Способ построения системы опознавания "свой-чужой" на основе протокола с нулевым разглашением, реализованный в модулярном коде

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения государственной принадлежности подвижных объектов и их опознавание.

Известен способ построения системы опознавания «свой-чужой» на основе протокола с нулевым разглашением (Патент RU 2570700 C1 G01S 13/78 «Способ построения системы опознавания «свой-чужой» на основе протокола с нулевым разглашением»), а так же система опознавания «свой-чужой» построенная на основе данного способа состоящая из двух частей размещенных на ответчике и запросчике. Часть, располагающаяся на ответчике, содержит первый блок памяти, первый блок коммутации, второй блок памяти, третий блок памяти, четвертый блок памяти, первый сумматор по модулю , второй сумматор по модулю , третий сумматор по модулю , первое вычислительное устройство, второй блок коммутации, вход ответчика, первый регистр, второе вычислительное устройство, третье вычислительное устройство, четвертое вычислительное устройство, второй регистр, третий регистр, четвертый регистр, пятый регистр, шестой регистр, управляющий вход. Часть системы опознавания, которая располагается на запросчике содержит пятый блок памяти, выход запросчика, вход запросчика, седьмой регистр, пятое вычислительное устройство, выход системы опознавания.

Недостатком устройства является низкая скорость вычисления статуса, зашумленного статуса, ответов на вопрос и проверки правильности ответов.

Основной задачей предлагаемого изобретения является повышение скорости вычислений, которые используются для определения статуса объекта за счет применения системы остаточных классов (СОК).

Техническим результатом, достигнутым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение скорости аутентификации объекта за счет применения системы остаточных классов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ построения системы опознавания «свой-чужой» на основе протокола с нулевым разглашением реализуется с использованием параллельного непозиционного кода системы остаточных классов. В данной системе вычисления осуществляются параллельно над малоразрядными остатками, определяемыми основаниями системы остаточных классов. Благодаря распараллеливанию на уровне арифметических операций и независимой обработки данных по основаниям СОК, повышается скорость вычислений истинного статуса, зашумленного статуса, ответа на поставленный вопрос и проверка правильности ответов.

Для достижения технического результата в первую часть системы, которая расположена на ответчике, содержащую один вычислительный тракт ответчика по модулю , который содержит первый блок памяти, вход которого является первым входом ответчика, выход первого блока памяти соединен с входом первого блока коммутации, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого вычислительного устройства, четвертый выход первого блока коммутации соединен с первым входом первого сумматора по модулю , ко второму входу которого подключен выход второго блока памяти, пятый выход первого блока коммутации соединен с первым входом второго сумматора по модулю , второй вход которого соединен с выходом третьего блока памяти, шестой выход первого блока коммутации соединен с первым входом третьего сумматора по модулю , второй вход которого подключен к выходу четвертого блока памяти, при этом выход первого сумматора по модулю подключен к первому входу первого вычислительного устройства, а также ко второму входу второго вычислительного устройства, первый вход которого подключен к выходу первого регистра, выход второго сумматора по модулю подключен ко второму входу первого вычислительного устройства, а также ко второму входу третьего вычислительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого регистра, выход третьего сумматора по модулю подключен к третьему входу первого вычислительного устройства, а так же ко второму входу четвертого вычислительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого регистра, выход первого вычислительного устройства подключен к входу второго блока коммутации, первый выход которого соединен со входом второго регистра, а второй выход подключен ко входу третьего регистра, вход первого регистра соединен со вторым входом ответчика, выход второго вычислительного устройства подключен ко входу четвертого регистра, выход третьего вычислительного устройства соединен с входом пятого регистра, выход четвертого вычислительного устройства соединен со входом шестого регистра, управляющие входы первого и второго блоков коммутации подключены к управляющему входу, выходы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого регистров являются выходом ответчика системы опознавания «свой-чужой» согласно прототипу, введены преобразователь из позиционной системы счисления в систему остаточных классов (ПСС-СОК), блоков коммутации ответчика, генераторов вычисления сеансовых ключей по модулю , где , вычислительных трактов ответчика по модулю ().

