Эта статья написана для того, чтобы рассказать читателю, что такое скремблеры, обозначить области их применения и затронуть некоторые практические тонкости, а также раскрыть секреты алгоритма скремблирования.
Зачем и почему?
Иногда возникает необходимость зашифровать трафик, не прибегая к методам, требующим много времени и ресурсов на шифровку и расшифровку, а также реализацию алгоритма. Такое случается, когда мы стараемся защитить данные от пользователей или примитивных троянов со снифферами (анализаторами трафика), но эти данные не стоят того, чтобы прибегать к серьезным методам шифрования, так как нам не требуется высокая криптостойкость. Со стороны методов связи бывает необходимо уменьшить уровень излучаемых помех, распределив энергию равномерно, и повысить надежность синхронизации устройств. С этими задачами и справляется скремблирование.
Что же такое скремблер?
Скремблер (от англ. to scramble – перемешивать, шифровать) – это алгоритм, разработанный для побитной последовательной передачи информации, позволяющий зашифровать цифровой поток таким образом, что на выходе получается последовательность, обладающая свойствами случайной: равновероятным появлением нуля и единицы. Именно это позволяет надежно выделить тактовую частоту и постоянную мощность передаваемого сигнала, что и дает надежность синхронизации. Стоит отметить, что такое преобразование потока не меняет скорость передачи, а также является обратимым, то есть данные восстанавливаются обратным алгоритмом.
Лекция 227. Скремблирование
Как это работает?
У нас имеется передающая сторона, на которой выполняется скремблирование, а также принимающая сторона, на которой соответственно выполняется дескремблирование, то есть обратная операция. Исходная последовательность подается на вход скремблера, а также именно она выделяется дескремблером из принятой зашифрованной последовательности.
Главной частью скремблера является линейный n-каскадный регистр сдвига с обратными связями, генерирующий псевдослучайную последовательность (ПСП) максимальной длины . Основная операция, производимая при шифровании – сложение по модулю 2, то есть XOR (исключающее ИЛИ).
Типы скремблеров
По типу взаимодействия с регистром скремблеры делятся на два типа: самосинхронизирующиеся (СС-скремблеры) и аддитивные (АД-скремблеры или же скремблеры с установкой). И те, и другие имеют свои плюсы и минусы, которые станут ясны после более подробного рассмотрения алгоритмов.
СС-скремблер
Отличительной чертой самосинхронизирующегося скремблера является то, что шифрование производится на основе самой скремблированной последовательности, поступающей на вход регистра сдвига. Следствием этого является отсутствие необходимости предустановки состояний скремблера и дескремблера в идентичное начальное состояние, синхронизация происходит сама по себе. При потере синхронизации восстановление состояния не превышает числа тактов, равного числу ячеек регистра скремблера.
Сам алгоритм скремблирования в этом случае можно рассмотреть на простейшем примере.
Несложно заметить, что при выполнении такого алгоритма большую опасность представляет «лавинный эффект» вследствие размножения ошибок. Это происходит именно из-за того, что для шифрования каждого следующего бита используется результат шифрования предыдущих. А значит, что при ошибке в одном бите мы получим уже n неправильно зашифрованных бита (где n – число обратных связей регистра), которые впоследствии приведут к ошибке в 2n и так далее. Другой проблемой самосинхронизирующихся скремблеров является то, что первые k битов входящей последовательности в принципе не будут зашифрованы. К счастью, этого легко избежать искусственным добавлением шума в начало последовательности.
АД-скремблер
Аддитивные скремблеры не получают на вход регистра результат шифрования, чем избегают распространения ошибок и лавинного эффекта, однако скремблер и дескремблер требуют предварительной установки состояния регистра – ключа. На вход регистра поступает линейная комбинация уже находящихся в нем бит, она же суммируется с входящим сигналом, в результате чего и получается зашифрованная последовательность.
Сам алгоритм скремблирования в этом случае можно рассмотреть на простейшем примере.
На практике чаще всего применяются именно аддитивные скремблеры, так что далее проанализируем особенности этого алгоритма.
Синхронизация
В АД-методе скремблирования важную роль играет синхронизация состояний регистров скремблера и дескремблера, ведь при ее потере вся дальнейшая информация неизбежно теряется. Для поддержания синхронизации на практике используются такие методы, как добавление в поток информации синхронизирующих битов, заранее известных приемной стороне, что позволяет ей при ненахождении такого бита активно начать поиск синхронизации с отправителем, и использование высокоточных генераторов временных импульсов, что позволяет в моменты потери синхронизации производить декодирование принимаемых битов информации «по памяти» без синхронизации. Стоит отметить, что именно необходимость в синхронизации скремблеров привела Джеймса Х. Эллиса к идее криптосистем с открытым ключом, что впоследствии привело к созданию алгоритма шифрования RSA и протокола Диффи-Хеллмана.
Зацикливание и построение алгоритма
Разрядность скремблера – разрядность устройства памяти – идентична длине ключа для блочных шифров. От нее напрямую зависит криптостойкость данной системы. При длительном скремблировании неизбежно возникает зацикливание, то есть через определенное число тактов регистр возвращается в исходное состояние, после чего шифрование будет циклически повторяться. Это повторение происходит непосредственно из-за того, что в n ячейках регистра возможны только комбинаций бит, а значит, максимум через комбинаций состояние станет идентичным начальному. А значит, мы хотим достигнуть именно этой максимальной длины.
К счастью, для скремблера любой разрядности n существует такая комбинация обратных связей, при которой период реализуем. То есть за тактов значения в регистре ни разу не повторятся. Оказывается, для этого достаточно, чтобы скремблер был построен на основе неприводимого полинома степени n, не представимого по модулю 2 в виде произведения никаких других полиномов. Выбранные таким способом обратные связи и используются в схемах скремблирования, при этом мы получаем генератор последовательностей наибольшей длины (ПНД).
Алгоритм построения следующий:
- находим неприводимый полином степени n
- отбрасываем старший разряд в его двоичном представлении, так как он несет информацию только о степени этого полинома
- по полученному двоичному представлению строим скремблер, 1 на соответствующих разрядах говорят о наличии обратной связи, 0 – об ее отсутствии
Так, например, для 15-ти разрядного регистра мы имеем неприводимый полином с двоичным представлением 1000000000000011 . После отбрасывания старшего бита получаем 000000000000011 , то есть скремблер с алгоритмом: .
Что в итоге?
Скремблирование – достаточно простой алгоритм, используемый для шифрования алфавитно-цифровой, графической, а также речевой информации для последующей передачи ее по системам связи.
Современные скремблеры несколько отличаются от их более ранних аналогов, так как для повышения криптостойкости совмещаются с асимметричными алгоритмами шифрования.
Тем не менее скремблеры повсеместно применяются и сейчас, как из-за простоты реализации, так и из-за других очевидных преимуществ данного алгоритма.
Источник: habr.com
Что значит скремблированный канал на Телекарте и как исправить ошибку
Спутниковые операторы и сети
Что означает скремблированный канал на Телекарте и как восстановить вещание спутниковых каналов.
Сообщение о скремблированном канале (скремблированный канал, scramble) – в чем суть сообщения
При показе каналов Телекарты может поступить сообщение о том, что они скремблированные. Это означает, что они зашифрованы и не могут быть показаны. Расшифровка обычно происходит в тех случаях, когда они оплачены, а пользователь вставляет подтверждающую это карту в CAM-ридер.
В некоторых случаях невозможность показа телепередач обеспечивается тем, что оборудование имеет неправильную настройку. Однако, в некоторых случаях рассматриваемое сообщение может быть выдано даже при отсутствии таких причин.
Как интерпретировать
- Сначала требуется извлечь карту доступа.
- Затем требуется перевернуть приставку и снять резиновые ножки. Винты, находящиеся под ними, необходимо открутить.
- Нужно снять крышку и открыть доступ к плате.
- Для снятия платы откручивают три шурупа и две гайки с разъёмов LNB in и out.
- Теперь требуется выпаять и поменять все конденсаторы, номинал которых равен 16v 100. Их нужно заменить на 16v1000uF или 25v1000uF.
- Нужно проверить другие конденсаторы на наличие вздутий. Если они будут обнаружены, потребуется выполнить замену.
- Сборку осуществляют в обратной последовательности.
После этого сообщения о скремблированных каналах больше появляться не должно. Однако, в большинстве случаев у проблем с показом телепередач могут быть другие причины, о которых подробно рассказано далее.
