ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ (АССОЦИАЦИЯ)
«КИСЛОВОДСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
Факультет Инженерный
Кафедра Радиоэлектронных систем
Направление Радиотехника
К защите допустить:
Зав. кафедрой к.т.н., доцент Кротов В.И.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной работе
На тему: «Подсистема шифрования системы условного доступа»
Руководитель работы: к.т.н. доцент Корниенко В.Т.
Консультанты:
по экономическому разделу _________________к.э.н. Курданов М.Д.
по разделу безопасности и экологичности Сербулова Т.Н.
Студент: Ахмыстов Данила Фёдорович, гр. 242
Кисловодск
2017
Реферат
Выпускная квалификационная работа посвящена разработке подсистемы шифрования системы условного доступа цифрового телевещания.
Рассмотрена система передачи информации, которая позволяет передавать цифровую информацию удаленным абонентам через радиоканал; описаны этапы проектирования, разработаны структурная и функциональная схемы системы; проведено моделирование на ЭВМ; разработано программное обеспечение системы; выполнено технико-экономическое обоснование работы, рассмотрены вопросы экологичности и безопасности подсистемы.
Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.
Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить длину регенерационного участка лишь на несколько процентов.
Стабильность параметров каналов цифровой системы передачи. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.
Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надежностными и качественными показателями.
Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.
С другой стороны, эффективным способом обеспечения защиты передаваемой информации по незащищенным каналам связи является криптографическое преобразование сообщений. Эта эффективность объясняется возможностью обеспечения гарантированной стойкости зашифрованной информации.
В выпускной квалификационной работе выполнено проектирование макета цифровой системы передачи информации по радиоканалу. В ходе проектирования разрабатывается структурная схема системы, рассчитываются ее основные параметры и характеристики. Разработано устройство предварительной обработки передаваемых сообщений и сопряжения системы с источником информации.
Основным направлением разработки является возможность реализации программируемой структуры системы: разработка системы программных средств связи, когда возможно изменение способа модуляции и кодирования без изменения аппаратной части системы.
Данная разработка представляет собой макет цифровой системы связи, включающий в себя все этапы предварительной обработки информации с применением криптостойких алгоритмов шифрования в реализации на аппаратном уровне.
Система предназначена для исследования методов построения современных систем цифровой передачи данных и включает в себя изучение следующих дисциплин: передача дискретных сообщений, цифровая обработка сигналов, цифровая схемотехника, криптография, аппаратно программные комплексы, системы автоматического проектирования цифровых устройств.
Практическая ценность данной работы очевидна, и заключается главным образом в демонстрации современных способов построения систем телекоммуникаций с помощью современной элементной базы.
1. Анализ технического задания
шифрование доступ радиоканал
1.1 Постановка задачи
В соответствии с техническим заданием на проектирование необходимо разработать систему передачи дискретной информации по радиоканалу. Система предназначается для макетирования цифровой системы связи. В дальнейшем, на основе данной разработки возможно построения сети передачи данных.
Для выбора путей решения поставленной задачи необходимо рассмотреть ряд общих вопросов, связанных с условиями и организацией функционирования проектируемой системы: рассмотреть характеристики каналов связи и их параметры, способы передачи дискретных сообщений по каналам связи, способы защиты информации, передаваемой по незащищенным каналам связи. После этого можно оценить возможные варианты решения поставленной задачи и выбрать наиболее подходящий из них.
1.2 Технология передачи конфиденциальных сведений по незащищенным каналам связи
Задача защиты закрытой информации при ее передаче по незащищенным каналам связи носит комплексный характер и включает в себя как организационно-правовые, так и технические мероприятия. Организационно-правовые мероприятия включают в себя определение степени конфиденциальности передаваемой информации, определение порядка обращения с такого рода сведениями, установление границ контролируемых зон (зон, в пределах которых допускается хранение и обработка конфиденциальной информации), режима доступа в контролируемые зоны и к средствам обработки и передачи закрытой информации и т. д.
Технический аспект проблемы включает в себя решение ряда инженерных задач:
- обеспечение требуемой степени достоверности и скорости передачи информации от источника к получателю сообщений в условиях прогнозируемых помеховых воздействий - эта задача решается путем соответствующего выбора энергетических и временных параметров системы (вида сигналов, методов их формирования и обработки, способов помехоустойчивого кодирования, протоколов передачи данных и т.д.);
- обеспечение требуемой степени защиты информации при ее передаче по незащищенным каналам связи - эта задача подразумевает выбор методов и параметров шифрования сообщений в соответствии с грифом ее конфиденциальности, срока жизни и возможностей потенциального злоумышленника;
- обеспечение инженерной защиты контролируемых зон и средств обработки и передачи информации - эта задача подразумевает введение в конструкцию системы устройств, исключающих ее несанкционированное включение и использование.
