Розробка крипто-кодових конструкцій на LDPC-кодах

The results of developing post-quantum algorithms of McEliece and Niederreiter crypto-code constructs based on LDPC (Low-Density Parity-Check) codes are presented. With the rapid growth of computing capabilities of mobile technologies and the creation of wireless mesh and sensor networks, Internet of Things technologies, and smart technologies on their basis, information security is becoming an urgent problem. At the same time, there is a need to consider security in two circuits, internal (directly within the network infrastructure) and external (cloud technologies). In such conditions, it is necessary to integrate threats to both the internal and external security circuits. This allows you to take into account not only the hybridity and synergy of modern targeted threats, but also the level of significance (degree of secrecy) of information flows and information circulating in both the internal and external security circuits. The concept of building security based on two circuits is proposed. To ensure the security of wireless mobile channels, it is proposed to use McEliece and Niederreiter crypto-code constructs based on LDPC codes, which allows integration into the credibility technology of IEEE 802.15.4, IEEE 802.16 standards. This approach provides the required level of security services (confidentiality, integrity, authenticity) in a full-scale quantum computer. Practical security technologies based on the proposed crypto-code constructs, online IP telephony and the Smart Home system based on the use of an internal server are consideredПриведені результати розробки постквантових алгоритмів крипто-кодових конструкцій Мак-Еліса та Нідеррайтера на кодах LDPC (Low Density Parity Check) із малою щільністю перевірок на парність. В умовах стрімкого зростання обчислювальних можливостей мобільних технологій та створення на їх базі бездротових Mesh-, сенсорних-мереж, технологій Інтернет-речей, smart-технологій актуальною проблемою стає забезпечення безпеки інформації. При цьому виникає необхідність розгляду безпеки у двох контурах внутрішньому (безпосередньо всередині інфраструктури мережі) та зовнішньому (хмарних технологіях). У таких умовах необхідно комплексувати загрози як на внутрішній контур безпеки, так і на зовнішній контур. Це дозволяє не лише враховувати гібридність та синергізм сучасних цільових загроз, але й враховувати рівень значущості (ступінь секретності) інформаційних потоків та інформації, що циркулює як у внутрішньому, так і зовнішньому контурі безпеки. Пропонується концепція побудови безпеки на основі двох контурів. Для забезпечення безпеки бездротових мобільних каналів пропонується використовувати крипто-кодові конструкції Мак-Еліса та Нідеррайтера на LDPC-кодах, що дозволяє інтегруватися у технології забезпечення вірогідності стандартів IEEE 802.15.4, IEEE 802.16. Такий підхід дозволяє забезпечити необхідний рівень послуг безпеки (конфіденційності, цілісності автентичності) в умовах повномасштабного квантового комп'ютера. Розглядаються практичні технології забезпечення безпеки, на основі пропонованих крипто-кодових конструкцій, IP-телефонії в онлайн режимі та системи “Розумний дім” на основі використання внутрішнього сервер

Дослідження властивостей ансамблів складних сигналів, отриманих шляхом перестановок часових інтервалів

The results of statistical analysis of cross-correlation properties of complex signals’ ensembles, were obtained due to time interval permutations are presented in this paper. The essence of the method is to apply the division of short videopulse sequencesat the level of intervals with low interaction in the time domain with different numbers of pulses. By applying the cross-correlation analysis, the maximum emission values of the side lobes of the cross-correlation functions are calculated and itstotal averagevalue is determined. Based on the obtained values, a series is formed in which the first position is occupied by a time interval in which the value of the maximum emissions of the side lobes of the cross-correlation function has an average value. The determination of the following time intervals is based on the analysis of the rating series and the arrangement of values is carried out in accordance with the selected total average value. Thus, a new average range of the maximum emission values of the side lobes of the cross-correlation function is formed. The average range increases the number of ensembles with satisfactory cross-correlation properties for use in radio communication systems with code division multiplexing, and minimal interaction between signals in the time domain reduces multiple access interference.У статті наведено результати статистичного аналізу взаємокореляційних властивостей ансамблів складних сигналів, які були отримані за рахунок перестановок часових інтервалів. Суть методу полягає у застосуванні розбиття послідовностей коротких відеоімпульсів на рівні інтервали з низькою взаємодією у часовій області з різною кількістю імпульсів. Шляхом застосування взаємокореляційного аналізу здійснюють розрахунок значень максимальних викидів бічних пелюсток функцій взаємної кореляції та визначають їх загальне середнє значення. На основі отриманих значень складають ряд, в якому першу позицію займає часовий інтервал, у якому величина максимальних викидів бокових пелюсток функції взаємної кореляції має середнє значення. Визначення наступних часових інтервалів відбувається на основі аналізу рейтингового ряду і розстановка значень проводиться у відповідності до обраного загального середнього значення. Таким чином формують новий усереднений ряд значень максимальних викидів бокових пелюсток функції взаємної кореляції, завдяки якому збільшується кількість ансамблів із задовільними взаємокореляційними властивостями для використання всистемах радіозв’язку з кодовим розділенням каналів, а мінімальна взаємодія між сигналами у часовій області призводить до зменшення завад множинного доступу

