Генератор маскирующих сигналов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Железняк Владимир Кириллович Рябенко Денис Сергеевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Генератор маскирующих сигналов, содержащий два идентичных формирователя маскирующих сигналов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных источника шумового сигнала и согласующего усилителя, выход которого соединен со входамипараллельно соединенных фильтров нижних частот, выходы которых черезразвязывающих регулируемых по усилению усилителей соединены со входамиформирователей хаотических импульсных последовательностей, выходы которых соединены с соответствующимивходами сумматора, (1)-й вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, а выход сумматора через усилитель соединен с двумя параллельными входами перемножителя, первый и второй выходы которого являются выходами формирователя маскирующих сигналов, причем первые выходы каждого из двух формирователей маскирующих сигналов являются контрольными, а вторые соединены с соответствующими входами выходного сумматора, выход которого соединен со входом 18525 1 2014.08.30 широкополосного усилителя, выход которого является выходом генератора маскирующих сигналов, причем фильтры нижних частот выполнены таким образом, что верхние частоты среза полос пропускания фильтров в 1, в 2 в-1, в удовлетворяют условию в 1 в 2 в-1 в. Изобретение относится к области защиты информации, конкретно для создания искусственных помех с целью маскирования информационных сигналов, и предназначено в качестве генератора маскирующих помех для речевого сигнала в аналоговой и цифровой форме, видеосигнала, видеосигнала и звукового сопровождения видео, а также для маскирования сигналов передачи данных в виде цифровых последовательностей. Известны различные способы и устройства маскирования информационных сигналов. Воздействие помех на сигнал обусловливает его искажение и маскирование 1. Статистический анализ шумов представлен в работе 2. Сложность маскирования шумами сигналов заключается в том, что при формировании таких шумов не учитываются ряд важных характеристик сигналов, например, пик-фактор речевого сигнала превышает пик-фактор белого шума, который, обладая максимальной энтропией, плохо маскирует контуры объектов, представленных видеосигналами, имеющих явно выраженные очертания (летательные аппараты, корабли, здания, портреты и др.). Огибающая спектральной плотности видеосигнала представлена экспоненциальной кривой со спадом в область высоких частот. Подобную спектральную характеристику имеют импульсные последовательности. Помимо распределения спектральной плотности маскирующих шумов необходимо учитывать автокорреляционные и другие характеристики сигналов и маскирующих помех. Основные требования к маскирующим помехам представлены в 3. Одним из направлений защиты информации техническими средствами является создание искусственных помех генераторами маскирующих сигналов, мощность которых превышает мощность сигналов в каналах утечки информации. В качестве аналога выбран цифровой генератор шума. Схема маскирующего устройства приведена в работе 4. Цифровой генератор шума включает следующие элементы два последовательных регистра сдвига, два сумматора по модулю два, генератор тактовой частоты, цепь запуска. Выход тактового генератора соединен со входамипоследовательных тактовых регистров и через цепь земли - со входами . Выход первого последовательного регистра соединен со входомвторого последовательного регистра. Цепь запуска соединена со входом второго сумматора, а его выход соединен со входом первого сумматора, выход которого соединен со входомпервого последовательного регистра, а его выход соединен со входом первого сумматора, а выход второго последовательного регистра является выходом цифрового генератора шума, соединенного с выходной клеммой и параллельно со входом второго сумматора. Недостатком цифрового генератора шума (аналога) является то, что выходная импульсная последовательность, которая обусловлена генерируемыми тактовыми импульсами, периодична. Одно из важнейших требований, предъявляемых к маскирующему сигналу, является его качество шума, определяемое энтропийным критерием 5. Для нормального гауссового шума энтропийный коэффициент качества принят равным 1, для распределения синусоидального сигнала (периодичность содержит основную частоту синусоидального сигнала) энтропийный коэффициент качества 0,636. Аддитивная смесь этих сигналов снижает коэффициент качества, так как деформируется закон распределения плотности вероятности гауссового распределения в зависимости от отношения амплитудного значения синусоидального сигнала к дисперсии шума. Вторым недостатком является необходимость предварительного внешнего запуска генератора через цепь запуска. 