Скрамблер

В телекоммуникациях Scrambler - это устройство, которое транспонирует или переворачивает сигналы или иным образом кодирует сообщение со стороны отправителя, чтобы сделать сообщение неразборчивым на приемнике, не оснащенном подходящим устанавливающим устройством. Принимая во внимание, что шифрование обычно относится к операциям, выполняемым в цифровом домене, скремблинг обычно относится к операциям, выполняемым в аналоговом домене. Скрембение осуществляется путем добавления компонентов к исходному сигналу или изменением какого -либо важного компонента исходного сигнала, чтобы затруднить извлечение исходного сигнала. Примеры последнего могут включать удаление или изменение вертикальных или горизонтальных синхронизационных импульсов в телевизионных сигналах; Телевизии не смогут отображать изображение из такого сигнала. Некоторые современные скрембцы на самом деле являются устройствами шифрования , именем, оставшимся из -за использования сходства, в отличие от внутренней работы.

В телекоммуникациях и записи , скрамблер (также называемый рандомизатором ) - это устройство, которое манипулирует потоком данных перед передачей. Манипуляции обращаются вспять дескмблер на приемной стороне. Схватка широко используется в спутниковых , радиочастотных коммуникациях и модемах PSTN . Скрамблер можно разместить непосредственно перед кодером FEC , или его можно разместить после FEC, непосредственно перед модуляцией или кодом линии . Скрамблер в этом контексте не имеет ничего общего с шифрованием , поскольку намерение состоит не в том, чтобы сделать сообщение неразборчивым, а для предоставления передаваемых данных полезных инженерных свойств.

Скрамблер заменяет последовательности (называемые отбеливающими последовательностями ) с другими последовательностями без удаления нежелательных последовательностей, и в результате он изменяет вероятность возникновения досадных последовательностей. Очевидно, что это не надежно, так как есть входные последовательности, которые дают все-нулевые, всеологические или другие нежелательные периодические выходные последовательности. Следовательно, скрамблер не является хорошей заменой кода линии , который на шаге кодирования удаляет нежелательные последовательности.

Цели борьбы

Скрамблер (или рандомизер) может быть либо:

Алгоритм, который преобразует входную строку в, казалось бы, случайную выходную строку одинаковой длины (например, псевдопондер, выбирая биты для инвертирования), что позволяет избежать длинных последовательностей битов одного и того же значения; В этом контексте рандомизатор также называется скремлером.
Аналоговый или цифровой источник непредсказуемых (то есть высокой энтропии), беспристрастных и обычно независимых (т. Е. Случайные) выходные биты. «Истинно» случайный генератор может использоваться для подачи (более практического) детерминированного генератора псевдолудочного числа , который увеличивает случайное значение семян .

Есть две основные причины, по которым используется скремблирование:

Чтобы обеспечить точное восстановление времени на оборудовании приемника, не прибегая к избыточному кодированию. Он облегчает работу схемы восстановления времени (см. Также восстановление часов ), автоматическое управление усилением и другие адаптивные схемы приемника (исключая длинные последовательности, состоящие из «0» или «1»).
сигнала межсадочного перевозки Для рассеивания энергии на носителе, уменьшение интерференции . сигнала Он устраняет зависимость спектра мощности от фактических передаваемых данных, что делает его более диспергированным, чтобы соответствовать требованиям максимальной спектральной плотности мощности (поскольку, если мощность сосредоточена в узкой частотной полосе, он может мешать соседним каналам из -за интермодуляции ( также известный как перекрестная модуляция), вызванная нелинейностью приемного тракта).

Scramblers являются важными компонентами стандартов системы физических слоев, помимо чередованного кодирования и модуляции . Они обычно определяются на основе регистров смены линейной обратной связи (LFSR) из-за их хороших статистических свойств и простоты реализации в оборудовании.

Обычные тела стандартов физического слоя ссылаются на шифрование с низким уровнем (физический слой и слой связи ) как скремблинг. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Это вполне может быть связано с тем, что (традиционные) используемые механизмы также основаны на регистрах смены обратной связи.

