ПРОГРАММНЫЙ СКРЕМБЛЕР ОЦИФРОВАННОГО РЕЧЕВОГО СИГНАЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТЬ РЕЧИ
|
Введение 4
1 Анализ литературы, в которой освещаются вопросы, связанные с
построением аналоговых и цифровых скремблеров речи 6
2 Обзор методов скремблирования речевого сигнала, применяемых на
практике 10
2.1 Классификация способов скремблирования 10
2.2 Скремблирование во временной области 13
2.3 Скремблирование в частотной области 15
2.4 Комбинированное скремблирование 18
3 Анализ известных программных алгоритмов генерации псевдослучайных
чисел и перестановок 20
3.1 Анализ известных программных алгоритмов генерации
псевдослучайных чисел 20
3.2 Анализ известных способов генерации псевдослучайных
перестановок 37
4 Обзор методов проверки статистических свойств генерируемых
псевдослучайных числовых последовательностей 41
5 Программная реализация скремблера оцифрованного речевого
сигнала 45
5.1 Общее описание программы и интерфейса пользователя 45
5.2 Ввод и вывод сигнала 47
5.3 Генератор псевдослучайных чисел 52
5.4 Генератор псевдослучайных перестановок 57
5.5 Проверка статистических свойств псевдослучайных числовых
последовательностей 59
5.6 Цифровая обработка сигнала 66
6 Вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации. Методы и средства физической
культуры, снижающие их воздействие 76
Заключение 79
Список используемых источников 81
Приложение А Перестановка фрагментов сигнала во временной и частотной области 83
Приложение Б Инверсия сигнала во временной и частотной области 84
Приложение В Проверка статистических свойств псевдослучайной числовой последовательности 85
Приложение Г Общий порядок работы скремблера 86
Приложение Д Объявление класса на языка C++, реализующего ввод и вывод сигнала 87
Приложение Е Генератор псевдослучайных чисел 90
Приложение Ж Объявления классов на языке C++, реализующих генератор
псевдослучайных чисел и перестановок 91
Приложение И Определения функций на языке C, производящих тестирование псевдослучайной последовательности 94
Приложение К Объявления классов на языке C++, реализующих цифровую обработку сигнала 101
Приложение Л Протокол проверки ВКР на оригинальность в системе «Антиплагиат» 107
1 Анализ литературы, в которой освещаются вопросы, связанные с
построением аналоговых и цифровых скремблеров речи 6
2 Обзор методов скремблирования речевого сигнала, применяемых на
практике 10
2.1 Классификация способов скремблирования 10
2.2 Скремблирование во временной области 13
2.3 Скремблирование в частотной области 15
2.4 Комбинированное скремблирование 18
3 Анализ известных программных алгоритмов генерации псевдослучайных
чисел и перестановок 20
3.1 Анализ известных программных алгоритмов генерации
псевдослучайных чисел 20
3.2 Анализ известных способов генерации псевдослучайных
перестановок 37
4 Обзор методов проверки статистических свойств генерируемых
псевдослучайных числовых последовательностей 41
5 Программная реализация скремблера оцифрованного речевого
сигнала 45
5.1 Общее описание программы и интерфейса пользователя 45
5.2 Ввод и вывод сигнала 47
5.3 Генератор псевдослучайных чисел 52
5.4 Генератор псевдослучайных перестановок 57
5.5 Проверка статистических свойств псевдослучайных числовых
последовательностей 59
5.6 Цифровая обработка сигнала 66
6 Вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации. Методы и средства физической
культуры, снижающие их воздействие 76
Заключение 79
Список используемых источников 81
Приложение А Перестановка фрагментов сигнала во временной и частотной области 83
Приложение Б Инверсия сигнала во временной и частотной области 84
Приложение В Проверка статистических свойств псевдослучайной числовой последовательности 85
Приложение Г Общий порядок работы скремблера 86
Приложение Д Объявление класса на языка C++, реализующего ввод и вывод сигнала 87
Приложение Е Генератор псевдослучайных чисел 90
Приложение Ж Объявления классов на языке C++, реализующих генератор
псевдослучайных чисел и перестановок 91
Приложение И Определения функций на языке C, производящих тестирование псевдослучайной последовательности 94
Приложение К Объявления классов на языке C++, реализующих цифровую обработку сигнала 101
Приложение Л Протокол проверки ВКР на оригинальность в системе «Антиплагиат» 107
Одним из способов обеспечения конфиденциальности речи, передаваемой по проводным и беспроводным каналам связи, является скремблирование, производимое путем изменения параметров речевого сигнала во временной или частотной области. Чаще всего сигнал разбивается на отдельные отрезки определенной длины, фрагменты которых затем подвергаются операциям перестановки или инверсии.