При этом, в части, размещенной на запросчике, содержащей один вычислительный тракт запросчика по модулю , который состоит из входа запросчика подключённого к входу седьмого регистра, выход которого подсоединен к входу пятого вычислительного устройства по модулю , выход которого является выходом вычислительного тракта запросчика по модулю , согласно прототипу, добавлены блок коммутации запросчика, вычислительных трактов запросчика по модулю , где , блок принятия решения, генератор запросного числа.

Коды системы остаточных классов относятся к непозиционным кодам. В этих кодах используются взаимно простые числа , , которые называются основаниями кода СОК. В этом случае целое число представляется в виде кортежа остатков , где . Таким образом, кодовая комбинация СОК имеет вид

Произведение взаимно простых оснований определяет рабочий диапазон кода системы остаточных классов

Пусть имеются два числа и которые представлены в коде СОК. Тогда эти числа можно параллельно складывать, вычитать и умножать по модулям . В этом случае справедливы следующие равенства

где ; i =1,2,…, k.

Анализ выражения (3)-(5) показывает, что использование кодов позволяет повысить скорость выполнения арифметических операций за счет параллельных вычислений, которые выполняются по модулю СОК. При этом в вычислениях используются малоразрядные остатки, что приводит к повышению производительности вычислительного устройства.

Для достижения технического результата в способе построения системы опознавания «свой-чужой» на основе протокола с нулевым разглашением, реализованном в модулярном коде предлагается выполнение следующего алгоритма обмена данными.

Первый этап. Перед началом работы, на вход преобразователя ПСС-СОК подаются числа , и . Число является долгосрочным секретным ключом. Числа и используются для вычисления сеансовых ключей и , где – номер сеанса. Преобразователь ПСС-СОК предназначен для представления чисел , и в коде СОК, в котором используются основания . При этом основания кода СОК должны иметь одинаковые первообразные элементы мультипликативной группы , порожденной числом . C выхода преобразователя ПСС-СОК снимаются значения кода СОК ,, , где .

Данные значения через первый блок коммутации поступают на входы генераторов вычисления сеансовых ключей по модулю , где . Значения и используются для вычисления первых сеансовых ключей и . Для вычисления сеансовых ключей и , в изобретении предлагается использовать в псевдослучайную функцию (ПСФ)

где – первообразный элемент мультипликативной группы, порожденной числом ; – номер проводимого сеанса; ; ; .

Вычисленные значения заносятся в память вычислительного устройства ответчика.

Второй этап. Используя полученные данные , и , вычислительное устройство ответчика вычисляет истинный статус объекта согласно

Вычисленное значение истинного статуса записывается в блок памяти ответчика.

Третий этап. Затем в вычислительном устройстве, используя полученные данные , и , производится их зашумление

где - величины зашумления значений , и соответственно на -ом сеансе работы системы.

После этого вычислительное устройство ответчика вычисляет зашумленный статус согласно

Вычисленное значение зашумленного статуса записывается в блок памяти ответчика.

Четвертый этап. При появлении объекта в зоне видимости запросчик с помощью генератора запросного числа формируют число, которое удовлетворяет условию

и пересылает его ответчику.

Пятый этап. Получив «запросное число» , ответчик подает его на вход преобразователя ПСС-СОК, с выхода которого снимается код СОК , которое через блоки коммутации ответчика, подаются на вторые входы вычислительных трактов ответчиков по модулю , где . В вычислительных трактах ответчика производит вычисление ответов

где – функция Эйлера числа .

Шестой этап. Окончив выполнение вычислений, ответчик передает запросчику сигнал, который содержит:

- вычисленный истинный статус ;

- вычисленный зашумленный статус ;

- ответы на поставленный вопрос .

Седьмой этап. Запросчик, получив данный сигнал, вычисляет результат согласно

Если вычисленное значение совпадет со значением зашумленного статуса объекта, т.е. , то принимается решение, что его статус - «свой».

Если вычисленное значение не совпадет со значением зашумленного статуса объекта, т.е. , то принимается решение, что статус объекта - «чужой».

Предлагаемый способ построения системы опознавания «свой-чужой» на основе протокола с нулевым разглашением, реализованный в модулярном коде, осуществляется с помощью системы опознавания «свой-чужой».

Структура системы опознавания «свой-чужой» показана на фиг.1-4.

