2.2 Методи скремблювання в часовій області аналогового сигналу

Скремблювання в часовій області реалізується за такими принципами (див. рис. 9).

Спочатку аналоговий початковий сигнал ділиться на рівні проміжки часу – кадри. Кожен кадр, у свою чергу, також ділиться на ще менші частини – сегменти. Початковий сигнал перетворюється шляхом перестановки сегментів у середині кожного кадру. Для цього він на передавальній стороні записується на носій аналогової інформації (наприклад, магнітну стрічку), який розділяється на рівні частини, пронумеровані по порядку. Потім ці частини переставляються згідно з визначеною перестановкою і передаються каналом зв'язку.

На приймальній стороні отриманий зашифрований сигнал знову записується на носій аналогової інформації, який, у свою чергу, розділяється на ті ж частини, як і при передачі. Потім ці частини переставляються згідно зі зворотною перестановкою, після чого відновлюється початковий сигнал.

Розглянутий принцип перетворення не залежить від секретного ключа. Тобто це приклад кодування, що не стійкий до атак супротивника, який має аналогічне обладнання. Для усунення цього недоліку використовується генератор псевдовипадкових чисел, що обирає підстановку для кожного кадру аналогового мовного сигналу.

Рисунок 9. Структурна схема скремблювання в часовій області

При реалізації цього методу шифрування необхідно обрати довжини кадрів і сегментів.

Оскільки у середині сегменту аналоговий сигнал не руйнується, то сегменти треба обирати настільки короткими, щоб вони не містили цілі фрагменти повідомлення, наприклад окремі слова. З іншого боку, довжина сегменту серйозно впливає на якість звучання сигналу, що пояснюється чисто технічними причинами. Чим менше сегмент, тим нижче якість звучання при передачі інформації. Тому при виборі довжини сегменту потрібно визначитися із розумним компромісом.

В свою чергу, при виборі довжини кадру необхідно враховувати фактор часової затримки між вхідним сигналом, що підлягає зашифруванню, і відновленим початковим сигналом на прийомі. Тобто мова йде про погіршення якості зв’язку при виборі довгих кадрів для шифрування.

Проте для підвищення стійкості шифрування потрібні навпаки досить довгі кадри, бо у цьому випадку зменшується залишкова розбірливість зашифрованих сигналів.

Існує також проблема з вибором довжини сегментів. Так, на практиці експериментально перевіряється будь-який вибір довжини сегменту на слух. Експерименти показують, що якщо довжина кадру недостатньо велика, то такі криптографічні перетворення не є стійкими. У більшості випадків для криптографічних перетворень цього типу кадри ділять на число сегментів, що знаходиться в межах від 8 до 16, причому зазвичай тривалість кожного сегменту складає від 20 до 60 мс.

У цьому контексті потрібно окремо звернути увагу на питання «слабких» та «сильних» підстановок, що використовуються як у методах скремблювання в часовій області аналогового сигналу, так і в частотній.

Так, перед нами стоять питання, у чому різниця між «слабкими» та «сильними» перестановками, як вони впливають на якість (тобто стійкість) криптографічних перетворень, а також як їх обирати при реалізації методів шифрування?

«Слабкими» підстановками в методах аналогового шифрування прийнято вважати такі підстановки, що мають слабкі перемішувальні властивості, відповідно, призводять до появи великої залишкової розбірливості зашифрованих сигналів. Тобто в зашифрованому сигналі можливо на слух розпізнати окремі слова або фрази.

Наприклад, підстановки та мають різні перемішувальні властивості, які можна оцінити наступною формулою.

,

де: – середнє зміщення підстановки (або фактор зсуву підстановки ); n – довжина підстановки (у нашому випадку 8); i – значення верхнього рядка підстановки (у нашому випадку від 1 до 8); – значення нижнього рядка підстановки для відповідного значення i (у нашому випадку для першої підстановки , наприклад, =1); – значення по модулю.

Таким чином,

,

.

Як ми бачимо, підстановка має значно менше значення фактору зсуву порівняно з підстановкою , відповідно, значно менші перемішувальні властивості та значно більшу залишкову розбірливість зашифрованих сигналів.