Некоторые стандарты для цифрового телевидения , такие как DVB-CA и MPE , относятся к шифрованию на слое ссылки как скремблинг.

Типы скрамблеров

Аддитивные (синхронные) скрембцы

Аддитивные скремблеры (они также называются синхронными ) преобразуют поток входных данных, применяя бинарную последовательность псевдолуаров (PRBS) (с помощью добавления модуля-двой). Иногда используется предварительно рассчитанная PRB, хранящиеся в памяти только для чтения , но чаще это генерируется линейной подачей на смену (LFSR).

Чтобы обеспечить синхронную работу передачи и получения LFSR (то есть Scrambler и Descrambler ), синхронизированное слово необходимо использовать .

Синхронизация-это шаблон, который помещается в потоку данных через равные интервалы (то есть в каждом кадре ). Приемник ищет несколько синхронизационных слов в соседних кадрах и, следовательно, определяет место, когда его LFSR должен быть перезагружен с предварительно определенным начальным состоянием .

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

Аддитивный скремблер/дескримблер определяется полиномом его LFSR (для скремблера на рисунке выше, это $1+z^{-14}+z^{-15}$ ) и его начальное состояние .

Мультипликативные (самоинхронизирующие) скрембцы

Мультипликативные скважины (также известные как промокание ) называются поэтому, поскольку они выполняют умножение скремблера входного сигнала на передаточную функцию в Z-пространстве . Это дискретные линейные временные системы. Мультипликативный скремблер является рекурсивным, а мультипликативный дескримблер не рекурсивный. В отличие от аддитивных скважин, мультипликативные скрэмблы не нуждаются в синхронизации кадры, поэтому их также называют самоинхронизирующими . Мультипликативный скремблер/дескримблер определяется аналогичным $1+z^{-18}+z^{-23}$ ), которая также является передачей функции Descrambler.

Сравнение скрамблеров

Скрамблеры имеют определенные недостатки:

Оба типа могут не генерировать случайные последовательности в условиях ввода в худшем случае.
Мультипликативные скважины приводят к умножению ошибок во время описания (то есть единичная ошибка при вводе Descrambler приведет к ошибкам w на его выходе, где W равняется количеству ударов обратной связи Scrambler).
Аддитивные скважины должны быть сброшены с помощью синхронизации кадра; Если это не удастся, приведет массивное распространение ошибок, так как полный кадр не может быть описан. (В качестве альтернативы, если вы знаете, что было отправлено, скрамблер может быть синхронизирован)
Эффективная длина случайной последовательности аддитивного скремблера ограничена длиной кадра, которая обычно намного короче, чем период PRB. Добавляя числа кадров в синхронизацию кадры, можно расширить длину случайной последовательности, изменяя случайную последовательность в соответствии с номером кадров.

Шум

Первые голосовые скважины были изобретены в Bell Labs в период непосредственно перед Второй мировой войной . Эти наборы состояли из электроники, которая могла смешать два сигнала или альтернативно «вычесть» один сигнал снова. Два сигнала были предоставлены телефоном и проигрывателем . Была произведена соответствующая пара записей, каждая из которых содержала одинаковую запись шума . Запись была воспроизведена в телефон, и смешанный сигнал был отправлен над проводом. Затем шум вычитали на дальнем конце, используя соответствующую запись, оставляя исходный голосовой сигнал нетронутым. Подслушивание услышат только шумный сигнал, неспособный понять голос.

Один из них, использованный (среди других обязанностей) для телефонных разговоров между Уинстоном Черчиллом и Франклина Д. Рузвельтом, был перехвачен и не сорвался немцами . По крайней мере, один немецкий инженер работал в Bell Labs до войны и придумал способ сломать их. Более поздние версии были достаточно отличались, и немецкая команда не смогла их бездействовать. Ранние версии были известны как « A-3 » (от AT & T Corporation ). Неподвижное устройство, называемое Sigsaly, использовалось для голосовой связи более высокого уровня.

