Скремблер

редактировать
Телекоммуникационное устройство, используемое, чтобы сделать сигнал непонятным для непредусмотренных получателей

В телекоммуникациях, скремблер - это устройство, которое транспонирует или инвертирует сигналы или иным образом кодирует сообщение на стороне отправителя, чтобы сделать сообщение неразборчивым для получателя, не оснащенного соответствующим образом настроенным устройством дескремблирования. В то время как шифрование обычно относится к операциям, выполняемым в цифровом домене, скремблирование обычно относится к операциям, выполняемым в аналоговом домене. Скремблирование выполняется путем добавления компонентов к исходному сигналу или изменения некоторых важных компонентов исходного сигнала, чтобы затруднить извлечение исходного сигнала. Примеры последнего могут включать удаление или изменение вертикальных или горизонтальных синхроимпульсов в телевизионных сигналах; телевизоры не смогут отображать изображение с такого сигнала. Некоторые современные скремблеры на самом деле являются шифровальными устройствами, название которых осталось из-за сходства в использовании, в отличие от внутренней работы.

В телекоммуникациях и записи скремблер (также называемый рандомизатором) - это устройство, которое управляет потоком данных перед передачей. Манипуляции отменяются дескремблером на принимающей стороне. Скремблирование широко используется в спутниковой, радиорелейной связи и PSTN модемах. Скремблер может быть размещен непосредственно перед кодером FEC или после FEC, непосредственно перед модуляцией или линейным кодом. Скремблер в этом контексте не имеет ничего общего с шифрованием, поскольку цель состоит не в том, чтобы сделать сообщение неразборчивым, а в том, чтобы придать передаваемым данным полезные технические свойства.

Скремблер заменяет последовательности (называемые последовательностями отбеливания) на другие последовательности, не удаляя нежелательные последовательности, и в результате он изменяет вероятность появления неприятных последовательностей. Ясно, что это не является надежным, поскольку есть входные последовательности, которые дают все нули, все единицы или другие нежелательные периодические выходные последовательности. Следовательно, скремблер не является хорошей заменой строчному коду , который на этапе кодирования удаляет нежелательные последовательности.

Содержание

  • 1 Цели скремблирования
  • 2 Типы скремблеров
    • 2.1 Аддитивные (синхронные) скремблеры
    • 2.2 Мультипликативные (самосинхронизирующиеся) скремблеры
    • 2.3 Сравнение скремблеров
  • 3 Шум
  • 4 Криптографический
  • 5 Дескремблирующий
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки и ссылки

Цели скремблирования

Скремблер (или рандомизатор) может быть либо :

  1. Алгоритм, преобразующий входную строку в кажущуюся случайную выходную строку той же длины (например, псевдослучайно выбирая биты для инвертирования), тем самым избегая длинных последовательностей битов одинакового значения; в этом контексте рандомизатор также называется скремблером.
  2. Аналоговый или цифровой источник непредсказуемых (т. е. с высокой энтропией), несмещенных и обычно независимых (т. е. случайных) выходных битов. "Истинный" генератор случайных чисел может использоваться для подачи (более практичного) детерминированного псевдослучайного генератора случайных чисел, который расширяет случайное начальное число значение.

Существует две основные причины, по которым используется скремблирование:

  • Для обеспечения точного восстановления синхронизации на приемном оборудовании без использования избыточного линейного кодирования. Он облегчает работу (см. Также Восстановление тактового сигнала ), автоматической регулировки усиления и других адаптивных схем приемника (устраняя длинные последовательности, состоящие только из «0» или «1».
  • Для рассеивания энергии по несущей, уменьшая сигнал между несущими помехи. Он устраняет зависимость спектра мощности сигнала от фактических передаваемых данных, делая его более рассредоточенным для удовлетворения требований максимальной спектральной плотности мощности (поскольку, если мощность сконцентрирована в узкой полосе частот, она может мешать соседним каналов из-за интермодуляции (также известной как кросс-модуляция), вызванной нелинейностями приемного тракта).

Скремблеры являются важными компонентами системных стандартов физического уровня помимо кодирование с чередованием и модуляция. Обычно они определяются на основе регистров сдвига с линейной обратной связью (LFSR) из-за их хороших статистических свойств и простоты реализации на аппаратном уровне.

