Scrambler - Scrambler

V telekomunikacích je scrambler zařízení, které transponuje nebo invertuje signály nebo jinak kóduje zprávu na straně odesílatele, aby byla zpráva nesrozumitelná u přijímače, který není vybaven vhodně nastaveným dekódovacím zařízením. Zatímco šifrování obvykle odkazuje na operace prováděné v digitální doméně, kódování obvykle odkazuje na operace prováděné v analogové doméně. Zakódování je dosaženo přidáním složek k původnímu signálu nebo změnou některé důležité složky původního signálu, aby se těžba původního signálu ztížila. Mezi příklady těchto funkcí může patřit odstranění nebo změna vertikálních nebo horizontálních synchronizačních pulzů v televizních signálech; Televizory nebudou schopny zobrazit obraz z takového signálu. Některé moderní scramblery jsou ve skutečnosti šifrovací zařízení, jejichž název zůstává kvůli podobnostem v používání, na rozdíl od interního provozu.

V telekomunikacích a nahrávání je scrambler (označovaný také jako randomizer ) zařízení, které před přenosem manipuluje s datovým proudem. Manipulace jsou obráceny dekódovačem na přijímací straně. Zakódování je široce používáno v satelitních , radioreléových komunikacích a PSTN modemech. Scrambler může být umístěn těsně před FEC kodér, nebo může být umístěn za FEC, těsně před modulací nebo řádkovým kódem . Scrambler v tomto kontextu nemá nic společného se šifrováním , protože záměrem není učinit zprávu nesrozumitelnou, ale dát přenášeným datům užitečné technické vlastnosti.

Scrambler nahradí sekvence (označované jako bělící sekvence ) jinými sekvencemi, aniž by odstranil nežádoucí sekvence, a v důsledku toho změní pravděpodobnost výskytu nepříjemných sekvencí. Je zřejmé, že to není spolehlivé, protože existují vstupní sekvence, které poskytují nuly, všechny nebo jiné nežádoucí periodické výstupní sekvence. Scrambler proto není dobrou náhradou za řádkový kód , který krokem kódování odstraňuje nežádoucí sekvence.

Účely míchání

Scrambler (nebo randomizer) může být buď:

  1. Algoritmus, který převádí vstupní řetězec do zdánlivě náhodné výstupního řetězce o stejné délce (např, o pseudo-náhodně výběrem bitů invertovat), čímž se zabrání dlouhé sekvence bitů stejné hodnoty; v této souvislosti se randomizer označuje také jako scrambler.
  2. Analogový nebo digitální zdroj nepředvídatelných (tj. Vysoká entropie), nestranný a obvykle nezávislý (tj. Náhodný) výstupní bit. "Skutečně" generátor náhodných dat může být použit k napájení (praktičtějšího) deterministického generátoru pseudonáhodných náhodných čísel , který rozšiřuje hodnotu náhodného semene .

Existují dva hlavní důvody, proč se kódování používá:

  • Umožnit přesné obnovení časování na přijímacím zařízení bez použití redundantního kódování linky. Usnadňuje práci obvodu časování obnovy (viz také Obnova hodin ), automatického řízení zesílení a dalších adaptivních obvodů přijímače (eliminuje dlouhé sekvence skládající se pouze z „0“ nebo „1“).
  • Pro rozptýlení energie na nosné, snížení rušení signálu mezi nosnými . Eliminuje závislost výkonového spektra signálu na skutečně přenášených datech, čímž je rozptýlenější, aby splnil požadavky na maximální výkonovou spektrální hustotu (protože pokud je výkon koncentrován v úzkém frekvenčním pásmu, může kvůli intermodulaci interferovat se sousedními kanály ( zkřížená modulace) způsobená nelinearitami přijímacího traktu).

Scramblery jsou kromě prokládaného kódování a modulace základní součásti standardů systému fyzické vrstvy . Obvykle jsou definovány na základě lineárních zpětnovazebních posuvných registrů (LFSR) kvůli jejich dobrým statistickým vlastnostem a snadné implementaci v hardwaru.

