Codificador

Scrambler ( eng.  scramble  - encrypt , mix ): un dispositivo de software o hardware ( algoritmo ) que realiza la codificación  , una conversión reversible de un flujo digital sin cambiar la velocidad de transmisión para obtener las propiedades de una secuencia aleatoria . Después de la codificación, la aparición de "1" y "0" en la secuencia de salida es igualmente probable. La codificación es un proceso reversible, es decir, el mensaje original se puede restaurar aplicando el algoritmo inverso.

Blancos revueltos

Cuando se aplica a los sistemas de telecomunicaciones, la codificación aumenta la confiabilidad de la sincronización de los dispositivos conectados a la línea de comunicación (proporciona una selección confiable de la frecuencia del reloj directamente desde la señal recibida) y reduce el nivel de interferencia emitida a las líneas adyacentes de un cable multinúcleo. Otra área de aplicación de los codificadores es la protección de la información transmitida contra el acceso no autorizado.

Para los algoritmos de codificación, la velocidad de operación y la naturaleza aleatoria de la secuencia son extremadamente importantes para que no pueda restaurarse en caso de que el enemigo la intercepte. El proceso de codificación puede incluir agregar ciertos componentes a la señal original o cambiar partes importantes de la señal para complicar la reconstrucción de la señal original o para darle a la señal ciertas propiedades estadísticas.

Los codificadores se utilizan en redes telefónicas públicas , comunicaciones por satélite y radioenlace , televisión digital , así como para proteger los discos láser contra la copia.

Por lo general, la codificación se realiza en la última etapa del procesamiento digital, justo antes de la modulación.

Tipos de codificadores

Codificadores autosincronizadores

La parte principal del codificador es un generador de secuencias pseudoaleatorias (RRP) en forma de un registro de retroalimentación lineal en cascada que genera una secuencia de longitud máxima .

Una característica de un codificador autosincronizante ( codificador SS ) es que está controlado por una secuencia codificada, es decir, la que se transmite al canal. Por lo tanto, con este tipo de cifrado, no se requiere un ajuste especial de los estados del codificador y el decodificador: la secuencia codificada se escribe en los registros de desplazamiento del codificador y el decodificador, estableciéndolos en un estado idéntico. Si se pierde el sincronismo entre el aleatorizador y el desaleatorizador, el tiempo de recuperación del sincronismo no excede el número de ciclos igual al número de celdas de registro del aleatorizador.

En el lado receptor, la extracción de la secuencia original se produce mediante la suma módulo 2 de la secuencia cifrada recibida con la secuencia a la salida del registro de desplazamiento. Por ejemplo, para el circuito que se muestra en la figura, la secuencia de entrada se convierte utilizando un codificador de acuerdo con la relación en la secuencia binaria enviada . En el receptor, a partir de esta secuencia, la secuencia está formada por el mismo registro de desplazamiento que en la recepción .

Como se desprende del principio de funcionamiento del esquema, con un error en la secuencia , los caracteres dieciocho y veintitrés posteriores (en este ejemplo) también son erróneos. En general, el efecto de un bit recibido erróneamente se sentirá varias veces, donde a  es el número de retroalimentaciones en el registro de desplazamiento. Por lo tanto, el codificador-descodificador SS tiene la propiedad de propagación de errores. Esta desventaja del codificador-descodificador SS limita el número de retroalimentaciones en el registro de desplazamiento; en la práctica, este número no excede a = 2.

El segundo inconveniente del codificador SS está asociado a la posibilidad de aparición de las denominadas “situaciones críticas” en su salida en determinadas condiciones, cuando la secuencia de salida adquiere un carácter periódico con un período inferior a la longitud del PSS. Para evitar esto, el codificador y el decodificador proporcionan circuitos de control adicionales especiales que detectan la presencia de la periodicidad de los elementos en la entrada y la violan.

Codificadores aditivos

Con la codificación aditiva , los estados de los registros del codificador y del decodificador deben establecerse de manera idéntica de antemano. En el codificador con la instalación (codificador AD) , como en el codificador CC, la señal de entrada y el PSP se suman, pero la señal resultante no se envía a la entrada del registro. En un decodificador, la señal codificada tampoco pasa por el registro de desplazamiento, por lo que no se produce la propagación de errores.