Органы по стандартизации физического уровня обычно называют шифрование нижнего уровня (физический уровень и канальный уровень ) скремблированием. Это вполне может быть связано с тем, что используемые (традиционные) механизмы также основаны на регистрах сдвига с обратной связью. Некоторые стандарты для цифрового телевидения, такие как DVB-CA и MPE, называют шифрование на канальном уровне скремблированием.

Типы скремблеров

  • Аддитивные (синхронные) скремблеры
  • Мультипликативные (самосинхронизирующиеся) скремблеры

Аддитивные (синхронные) скремблеры

Аддитивный скремблер (дескремблер), используемый в DVB

Аддитивные скремблеры (их также называют синхронными) преобразуют поток входных данных, применяя псевдослучайную двоичную последовательность (PRBS) (сложением по модулю два). Иногда используется предварительно вычисленная PRBS, хранимая в постоянной памяти, но чаще она генерируется регистром сдвига с линейной обратной связью (LFSR).

Для обеспечения синхронной работы LFSR передачи и приема (то есть скремблера и дескремблера) должно использоваться синхрослово.

Синхронизирующее слово - это шаблон, который помещается в поток данных через равные интервалы (то есть в каждый кадр ). Приемник ищет несколько синхрослов в соседних кадрах и, следовательно, определяет место, когда его LFSR должен быть перезагружен с предопределенным начальным состоянием.

Аддитивный дескремблер - это то же самое устройство, что и аддитивный скремблер.

Аддитивный скремблер / дескремблер определяется полиномом его LFSR (для скремблера на картинке выше это 1 + z - 14 + z - 15 {\ displaystyle 1 + z ^ {- 14} + z ^ {- 15}}{\ displaystyle 1 + z ^ {- 14} + z ^ {- 15}} ) и его начальное состояние.

Мультипликативные (самосинхронизирующиеся) скремблеры

Мультипликативный скремблер, используемый в рекомендации V.34 Мультипликативный дескремблер, используемый в рекомендации V.34

Мультипликативные скремблеры (также известные как сквозные) называются так потому, что они выполняют умножение входного сигнала на передаточную функцию скремблера в Z-пространстве. Это дискретные линейные неизменяющиеся во времени системы. Мультипликативный скремблер рекурсивен, а мультипликативный дескремблер нерекурсивен. В отличие от аддитивных скремблеров, мультипликативные скремблеры не нуждаются в кадровой синхронизации, поэтому их еще называют самосинхронизирующимися. Мультипликативный скремблер / дескремблер определяется аналогично полиномом (для скремблера на картинке это 1 + z - 18 + z - 23 {\ displaystyle 1 + z ^ {- 18} + z ^ {- 23}}{\ displaystyle 1 + z ^ {- 18} + z ^ {- 23}} ), которая также является передаточной функцией дескремблера.

Сравнение скремблеров

Скремблеры имеют определенные недостатки:

  • Оба типа могут не генерировать случайные последовательности в наихудших условиях ввода.
  • Мультипликативные скремблеры приводят к умножению ошибок во время дескремблирования (т.е. однобитовая ошибка на входе дескремблера приведет к w ошибкам на его выходе, где w равно количеству ответвлений скремблера).
  • Аддитивные скремблеры должны быть сброшены синхронизацией кадра; если это не удается, это приведет к массовому распространению ошибок, поскольку полный кадр не может быть дескремблирован.
  • Эффективная длина случайной последовательности аддитивного скремблера ограничена длиной кадра, которая обычно намного короче периода PRBS. Добавляя номера кадров в синхронизацию кадров, можно увеличить длину случайной последовательности путем изменения случайной последовательности в соответствии с номером кадра.

Шум

Первые скремблеры голоса были изобретены в Bell Labs в период непосредственно перед Второй мировой войной. Эти наборы состояли из электроники, которая могла смешивать два сигнала или, альтернативно, «вычитать» один сигнал обратно. Два сигнала подавались телефоном и проигрывателем. Была произведена соответствующая пара записей, каждая из которых содержала одинаковую запись шума. Запись была воспроизведена в телефоне, и смешанный сигнал был отправлен по проводам. Затем шум был вычтен на дальнем конце с использованием соответствующей записи, оставив исходный голосовой сигнал нетронутым. Подслушивающие могли слышать только шумный сигнал, не понимая голоса.