На фиг.1 представлена структурная схема ответчика. В состав схемы входит – вход ответчика 1, преобразователь ПСС-СОК 2, блоков коммутации ответчика 3.1-3.k, генераторов вычисления сеансовых ключей 4.1-4.k по модулю , вычислительных трактов ответчика 5.1-5.k по модулю _,где , выходов ответчика 6.1-6.k.

Вход ответчика 1 подключен к преобразователю ПСС-СОК 2, выход преобразователя ПСС-СОК 2 подключен к входам блоков коммутации ответчика 3.1-3.k, имеющих два выхода, первые выходы которых подключены к входам соответствующих генераторов вычисления сеансовых ключей 4.1-4.k по модулю , выходы которых подключенных к первым входам вычислительных трактов ответчика 5.1-5.k по модулю , вторые выходы блоков коммутации ответчика 3.1-3.k подсоединены ко вторым входам вычислительных трактов ответчика 5.1-5.k по модулю , где , выходы которых являются выходами ответчика 6.1-6.k.

На фиг.2 представлена структура вычислительного тракта ответчика 5.i по модулю , . В состав вычислительного тракта входят первый вход 7.i, первый блок памяти 8.i, первый блок коммутации 9.i, второй блок памяти 10.i, третий блок памяти 11.i,четвертый блок памяти 12.i, первый сумматор 13.i по модулю , второй сумматор 14.i по модулю , третий сумматор 15.i по модулю , первое вычислительное устройство 16.i, второй блок коммутации 17.i, второй вход 18.i, первый регистр 19.i, второе вычислительное устройство 20.i, третье вычислительное устройство 21.i, четвертое вычислительное устройство 22.i, второй регистр 23.i, третий регистр 24.i, четвертый регистр 25.i, пятый регистр 26.i, шестой регистр 27.i, управляющий вход 28.i.

Первый вход 7.i подключен к входу первого блока памяти 8.i, выход соединен со входом первого блока коммутации 9.i. Первый, второй и третий выходы первого блока коммутации 9.i подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого вычислительного устройства 16.i. Четвертый выход первого блока коммутации 9.i соединен с первым входом первого сумматора 13.i по модулю p_i, ко второму входу которого подключен выход второго блока памяти 10.i. Пятый выход первого блока коммутации 9.i соединен с первым входом сумматора 14.i по модулю , второй вход которого соединен с выходом третьего блока памяти 11.i. Шестой выход первого блока коммутации 9.i соединен с первым входом третьего сумматора 15.i по модулю , второй вход которого подключен к выходу четвертого блока памяти 12.i. Выход первого сумматора 13.i по модулю подключен к первому входу первого вычислительного устройства 16.i, а также ко второму входу второго вычислительного устройства 20.i, первый вход которого подключен к выходу первого регистра 19.i. Выход второго сумматора 14.i по модулю подключен ко второму входу первого вычислительного устройства 16.i, а также ко второму входу третьего вычислительного устройства 21.i, первый вход которого соединен с выходом первого регистра 19.i. Выход третьего сумматора 15.i по модулю подключен к третьему входу первого вычислительного устройства 16.i, а так же ко второму входу четвертого вычислительного устройства 22.i, первый вход которого соединен с выходом первого регистра 19.i. Выход первого вычислительного устройства 16.i подключен к входу второго блока коммутации 17.i, первый выход которого соединен со входом второго регистра 23.i, второй выход подключен ко входу третьего регистра 24.i.

Вход первого регистра 19.i соединен со вторым входом 18.i, на который поступает «вопрос » от запросчика, представленный в коде СОК . Выход второго вычислительного устройства 20.i подключен к входу четвертого регистра 25.i. Выход третьего вычислительного устройства 21.i соединен с входом пятого регистра 26.i. Выход четвертого вычислительного устройства 22.i соединен со входом шестого регистра 27.i. Управляющие входы первого и второго блоков коммутации 9.i и 17.i подключены у управляющему входу 28.i. С выхода второго регистра 23.i снимается вычисленное значение истинного статуса . С выхода третьего регистра 24.i снимается вычисленное значение зашумленного статуса . С выхода четвертого регистра 25.i снимается вычисленное значение первого ответа на поставленный вопрос . С выхода пятого регистра 26.i снимается вычисленное значение второго ответа на поставленный вопрос . С выхода шестого регистра 27.i снимается вычисленное значение третьего ответа на поставленный вопрос . Данные вычисленные значения с выходов регистров 23.i-27.i , поступают на выход опросчика 6.i, а затем на вход передатчика, который их передает на приемник запросчика.