Pro orgány standardů fyzické vrstvy je běžné, že šifrování nižší vrstvy (fyzická vrstva a vrstva spojení ) označují také jako kódování. Může to být proto, že (tradiční) použité mechanismy jsou také založeny na zpětnovazebních posuvných registrech. Některé standardy pro digitální televizi , například DVB-CA a MPE , odkazují na šifrování na linkové vrstvě jako na kódování.

Druhy rušiček

  • Aditivní (synchronní) rušičky
  • Multiplikativní (samosynchronizující) scramblery

Aditivní (synchronní) rušičky

Aditivní scrambler (descrambler) používaný v DVB

Aditivní scramblery (označují se také jako synchronní ) transformují vstupní datový proud aplikací pseudonáhodné binární sekvence (PRBS) (přídavkem modulo-two). Někdy se používá předem vypočítaný PRBS uložený v paměti jen pro čtení , ale častěji se generuje posuvným registrem s lineární zpětnou vazbou (LFSR).

Aby byla zajištěna synchronní operace vysílajícího a přijímajícího LFSR (tj. Scrambler a descrambler ), musí být použito synchronizační slovo .

Synchronizační slovo je vzor, ​​který je umístěn v datovém proudu ve stejných intervalech (tj. V každém rámci ). Přijímač hledá několik synchronizačních slov v sousedních rámcích, a proto určuje místo, kdy musí být jeho LFSR znovu načteno s předdefinovaným počátečním stavem .

Přísada dekodér je to stejné zařízení jako aditivní rušivé.

Aditivní scrambler / descrambler je definován polynomem jeho LFSR (pro scrambler na obrázku výše je ) a jeho počátečním stavem .

Multiplikativní (samosynchronizující) scramblery

Multiplikativní scrambler použitý v doporučení V.34
Multiplikativní descrambler použitý v doporučení V.34

Multiplikativní scramblery (také známé jako feed-through ) se nazývají proto, že provádějí násobení vstupního signálu přenosovou funkcí scrambleru v Z-prostoru . Jsou to diskrétní lineární časově invariantní systémy. Multiplikativní scrambler je rekurzivní a multiplikativní descrambler nerekurzivní. Na rozdíl od aditivní scramblerů multiplikativní scramblery nepotřebují synchronizaci snímků, proto se jim také říká samosynchronizace . Multiplikativní scrambler / descrambler je definován podobně polynomem (pro scrambler na obrázku to je ), což je také přenosová funkce descrambleru.

Srovnání rušiček

Scramblery mají určité nevýhody:

  • Oba typy mohou selhat při generování náhodných sekvencí za nejhorších vstupních podmínek.
  • Multiplikativní scramblery vedou k násobení chyb během dekódování (tj. Jednobitová chyba na vstupu descrambleru bude mít za následek chyby w na jeho výstupu, kde w se rovná počtu zpětnovazebních klepnutí scrambleru).
  • Aditivní scramblery musí být resetovány synchronizací rámců; pokud se to nepodaří, dojde k masivnímu šíření chyb, protože nelze dekódovat celý rámec.
  • Efektivní délka náhodné sekvence aditivní scrambleru je omezena délkou rámce, která je obvykle mnohem kratší než doba PRBS. Přidáním čísel rámců k synchronizaci rámců je možné prodloužit délku náhodné sekvence změnou náhodné sekvence podle čísla rámce.

Hluk

První hlasové rušičky byly vynalezeny v laboratořích Bell v období těsně před druhou světovou válkou . Tyto sady sestávaly z elektroniky, která dokázala smíchat dva signály nebo alternativně „odečíst“ jeden signál zpět. Tyto dva signály byly poskytovány telefonem a gramofonem . Byl vytvořen odpovídající pár záznamů, z nichž každý obsahoval stejný záznam šumu . Záznam byl přehrán do telefonu a smíšený signál byl odeslán po drátu. Hluk byl poté odečten na vzdáleném konci pomocí shodného záznamu, přičemž původní hlasový signál zůstal nedotčen. Odposlouchávače slyšeli jen hlučný signál, neschopní porozumět hlasu.

Jeden z nich, který se (mimo jiné také) používal pro telefonní rozhovory mezi Winstonem Churchillem a Franklinem D. Rooseveltem, byl Němci zadržen a dešifrován . Alespoň jeden německý inženýr pracoval před válkou v laboratořích Bell a vymyslel způsob, jak je zlomit. Pozdější verze byly natolik odlišné, že německý tým nebyl schopen je dešifrovat. Rané verze byly známé jako „ A-3 “ (od AT&T Corporation ). Pro hlasovou komunikaci na vyšší úrovni bylo použito nesouvisející zařízení zvané SIGSALY .