2 18525 1 2014.08.30 Известен генератор маскирующих сигналов, выбранный в качестве прототипа, который представлен генератором цифрового шума, основанном на принципах генерирования случайных бинарных последовательностей 6 путем преобразования случайного сигнала на выходе источника шума в последовательность случайных импульсов с вероятностью появления импульса (1)0,5 (генерирование случайных бинарных последовательностей квантованием непрерывного шумового сигнала по двум уровням). Структурная схема генератора цифрового шума с квантованием шумового сигнала по двум уровням представлена в работе 6. Генератор цифрового шума с квантованием шумового сигнала по двум уровням содержит генератор шума ГШ, состоящий из шумового элемента и широкополосного усилителя, пороговый элемент ПЭ, осуществляющий квантование непрерывного шумового сигнала по двум уровням, Т-триггера. Все элементы устройства-прототипа включены последовательно. При этом на один из входовТ-триггера подключены последовательно включенные генератор шума и пороговый элемент, на другой вход Ттриггера (С) - генератор импульсов опроса. Недостатками известного устройства являются узкие функциональные возможности,так как не позволяет одновременно маскировать сигналы, отличающиеся принципиально при их формировании, а также частичная маскировка видеосигналов крупноплановых изображений с наличием граничных контуров, а также сигналов цифровой последовательности, обусловленных наличием тактового генератора. Задачей настоящего изобретения является повышение степени защиты речевых сигналов в аналоговой и цифровой форме, видеосигналов и сигналов звукового сопровождения,сигналов передачи данных путем расширения функциональных возможностей широкополосных маскирующих сигналов по низкочастотным каналам утечки информации. Поставленная задача решается тем, что генератор маскирующих сигналов содержит два идентичных формирователя маскирующих сигналов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных источника шумового сигнала и согласующего усилителя, выход которого соединен со входамипараллельно соединенных фильтров нижних частот, выходы которых черезразвязывающих регулируемых по усилению усилителей соединены со входамиформирователей хаотических импульсных последовательностей,выходы которых соединены с соответствующимивходами сумматора, (1)-й вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, а выход сумматора через усилитель соединен с двумя параллельными входами перемножителя, первый и второй выходы которого являются выходами формирователя маскирующих сигналов, причем первые выходы каждого из двух формирователей маскирующих сигналов являются контрольными, а вторые соединены с соответствующими входами выходного сумматора, выход которого соединен со входом широкополосного усилителя, выход которого является выходом генератора маскирующих сигналов, причем фильтры нижних частот выполнены таким образом, что верхние частоты среза полос пропускания фильтров в 1, в 2 в-1, в удовлетворяют условию в 1 в 2 в-1 в. На фиг. 1 представлена блок-схема генератора маскирующих сигналов, на фиг. 2 схема формирователя хаотических импульсных последовательностей. Заявляемый генератор включает (фиг. 1) два идентичных формирователя маскирующих сигналови , каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных источника шумового сигнала 1 и согласующего усилителя 2, выход которого соединен со входамипараллельно соединенных фильтров нижних частот 3, выходы которых черезразвязывающих регулируемых по усилению усилителей 4 соединены со входамиформирователей хаотических импульсных последовательностей 5. Выходы формирователей хаотических импульсных последовательностей 5 соединены с соответствующимивходами сумматора 6. (1) вход сумматора 6 соединен с выходом согласующего усилителя 2, а выход сумматора 6 через усилитель 7 соединен с двумя параллельными входами пе 3 18525 1 2014.08.30 ремножителя 8. Первый и второй выходы каждого перемножителя 8 являются двумя выходами формирователя маскирующих сигналовили , причем первые выходы каждого из двух формирователей маскирующих сигналовиявляются контрольными, а вторые соединены с соответствующими входами выходного сумматора 9, выход которого соединен со входом широкополосного усилителя 10, выход которого является выходом генератора маскирующих сигналов. Генератор маскирующих сигналов работает следующим образом. От источника шумового сигнала 1 через согласующий усилитель 2 шумовой сигнал поступает на входпараллельно соединенных фильтров нижних частот 3, причем фильтры нижних частот выполнены таким образом, что верхние частоты среза полос пропускания фильтров в 1,в 2 в-, в удовлетворяют условию в 1 в 2 в-1 в. Отличающиеся по частоте шумовые сигналы черезразвязывающих регулируемых по усилению усилителей 4 поступают на входыформирователей хаотических импульсных последовательностей 5, а с их выходов сформированные сигналы в виде хаотических импульсных последовательностей поступают на соответствующиевходов сумматора 6 и далее через усилитель 7 на два параллельных входа перемножителя 8. Из перемножителя 8 возведенные в квадрат сигналы одновременно поступают на первый и второй выходы формирователя маскирующих сигналов, причем первые выходы каждого из двух формирователей маскирующих сигналовиявляются контрольными. Со вторых выходов двух формирователей маскирующих сигналовивозведенные в квадрат сигналы одновременно поступают на входы выходного сумматора 9. Суммарный сигнал из выходного сумматора 9 подается на вход выходного широкополосного усилителя 10. Усиленный выходной сигнал широкополосного усилителя 10 является