GENEROWANIE SEKWENCJI LOSOWYCH O ZWIĘKSZONEJ SILE KRYPTOGRAFICZNEJ

Random sequences are used in various applications in construction of cryptographic systems or formations of noise-type signals. For these tasks there is used the program generator of random sequences which is the determined device. Such a generator, as a rule, has special requirements concerning the quality of the numbers formation sequence. In cryptographic systems, the most often used are linearly – congruent generators, the main disadvantage of which is the short period of formation of pseudo-random number sequences. For this reason, in the article there is proposed the use of chaos generators as the period of the formed selection in this case depends on the size of digit net of the used computing system. It is obvious that the quality of the chaos generator has to be estimated through a system of the NIST tests. Therefore, detailed assessment of their statistical characteristics is necessary for practical application of chaos generators in cryptographic systems. In the article there are considered various generators and there is also given the qualitative assessment of the formation based on the binary random sequence. Considered are also the features of testing random number generators using the system. It is determined that not all chaos generators meet the requirements of the NIST tests. The article proposed the methods for improving statistical properties of chaos generators. The method of comparative analysis of random number generators based on NIST statistical tests is proposed, which allows to select generators with the best statistical properties. Proposed are also methods for improving the statistical characteristics of binary sequences, which are formed on the basis of various chaos generators.Sekwencje losowe wykorzystywane są do tworzenia systemów kryptograficznych lub do formowania sygnałów zakłócających. Do tych zadań wykorzystywany jest generator sekwencji losowych, który jest urządzeniem deterministycznym. Taki generator z reguły ma specjalne wymagania dotyczące jakości tworzenia sekwencji liczbowej. W systemach kryptograficznych najczęściej stosuje się generatory liniowo-przystające, których główną wadą jest krótki okres formowania pseudolosowych sekwencji liczbowych. Z tego powodu w artykule zaproponowano użycie generatora chaotycznego, jako że okres próbkowania w tym przypadku zależy od rozmiaru siatki bitowej w używanym systemie obliczeniowym. Oczywistym jest, że należy oszacować jakość generatora chaotycznego za pomocą systemu testów NIST, dlatego też do praktycznego zastosowania generatorów chaotycznych w systemach kryptograficznych wymagana jest szczegółowa ocena ich cech statystycznych. W artykule rozważono różne generatory, a także podano ocenę jakościową procesu formacji na podstawie losowej sekwencji binarnej. Rozważano również funkcje testowania generatorów liczbowych przy użyciu systemu. Stwierdzono, że nie wszystkie generatory chaotyczne spełniają wymagania testów NIST. W artykule zaproponowano metody poprawy właściwości statystycznych generatorów chaotycznych, tak jak również metodę analizy porównawczej generatorów liczb losowych, która oparta jest na testach statystycznych NIST, i która pozwala wybrać generatory o najlepszych cechach statystycznych. Przedstawiono także metody poprawy właściwości statystycznych sekwencji binarnych, które powstają na podstawie różnych generatorów chaotycznych

Розробка методики формування нестаціонарних сигнальних конструкцій на основі багатокомпонентних ЛЧМ сигналів