На рисунке 1.1 представлена типовая схема передачи информации по дискретным незащищенным каналам связи .
Верхние блоки диаграммы отражают процесс преобразования сигнала на пути от источника к передатчику. Нижние блоки диаграммы - преобразование сигнала на пути от приемника к получателю информации, они противоположны верхним блокам. Блоки модуляции и демодуляции/детектирования вместе называются модемом.
Информация источника подвергается шифрованию в соответствии с определенным криптоалгоритмом и необходимым ключом. Следующий этап - канальное кодирование (коды коррекции ошибок). Здесь в сообщение вносится избыточность с целью обеспечить возможность исправления на приемной стороне всех или некоторых возникших в процессе передачи ошибок. Импульсная модуляция - это еще один необходимый этап, поскольку каждый символ, который требуется передать, вначале нужно преобразовать из двоичного представления (уровни напряжений - двоичный ноль или единица) в видеосигнал. Блок импульсно-кодовой модуляции обычно включает фильтрацию с целью достижения минимальной полосы передачи. Для систем передачи радиочастотного диапазона сформированный поток битов поступает на полосовой модулятор, посредством которого информация преобразуется в сигналы, совместимые с требованиями, налагаемыми каналом передачи данных. Далее модулированный сигнал поступает в передатчик и в канал связи.
Рисунок 1.1 - Типовая схема системы цифровой связи
В процессе прохождения модулированного сигнала через канал связи сигнал подвергается воздействию шумов и помех. Искаженный сигнал поступает на вход приемника. Структура приемной части является зеркальным отражением структуры передатчика -- сигнал проходит через блоки, в обратном порядке осуществляющие преобразования, обратные по отношению к тем, что производились в передатчике.
На диаграмме присутствует блок синхронизации, являющийся важным компонентом, обеспечивающий правильное функционирование всей системы в целом.
Задача проектирования заключается в выборе структуры системы передачи данных, ее временных и энергетических параметров, алгоритмов формирования и обработки сигналов, обеспечивающих заданные техническим заданием скорость, качество и надежность передачи сообщений.
Необходимо заметить, что системы связи относятся к классу сложных объектов проектирования, в связи, с чем их исчерпывающее описание как в техническом задании на проектирование, так и в технической документации, представляющей результаты проектирования, крайне затруднительно. Поэтому в техническом задании на проектирование, обычно, задаются лишь наиболее общие характеристики и параметры системы, и проектировщик имеет определенную свободу выбора не регламентируемых техническим заданием и иными нормативными документами (разного рода стандартами, регламентами, нормативами и т.д.) параметров и характеристик. Следовательно, принципиально можно построить некоторое множество систем, удовлетворяющих требованиям технического задания и соответствующих нормативных документов, и, тем не менее, существенно отличающихся друг от друга некоторыми, не регламентируемыми параметрами. В связи с этим перед проектировщиком часто возникает проблема множественного выбора вариантов построения системы. При решении этих задач проектировщик должен учитывать ряд дополнительных факторов: экономических, технологических, временных, ситуационных и т.д.
Процесс проектирования является, как правило, итерационным, т.е. задача проектирования решается путем последовательных приближений с уточнением и корректировкой полученных ранее результатов и возвратом при необходимости на один или несколько шагов назад.
Скорость и качество передачи сообщений определяется, прежде всего, типом линии связи. Линия связи определяет также требования к кодерам и устройствам преобразования сигналов.
Надежность передачи сообщений в широком смысле подразумевает как своевременную доставку сообщения получателю, так и обеспечение его защиты от несанкционированного доступа. Надежность передачи сообщений зависит, прежде всего, от выбора протокола передачи данных в системе связи и от алгоритмов и параметров шифрования первичного сообщения.
1.3 Выбор способов защиты передаваемых сообщений
Понятие “защита информации” носит комплексный характер и включает в себя, по меньшей мере, две стороны проблемы. Первая - сохранение информации от несанкционированного использования некоторым посторонним лицом (злоумышленником), вторая - предотвращение утраты или искажения информации в процессе передачи или хранения.