated by the first generator is added to the noise signal produced by the noise generator before being transmitted over the communication channel. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что характеристики генератора шума модулируются цифровым или аналоговым сигналом, содержащим ложное, несущественное или открытое информационное сообщение. 3. The method according to claim 2, characterized in that the characteristics of the noise generator are modulated by a digital or analog signal containing a false, non-essential or open informational message.
RU2012118774/08A 2012-05-04 2012-05-04 Secure information transmission method RU2509423C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118774/08A RU2509423C2 (en) 2012-05-04 2012-05-04 Secure information transmission method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118774/08A RU2509423C2 (en) 2012-05-04 2012-05-04 Secure information transmission method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012118774A RU2012118774A (en) 2013-11-10
RU2509423C2 true RU2509423C2 (en) 2014-03-10

Family

ID=49516781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118774/08A RU2509423C2 (en) 2012-05-04 2012-05-04 Secure information transmission method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509423C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631044C2 (en) * 2015-06-04 2017-09-15 Закрытое акционерное общество "ОРТКОМ" Method of information steganographic transmission

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6049614A (en) * 1996-12-30 2000-04-11 Daewoo Heavy Industries Ltd. Synchronized chaotic system and communication system using synchronized chaotic system
US20050089169A1 (en) * 2003-10-23 2005-04-28 Educational Corporation Pai Chai Hak Dang Encryption and communication apparatus and method using modulated delay time feedback chaotic system
US20060269057A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 Groove Mobile, Inc. Systems and methods for high resolution signal analysis and chaotic data compression
RU2349044C1 (en) * 2007-08-27 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Method of hidden information transfer
US20100074445A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Nokia Corporation Encryption/identification using array of resonators at transmitter and receiver

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6049614A (en) * 1996-12-30 2000-04-11 Daewoo Heavy Industries Ltd. Synchronized chaotic system and communication system using synchronized chaotic system
US20050089169A1 (en) * 2003-10-23 2005-04-28 Educational Corporation Pai Chai Hak Dang Encryption and communication apparatus and method using modulated delay time feedback chaotic system
US20060269057A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 Groove Mobile, Inc. Systems and methods for high resolution signal analysis and chaotic data compression
RU2349044C1 (en) * 2007-08-27 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" Method of hidden information transfer
US20100074445A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Nokia Corporation Encryption/identification using array of resonators at transmitter and receiver

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631044C2 (en) * 2015-06-04 2017-09-15 Закрытое акционерное общество "ОРТКОМ" Method of information steganographic transmission

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012118774A (en) 2013-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9742555B2 (en) Encryption/identification using array of resonators at transmitter and receiver
Lee et al. Perfect Gaussian Integer Sequences of Odd Period ${2^ m}-1$
Kawachi et al. Computational indistinguishability between quantum states and its cryptographic application
EP2744147B1 (en) Information processing device, information processing method, program, and recording medium
Kawachi et al. Computational indistinguishability between quantum states and its cryptographic application
RU2509423C2 (en) Secure information transmission method
Sajic et al. Random binary sequences in telecommunications
Senouci et al. Robust chaotic communication based on indirect coupling synchronization
RU2421923C1 (en) Method of hidden transfer of information with variable characteristics of noise generator
Galas et al. Implementing randomized salt on round key for corrected block tiny encryption algorithm (XXTEA)
RU2349044C1 (en) Method of hidden information transfer
Zaher Digital communication using a novel combination of chaotic shift keying and Duffing oscillators
Groza et al. Secure broadcast with one-time signatures in controller area networks
Dutta et al. An approach to generate 2-dimensional AVK to enhance security of shared information
US9184914B2 (en) Information processing apparatus and information processing method
RU128807U1 (en) CORRELATION SYSTEM OF TRANSFER AND RECEIVING OF CONFIDENTIAL INFORMATION
Tenny et al. Security of chaos-based communication and encryption
Zaher An improved chaotic shift keying technique
Ni-huan et al. A Hybrid Secure Communication Method Based on the Synchronization of Hyper-chaos Systems
Koronovskii et al. Method for secure data transmission based on generalized synchronization
Elkholy et al. Design and implementation of hyper chaotic masking system for secured audio transmission
Canyelles-Pericas et al. High gain observer with algorithm transformation to extended Jordan observable form for chaos synchronization applications
Ekhande et al. Chaotic synchronization in digital communication
CN103826218A (en) Pseudo random sequence generation method for wireless sensor network nodes and application method thereof
Kharel et al. Indirect coupled oscillators for keystream generation in secure chaotic communication

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190505