Noise protection of existing radio lines with noise-shaped signals and digital types of modulation was studied. Analysis has shown that the use of such signals in conditions of the radio-electronic conflict does not permit to provide necessary level of noise immunity and transmission security of radio communication lines. It was explained by presence of cyclo-conditionality of the carrier oscillation in signals with digital modulation types. Such properties simplify detection and search of signals by means of spectral correlation methods of modern hostile means of electronic surveillance.To solve this problem, the use of nonstationary signal structures with variable central frequency and spectral density of power was proposed. A procedure of forming such signal structures by application of the Gram-Schmidt orthogonalization procedure to the ensemble of multicomponent LFM signals with controlled spectral characteristics was developed.It was proposed to estimate various signal structures of multicomponent signal by means of phase portraits of summed signals depending on the scaling factor value. This factor’s boundary values at which complexity of the multicomponent signal structure is ensured and degeneration of the process into classical LFM is prevented were established.Change of probability of a symbol error in a channel with the use of multicomponent orthogonal signal structures was studied depending on the signal/noise ratio. This makes it possible to estimate potential noise immunity of the radio line provided that the signal/noise ratio is determined by energy indicators of the radio channel and the spectral density of the noise of natural origin.Structural security of the developed signal structures was estimated by means of an energy detector and a cyclo-stationarity detector. It was established that in the case of energy detection, nonstationary signals, and signals of any other type of modulation are equivalent. However, probability of detecting nonstationary signal structures decreased 2–2.5 times compared to other types of signal modulation when using the cyclo-stationarity detectorИсследована помехозащищенность существующих радиолиний с шумоподобными сигналами и цифровыми видами модуляции. Анализ показывает, что применение таких сигналов в условиях радиоэлектронного конфликта не позволяет обеспечить необходимый уровень показателей помехоустойчивости и скрытности передачи радиолиний. Установлено, что причиной этого является наличие в сигналах с цифровыми видами модуляции циклостационарности несущего колебания. Такие свойства упрощают обнаружение и поиск сигналов с помощью спектрально-корреляционных методовсовременных средств радиоэлектронной разведки противника.Для решения этой проблемы предложено применение нестационарных сигнальных конструкций с переменной центральной частотой и спектральной плотностью мощности. Разработана методика формирования нестационарных сигнальных конструкций на основе процедуры ортогонализации Грама-Шмидта к ансамблю многокомпонентных ЛЧМ сигналов с управляемыми спектральными характеристиками. Предложено оценивать изменение структуры сигнальных конструкций многокомпонентного сигнала по фазовым портретам суммарных сигналов в зависимости от значений коэффициента масштабирования. Определены граничные значения этого коэффициента, при которых обеспечивается усложнение структуры многокомпонентного сигнала и предотвращается вырождение процесса в классическую ЛЧМ.Проведено исследование изменения вероятности символьной ошибки в канале при использовании многокомпонентных ортогональных сигнальных конструкций в зависимости от соотношения сигнал/шум. Это позволяет оценить потенциальную помехоустойчивость радиолинии при условии, что соотношение сигнал/шум определяется по энергетическим показателям радиоканала и спектральной плотности шумов природного происхождения.Структурная скрытность разработанных сигнальных конструкций оценивалась с помощью энергетического детектора и детектора циклостационарности. Установлено, что при энергетическом детектировании нестационарные сигналы, как и сигналы с любым другим видом модуляции, эквивалентны. Однако при использовании детектора циклостационарности вероятность обнаружения нестационарных сигнальных конструкций уменьшается в 2–2,5 раза по сравнению с другими видами модуляции сигналовДосліджено завадозахищеність існуючих радіоліній з шумоподібними сигналами та цифровими видами модуляції. Аналіз показує, що застосування таких сигналів в умовах радіоелектронного конфлікту не дозволяє забезпечити необхідний рівень показників завадостійкості та прихованості передавання радіоліній зв’язку. Встановлено, що причиною тому є наявність циклостаціонарності несучого коливання в сигналах з цифровими видами модуляції. Такі властивості спрощують виявлення та пошук сигналів за допомогою спектрально-кореляційних методів сучасних засобів радіоелектронної розвідки противника.Для вирішення цієї проблеми запропоновано застосування нестаціонарних сигнальних конструкцій із змінною центральною частотою та спектральною щільністю потужності. Розроблено методику формування таких сигнальних конструкцій на основі процедури ортогоналізації Грама-Шмідта до ансамблю багатокомпонентних ЛЧМ сигналів з керованими спектральними характеристиками.Запропоновано оцінювати різні структури сигнальних конструкцій багатокомпонентного сигналу по фазовим портретам сумарних сигналів в залежності від значень коефіцієнта масштабування. Визначено граничні значення цього коефіцієнта, при яких забезпечується ускладнення структури багатокомпонентного сигналу і запобігає виродження процесу в класичну ЛЧМ.Проведено дослідження зміни ймовірності символьної помилки в каналі при використанні багатокомпонентних ортогональних сигнальних конструкцій в залежності від співвідношення сигнал/шум. Це дозволяє оцінити потенційну завадостійкість радіолінії за умови, що співвідношення сигнал/шум визначається за енергетичними показниками радіоканалу та спектральною щільності шумів природного походження.Структурна прихованість розроблених сигнальних конструкцій оцінювалася за допомогою енергетичного детектора і детектора циклостаціонарності. Встановлено, що при енергетичному детектуванні нестаціонарні сигнали, як і сигнали з будь-яким іншим видом модуляції, еквівалентні. Проте, при використанні детектора циклостаціонарності ймовірність виявлення нестаціонарних сигнальних конструкцій зменшується в 2–2,5 рази в порівнянні з іншими видами модуляції сигналі

Розробка методики формування нестаціонарних сигнальних конструкцій на основі багатокомпонентних ЛЧМ сигналів