Почему Телекарта пишет скремблированный канал – другие причины, которые блокируют каналы
Если нельзя посмотреть передачи Телекарты, то необходимо разобраться в том, что послужило этому причиной. После этого можно будет принять соответствующие меры для исправления ситуации. К прекращению показа могут привести следующие причины.
Поступление оплаты
При показе телеканалов зритель использует определённый тариф. Для того, чтобы получать доступ, у него должны отсутствовать задолженности. Если он забыл внести нужную сумму, то это может стать причиной невозможности просмотра. В такой ситуации нужно проверить выплаты и ликвидировать задолженности, если они имели место.
Погода
Для того, чтобы принимать сигналы со спутника, необходима ясная погода. Однако вряд ли можно надеяться на то, что она продержится на протяжении всего года. Если на дворе ненастье, то это обычно приводит к проблемам при показе.
Это может происходить во время сильного дождя, при снегопаде, во время сильного тумана и в некоторых других случаях. Когда пользователь просматривает карту покрытия, надо помнить, что данные, которые на ней показаны, рассчитаны на то, что речь идёт о ясной погоде.
Ошибка подключения
Даже если антенна точно настроена на источник сигнала, проблемы с подключением могут привести к невозможности нормального просмотра. Здесь речь идёт о том, что разъёмы или кабели могут иметь повреждения.
Причиной плохого показа может стать неплотное подключение кабеля. Например, если в непогоду он немного сдвинулся, это может стать достаточной причиной для возникновения проблем.
Настройки телевизора
Для того, чтобы обеспечить качественный приём сигнала, телевизор должен работать с правильными настройками. Например, нужно правильно указать источник получения сигнала. Если здесь указан неправильный порт, то показ телепередачи не произойдёт.
Проверка карты
При просмотре спутникового телевидения зритель выбирает тариф и оплачивает его. После этого он при просмотре должен подтвердить это. Для этого необходимо вставить карту, полученную от провайдера в специальный разъём. После того, как информация из неё будет прочитана устройством, телеканалы будут открыты для просмотра.
Однако иногда может произойти так, что по какой-то причине информация с карты окажется недоступной. Это приведёт к невозможности воспользоваться спутниковым вещанием Телекарты.
Уведомления от компании
Параметры вещания каналов Телекарты со временем могут меняться. Об этом всегда предупреждают пользователей для того, чтобы они могли поменять соответствующие настройки должным образом. Если человек не уделяет должного внимания получаемым сообщениям, он может пропустить их и не внести нужных изменений. Чтобы этого избежать, достаточно просмотреть уведомления и учесть их в дальнейшем.
Что делать, как исправить ошибку показа
Если во время показа шёл дождь или имела место высокая солнечная активность, зритель ничего не может сделать для того, чтобы восстановить нормальные условия прохождения сигнала. В такой ситуации необходимо подождать того времени, когда погода исправится. Если она была единственной причиной проблемы, то вскоре можно будет просматривать телепередачи в хорошем качестве.
На первый взгляд проблемы с подключением к антенне могут считаться маловероятной причиной для пропадания сигнала. Однако эту причину легко проверить и нетрудно устранить. Нужно при помощи визуального осмотра убедиться в отсутствии видимых повреждений на кабелях и разъёмах, а также проверить, насколько хорошо они подключены.
Нужно учитывать, что коннекторы при длительном использовании могут постепенно окисляться, что ухудшает качество подключения. Иногда к проблемам приводит загрязнение. В этом случае перед повторным подключением необходимо провести аккуратную очистку поверхности.
Нужно убедиться в том, что настройки телевизора сделаны правильно. Нужно, в частности, проверить, какой источник сигнала был указан. Необходимо, чтобы в настройках был указан порт, соответствующий показу от спутниковой антенны.
При установке параметров в настройках нужно использовать пульт дистанционного управления телевизора.
Что делать, если не показывают каналы на Телекарте:
Одной из возможных причин проблемы может стать вставка карты неправильной стороной. Нужно помнить, что она должны быть помещена в соответствующий разъём чипом вперёд. Если всё равно она не читается, то нужно повторить вставку повторно, аккуратно проделав необходимые действия.
Если карта не работает, необходимо обратиться к специалистам службы поддержки компании.
Если увлекаетесь инвестициями, то рекомендую отличную статью про подсчёт комиссий и расходов на брокерских счетах.