Актуальность скремблирования речи состоит в том, что оно часто применяется на практике в случаях, когда не требуется обеспечивать гарантированную конфиденциальность речи на длительный срок. Достоинством скремблеров является простота их реализации, возможность работы с использованием стандартных приемопередающих устройств и каналов, сохранение ширины спектра исходного сигнала при скремблировании. Сложность скремблирования можно легко увеличивать в зависимости от потребностей без внесения принципиальных изменений в устройство скремблеров, путем увеличения количества фрагментов, на которые разбивается речевой сигнал, а также применением дополнительных операций к сигналу, изменением последовательности этих операций и т.д.
Целью дипломного проекта является разработка динамического программного скремблера оцифрованного речевого сигнала, выполненного в виде программы для компьютера. Данная программа может быть использована как самостоятельное средство для обеспечения конфиденциальности речи, или в качестве модели при проектировании или разработке программных или аппаратных скремблеров, работающих по схожим принципам. Программный скремблер позволяет изменять параметры скремблирования в широких пределах, настраивать длительность обрабатываемых отрезков сигнала, количество фрагментов, используемые операции и режимы их применения, задавать конфигурацию генератора псевдослучайных чисел и перестановок, проверять качество псевдослучайных последовательностей. Входной оцифрованный сигнал поступает с входных звуковых устройств (например, с микрофона) или из файла формата WAVE, а выходной сигнал может быть выведен в выходное устройство (например, динамики) или в файл того же формата.
Задачами дипломного проекта являются:
- анализ литературы, связанной с вопросами построения скремблеров;
- обзор методов скремблирования речевого сигнала, применяемых на практике;
- анализ известных программных алгоритмов генерации псевдослучайных чисел и перестановок;
- обзор методов проверки статистических свойств генерируемых псевдослучайных числовых последовательностей;
- программная реализация скремблера оцифрованного речевого сигнала.
Дополнительно необходимо рассмотреть вопрос из области безопасности жизнедеятельности: вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации, а также методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие.
Актуальность скремблирования речи состоит в том, что оно часто применяется на практике в случаях, когда не требуется обеспечивать гарантированную конфиденциальность речи на длительный срок. Достоинством скремблеров является простота их реализации, возможность работы с использованием стандартных приемопередающих устройств и каналов, сохранение ширины спектра исходного сигнала при скремблировании. Сложность скремблирования можно легко увеличивать в зависимости от потребностей без внесения принципиальных изменений в устройство скремблеров, путем увеличения количества фрагментов, на которые разбивается речевой сигнал, а также применением дополнительных операций к сигналу, изменением последовательности этих операций и т.д.
Целью дипломного проекта является разработка динамического программного скремблера оцифрованного речевого сигнала, выполненного в виде программы для компьютера. Данная программа может быть использована как самостоятельное средство для обеспечения конфиденциальности речи, или в качестве модели при проектировании или разработке программных или аппаратных скремблеров, работающих по схожим принципам. Программный скремблер позволяет изменять параметры скремблирования в широких пределах, настраивать длительность обрабатываемых отрезков сигнала, количество фрагментов, используемые операции и режимы их применения, задавать конфигурацию генератора псевдослучайных чисел и перестановок, проверять качество псевдослучайных последовательностей. Входной оцифрованный сигнал поступает с входных звуковых устройств (например, с микрофона) или из файла формата WAVE, а выходной сигнал может быть выведен в выходное устройство (например, динамики) или в файл того же формата.
Задачами дипломного проекта являются:
- анализ литературы, связанной с вопросами построения скремблеров;
- обзор методов скремблирования речевого сигнала, применяемых на практике;
- анализ известных программных алгоритмов генерации псевдослучайных чисел и перестановок;
- обзор методов проверки статистических свойств генерируемых псевдослучайных числовых последовательностей;
- программная реализация скремблера оцифрованного речевого сигнала.
Дополнительно необходимо рассмотреть вопрос из области безопасности жизнедеятельности: вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации, а также методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие.
В результате выполнения курсового проектирования был разработан программный скремблер оцифрованного речевого сигнала. Были решены следующие задачи:
- проанализирована литература, в которой рассматриваются вопросы,
посвященные построению скремблеров речевого сигнала (цифровая обработка сигналов, построение генераторов псевдослучайных чисел и проверка статистических характеристик генерируемых ими последовательностей и т.д.);
- найдена информация об известных способах скремблирования во временной и частотной областях (перестановка, инверсия, комбинации способов) и типах скремблеров (динамический, статический);
- проанализированы программные алгоритмы генерации псевдослучайных последовательностей чисел и псевдослучайных перестановок. Рассмотрены такие алгоритмы, как метод срединных квадратов, линейный и полиномиальный конгруэнтный метод, аддитивные генераторы, генераторы на основе регистров сдвига с линейной и нелинейной обратной связью, комбинирующие генераторы с фиксированным и переменным тактированием. Из алгоритмов генерации псевдослучайных перестановок был рассмотрен тривиальный алгоритм, алгоритм Дональда Кнута и Фишера-Йетса;
- проанализированы способы проверки статистических свойств псевдослучайных битовых последовательностей на близость их к истинно вероятной. Рассмотрены разные наборы тестов и были выбраны для реализации в программном скремблере несколько тестов из набора NIST;
- разработан программный скремблер оцифрованного речевого сигнала с использованием языка C++ и набора библиотек Qt 5. Были реализованы следующие подсистемы: подсистема ввода и вывода сигнала, подсистема генерации псевдослучайных чисел и перестановок, подсистема проверки статистических характеристик псевдослучайных числовых последовательностей, подсистема цифровой обработки сигнала и др.
Дополнительно был рассмотрен вопрос из области безопасности жизнедеятельности: вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации, а также методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие.
Результаты дипломного проектирования могут быть использованы для целей защиты конфиденциальности речи с использованием разработанной программы, а также для анализа работы скремблеров при различных параметрах. Принципы, используемые при разработке данного программного скремблера, могут быть учтены при проектировании программных скремблеров на других языках программирования (в том числе на языке ассемблера) и типах устройств.
- проанализирована литература, в которой рассматриваются вопросы,
посвященные построению скремблеров речевого сигнала (цифровая обработка сигналов, построение генераторов псевдослучайных чисел и проверка статистических характеристик генерируемых ими последовательностей и т.д.);
- найдена информация об известных способах скремблирования во временной и частотной областях (перестановка, инверсия, комбинации способов) и типах скремблеров (динамический, статический);
- проанализированы программные алгоритмы генерации псевдослучайных последовательностей чисел и псевдослучайных перестановок. Рассмотрены такие алгоритмы, как метод срединных квадратов, линейный и полиномиальный конгруэнтный метод, аддитивные генераторы, генераторы на основе регистров сдвига с линейной и нелинейной обратной связью, комбинирующие генераторы с фиксированным и переменным тактированием. Из алгоритмов генерации псевдослучайных перестановок был рассмотрен тривиальный алгоритм, алгоритм Дональда Кнута и Фишера-Йетса;
- проанализированы способы проверки статистических свойств псевдослучайных битовых последовательностей на близость их к истинно вероятной. Рассмотрены разные наборы тестов и были выбраны для реализации в программном скремблере несколько тестов из набора NIST;
- разработан программный скремблер оцифрованного речевого сигнала с использованием языка C++ и набора библиотек Qt 5. Были реализованы следующие подсистемы: подсистема ввода и вывода сигнала, подсистема генерации псевдослучайных чисел и перестановок, подсистема проверки статистических характеристик псевдослучайных числовых последовательностей, подсистема цифровой обработки сигнала и др.
Дополнительно был рассмотрен вопрос из области безопасности жизнедеятельности: вредные психофизиологические факторы, влияющие на нервную систему специалиста по защите информации, а также методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие.
Результаты дипломного проектирования могут быть использованы для целей защиты конфиденциальности речи с использованием разработанной программы, а также для анализа работы скремблеров при различных параметрах. Принципы, используемые при разработке данного программного скремблера, могут быть учтены при проектировании программных скремблеров на других языках программирования (в том числе на языке ассемблера) и типах устройств.