Noise protection of existing radio lines with noise-shaped signals and digital types of modulation was studied. Analysis has shown that the use of such signals in conditions of the radio-electronic conflict does not permit to provide necessary level of noise immunity and transmission security of radio communication lines. It was explained by presence of cyclo-conditionality of the carrier oscillation in signals with digital modulation types. Such properties simplify detection and search of signals by means of spectral correlation methods of modern hostile means of electronic surveillance.To solve this problem, the use of nonstationary signal structures with variable central frequency and spectral density of power was proposed. A procedure of forming such signal structures by application of the Gram-Schmidt orthogonalization procedure to the ensemble of multicomponent LFM signals with controlled spectral characteristics was developed.It was proposed to estimate various signal structures of multicomponent signal by means of phase portraits of summed signals depending on the scaling factor value. This factor’s boundary values at which complexity of the multicomponent signal structure is ensured and degeneration of the process into classical LFM is prevented were established.Change of probability of a symbol error in a channel with the use of multicomponent orthogonal signal structures was studied depending on the signal/noise ratio. This makes it possible to estimate potential noise immunity of the radio line provided that the signal/noise ratio is determined by energy indicators of the radio channel and the spectral density of the noise of natural origin.Structural security of the developed signal structures was estimated by means of an energy detector and a cyclo-stationarity detector. It was established that in the case of energy detection, nonstationary signals, and signals of any other type of modulation are equivalent. However, probability of detecting nonstationary signal structures decreased 2–2.5 times compared to other types of signal modulation when using the cyclo-stationarity detectorИсследована помехозащищенность существующих радиолиний с шумоподобными сигналами и цифровыми видами модуляции. Анализ показывает, что применение таких сигналов в условиях радиоэлектронного конфликта не позволяет обеспечить необходимый уровень показателей помехоустойчивости и скрытности передачи радиолиний. Установлено, что причиной этого является наличие в сигналах с цифровыми видами модуляции циклостационарности несущего колебания. Такие свойства упрощают обнаружение и поиск сигналов с помощью спектрально-корреляционных методовсовременных средств радиоэлектронной разведки противника.Для решения этой проблемы предложено применение нестационарных сигнальных конструкций с переменной центральной частотой и спектральной плотностью мощности. Разработана методика формирования нестационарных сигнальных конструкций на основе процедуры ортогонализации Грама-Шмидта к ансамблю многокомпонентных ЛЧМ сигналов с управляемыми спектральными характеристиками. Предложено оценивать изменение структуры сигнальных конструкций многокомпонентного сигнала по фазовым портретам суммарных сигналов в зависимости от значений коэффициента масштабирования. Определены граничные значения этого коэффициента, при которых обеспечивается усложнение структуры многокомпонентного сигнала и предотвращается вырождение процесса в классическую ЛЧМ.Проведено исследование изменения вероятности символьной ошибки в канале при использовании многокомпонентных ортогональных сигнальных конструкций в зависимости от соотношения сигнал/шум. Это позволяет оценить потенциальную помехоустойчивость радиолинии при условии, что соотношение сигнал/шум определяется по энергетическим показателям радиоканала и спектральной плотности шумов природного происхождения.Структурная скрытность разработанных сигнальных конструкций оценивалась с помощью энергетического детектора и детектора циклостационарности. Установлено, что при энергетическом детектировании нестационарные сигналы, как и сигналы с любым другим видом модуляции, эквивалентны. Однако при использовании детектора циклостационарности вероятность обнаружения нестационарных сигнальных конструкций уменьшается в 2–2,5 раза по сравнению с другими видами модуляции сигналовДосліджено завадозахищеність існуючих радіоліній з шумоподібними сигналами та цифровими видами модуляції. Аналіз показує, що застосування таких сигналів в умовах радіоелектронного конфлікту не дозволяє забезпечити необхідний рівень показників завадостійкості та прихованості передавання радіоліній зв’язку. Встановлено, що причиною тому є наявність циклостаціонарності несучого коливання в сигналах з цифровими видами модуляції. Такі властивості спрощують виявлення та пошук сигналів за допомогою спектрально-кореляційних методів сучасних засобів радіоелектронної розвідки противника.Для вирішення цієї проблеми запропоновано застосування нестаціонарних сигнальних конструкцій із змінною центральною частотою та спектральною щільністю потужності. Розроблено методику формування таких сигнальних конструкцій на основі процедури ортогоналізації Грама-Шмідта до ансамблю багатокомпонентних ЛЧМ сигналів з керованими спектральними характеристиками.Запропоновано оцінювати різні структури сигнальних конструкцій багатокомпонентного сигналу по фазовим портретам сумарних сигналів в залежності від значень коефіцієнта масштабування. Визначено граничні значення цього коефіцієнта, при яких забезпечується ускладнення структури багатокомпонентного сигналу і запобігає виродження процесу в класичну ЛЧМ.Проведено дослідження зміни ймовірності символьної помилки в каналі при використанні багатокомпонентних ортогональних сигнальних конструкцій в залежності від співвідношення сигнал/шум. Це дозволяє оцінити потенційну завадостійкість радіолінії за умови, що співвідношення сигнал/шум визначається за енергетичними показниками радіоканалу та спектральною щільності шумів природного походження.Структурна прихованість розроблених сигнальних конструкцій оцінювалася за допомогою енергетичного детектора і детектора циклостаціонарності. Встановлено, що при енергетичному детектуванні нестаціонарні сигнали, як і сигнали з будь-яким іншим видом модуляції, еквівалентні. Проте, при використанні детектора циклостаціонарності ймовірність виявлення нестаціонарних сигнальних конструкцій зменшується в 2–2,5 рази в порівнянні з іншими видами модуляції сигналі