Один из них, использовавшийся (среди прочего) для телефонных разговоров между Уинстоном Черчиллем и Франклином Д. Рузвельтом, был перехвачен и расшифрован немцами. По крайней мере, один немецкий инженер работал в Bell Labs до войны и придумал способ их сломать. Более поздние версии были настолько разными, что немецкая команда не смогла их расшифровать. Ранние версии были известны как "" (от ATT Corporation ). Несвязанное устройство с именем SIGSALY использовалось для голосовой связи более высокого уровня.

Шум был обеспечен на больших пластинках из шеллака фонографа, сделанных парами, отправленных по мере необходимости и уничтоженных после использования. Это сработало, но было чрезвычайно неудобно. Просто добиться синхронизации двух записей оказалось непросто. Послевоенная электроника значительно упростила работу с такими системами, создав псевдослучайный шум на основе короткого входного тона. При использовании вызывающий абонент будет воспроизводить тональный сигнал в телефоне, а затем оба скремблера будут прослушивать сигнал и синхронизироваться с ним. Однако это обеспечивало ограниченную безопасность, так как любой слушатель с базовыми знаниями электронной схемы часто мог создать машину с достаточно похожими настройками, чтобы нарушить связь.

Криптографическое

Именно необходимость синхронизации скремблеров подсказала Джеймсу Х. Эллису идею несекретного шифрования, которая в конечном итоге привело к изобретению как алгоритма шифрования RSA, так и обмена ключами Диффи-Хеллмана задолго до того, как любой из них был публично изобретен Ривестом, Шамиром, и Адлеман, или Диффи и Хеллман.

. Последние скремблеры не скремблеры в прямом смысле этого слова, а скорее дигитайзеры в сочетании с шифровальными машинами. В этих системах исходный сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, а затем цифровые данные шифруются и отправляются. Используя современные системы с открытым ключом, эти «скремблеры» намного безопаснее, чем их более ранние аналоговые аналоги. Только эти типы систем считаются достаточно безопасными для конфиденциальных данных.

Инверсия голоса скремблирование может быть таким же простым, как инвертирование полос частот вокруг статической точки, в различные сложные методы изменения точки инверсии случайным образом и в реальном времени и с использованием нескольких полос.

«Скремблеры», используемые в кабельном телевидении, предназначены для предотвращения случайной кражи сигнала, а не для обеспечения реальной безопасности. Ранние версии этих устройств просто «инвертировали» один важный компонент телевизионного сигнала, повторно инвертируя его на стороне клиента для отображения. Более поздние устройства были лишь немного сложнее, полностью отфильтровывая этот компонент, а затем добавляя его, исследуя другие части сигнала. В обоих случаях схема может быть легко построена любым достаточно осведомленным любителем. (См. Шифрование телевидения.)

Электронные наборы для скремблирования и дескремблирования можно приобрести у поставщиков, увлеченных своими увлечениями. Сканеры энтузиасты часто используют их для прослушивания зашифрованных сообщений на автомобильных гонках и некоторых общественных передач. Это также распространено в радиостанциях FRS. Это простой способ узнать о скремблировании.

Термин «скремблирование» иногда неправильно используется, когда имеется в виду глушение.

Descramble

Descramble в контексте кабельного телевидения - это процесс получения скремблированного или зашифрованного видеосигнала, который был предоставлен компанией кабельного телевидения. для телевизионных услуг премиум-класса, обрабатываемых скремблером, а затем предоставляемых по коаксиальному кабелю и доставляемых в домохозяйство, где приставка телеприставка повторно обрабатывает сигнал, таким образом расшифровывая его и делая доступным для просмотра на телевизоре. Дескремблер - это устройство, которое восстанавливает изображение и звук зашифрованного канала. Дескремблер должен использоваться с кабельным конвертером , чтобы иметь возможность расшифровывать все платные и платные каналы системы кабельного телевидения.

См. Также

Справочная информация

Внешние ссылки и справочные материалы

Последняя правка сделана 2021-06-07 06:49:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: mail@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте