Введение 4
1. Мобильная (многолучевая) криптография 6
2. Аппаратно-программный комплекс 13
2.1. SDR 13
2.1.1. Программно-конфигурируемого радиосистемы 13
2.1.2. Используемые приемопередатчики 14
2.2. GNU Radio 16
2.2.1. Общая информация 16
2.2.2. GNU Radio Companion 18
2.2.3. Создание пользовательских блоков 20
3. Генерация ключевой последовательности 22
3.1. Принцип формирования ключей шифрования 22
3.2. Служебный канал связи 25
3.2.1. Структура стека TCP/IP 26
3.2.2. Типы адресов стека TCP/IP 28
3.2.3. Порты и сокеты 29
3.3. Контроль идентичности ключей шифрования 31
4. Протокол обработки фазовых измерений 34
4.1. Отбраковка фазовых измерений по амплитуде 34
4.2. Корреляционный отбор фазовых измерений 35
4.3. Рандомизация данных 36
4.4. Кодирование фазовых измерений 37
4.5. Сверка ключевых последовательностей 38
4.6. Особенности реализации блоков GNU Radio на языке программирования Python 39
4.6.1. Тип данных 39
4.6.2. Передача данных по сети 42
5. Эксперименты и результаты 44
5.1. Описание экспериментов 44
5.2. Результаты обработки фазовых измерений 46
Заключение 53
Список использованных источников 54
Защита информации является одной из самых важнейших научнотехнических проблем в информационных системах. На сегодняшний день наиболее эффективным решением данной проблемы является шифрование.
В симметричной криптосистеме, блок-схема которой показана на рисунке 1, криптограмма С создается по известному алгоритму Е с помощью ключа К, который генерируется в блоке «Источник ключей». Переданный защищенным образом ключ используется для получения исходного сообщения М из криптограммы С по известному алгоритму D.
Основными проблемами симметричных схем шифрования являются:
• необходимость наличия защищенного канала связи для распределения секретных ключей;
• изменение секретных ключей для каждого нового процесса обмена информацией, чтобы безопасность системы оставалась на заданном уровне.
Техническое устранение данных проблем возможно с помощью пространственно-разнесенной генерации согласованных случайных последовательностей, используемых для формирования ключей шифрования.
На кафедре радиофизики Казанского федерального университета был предложен ряд новых способов [1,2,3,4,5] генерации и распределения симметричных ключей шифрования на основе многолучевого распространения радиоволн. В университете была разработана система защиты информации, реализующая формирование симметричных ключей для двух разнесенных и перемещающихся в пространстве абонентов на основе измерения фазы зондирующих сигналов в многолучевой среде.
Диапазон рабочих частот экспериментальных установок, используемых в [5], составляет 940 — 980 МГц, что не позволяет проводить исследования по генерации ключей шифрования на других частотных диапазонах. Кроме того, конструкция установок не предусматривает возможности изменения вида зондирующих сигналов. В связи с этим возникла необходимость разработать подобную систему на более совершенной основе, позволяющей изменять параметры системы, а также добавлять новые возможности системе. В качестве такой основы для реализации новой системы были выбраны SDR-технологии (Software Defined Radio) — технологии программно- конфигурируемого радио. С помощью SDR-технологий данная система обладает возможностью проводить эксперименты по генерации ключевой последовательности на широком диапазоне частот (70 МГц — 6 ГГц), а также в системе предусматривается возможность ее модификации.
Целью данной работы является разработка протокола обработки фазовых измерений для системы мобильной криптографии в среде разработки GNU Radio.
В ходе выполнения работы необходимо выполнить следующие задачи:
1) разработать протокол обработки фазовых измерений для системы генерации ключей, разработанной в среде GNU Radio;
2) разработать методику проведения экспериментов;
3) провести обработку фазовых измерений, накапливаемых данной системой, на частотах 433 МГц, 900 МГц и 2,4 ГГц;
4) проанализировать результаты обработки фазовых измерений;
5) по результатам обработки оценить скорость генерации ключевой последовательности.
В результате проделанной работы был реализован протокол обработки фазовых измерений для генерации на их основе ключей шифрования. Данная система разработана с помощью программного обеспечения GNU Radio с использованием технологии программно-конфигурируемого радио. Для написания протокола использовался язык программирования Python.
Была разработана методика проведения экспериментов по формированию ключевых последовательностей. Затем с использованием экспериментальных установок были проведены эксперименты, в ходе которых осуществлялась генерация ключевых последовательностей для трех различных частот: 433, 900 и 2400 МГц.
После анализа результатов работы системы можно сделать вывод, что реализованная на SDR-технологии система дает результаты, аналогичные результатам работы аналогово-цифрового устройства, используемого в [4] и [5]. При этом, благодаря применению технологии программно - конфигурируемого радио, для проведения новых экспериментов необходимо только поменять параметры SDR-устройств в программе управления и установить антенну для нужного частотного диапазона.
Экспериментально были достигнуты следующие скорости генерации ключей шифрования: 4.1 бит/с для 433 МГц, 7.52 бит/с для 900 МГц и 5.04 бит/с для частоты 2,4 ГГц.