Шум был предоставлен на больших записях фонографа Shellac , сделанных парами, поставляемыми по мере необходимости, и уничтожали после использования. Это сработало, но было чрезвычайно неловко. Просто достижение синхронизации двух записей оказалось трудным. Послевоенная электроника значительно облегчила работу, создавая псевдо-рэндомом, на основе короткого входного тона. При использовании вызывающий абонент будет воспроизводить тон в телефон, и оба подразделения Scrambler будут прослушать сигнал и синхронизироваться с ним. Это обеспечило ограниченную безопасность, однако, поскольку любой слушатель, имеющий базовые знания электронных схем, часто мог создавать машину схожих настройки для проникновения в связь.

Криптографический

Это была необходимость синхронизировать скремблеров, которые предложили Джеймсу Х. Эллису идею не секретного шифрования , что в конечном итоге привело к изобретению как RSA алгоритма шифрования , так и ключевого обмена Diffie-Hellman задолго до того, как они были публично переосмыслены публично по Rivest ,, Шамир , и Адлман , или Диффи и Хеллман .

Последние схватки - это не схватки в прямом смысле слова, а скорее цифровые в сочетании с машинами шифрования. В этих системах исходный сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, а затем цифровые данные шифруются и отправляются. Используя современные системы общедоступных ключ , эти «скрембцы» гораздо более безопасны , чем их более ранние аналоговые аналоговые аналоги. Только эти типы систем считаются достаточно безопасными для конфиденциальных данных.

Проблема голоса может быть таким же простым, как инвертировать полосы частот вокруг статической точки в различные сложные методы изменения точки инверсии случайным образом и в реальном времени и использования нескольких полос.

«Scramblers», используемые в кабельном телевидении, предназначены для предотвращения повседневного кражи сигналов, а не для обеспечения какой -либо реальной безопасности. Ранние версии этих устройств просто «инвертировали» один важный компонент телевизионного сигнала, повторно инвертируя его в конце клиента для отображения. Более поздние устройства были лишь немного более сложными, полностью отфильтровывая этот компонент, а затем добавив его путем изучения других частей сигнала. В обоих случаях схема может быть легко построена любым разумно осведомленным любителем. (См. Телевизионное шифрование .)

Электронные комплекты для скремблирования и описания доступны у поставщиков любителей. Энтузиасты сканера часто используют их для прослушивания в аразированных общениях на автомобильных гонках и некоторых передачах общественного обслуживания. Это также распространено в радиостанциях FRS . Это простой способ узнать о схватке.

Термин «скремблинг» иногда используется неправильно, когда заклинивание подразумевается .

Descarmble

продуцируют В контексте кабельного телевидения акт принятия скремблированного или зашифрованного видеосигнала, который был предоставлен кабельной телевизионной компанией для премиальных телевизионных услуг, обработанный скрамблером и затем поставляется через коаксиальный кабель и доставлен в дом, где установлен Верхняя коробка перерабатывает сигнал, тем самым описывая его и делая его доступным для просмотра на телевизионном наборе. Descrambler - это устройство, которое восстанавливает изображение и звук скремблированного канала. Descrambler должен использоваться с коробкой для конвертера кабеля , чтобы иметь возможность не зашеивать все каналы премиум-класса и платеж за просмотр кабельного телевизионного телевизионного телевидения.

Смотрите также

Ссылки

^ En 301 192, Спецификации для вещания данных , Европейский институт стандартов телекоммуникаций (ETSI), 2004.
^ ETR 289, Поддержка использования скремблирования и условного доступа (CA) в рамках цифровых вещательных систем , Европейский институт стандартов телекоммуникаций (ETSI), 1996.

Внешние ссылки и ссылки

[1] Структура кадрирования DVB , кодирование канала и модуляция для спутниковых служб 11/12 ГГц (EN 300 421)
V.34 ITU-T recommendation
Intelsat Earth Station Standard IESS-308
Эта статья включает в себя материал общественного достояния из Федеральный стандарт 1037c . Администрация общих услуг . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).

[1] En 301 192, Спецификации для вещания данных , Европейский институт стандартов телекоммуникаций (ETSI), 2004.

[2] ETR 289, Поддержка использования скремблирования и условного доступа (CA) в рамках цифровых вещательных систем , Европейский институт стандартов телекоммуникаций (ETSI), 1996.

[ 1 ]

[ 2 ]