RU2699589C1

RU2699589C1 - Способ динамического преобразования данных при хранении и передаче

Info

Publication number: RU2699589C1
Application number: RU2019103419A
Authority: RU
Inventors: Константин Олегович Волков; Александр Петрович Мартынов; Инна Александровна Мартынова; Дмитрий Борисович Николаев; Ирина Александровна Николаева; Виктор Николаевич Фомченко
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-09-06

Abstract

Изобретение относится к области преобразования двоичной информации при ее хранении и передаче. Техническим результатом является обеспечение многопоточной обработки информации для ее последующей передачи и хранения. Способ заключается в том, что преобразование данных осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц, каждая из которых содержит элементы, образующие столбцы и строки, каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номера строки и номера столбца, каждый элемент первой матрицы со своим индексом последовательно соединяют с элементом такого же индекса последующих параллельных матриц, вводят ключ, сформированный предварительно случайным образом для выбора одной из матриц и одного из ее элементов, на выбранной матрице осуществляют перемещение выбранного элемента на место элемента первой матрицы, имеющего индекс строки и столбца равный единице, путем последовательного смещения других элементов, для получения выходных битовых последовательностей производят преобразование входных битовых последовательностей на каждом из элементов строк или столбцов на каждой матрице или на каждом из элементов с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах связи, вычислительных и информационных системах для преобразования двоичной информации при ее хранении и передаче.

Известен способ динамического преобразования данных при хранении и передаче (см. патент РФ №2497277, опубликованный 27.10.2013, авторы: Мартынов А.П., Николаев Д.Б.), в котором символы представлены битовыми последовательностями одинакового фиксированного размера. Для осуществления преобразования производят подсчет частоты повторяемости символов, затем для обозначения часто и редко встречающихся символов входного потока двоичных данных производят соответственно выработку более короткой и более длинной битовых последовательностей, которые объединяют в совокупную битовую последовательность переменного размера. При этом из совокупной битовой последовательности исключают битовые последовательности, соответствующие повторяющимся символам входного потока двоичных данных. Способ позволяет проводить операции кодирования и декодирования, используя малый объем памяти для реализации соответствующих преобразований.

Указанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком указанного способа является недостаточно высокое быстродействие прямого и обратного преобразования информации, невозможность распараллеливания процессов обработки и ограниченное множество преобразований, обусловленное фиксированной последовательностью входных данных. Таким образом, представленный способ невозможно использовать для параллельного преобразования информационных блоков с динамически изменяемой структурой преобразования.

Решаемой задачей является создание способа динамического преобразования данных при хранении и передаче с расширенными функциональными возможностями за счет высокой скорости обработки, возможности распараллеливания информационных потоков в процессе обработки и повышенной стойкости к злоумышленным действиям.

Достигаемым техническим результатом является обеспечение многопоточной обработки информации для ее последующей передачи и хранения, отсутствие возможности анализа структуры и параметров используемого преобразования и расширение функциональных возможностей.

Для достижения технического результата в способе динамического преобразования данных при хранении и передаче, заключающемся в том, что для их преобразования используют входной поток двоичных данных, представляющий собой входные битовые последовательности, результатом преобразования которых являются выходные битовые последовательности, новым является то, что преобразование данных осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц, каждая из которых содержит элементы, образующие столбцы и строки, каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номера строки и номера столбца, при этом элементы каждой строки и каждого столбца на каждой матрице соединяют между собой последовательно, каждый элемент первой матрицы со своим индексом последовательно соединяют с элементом такого же индекса последующих параллельно расположенных матриц, при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования, дополнительно вводят ключ, сформированный предварительно случайным образом для выбора одной из матриц и одного из ее элементов, на выбранной матрице осуществляют перемещение выбранного элемента на место элемента первой матрицы, имеющего индекс строки и столбца равный единице, путем последовательного смещения других элементов для получения выходных битовых последовательностей производят преобразование входных битовых последовательностей на каждом из элементов строк или столбцов на каждой матрице или на каждом из элементов с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц.

Указанная совокупность существенных признаков позволяет расширить функциональные возможности динамического преобразования данных при хранении и передаче за счет применения произвольного количества некоммутативных функций преобразования, обеспечения многопоточной обработки информации и динамического изменения структуры и параметров преобразований в процессе обработки.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого способа динамического преобразования данных при хранении и передаче на примере трехмерного множества ƒ(a_zyx),

у=0…m, х=0…n,

которое состоит из одномерных множеств (фиг. 2). Операции в трехмерном множестве выполняются по трем осям (х, у, z). На фиг. 2 представлена схема некоммутативного произведения функций преобразования, представляющее собой циклическую группу одномерного множества криптографических функций ƒ(а_х) (ось х), при котором пространственно-групповое перемещение элементов множества осуществляется в одной строке влево. При циклическом сдвиге элементов множества на 1 шаг все элементы множества сдвигаются на одну позицию влево, ƒ(а₀) переходит в конец множества.