Метод визначення співпадінь позицій частотних піднесних при QOFDM

The Article has propose of method for determining coincidence positions subcarrier frequencies by QOFDM what has realize on basis pairwise comparison frequency plans signal ensemble's by quasiorthogonal frequency-division multiplexing (QOFDM) which permits to  reduce level intrasystem noise on phase forming frequency plans. В статье представлен разработанный метод определения совпадений позиций частотных поднесущих, который заключается в определении совпавших частотных позиций при попарном сравнении частотных планов ансамбля сигналов при квазиортогональном частотном разделении каналов с мультиплексированием - QOFDM. У статті запропоновано метод визначення співпадінь позицій частотних піднесних, який реалізовано на основі попарного порівняння частотних планів ансамблю сигналів при квазіортогональному частотному розділенні каналів з мультиплексуванням (QOFDM), що дозволяє зменшити рівень внутрішньосистемних завад на етапі формування частотних планів

Methods and models for improving the immunity to interference of wireless intelligent telecommunication systems based on complex signal-code structures

У роботі для підвищення завадостійкості безпроводових інтелектуальних телекомунікаційних систем було розроблено метод створення кодових конструкцій сигналів у вигляді ансамблів, що базується на систематичних перестановках часових і частотних складових сигналів. Цей метод дозволяє розширити резерв об’єму ансамблів, завдяки аналізу всіх можливих комбінації в часовому та частотному діапазонах і подальшому створенні стійких фіксованих сигналів. Відмінністю методу з визначенням часово-частотних координат співпадінь сигнальних елементів є застосування середнього значення максимальних відхилень бічних пелюсток функції взаємної кореляції і оптимізація процедури міксування перестановок в ансамблях сигнально-кодових конструкцій. Для збільшення кількості складних сигналів в ансамблі, при збереженні оптимально потрібної стійкості до завад множинного доступу, запропоновано метод синтезу кодових конструкцій сигналів. Метод ґрунтується на використанні послідовностей з покращеними взаємокореляційними характеристиками, які досягаються через смугову фільтрацію, виділення частотних смуг зі спектру цих послідовностей та подальше багатократне їх перенесення та міксування. Запропоновано метод конкурентного вибору каналів безпроводових інтелектуальних телекомунікаційних систем під час множинного доступу первинних та вторинних користувачів. Він відрізняється від існуючих підходів впровадженням технології накопичення енергії, яка використовується спільно з роботою нейронної мережі. Цей метод сприяє підвищенню рівня завадостійкості системи, за рахунок інтелектуального вибору оптимального каналу на основі даних про стан каналів та завади. Для покращення ефективності функціонування безпроводових інтелектуальних телекомунікаційних систем розроблено метод управління оточуючим середовищем шляхом розширення мережі. Цей підхід відрізняється від існуючих впровадженням інтелектуальних функцій у систему управління доступом у безпроводовій регіональній мережі (WRAN) за допомогою нейронних мереж. Для підвищення ефективності виявлення мобільних користувачів в інтелектуальних системах запропоновано метод множинного виявлення, що ґрунтується на структуруванні і оптимізації рою частинок в системах безпроводового зв'язку.In the dissertation research, the pertinent scientific and technical challenge of enhancing the interference resilience of intelligent telecommunications systems using intricate signal-code structures is addressed. In the research, to enhance the interference resistance of wireless intelligent telecommunications systems, a method was developed for creating signal code constructions in the form of ensembles based on systematic permutations of temporal and frequency components of signals. This method allows for expanding the reserve capacity of ensembles by analyzing all possible combinations in the temporal and frequency domains and subsequently creating robust fixed signals. The key difference of the method for determining the temporal-frequency coordinates of signal element coincidences lies in the utilization of the average value of maximum deviations of side lobes in the cross-correlation function and optimization of the permutation mixing procedure in the ensembles of signal code constructions. To increase the diversity of complex signals within an ensemble while maintaining the necessary interference resistance for multiple-access, a method for synthesizing signal code constructions was proposed. This method is based on the utilization of sequences with improved cross-correlation characteristics, achieved through bandpass filtering, extracting frequency bands from the spectrum of these sequences, and subsequent multiple transposition and mixing. A method for competitive channel selection in wireless intelligent telecommunication systems during multiple-access by primary and secondary users has been proposed. It distinguishes itself from existing approaches by incorporating energy accumulation technology, which is used in conjunction with a neural network. This method contributes to enhancing the interference resilience of the system by intelligently selecting the optimal channel based on information about channel conditions and interference. To improve the efficiency of wireless intelligent telecommunication systems, a method for environmental management through network expansion has been developed. This approach differs from existing methods by introducing intelligent functions into the access control system of a wireless regional network (WRAN) using neural networks. Additionally, to enhance the effectiveness of mobile user detection in intelligent systems, a method for multiple detection has been proposed, which is based on structuring and optimizing a particle swarm in wireless communication systems

