Рекомендуем

Книга

Защита передаваемых сообщений: от детерминированного хаоса до оптических вихрей

Под редакцией И. В. Измайлова
2017 г.
344 стр.
Тираж 500 экз.
Формат 70x100/16 (170x240 мм)
Исполнение: в твердом переплете
ISBN 978-5-9912-0697-6
ББК 32.81
УДК 004.056:[519.6:519.71:535.1/.3]
Аннотация

Сегодня формируются различные полидисциплинарные направления исследований. Одно из них – синтез теорий динамического хаоса и оптических вихрей с принципами конфиденциальной связи. Книга излагает опыт авторов по сближению и синтезу исследовательских подходов из различных сфер знания, а также инженерных решений, развиваемых в радиофизике, радиоэлектронике, нелинейной, сингулярной и адаптивной оптике. Описаны разработанные авторами книги комплексы математических моделей и экспериментальных макетов устройств, применимых для защиты информации. Раскрыты предложенные авторами понятия: пространственный детерминированный хаос, самоизменяемая нелинейность, пеленгатор вихрей. Книга содержит только оригинальные результаты, которые важны и интересны в прикладном плане, но неизвестны широкому кругу специалистов, работающих в таких областях, как передача и защита информации, применение вихрей для кодирования данных, теория нелинейных колебаний и волн.

Для научных работников, инженеров, разработчиков новейшей радиоэлектронной аппаратуры, приборов оптотехники и оптоинформатики, также будет полезна преподавателям университетов, аспирантам и магистрантам, специализирующимся в указанных сферах науки, техники и IT.

Измайлов Игорь Валерьевич – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры Квантовой электроники и фотоники Национального исследовательского Томского государственного университета. Область научных и профессиональных интересов – новые синергетические феномены и закономерности нелинейной динамики в системах различной природы, применение их в радиофизических и оптических устройствах.

Пойзнер Борис Николаевич – канд. физ.-мат. наук, профессор кафедры Квантовой электроники и фотоники Национального исследовательского Томского государственного университета. Область научных и профессиональных интересов – модели самоорганизации, репликации, хаотизации в оптических, радиофизических, социокультурных системах, методы развития науковедения и вузовской педагогики, описание творчества как целенаправленной деятельности.

Романов Илья Владимирович – канд. физ.-мат. наук, старший инженер ИЛ ЭМС АО «ТЕСТПРИБОР». Область научных и профессиональных интересов – прикладные аспекты нелинейной динамики, техника внешнего зондирования ионосферы Земли, электромагнитная совместимость радиотехнических устройств, экранирующие материалы.

Смольский Сергей Михайлович – доктор техн. наук, профессор кафедры Формирования и обработки радиосигналов Института Радиотехники и электроники Национального исследовательского университета «МЭИ». Область научных и профессиональных интересов – радиоприемные и радиопередающие устройства, радиолокация, радиомониторинг, цифровая обработка радиосигналов, радиофизика, хаотические системы.

Оглавление

Оглавление

ВСЁ — ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ, ВСЕ — НА ЗАЩИТУ ИНФОРМАЦИИ! Предисловие д-ра физ.-мат. наук, профессора А.Е. Храмова

ВВЕДЕНИЕ. КУЛЬТУРА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ И НЕЛИНЕЙНО-ДИНАМИЧЕСКАЯ КРИПТОЛОГИЯ

Глава 1. ЯВЛЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА В СВЕТЕ ЗАДАЧ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
1.1. Принципы и понятия классической криптологии как традиционной стратегии защиты информации
1.2. Оптический вихрь как продукт возмущения пучка и переносчик данных в системе связи
1.3. Примеры динамических систем в радиофизике и оптике со сложным поведением
1.3.1. Примеры радиофизических систем со сложным поведением
1.3.2. Конструкции нелинейных элементов
1.3.3. Нелинейный кольцевой интерферометр как пример оптической системы со сложным поведением
1.4. Принципы защиты информации с помощью детерминированного хаоса
1.4.1. Общие схемы и принципы функционирования систем конфиденциальной связи в режиме динамического хаоса
1.4.2. Примеры радиофизических систем защиты информации
1.4.3. Примеры применения детерминированного хаоса в оптических системах конфиденциальной связи
1.4.4. Влияние возмущающих факторов на характеристики системы передачи данных
1.4.5. Классификация систем связи, использующих динамический хаос
1.5. Выводы
Литература к главе 1

Глава 2. РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ ХАОСА, ПРИМЕНИМЫЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
2.1. Радиоэлектронный генератор детерминированного хаоса с нелинейностью в виде композиции парабол
2.1.1. Структура и математическая модель генератора
2.1.2. Нелинейный элемент: структура, математическое описание
2.1.3. Анализ устойчивости состояний равновесия в модели генератора детерминированного хаоса
2.2. Моделирование статических и динамических режимов генератора детерминированного хаоса
2.2.1. Устойчивость состояний равновесия
2.2.2. Режимы в генераторе детерминированного хаоса
2.3. Режимы и сценарии перехода к хаотическим колебаниям в макете радиоэлектронного генератора детерминированного хаоса
2.3.1. Макет генератора детерминированного хаоса
2.3.2. Переход к хаосу через бифуркацию удвоения периода
2.3.3. Переход к хаосу через перемежаемость
2.3.4. Переход к хаосу через разрушение двухчастотного автоколебательного режима
2.3.5. Переход к хаосу через разрушение «полутора» (semitorus)
2.3.6. Бифуркационные диаграммы
2.4. Кольцевой интерферометр с керровской нелинейной средой и его модификации как генераторы детерминированного хаоса
2.4.1. Математические модели процессов в нелинейном кольцевом интерферометре
2.4.2. Двухконтурный нелинейный кольцевой интерферометр и модели процессов в нём
2.4.3. Динамика в моделях кольцевых интерферометров
2.4.4. Нелинейный оптико-волоконный интерферометр
2.4.5. Двухконтурный НКИ и структурированно связанные НКИ: перспективы получения хаоса и обработки данных
2.5. Выводы
Литература к главе 2