сформированным маскирующим сигналом. Каждый из формирователей хаотических импульсных последовательностей (фиг. 2) содержит два логических элемента И-НЕ 11 и 12, два сопротивления 13 и 14, емкость 15. Вход формирователя хаотических импульсных последовательностей через сопротивление 13 соединен с двумя входами первого элемента И-НЕ 11, выход которого соединен с двумя входами второго элемента И-НЕ 12. Выход второго элемента И-НЕ 12 через сопротивление 14 соединен с входом первого элемента И-НЕ 11 и одновременно через емкость 15 соединен с выходом схемы формирователя хаотических импульсных последовательностей. Формирователь хаотических импульсных последовательностей работает следующим образом. От развязывающего регулируемого усилителя 4 сигнал поступает через ограничивающее сопротивление 13 на выход второго элемента И-НЕ 12, а с выхода второго элемента И-НЕ 12 сигнал поступает через емкость 15 на вход сумматора 6 и одновременно по цепи обратной связи через сопротивление 14 на входы первого элемента И-НЕ 11. Сущность изобретения заключается в том, что исходный генерируемый источниками шумовой сигнал разбивается наполос, выходы фильтров согласуются с входами, из которых формируются хаотические импульсные последовательности различной длительности. Длительность последовательностей пропорциональна верхней частоте среза шумового сигнала на выходе фильтра нижней частоты. Все хаотические импульсные последовательности после возведения в квадрат суммируются. В суммарном сигнале на выходе сумматора присутствуют низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные составляющие хаотических импульсных последовательностей. Их отображение на экране представляется в виде линий различной длины и точек. Суммированием хаотических импульсных сигналов, возведенных в квадрат, реализуется закон хи-квадрат распределения. Наличие среднечастотных и высокочастотных составляющих хорошо разрушает краевые очертания изображений. 18525 1 2014.08.30 Фильтры нижних частот выполнены таким образом, чтобы верхняя частота среза каждого п фильтра отличалась на коэффициентот частоты среза каждого (-1) фильтра, т.е. в/в-1, где 1. При прохождении через фильтры нижних частот широкополосного шумового сигнала на выходе каждого фильтра кажущаяся частота шума составляет 0,58 в 3. Соответственно изменяется частота шумового процесса при увеличении в - увеличивается и число пересечений случайного процесса и соответственно уменьшается среднее значение длительности импульсов 7. Разбивая полосу шумового сигнала на ряд полос с различными частотами в, получают импульсы с различной шириной и скважностью. Такие импульсы надежней маскируют на экране отображающего устройства крупнодетальные изображения, что хорошо разрушает контурные линии. Фильтры, занимающие небольшие габариты, строят в виде -схемы. Фильтры низких частот широко используются в виде активных схем 8. Выход каждого согласующего усилителя 2 подключен навходов формирователей хаотических импульсных последовательностей 5 (фиг. 2) через фильтры нижних частот 3 и развязывающие усилители 4. Так как частоты среза в фильтров нижних частот отличны,длительность импульсов и частота повторения хаотической импульсной последовательности случайны. Чем ниже частота среза фильтров нижних частот, длительность импульсов превышает длительность импульсов хаотических импульсных последовательностей,сформированных более широкими по частоте шумовыми сигналами, из которых формируют импульсную последовательность. В качестве формирователей использованы логические элементы (например, 2 И-НЕ) 8. Входы логических элементов параллельны. Логика работы логических элементов представлена в таблице. Вход 1 0 0 1 1 Использование заявляемого генератора маскирующих сигналов обеспечивает повышение степени защиты речевых сигналов в аналоговой и цифровой форме, видеосигналов и сигналов звукового сопровождения, сигналов передачи данных при преобразовании их из аналоговой в цифровую форму, передаче ее в цифровой форме по цифровым системам передачи, а также при дальнейшем преобразовании из цифровой формы в аналоговую. Источники информации 1. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. - М., Л. Госэнергоиздат, 1961. - С. 22-25. 2. Бендат Дж.С. Основы теории случайных шумов и ее применение Пер с англ. / Под ред. В.С. Грачева. -М. Наука, 1965. - С. 147. 3. Железняк В.К. Защита информации от утечки по техническим каналам. - СПб. ГУАП, 2006. - С. 142-166. 4. Липатников В.А., Стародубцев Ю.И. Защита информации. - СПб. ВУС, 2001. С. 292 (аналог). 5. Розенберг В.Я. Радиотехнические методы измерения параметров процессов и систем. - М. Изд-во комитета стандартов, мер и измерительных приборов при СМ СССР,1970. - С. 228-246, 253. 6. Федоров Р.Ф., Яковлев В.В., Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. - Л. Машиностроение. Ленинградское отделение, 1978. - С. 28-33 (прототип). 5 18525 1 2014.08.30 7. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы Учебник. - М. Высш. шк., 1983. С. 436-438. 8. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шалино В.В. Цифровые интегральные микросхемы Справочник. - Минск Беларусь, 1991. - С. 46. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.