Research on the Properties of Complex Signal Ensembles Obtained by Frequency Segments Permutation

For cognitive telecommunication systems, the problem of reducing the level of multiple access interference (intrasystem interference), which occur during the simultaneous operation of different subscribers of one system in a common frequency band, is relevant. To this end, the formation methods of large ensembles of complex signals obtained by permutation of the frequency segments of the output sequences with a low level of interaction in the time domain, have been developed [1]. The cross-correlation level of the received signals shows the degree of signal interaction in the time domain and, thus, makes it possible to assess the level of multiple access problems in the cognitive telecommunication system. An important task is to determine the maximum emission level of the cross-correlation functions of the resulting complex signal ensembles depending on the filtering bands and, accordingly, their impact on the volume of the ensembles. Also, the dependence of multiple access interference level on the number and duration of pulses in the output sequences, which are used to form complex signal ensembles based on the frequency segments permutations, was interesting. The solution of these problems will make it possible to simplify the procedure for determining the width of the filter bands for the formation of complex signal ensembles by permutation of frequency segments

Квазіортогональний частотний доступ на піднесних частотах

В статті представлено принципи реалізації методу на основі квазіортогонального частотного доступу на піднесних частотах. Ключовим елементом квазіортогонального частотного доступу на піднесних частотах є використання індивідуального розподілу частотних піднесних в різних частотних планах ансамблю в загальній смузі частот, яке дозволяє значно збільшити абонентську ємність радіосистеми. Було розроблено алгоритм формування ансамблю із врахуванням різного значення ширини підканалів у відповідних частотних планах. Графічно представлено вигляд частотних планів при різній ширині смуги частот та залежності максимальних викидів функції взаємної кореляції частотних планів із врахуванням кількості піднесних та ширини підканалів. Для здійснення статистичного аналізу було побудовано імітаційну модель радіоканалу, графічно представлені результати статистичного аналізу взаємокореляційних властивостей частотних планів, досліджено кореляційні властивості складних сигналів на основі QOFDM. При застосуванні квазіортогонального доступу на піднесних частотах збільшиться абонентська ємність системи зв'язку та швидкість передачі інформації завдяки нелінійному розподілу піднесних частот.In the article,it is described the principles of implementing the method based on quasiorthogonal frequency access on subcarrier frequencies. The key element of quasiorthogonal frequency access on subcarrier frequencies is the using of the individual distribution of frequency subcarriers in different frequency plans of the ensemble in the general frequency band, which allows ncreasingthe subscriber capacity of the radio systemsignificantly. It was developed an algorithm for the formation of the ensemble, taking into account the different values of the width of the subchannels in the corresponding frequency plans. It was graphically represented the form of frequency plans with different bandwidths and the dependence of the maximum emissions of the mutual correlation function of frequency plans, taking into account the number of subcarriers and the width of subchannels. For realization the statistical analysis, it was constructean imitation model of the radio channel, it were graphically represented the results of statistical analysis of the interrelationship properties of frequency plans,and investigated the correlation properties of complex signals based on QOFDM. Using the quasiorthogonal access on subcarrierfrequenciesallows increasing the subscriber capacity of the communication system and the rate of information transmissiondue to the nonlinear distribution of the subcarrier frequencies