Hluk byl poskytován na velkých šelakových gramofonových deskách vyrobených v párech, dodávaných podle potřeby a po použití zničených. To fungovalo, ale bylo to nesmírně trapné. Právě dosažení synchronizace dvou záznamů se ukázalo jako obtížné. Poválečná elektronika usnadnila práci s takovými systémy vytvořením pseudonáhodného šumu založeného na krátkém vstupním tónu. Při použití volající přehrál tón do telefonu a obě scramblerové jednotky by pak poslouchaly signál a synchronizovaly ho. To však poskytovalo omezené zabezpečení, protože každý posluchač se základními znalostmi elektronických obvodů mohl často vyrobit stroj s dostatečně podobným nastavením, aby pronikl do komunikace.

Kryptografické

Právě potřeba synchronizovat scramblery navrhla Jamesi H. Ellisovi myšlenku netajného šifrování , která nakonec vedla k vynálezu jak šifrovacího algoritmu RSA , tak výměny klíčů Diffie – Hellman dlouho předtím, než byl Rivest znovu veřejně objeven , Shamir a Adleman nebo Diffie a Hellman .

Nejnovější kódovači nejsou kódovači v pravém slova smyslu, ale spíše digitizéry v kombinaci se šifrovacími stroji. V těchto systémech je původní signál nejprve převeden do digitální podoby a poté jsou digitální data zašifrována a odeslána. Pomocí moderních systémů veřejného klíče jsou tito „scramblery“ mnohem bezpečnější než jejich dřívější analogové protějšky. Pouze tyto typy systémů jsou považovány za dostatečně bezpečné pro citlivá data.

Zakódování hlasové inverze může být stejně jednoduché jako převrácení frekvenčních pásem kolem statického bodu do různých komplexních metod náhodného a inverzního změny bodu inverze a použití více pásem.

„Šifrovače“ používané v kabelové televizi jsou navrženy tak, aby zabránily náhodnému krádeži signálu, nikoli aby poskytovaly skutečné zabezpečení. Rané verze těchto zařízení jednoduše „invertovaly“ jednu důležitou součást televizního signálu a znovu ji invertovaly na konci klienta pro zobrazení. Pozdější zařízení byla jen o něco složitější, úplně odfiltrovala tuto komponentu a poté ji přidala zkoumáním dalších částí signálu. V obou případech by obvody mohly snadno sestavit jakýkoli rozumně znalý fanda. (Viz Šifrování televize .)

Elektronické soupravy pro kódování a dekódování jsou k dispozici od fanoušků. Nadšenci skenerů je často používají k naslouchání zakódované komunikaci na automobilových závodech a některých veřejných přenosech. To je také běžné v rádiích FRS . Toto je snadný způsob, jak se dozvědět o kódování.

Termín „míchání“ se někdy nesprávně používá, když se myslí rušení .

Dekódovat

Descramble v kabelové televize kontextu je věc brát zakódovaného nebo šifrovaného video signálu, který byl poskytnutý kabelové televize společnosti za prémiové televizní služby, zpracovává šifrovací a pak dodávána přes koaxiální kabel a dodány do domácnosti, kde SET horní box přepracuje signál, čímž jej dekóduje a zpřístupní pro sledování na televizoru . Descrambler je zařízení, které obnovuje obraz a zvuk kódovaného kanálu. Aby bylo možné dešifrovat všechny prémiové kanály a kanály placené za sledování v systému kabelové televize, musí být u skříně kabelového převaděče použit deskrambler .

Viz také

Reference

Externí odkazy a reference

  • [1] Rámcová struktura DVB , kódování a modulace kanálu pro satelitní služby 11/12 GHz (EN 300 421)
  • V.34 Doporučení ITU-T
  • Standardní pozemská stanice INTELSAT IESS-308
  •  Tento článek včlení  materiál public domain z dokumentu General Services Administration : "Federal Standard 1037C" .(na podporu MIL-STD-188 )