Method of information protection based on the integration of probabilistic encryption and noise immune coding

The subject matter of this article is the processes of increasing information security in communication systems to solve applied problems that are critical in the transmission of confidential data. The goal is to develop a multi-stage method for protecting information from unauthorized access, based on probabilistic encryption integration, error-correcting code, and error decorrelation. The tasks to be solved are as follows: to develop a probabilistic encryption algorithm that considers the entropy of the characters’ appearance in a message; to implement iterative coding with variable parameters of the information bits matrix; and to implement error decorrelation based on the generated matrix by interleaving information and check bits according to a given algorithm. Methodology: theory of signal communication and signal processing, theory of cryptography, theory of noise-resistant codes, probability theory, statistical analysis. The following results were obtained: a multi-stage method for protecting information from unauthorized access was proposed, in which at each step of data conversion, information secrecy is increased; probabilistic encryption was implemented, which considers the entropy of a discrete source of information when forming a space of random combinations; based on an iterative code with specified matrix parameters, an additional increase in the space of random combinations was implemented; error decorrelation reduces the multiplicity of errors in codewords and ensures mixing of bits according to a predetermined law. Conclusions. The scientific novelty of the results obtained is as follows: 1) an improved method of information protection from unauthorized access is proposed, based on probabilistic encryption integration, interference-resistant coding, and error decorrelation; 2) increasing information concealment is realized by eliminating the main shortcomings of probabilistic encryption, which did not take into account the entropy of the symbols of the open message; 3) it is proposed to form the space of random combinations taking into account the average probability of the appearance of a symbol in open texts, which will allow the output of a probabilistic cipher to form a stream of random combinations, which, according to its statistical properties, is close to the uniform distribution law; 4) further development of information protection methods based on interference-resistant coding and error decorrelation with encryption functions is received; 5) a further development of the statistical encryption method is the use of all redundant elements for both probabilistic encryption and interference-resistant coding

Development of the Procedure for Forming Non­stationary Signal Structures Based on Multicomponent LFM Signals

Noise protection of existing radio lines with noise-shaped signals and digital types of modulation was studied. Analysis has shown that the use of such signals in conditions of the radio-electronic conflict does not permit to provide necessary level of noise immunity and transmission security of radio communication lines. It was explained by presence of cyclo-conditionality of the carrier oscillation in signals with digital modulation types. Such properties simplify detection and search of signals by means of spectral correlation methods of modern hostile means of electronic surveillance.To solve this problem, the use of nonstationary signal structures with variable central frequency and spectral density of power was proposed. A procedure of forming such signal structures by application of the Gram-Schmidt orthogonalization procedure to the ensemble of multicomponent LFM signals with controlled spectral characteristics was developed.It was proposed to estimate various signal structures of multicomponent signal by means of phase portraits of summed signals depending on the scaling factor value. This factor's boundary values at which complexity of the multicomponent signal structure is ensured and degeneration of the process into classical LFM is prevented were established.Change of probability of a symbol error in a channel with the use of multicomponent orthogonal signal structures was studied depending on the signal/noise ratio. This makes it possible to estimate potential noise immunity of the radio line provided that the signal/noise ratio is determined by energy indicators of the radio channel and the spectral density of the noise of natural origin.Structural security of the developed signal structures was estimated by means of an energy detector and a cyclo-stationarity detector. It was established that in the case of energy detection, nonstationary signals, and signals of any other type of modulation are equivalent. However, probability of detecting nonstationary signal structures decreased 2–2.5 times compared to other types of signal modulation when using the cyclo-stationarity detecto