Способ реализуется следующим образом.

Преобразование потоков исходных сообщений осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц z₀, z₁, …

представляющих ось

каждая из матриц содержит элементы, образующие столбцы (ось у=0…m) и строки х=0…n, каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номера строки и номера столбца, при этом элементы каждой строки (а₀₀, а₀₁ … a_0n, … a_m0, a_m1 … a_mn) и каждого столбца (а₀₀, а₁₀, … a_m0, …, a_0n, a_1n, … a_mn) на каждой матрице (z₀, z₁, …,

) соединяют между собой последовательно, каждый элемент со своим индексом (а₀₀, …, a_mn) первой матрицы z₀ последовательно соединяют с элементом такого же индекса (а₀₀, …, a_mn) последующих параллельно расположенных матриц (z₁,

), при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования ƒ(a_zyx).

Потоки исходных сообщений (входных битовых последовательностей) (фиг. 1) поступают на соответствующие строки, столбцы матриц или на элементы с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц для последующего преобразования. В процессе преобразования каждого бита потока исходных сообщений (входных битовых последовательностей) происходит пространственное групповое перемещение криптографических функций ключу, выбранному случайным образом.

Пространственное групповое перемещение криптографических функций заключается в следующем. Получение множества функций, при котором исходная битовая последовательность подвергается преобразованию. Результирующее множество криптографических функций представляется как m-n-матрица из z-матриц из у-столбцов х-строк. ƒ(a_zyx),

у=0…m, х=0…n,

Элементами множества являются функций объединенные в циклические группы двухмерных матриц (оси х и у), в которых осуществляются циклические сдвиги элементов по столбцам и по строкам множества. Циклическое преобразование элементов групп происходит сначала по оси z, затем по оси у, а затем по оси х. Последовательность операций в общем случае может быть произвольной.

При циклической перестановке (фиг. 2) ключ задается индексом элемента, который необходимо сдвинуть на исходную (нулевую) позицию, к началу координатных осей (х, у, z). В этом случае величина сдвига равна номеру элемента множества. Для множества ƒ(a_zyx) ключ циклического сдвига k(a_zyx),

у=0…m, х=0…n,

Для каждой z-матрицы, входящей в состав m-n-матрицы, сначала выполняется циклический сдвиг функций по ключу, а затем преобразование потока исходных сообщений (входных битовых последовательностей) в криптограммы (выходные битовые последовательности). Преобразование криптограмм (выходных битовых последовательностей) в исходные сообщения (входные битовые последовательности) производится в обратном направлении, при том же состоянии криптографической системы.

Предложенный способ может быть реализован непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, выполняемом посредством процессора, или в их комбинации.

Реализация данного способа позволяет увеличить скорость обработки, повысить стойкость к внешним несанкционированным воздействиям и расширить функциональные возможности за счет параллельного преобразования всей совокупности управляющих последовательностей, что позволяет создавать универсальные многофункциональные системы преобразования, подстраивающиеся под структуру и состав динамически изменяющихся управляемых объектов.

Программная и программно-аппаратная реализации данного способа подтвердили осуществимость и практическую ценность заявленного способа.

Claims

Способ динамического преобразования данных при хранении и передаче, заключающийся в том, что для их преобразования используют входной поток двоичных данных, представляющий собой входные битовые последовательности, результатом преобразования которых являются выходные битовые последовательности, отличающийся тем, что преобразование данных осуществляют с использованием набора параллельно расположенных матриц, каждая из которых содержит элементы, образующие столбцы и строки, причем каждому элементу предварительно присваивают индекс соответствующих ему номеров строки и столбца, при этом элементы каждой строки и каждого столбца на каждой матрице соединяют между собой последовательно, каждый элемент первой матрицы со своим индексом последовательно соединяют с элементом такого же индекса последующих параллельно расположенных матриц, при этом элементы являются некоммутативными функциями преобразования, дополнительно вводят ключ, сформированный предварительно случайным образом для выбора одной из матриц и одного из ее элементов, на выбранной матрице осуществляют перемещение выбранного элемента на место элемента первой матрицы, имеющего индекс строки и столбца равный единице, путем последовательного смещения других элементов, для получения выходных битовых последовательностей производят преобразование входных битовых последовательностей на каждом из элементов строк или столбцов на каждой матрице или на каждом из элементов с одинаковым индексом на каждой из параллельно расположенных матриц.