Источник: gogosmart.pro
2. 3. Скремблирование
Двоичный сигнал на входе модема может иметь произвольную статистическую структуру, которая не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым синхронным способом передачи. Среди этих требований основными являются следующие.
- Частота смены символов (1, 0) должна обеспечивать надежное выделение тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала.
- Спектральная плотность мощности передаваемого сигнала должна быть, по возможности, постоянной и сосредоточенной в заданной области частот с целью снижения взаимного влияния каналов.
Приведенные требования должны выполняться независимо от структуры передаваемого сообщения. Поэтому в синхронных модемах исходная последовательность двоичных посылок часто подвергается определенной обработке. Смысл такой обработки состоит в получении последовательности, в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной, что позволяет удовлетворить двум названным выше требованиям.
Одним из способов такой обработки является скремблирование (scramble – перемешивание). Скремблирование – это обратимое преобразование структуры цифрового потока без изменения скорости передачи с целью получения свойств случайной последовательности.
Скремблирование производится на передающей стороне с помощью скремблера, реализующего логическую операцию суммирования по модулю два исходного и псевдослучайного двоичных сигналов. На приемной стороне осуществляется обратное преобразование – дескремблирование, выполняемое дескремблером. Дескремблер выделяет из принятой последовательности исходную информационную последовательность. На Рис. 2.6. показано включение скремблера и дескремблера в канал связи.
Основной частью скремблера является генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) в виде линейного — каскадного регистра с обратными связями, формирующий последовательность максимальной длины 2 – 1
Рис. 2. 6. Схема включения скремблера и дескремблера в канал связи
Рис. 2. 7. Схема скремблирования с самосинхронизацией
Различают два основных типа скремблеров-дескремблеров – самосинхронизирующиеся и с начальной установкой (аддитивные)
Схема пары самосинхронизирующихся скремблер-дескремблер представлена на Рис. 2. 7. Особенностью самосинхронизирующего скремблера является то, что он управляется самой скремблированной последовательностью, т. е. той, которая поступает в канал. Поэтому в данном случае не требуется специальной установки состояний скремблера и дескремблера, поскольку они оказываются идентичными в результате записи в их регистры сдвига скремблированной последовательности.
При потере синхронизма между скремблером и дескремблером время его восстановления не превышает числа тактов, равного числу ячеек регистра скремблера. На приемной стороне выделение информационной последовательности происходит сложением по модулю два принятой скремблированной последовательности с псевдослучайной последовательностью (ПСП) регистра.
Одним из недостатков самосинхронизирующих скремблеров-дескремблеров является присущее им свойство размножения ошибок. Для предотвращения таких ситуаций в скремблере и дескремблере согласно рекомендациям ITU-T предусматриваются специальные дополнительные схемы контроля, которые выявляют периодичность элементов на входе и нарушают ее.
Недостатки, присущие самосинхронизирующим скремблеру-дескремблеру, практически отсутствуют при аддитивном скремблировании (Рис. 2. 8).
Однако в этом случае требуется предварительная идентичная установка состояний регистров скремблера и дескремблера. В скремблере с начальной установкой, как и в самосинхронизирующем скремблере, производится суммирование входного сигнала и ПСП, но результирующий сигнал не поступает на вход регистра. В дескремблере скремблированная последовательность также не проходит через регистр сдвига, поэтому размножения ошибок не происходит. Суммируемые в скремблере последовательности независимы, поэтому критических ситуаций не наступает. Отсутствие эффекта размножения ошибок и необходимость специальной защиты от нежелательных ситуаций делают способ аддитивного скремблирования предпочтительнее и экономически эффективнее, если не учитывать затрат на решение задачи взаимной синхронизации пары скремблер-дескремблер.
Рис. 2.8. Схема скремблирования с начальной установкой
Рис. 2.9. Спектр сигнала до (а) и после (в) скремблирования
2. 4. Эхо-подавление
Организация дуплексной высокоскоростной передачи является не простой задачей при использовании коммутируемых каналов с двухпроводным окончанием. В отличие от выделенных четырехпроводных каналов (Рис 2. 10, а), характерной особенностью телефонного канала КТСОП является наличие участков перехода двухпроводной части канала в четырехпроводную.