МЕТОД ФОРМУВАННЯ АНСАМБЛІВ СКЛАДНИХ СИГНАЛІВ ШЛЯХОМ ЧАСТОТНОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ ПСЕВДОВИПАДКОВИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ З НИЗЬКОЮ ВЗАЄМОДІЄЮ У ЧАСОВІЙ ОБЛАСТІ

Context. The problem of forming complex signal ensembles on the basis of frequency band filtering and research of their properties is considered. The object of research is the process of synthesis of signal ensembles based on frequency filtering of pseudo-random sequences of short video pulses with low interaction in the time domain.Objective. It is to form complex signal ensembles with satisfactory values of intercorrelation properties, which are close to the signals with minimal energy interaction. Method. The results of the application of forming complex signal ensembles method by frequency filtering of pseudo-random sequences with low interaction in the time domain are presented. As a result of the spectral band selection of the studied pseudorandom short video pulse sequences due to the use of bandpass filters based on the Chebyshev filter of the first kind, new samples of sequences with spectrum restriction are obtained. By applying intercorrelation analysis to the obtained sequence samples, the values of the maximum emissions of the side lobes of the cross-correlation functions (CCF) for all possible signal pairs are estimated. If the values of the maximum emissions of the side lobes of the CCF signals exceed the limit values, the sequence of the analyzed pair with a smaller value of the number of pulses is removed from the ensemble. In case of satisfactory value – the received signals are accepted for the signal ensemble formation with the minimum power interaction. Thus, a new set of values of the maximum emissions of the side lobes of the CCF is formed. This approach increases the number of signals in ensembles with satisfactory values of statistical characteristics with limited signal spectrum width, and the correlation properties of such sequences approach the signals with minimal energy interaction, which reduces the level of multiple access interference. As a result, complex signal ensembles obtained by frequency filtering should be used in cognitive radio systems with code division multiplexing.Results. Based on the software implementation of the method of forming complex signal ensembles by frequency filtering of pseudo-random sequences with low interaction in the time domain, signals with satisfactory values of statistical characteristics with limited signal spectrum width with intercorrelation properties close to signals with minimal energy interaction and higher ensemble volume were selected.Conclusions. The application of frequency filtering to pseudo-random sequences of short video pulses with a low level of crosscorrelation allows to obtain complex signal ensembles, which will be similar in correlation properties to sequences with minimal energy interaction. It will reduce the level of multiple access interference. The analysis revealed that the use of frequency filtering of sequences will slightly worsen the mutual correlation properties of signals, possibly due to suboptimal synthesis of values of maximum emission levels of side lobes of CCF signals, but, nevertheless, it is possible to use such signals in modern cognitive systems radio access multiple access with code division multiplexing. Актуальность. Рассмотрена задача формирования ансамблей сложных сигналов на основе фильтрации полос частот и исследования их свойств. Объектом исследования является процесс синтеза ансамблей сигналов на основе частотной фильтрации псевдослучайных последовательностей коротких видеоимпульсов с низким взаимодействием во временной области.Цель работы. Формирование ансамблей сложных сигналов с удовлетворительными значениями взаимокорреляционных свойств, которые приближаются к сигналам с минимальным энергетическим взаимодействием.Метод. Приведены результаты применения метода формирования ансамблей сложных сигналов путем частотной фильтрации псевдослучайных последовательностей с низким взаимодействием во временной области. В результате выделения полос спектра исследуемых псевдослучайных последовательностей коротких видеоимпульсов за счет использования полосовых фильтров, построенных на основе фильтра Чебышева первого рода, получают новые выборки последовательностей с ограничением по спектру. Путем применения взаимокорреляционного анализа к полученным выборкам последовательностей осуществляют оценку значений максимальных выбросов боковых лепестков функции взаимной корреляции (ФВК) для всех возможных пар сигналов. Если значение максимальных выбросов боковых лепестков ФВК сигналов превышают предельные значения, то последовательность пары, которая анализируется, с меньшим значением количества импульсов удаляется из ансамбля. В случае удовлетворительного значения – полученные сигналы принимаются для формирования ансамбля сигналов с минимальным энергетическим взаимодействием. Таким образом формируют новый ряд значений максимальных выбросов боковых лепестков ФВК. Благодаря такому подходу в ансамблях увеличивается количество сигналов с удовлетворительными значениями статистических характеристик при ограниченной ширине спектра сигнала, а взаимокорреляционные свойства таких последовательностей приближаются к сигналам с минимальным энергетическим взаимодействием, что приводит к уменьшению уровня помех множественного доступа. В результате ансамбли сложных сигналов, полученные путем частотной фильтрации целесообразно использовать в когнитивных системах радиосвязи с кодовым разделением каналов.