Las secuencias sumadas en el codificador son independientes, por lo que su periodo es siempre igual al mínimo común múltiplo de los periodos de la secuencia de entrada y el SRP, y no existe estado crítico. La ausencia del efecto de propagación de errores y la necesidad de una lógica especial para proteger contra situaciones no deseadas hacen preferible el método de aleatorización aditiva, si no tenemos en cuenta el costo de resolver el problema de sincronizar el aleatorizador y el desaleatorizador. Como señal de ajuste en los sistemas de transmisión de datos digitales, se utiliza una señal de sincronización de cuadros.

Protección de conversaciones telefónicas

Los codificadores de audio se utilizan activamente para proteger las conversaciones telefónicas. Al codificar, es posible convertir una señal de voz en tres parámetros: amplitud , frecuencia y tiempo . Sin embargo, en los sistemas de radiocomunicaciones móviles, principalmente las transformaciones de frecuencia y tiempo de la señal, así como sus combinaciones, han encontrado aplicación práctica. La posible interferencia en el canal de radio complica significativamente la restauración exacta de la amplitud de la señal de voz y, por lo tanto, las transformaciones de amplitud prácticamente no se utilizan durante la codificación.

Los principales métodos de conversión de señales de voz:

Conversiones de frecuencia

Con inversión de frecuencia , la transformación del espectro de una señal de voz es equivalente a girar la banda de frecuencia de la señal alrededor de una cierta frecuencia promedio F y  es la frecuencia de inversión.

Un codificador proporciona un método de conversión de señal un poco más complejo que la inversión de frecuencia al dividir la banda de señal de voz en subbandas con una inversión de frecuencia de la señal en cada subbanda (inversor de desplazamiento de banda). Por lo general, la banda se divide en 2 subbandas.

Los codificadores de ancho de banda utilizan un método para dividir una banda de señal de voz en varias subbandas con permutaciones de frecuencia de estas subbandas. Se puede implementar un codificador de banda basado en la Transformada Rápida de Fourier (FFT) . En un codificador de este tipo, se realiza una FFT directa en el lado transmisor, una permutación de frecuencia de las bandas y luego una FFT inversa. En el lado receptor, se realizan conversiones similares con la permutación de frecuencia inversa de las bandas. En codificadores con FFT, es posible lograr un alto grado de seguridad de la información aumentando el número de bandas entremezcladas, sin embargo, en la práctica, este método de cifrado en comunicaciones de radio móvil rara vez se usa debido a las dificultades de implementación técnica. Además, los codificadores FFT introducen un retraso de tiempo en el canal de comunicación.

Transformaciones temporales

El tipo más simple de transformación de tiempo es la inversión de tiempo , en la que la señal original se divide en una secuencia de segmentos de tiempo y cada uno de ellos se transmite inversamente en el tiempo, desde el final hasta el principio.

En un codificador de permutación de tiempo , la señal de voz se divide en marcos de tiempo, cada uno de los cuales se subdivide a su vez en segmentos, y luego se permutan los segmentos de la señal de voz.

Transformaciones combinadas

Para aumentar aún más el grado de cierre del habla, se utiliza una combinación de codificación de tiempo y frecuencia. En un codificador de este tipo, después de la conversión de analógico a digital, el espectro de la señal de voz digitalizada se divide en elementos de frecuencia-tiempo, que luego se mezclan en el plano de frecuencia-tiempo de acuerdo con uno de los elementos criptográficos y se suman sin ir más allá. más allá del rango de frecuencia de la señal original.

Televisión

Los codificadores se utilizan en la televisión digital y por cable para brindar acceso a contenido pago y evitar el robo de la señal de transmisión. Las primeras versiones de estos dispositivos invirtieron uno de los componentes de la señal de TV, restableciéndolo en el lado del cliente. Más tarde, codificadores más avanzados comenzaron a filtrar uno de los componentes de la señal y transmitir datos sin él. La restauración de la secuencia original mediante la adición de la parte faltante de la señal ocurre del lado del usuario.

Criptografía

La necesidad de sincronizar codificadores llevó a James Ellis a la idea de los criptosistemas de clave pública , que posteriormente condujo a la creación del algoritmo de cifrado RSA y el protocolo Diffie-Hellman .

Los sistemas de codificación modernos son muy diferentes de los codificadores originales. Estos son dispositivos de digitalización complejos , combinados con dispositivos de encriptación. En dichos sistemas, la señal original se digitaliza, luego los datos se cifran y envían. Combinados con sistemas de encriptación asimétrica, estos "codificadores" son más seguros que sus contrapartes anteriores. Solo estos sistemas se consideran lo suficientemente confiables para manejar datos críticos.

Véase también

Notas

Literatura

Enlaces