На фиг.3 представлена структурная схема запросчика. В состав схемы входят: вход запросчика 29, блок коммутации запросчика 30 который распределяет принятые значения на вычислительные тракты запросчика, вычислительных трактов запросчика по модулю 31.1-31.k, блок принятия решения 32, первый выход запросчика 33, генератор 34 запросного числа, второй выход 35 запросчика.

Вход запросчика 29 подключается к входу блока коммутации запросчика 30, выходов которого подключены к входам вычислительных трактов запросчика по модулю 31.1-31.k, выходы которых подключены к входу блока принятия решения 32, выход которого подключен к первому выходу запросчика 33. Выход генератора 34 запросного числа подключен ко второму выходу 35 запросчика.

На фиг.4 представлен вычислительный тракт запросчика 31.i по модулю , где , который содержит вход 36.i, седьмой регистр 37.i, пятое вычислительное устройство 38.i, выход которого является выходом вычислительного тракта запросчика по модулю 39.i.

Вход вычислительного тракта запросчика по модулю 36.i, на который подаются вычисленные значения истинного статуса , зашумленного статуса , ответы на поставленный вопрос , принятые с ответчика, подключен к входу седьмого регистра 37.i, выход которого подсоединен ко входу пятого вычислительного устройства 38.i, выход которого является выходом вычислительного тракта запросчика по модулю 39.i, где .

Система опознавания «свой-чужой» работает следующим образом.

Перед началом работы на вход ответчика 1 поступают числа , и , которые затем передаются на вход преобразователя ПСС-СОК 2. Число является долгосрочным секретным ключом. Числа и используются для вычисления сеансовых ключей и , где – номер сеанса. C выхода преобразователя ПСС-СОК 2 снимаются значения кода СОК , , , где , которые подаются на соответствующие входы блоков коммутации 3.i ответчика.

Данные значения с первого выхода блока коммутации 3.i ответчика поступают на входы генератора вычисления сеансовых ключей 4.i по модулю , где . Для получения первых сеансовых ключей и используются значения и . Для вычисления сеансовых ключей и , где , в изобретении предлагается использовать в псевдослучайную функцию, определяемую выражениями (6) и (7).

Рассмотрим работу системы опознавания «свой-чужой» во время первого сеанса. С выхода генератора вычисления сеансовых ключей 4.i по модулю значения поступают на первый вход вычислительного тракта ответчика 5.i по модулю .

С первого входа 7.i вычислительного тракта ответчика 5.i по модулю данные значения подаются в первый блок памяти 8.i, где они записываются. На управляющие входы первого и второго блоков коммутации 9.i и 17.i с управляющего входа 28.i поступает сигнал . В результате этого значения подаются соответственно на первый, второй и третий выходы первого блока коммутации 9.i, а затем на первый, второй и третий входы первого вычислительного устройства 16.i, которое реализует вычисление истинного статус , согласно выражению (8). Вычисленное значение истинного статуса подается на вход второго блока коммутации 17.i, которое под действием управляющего , передает его для записи во второй регистр 23.i. Чтобы вычислить зашумленное значение на управляющие входы первого и второго блоков коммутации 9.i и 17.i с управляющего входа 28.i поступает управляющий сигнал . В результате этого значения подаются на четвёртый, пятый и шестой выходы первого блока коммутации 9.i, а затем на первые входы первого 13.i, второго14.i и третьего 15.i сумматоров по модулю соответственно. На вторые входы этих сумматоров по модулю с выходов второго 10.i, третьего 11.i, четвертого 12.i блоков памяти поступают значения , и соответственно. Сумматоры 13.i-15.i по модулю реализуют вычисления зашумленных значений согласно выражениям (9)-(11). Зашумленные значения поступают на первый, второй и третий входы первого вычислительного устройства 16.i, соответственно, которое реализует выражение (12). Вычисленное значение зашумленного статуса подается на вход второго блока коммутации 17.i, которое под действием управляющего сигнала , передаёт это значение на второй выход блока, а затем на вход третьего регистра 24.i.