Глава 3. РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРА ХАОСА С НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ ВИДА КОМПОЗИЦИИ ПАРАБОЛ: МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ
3.1. Описание системы передачи данных
3.1.1. Структура системы передачи данных на основе генератора хаоса, её математическая модель и критерии качества
3.1.2. Температурная зависимость передаточной характеристики нелинейного элемента
3.1.3. Температурная компенсация в ограничителе напряжения на диодах Шоттки и выбор параметров нелинейного элемента
3.2. Численное моделирование работы системы передачи данных
3.2.1. Влияние несовпадения параметров приёмника и передатчика на качество передачи данныx
3.2.2. Влияние несовпадения температур передатчика и приёмника на качество передачи данных
3.2.3. Роль шумов, фильтрации, дискретизации по уровню в канале связи
3.2.4. От манипуляции напряжением смещения в генераторе детерминированного хаоса к передаче и приёму цифровых сигналов
3.3. Описание и характеристики макета системы хаотической связи, экспериментальная приёмопередача аналоговых, цифровых и видеосигналов
3.3.1. Макет системы передачи данных
3.3.2. Измерение в лабораторном эксперименте отношения сигнал/шум при несовпадении параметров передатчика и приёмника
3.4. Экспериментальное изучение работы системы связи с полной хаотической синхронизацией
3.4.1. Передача и приём аналоговых, цифровых, видеосигналов
3.4.2. Влияние параметров системы передачи данных на отношение сигнал/шум
3.5. Выводы
Литература к главе 3

Глава 4. ОДНО- И ДВУХКОНТУРНЫЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ КОЛЬЦЕВЫЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫКАКШИФРАТОРЫВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СИНХРОННОЙ ХАОТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
4.1. Система конфиденциальной связи на основе НКИ
4.1.1. Обоснование возможности восстановления сигнала, хаотизированного в НКИ
4.1.2. «Маршрутно-операторный формализм» и синтез структурной схемы криптосистемы
4.1.3. Имитация скрытой передачи изображений: режимы детерминированного пространственно-временного и пространственного хаоса
4.1.4. Ошибка дешифрации δ(r, t) как волновой процесс и её нормированная амплитуда Aδ как функция погрешностей установки параметров дешифратора. Оценка Aδ
4.1.5. Статистические характеристики относительной ошибки дешифрации амплитуды δα(r, t): данные моделирования и теоретические оценки
4.1.6. Имитация «взлома» времени запаздывания в НКИ
4.2. Имитация «взлома» параметров ДНКИ с помощью корреляционного анализа: обсуждение преимуществ
4.2.1. Случай без преобразования поля в КОС (оценка времени запаздывания)
4.2.2. Случаи с поворотом поля в одном контуре обратной связи, с одинаковыми и с разными поворотами поля в контурах обратной связи
4.3. Выводы
Литература к главе 4

Глава 5. ОПТИЧЕСКИЕ ВИХРИ В КОЛЬЦЕВОМ И НЕКОЛЬЦЕВОМ ИНТЕРФЕРОМЕТРАХ, МОДЕЛЬ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
5.1. Идея сингулярно-оптической системы связи
5.2. Нелинейный кольцевой интерферометр как вариант детектора порядка винтовой дислокации
5.3. Интерферометр Рождественского в роли детектора вихрей
5.3.1. Принцип и описание детектирования вихрей с помощью интерферометра Рождественского в присутствии шума
5.3.2. Моделирование работы интерферометра Рождественского как детектора вихря и анализ его характеристик в присутствии белого (фазового и амплитудного) шума
5.3.3. Влияние смещения Shx/r0 оптических осей источника и приёмника пучка на относительную интенсивност Ir. Возможность пеленгации оптического вихря
5.3.4. Определение порядка винтовой дислокации при наличии турбулентных искажений излучения
5.4. Система передачи данных на основе детектора оптического вихря: принцип действия, модель, симуляция влияния турбулентности или шума
5.4.1. Кодирование бита информации величиной либо сменой значения Ir. Теоретические основы расчёта вероятности ошибки передачи данных
5.4.2. Анализ влияния параметров турбулентного экрана и системы связи на ошибку передачи данных
5.5. Визуальный анализ распределений фазы S(r) и амплитуды A(r) входного сигнала детектора Vd при наличии турбулентности
5.6. Выводы
Литература к главе 5

Глава 6. РАЗНООБРАЗИЕ ВИДА НЕЛИНЕЙНОСТИ В ГЕНЕРАТОРЕ ХАОСА И СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ ХАОТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ — ПУТЬ К ПОВЫШЕНИЮ СТЕПЕНИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ
6.1. Разнообразие структурной организации нелинейно-динамических систем конфиденциальной связи и их классификация
6.2. Элементы с нелинейной передаточной характеристикой: универсализм их «конструкций» и понятие самоуправляемой нелинейности
6.3. Выводы
Литература к главе 6

Глава 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
НЕЛИНЕЙНО-ДИНАМИЧЕСКАЯ КРИПТОЛОГИЯ VS СТЕГАНОГРАФИЯ И КРИПТОГРАФИЯ
Литература к Заключению

Список сокращений

Предметный указатель