Переход осуществляется при помощи дифференциальных систем (ДО, обеспечивающих необходимое затухание по встречным направлениям передачи. Если эти затухания очень велики, то схему связи можно практически считать четырехпроводной, представляющей собой электрически разомкнутую систему. Однако идеальных дифференциальных систем не существует. В результате, как и во всякой электрически замкнутой системе, в двухпроводном телефонном канале присутствуют токи обратной связи, вызывающие искажения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик прямого и обратного каналов.
Рис. 2. 10. Схема телефонных каналов с четырехпроводным (а) и двухпроводным окончанием (6) с путями прохождения эхо-сигналов (1, 2, 3)
Рис. 2. 11. Схема мостовой трансформаторной дифференциальной системы
В качестве примера на Рис 2. 10, б приведена типичная схема модемного канала с тремя дифференциальными системами и, соответственно, тремя путями прохождения эхо-сигналов. Собственный отраженный и задержанный сигнал поступает на вход демодулятора, являясь для него помехой. Чем большей задержкой обладает эхо-сигнал, тем труднее с ним бороться.
Рассмотрим один из возможных вариантов дифференциальных систем – мостовую трансформаторную дифференциальную систему (Рис 2. 11). Такая дифференциальная система будет обеспечивать достаточное затухание (более 50 дБ) во встречных направлениях приема-передачи лишь при условии выполнения ее баланса. Однако обеспечить точный баланс не так просто, как может показаться на первый взгляд. Причиной этому является как изменения комплексных сопротивлений двух- (Z2np) и четырехпроводных (Zпрд4 и ZПРM4) линий, так и их несоответствие номинальным значениям. Это происходит вследствие, например, неодинаковой длины и различного качества абонентских линий, или в случае параллельного подключения модема к телефонному аппарату.
Известны так называемые самобалансирующиеся дифференциальные системы, автоматически подстраиваемые под параметры используемой линии связи. Их рассмотрение выходит за рамки данной книги. Стоит лишь отметить, что они представляют собой достаточно сложные электронные устройства.
Рис. 2. 12. Схема эхо — компенсатора
Для борьбы с электрическим эхом возможно использование следующих методов:
- частотное разделение каналов;
- применение самобалансирующихся дифференциальных систем;
- компенсация эхо — сигнала.
При использовании первого метода вся полоса пропускания канала разделяется на два частотных подканала, по каждому из которых передается сигнал в одном направлении. Очевидно, в этом случае нет возможности использовать полосу канала в полном объеме. Более того, для исключения проникновения боковых гармоник между подканалами приходится вводить защитный частотный интервал.
В результате этого подканалы займут меньше половины полной полосы пропускания канала. Существующие протоколы модуляции с частотным разделением каналов, например V. 21 и V. 22, обеспечивают симметричную дуплексную связь со скоростью не выше 2400 бит/с. Ряд протоколов с частотным разделением, например HST, обеспечивает и более скоростную связь, но в одном направлении. В то время как скорость передачи по обратному каналу значительно меньше. Такая разновидность дуплексной связи называется асимметричной.
Применение автоматически настраиваемых дифференциальных систем экономически невыгодно из-за высокой сложности их технической реализации.
В связи с этим наибольшее распространение получил компенсационный метод борьбы с эхо-сигналом. Суть метода заключается в том, что модем, обладая информацией о своем собственном передаваемом сигнале SПРД(t), может использовать ее для фильтрации принимаемого сигнала SПРМ(t) от эхо — помехи.
Отраженный эхо-сигнал E (t) претерпевает существенные изменения вследствие амплитудных и фазовых искажений. На этапе установления соединения каждый модем посылает определенный зондирующий сигнал и определяет параметры эхо — отражения: время запаздывания, амплитудные и фазовые искажения, мощность отраженного сигнала. В процессе сеанса связи эхо-компенсатор модема вычитает из принимаемого входного сигнала свой собственный выходной E* (t), скорректированный в соответствии с полученными параметрами эхо — отражения. Функцию создания копии эхо-сигнала выполняет линия задержки с отводами, схема которой приведена на Рис 2. 12.
Технология эхо — компенсации позволяет отвести для дуплексной передачи всю ширину полосы пропускания телефонного канала, однако требует немалых вычислительных ресурсов для обработки сигнала.
Источник: studfile.net