При появлении объекта в зоне видимости запросчик вырабатывает «запросное число» , используя генератор запросного числа 34. Данное число подается на второй выход запросчика 35, который подключен к передатчику. С помощью передатчика число передается на приемник ответчика.

Принятое число поступает на вход ответчика 1, а затем на вход преобразователя ПСС-СОК 2. С выхода преобразователя ПСС-СОК 2 запросное число , представленное по модулю , где , подается на вход соответствующего блока коммутации ответчика 3.i, который через свой второй выход передает значение на второй вход вычислительного трактов ответчика 5.i по модулю . При поступлении на второй вход 18.i системы вопроса , данное число записывается в первый регистр 19.i, а с выхода его на первые входы второго 20.i, третьего 21.i и четвертого 22.i вычислительных устройств. На вторые входы этих устройств поступает зашумленные значения с выходов первого 13.i, второго 14.i и третьего 15.i сумматоров по модулю соответственно. Данные вычислительные устройства реализуют выражения (14)-(16). Вычисленные значение с выходов второго 20.i, третьего 21.i и четвертого 22.i вычислительных устройств подаются на входы четвертого 25.i, пятого 26.i и шестого 27.i регистров соответственно.

После окончания вычислений значения с выходов регистров 23.i-27.i, где , поступают на выход ответчика 6.i, который подключен к передатчику, который их передает на приемник запросчика.

Полученные данные поступают на вход запросчика 29, а затем через блок коммутации запросчика 30 подаются на вход соответствующего вычислительного тракта запросчика 31.i по модулю , где . Поступив на вход 36.i эти значения записываются в седьмой регистр 37.i. С выхода последнего значения подаются на вход пятого вычислительного устройства 38.i, которое реализует вычисление выражения (17). Вычисленное значение с выхода 39.i вычислительных трактов запросчика по модулю () подается на блок принятия решения 32. Если совпадет со значением зашумленного статуса объекта, т.е. , то с выхода блок принятия решения 32 системы опознавания на первый выход запросчика 33 поступает сигнал «1», что соответствует статусу «свой».

Если вычисленное значение не совпадет со значением зашумленного статуса объекта, т.е. , то с выхода блок принятия решения 32 системы опознавания на первый выход запросчика 33 поступает сигнал «0», что соответствует статусу «чужой».

Рассмотрим пример реализации протокола.

Рассмотрим выполнение разработанного протокола аутентификации, реализованного в коде системы остаточных классов. Пусть имеются основания СОК , , . Выбор данных основания определяется тем, что они имеют одинаковый первообразный элемент . Диапазон кода системы остаточных классов будет составлять .

Пусть выбраны значения , , , которые поступают на вход ответчика 1, а затем вход на преобразователя ПСС-СОК 2. С выхода данного преобразователя ПСС-СОК 2 снимаются числа, представленные в коде СОК , , . Данные значения поступают на входы блоков коммутации 3.1-3.3 соответственно, а затем через первый выход подаются на входы генераторов вычисления сеансовых ключей 4.1-4.3 по модулю , где . Согласно выражениям (6) и (7) получаем следующие значения первых сеансовых ключей для сеанса .

Определим значение первого сеансового ключа . Для этого вычислим показатель степени для первого основания СОК .

Вычислим показатель степени для второго основания СОК .

Вычислим показатель степени для третьего основания СОК .

Тогда значение первого сеансового ключа , представленного в коде СОК, определяется

Тогда имеем .

Аналогичным образом определим значения второго сеансового . Для этого вычислим показатель степени в коде СОК

Тогда значение первого сеансового ключа , представленного в коде СОК, определяется

Тогда имеем .

Для получения сеансовых ключей и будут использованы значения кода СОК и , которые хранятся в генераторах вычисления сеансовых ключей 4.1-4.3 по модулю , где .

Вычисленные значения секретного ключа и сеансовых ключей и поступают на первые входы вычислительных трактов ответчика 5.i по модулю , где .