Результаты. На основе программной реализации метода формирования ансамблей сложных сигналов путем частотной фильтрации псевдослучайных последовательностей с низким взаимодействием во временной области были отобраны сигналы с удовлетворительными значениями статистических характеристик при ограниченной ширине спектра сигнала, с взаимокорреляционными свойствами, приближенными к сигналам с минимальным энергетическим взаимодействием и с увеличенным объемом ансамбля.Выводы. Применение частотной фильтрации к псевдослучайным последовательностям коротких видеоимпульсов с низким уровнем взаимной корреляции позволяет получать ансамбли сложных сигналов, которые будут сходными по взаимокорреляционным свойствам с последовательностями с минимальным энергетическим взаимодействием, что дает возможность снизить уровень помех множественного доступа. В результате проведенного анализа выявлено, что применение частотной фильтрации последовательностей незначительно ухудшит взаимные корреляционные свойства сигналов, за счет, возможно, неоптимального синтеза значений уровней максимальных выбросов боковых лепестков ФВК сигналов, но, несмотря на это, существует возможность применять такие сигналы в современных когнитивных системах радиосвязи множественного доступа с кодовым разделением каналов. Актуальність. Розглянуто задачу формування ансамблів складних сигналів на основі фільтрацій смуг частот та дослідження їх властивостей. Об’єктом дослідження є процес синтезу ансамблів сигналів на основі частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів з низькою взаємодією у часовій області.Мета роботи. Формування ансамблів складних сигналів із задовільними значеннями взаємокореляційних властивостей, які наближаються до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією.Метод. Наведено результати застосування методу формування ансамблів складних сигналів шляхом частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей з низькою взаємодією у часовій області. У результаті виділення смуг спектру досліджуваних псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів за рахунок використання смугових фільтрів, побудованих на основі фільтра Чебишева першого роду, отримують нові вибірки послідовностей з обмеженням по спектру. Шляхом застосування взаємокореляційного аналізу до отриманих вибірок послідовностей здійснюють оцінку значень максимальних викидів бокових пелюсток функцій взаємної кореляції (ФВК) для усіх можливих пар сигналів. Якщо значення максимальних викидів бічних пелюсток ФВК сигналів перевищують граничні значення, то послідовність пари, що аналізується, з меншим значенням кількості імпульсів видаляється із ансамблю. В випадку задовільного значення – отримані сигнали приймаються для формування ансамблю сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією. Таким чином формують новий ряд значень максимальних викидів бічних пелюсток ФВК. Завдяки такому підходу в ансамблях збільшується кількість сигналів із задовільними значеннями статистичних характеристик при обмеженій ширині спектра сигналу, а взаємокореляційні властивості таких послідовностей наближаються до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією, що призводить до зменшення рівня завад множинного доступу. У результаті ансамблі складних сигналів, отримані шляхом частотної фільтрації доцільно використовувати в когнітивних системах радіозв’язку з кодовим розділенням каналів.Результати. На основі програмної реалізації методу формування ансамблів складних сигналів шляхом частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей з низькою взаємодією у часовій області було відібрано сигнали із задовільними значеннями статистичних характеристик при обмеженій ширині спектра сигналу, із взаємокореляційними властивостями, що наближені до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією та із збільшеним об’ємом ансамблю.Висновки. Застосування частотної фільтрації до псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів з низьким рівнем взаємної кореляції дозволяє отримувати ансамблі складних сигналів, які будуть подібними за взаємокореляційними властивостями до послідовностей з мінімальною енергетичною взаємодією, що дає можливість знизити рівень завад множинного доступу. У результаті проведеного аналізу виявлено, що застосування частотної фільтрації послідовностей незначно погіршить взаємні кореляційні властивості сигналів, за рахунок, можливо, неоптимального синтезу значень рівнів максимальних викидів бічних пелюсток ФВК сигналів, але, не зважаючи на це, існує можливість застосовувати такі сигнали в сучасних когнітивних системах радіозв’язку множинного доступу із кодовим розділенням каналів.