С первого входа 7.i вычислительных трактов ответчика 5.i по модулю , где , данные значения подаются в первый блок памяти 8.i, где они записываются. На управляющие входы первого и второго блоков коммутации 9.i и 17.i с управляющего входа 28.i поступает сигнал . В результате этого значения подаются соответственно на первый, второй и третий выходы первого блока коммутации 9.i, а затем на первый, второй и третий входы первого вычислительного устройства 16.i, которое реализует вычисление истинного статус согласно выражению (8)

Вычисленное значение истинного статуса подается на вход второго блока коммутации 17.i, которое под действием управляющего , передает его для записи во второй регистр 23.i. Чтобы вычислить зашумленное значение на управляющие входы первого и второго блоков коммутации 9.i и 17.i с управляющего входа 28.i поступает управляющий сигнал . В результате этого значения подаются на четвёртый, пятый и шестой выходы первого блока коммутации 9.i, а затем на первые входы первого 13.i, второго14.i и третьего сумматоров 15.i по модулю соответственно. На вторые входы этих сумматоров по модулю с выходов второго, третьего, четвертого блоков памяти 10.i, 11.i, 12.i поступают значения , и соответственно. Сумматоры 13.i-15.i по модулю реализуют вычисления зашумленных значений согласно выражениям (9)-(11).

Пусть . Тогда зашумленный образ секретного ключа будет равен , так как

Аналогичным образом получаем зашумленные значения сеансовых ключей. Пусть величина зашумления . Тогда зашумленный образ первого сеансового ключа будет равен .

Пусть величина зашумления . Тогда зашумленный образ первого сеансового ключа будет равен .

Зашумленные значения поступают на первый, второй и третий входы первого вычислительного устройства 16.i, соответственно, которое реализует выражение (12).

Вычисленное значение зашумленного статуса подается на вход второго блока коммутации 17.i, которое под действием управляющего сигнала , передаёт это значение на второй выход блока, а затем на вход третьего регистра 24.i.

При появлении объекта в зоне видимости запросчик вырабатывает «запросное число» , используя генератор запросного числа 34. Данное число подается на второй выход запросчика 35, который подключен к передатчику. С помощью передатчика число передается на приемник ответчика.

Принятое число поступает на вход ответчика 1, а затем на вход преобразователя ПСС-СОК 2. После преобразования ПСС-СОК запросное число имеет вид .

С выхода преобразователя ПСС-СОК 2 запросное число , представленное по модулю , где , подается на вход блока коммутации ответчика 3.i, который через свой второй выход передает значение на второй вход вычислительного трактов ответчика 5.i по модулю . При поступлении на второй вход 18.i системы вопроса , данное число записывается в первый регистр 19.i, а с выхода его на первые входы второго, третьего и четвертого вычислительных устройств 20.i, 21.i, 22.i. На вторые входы этих устройств поступают зашумленные значения с выходов первого, второго и третьего сумматоров 13.i, 14.i, 15.i по модулю соответственно. Данные вычислительные устройства реализуют выражения (14)-(16).

Ответчик вычисляет ответы на поставленный вопрос. Первый ответ в коде СОК для первого сеанса равен

Второй ответ на поставленный вопрос, представленный в коде СОК, имеет вид

Третий ответ на поставленный вопрос, представленный в коде СОК, имеет вид

Вычисленные значение с выходов второго, третьего и четвертого вычислительных устройств 20.i, 21.i, 22.i, где , подаются на входы четвертого, пятого и шестого регистров 25.i, 26.i, 27.i соответственно.

После окончания вычислений значения с выходов регистров 23.i-27.i, где , поступают на выход ответчика 6.i, который подключен к передатчику, который их передает на приемник запросчика.

Полученные данные поступают на вход запросчика 29, а затем через блок коммутации запросчика 30 подаются на вход. Поступив на вход 36.i эти значения записываются в седьмой регистр 37.i. С выхода последнего значения подаются на вход пятого вычислительного устройства 38.i, которое реализует вычисление выражения (17)

Вычисленные значения и зашумленный статус подаются с выходов вычислительного тракта запросчика 31.i по модулю , где , на вход блока принятия решения 32. Так как выполняется условие

то с выхода блок принятия решения 32 системы опознавания на первый выход запросчика 33 поступает сигнал «1», что соответствует статусу «свой». После того, как спутник аутентифицируется как «свой», начинается обмен данными между спутником и объектом.