В телекоммуникациях скремблер — это устройство, которое транспонирует или инвертирует сигналы или иным образом кодирует сообщение на стороне отправителя, чтобы сделать сообщение непонятным для получателя, не оснащенного соответствующим образом настроенным дескремблирующим устройством. В то время как шифрование обычно относится к операциям, выполняемым в цифровой области, скремблирование обычно относится к операциям, выполняемым в аналоговой области. Скремблирование выполняется путем добавления компонентов к исходному сигналу или изменения некоторого важного компонента исходного сигнала, чтобы затруднить извлечение исходного сигнала. Примерами последнего могут быть удаление или изменение вертикальных или горизонтальных синхроимпульсов в телевизионных сигналах; телевизоры не смогут отображать изображение из такого сигнала. Некоторые современные скремблеры на самом деле являются устройствами шифрования , название которых сохранилось из-за сходства в использовании, в отличие от внутренней работы.
В телекоммуникациях и записи скремблер (также называемый рандомизатором ) — это устройство, которое манипулирует потоком данных перед передачей. Манипуляции обратятся дескремблером на принимающей стороне. Скремблирование широко используется в спутниковой , радиорелейной связи и модемах PSTN . Скремблер может быть помещен непосредственно перед кодером FEC или после FEC, непосредственно перед модуляцией или линейным кодом . В этом контексте скремблер не имеет ничего общего с шифрованием , поскольку его цель — не сделать сообщение непонятным, а придать передаваемым данным полезные инженерные свойства.
Скремблер заменяет последовательности (называемые отбеливающими последовательностями ) другими последовательностями, не удаляя нежелательные последовательности, и в результате изменяет вероятность появления раздражающих последовательностей. Очевидно, что это не является абсолютно надежным, поскольку существуют входные последовательности, которые выдают все нули, все единицы или другие нежелательные периодические выходные последовательности. Поэтому скремблер не является хорошей заменой линейному коду , который посредством шага кодирования удаляет нежелательные последовательности.
Скремблер (или рандомизатор) может быть:
Существует две основные причины использования скремблирования:
Скремблеры являются важными компонентами стандартов систем физического уровня, помимо чередующегося кодирования и модуляции . Они обычно определяются на основе регистров сдвига с линейной обратной связью (LFSR) из-за их хороших статистических свойств и простоты реализации в оборудовании.
Для органов стандартизации физического уровня характерно также называть шифрование нижнего уровня (физический уровень и уровень связи ) скремблированием. [1] [2] Это может быть связано с тем, что используемые (традиционные) механизмы также основаны на регистрах сдвига с обратной связью.
Некоторые стандарты цифрового телевидения , такие как DVB-CA и MPE , называют шифрование на канальном уровне скремблированием.
Аддитивные скремблеры (их также называют синхронными ) преобразуют поток входных данных, применяя псевдослучайную двоичную последовательность (PRBS) (путем сложения по модулю два). Иногда используется заранее рассчитанная PRBS, хранящаяся в постоянной памяти , но чаще она генерируется регистром сдвига с линейной обратной связью (LFSR).
Для обеспечения синхронной работы передающего и принимающего LFSR (то есть скремблера и дескремблера ) необходимо использовать синхрослово .
Синхрослово — это шаблон, который помещается в поток данных через равные интервалы (то есть в каждом кадре ). Приемник ищет несколько синхрослов в соседних кадрах и, таким образом, определяет место, когда его LFSR должен быть перезагружен с предопределенным начальным состоянием .
Аддитивный дескремблер — это то же самое устройство, что и аддитивный скремблер.
Аддитивный скремблер/дескремблер определяется полиномом своего LFSR (для скремблера на рисунке выше это ) и его начальным состоянием .
Мультипликативные скремблеры (также известные как проходные ) называются так, потому что они выполняют умножение входного сигнала на передаточную функцию скремблера в Z-пространстве . Они являются дискретными линейными системами, инвариантными во времени . Мультипликативный скремблер рекурсивен, а мультипликативный дескремблер нерекурсивен. В отличие от аддитивных скремблеров, мультипликативные скремблеры не нуждаются в кадровой синхронизации, поэтому их также называют самосинхронизирующимися . Мультипликативный скремблер/дескремблер определяется аналогично полиномом (для скремблера на рисунке это ), который также является передаточной функцией дескремблера.
У скремблеров есть определенные недостатки:
Первые голосовые скремблеры были изобретены в Bell Labs в период непосредственно перед Второй мировой войной . Эти наборы состояли из электроники, которая могла смешивать два сигнала или, в качестве альтернативы, «вычитать» один сигнал обратно. Два сигнала подавались телефоном и проигрывателем . Была создана пара соответствующих записей, каждая из которых содержала одинаковую запись шума . Запись воспроизводилась в телефоне, и смешанный сигнал отправлялся по проводу. Затем шум вычитался на дальнем конце с помощью соответствующей записи, оставляя исходный голосовой сигнал нетронутым. Подслушивающие слышали только шумовой сигнал, не имея возможности понять голос.
Один из них, использовавшийся (помимо прочих обязанностей) для телефонных разговоров между Уинстоном Черчиллем и Франклином Д. Рузвельтом, был перехвачен и расшифрован немцами . По крайней мере один немецкий инженер работал в Bell Labs до войны и придумал способ их взлома. Более поздние версии существенно отличались, поэтому немецкая команда не смогла их расшифровать. Ранние версии были известны как «A-3» (от AT&T Corporation ). Неродственное устройство под названием SIGSALY использовалось для голосовой связи более высокого уровня.
Шум обеспечивался на больших шеллаковых пластинках для фонографа , которые делались парами, отправлялись по мере необходимости и уничтожались после использования. Это работало, но было чрезвычайно неудобно. Даже простое достижение синхронизации двух записей оказалось сложным. Послевоенная электроника значительно облегчила работу с такими системами, создавая псевдослучайный шум на основе короткого входного тона. При использовании звонящий воспроизводил тон в телефон, а оба блока скремблера затем прослушивали сигнал и синхронизировались с ним. Однако это обеспечивало ограниченную безопасность, поскольку любой слушатель с базовыми знаниями об электронных схемах часто мог создать машину с достаточно похожими настройками, чтобы взломать связь.
Именно необходимость синхронизации шифраторов подсказала Джеймсу Х. Эллису идею несекретного шифрования , что в конечном итоге привело к изобретению как алгоритма шифрования RSA , так и обмена ключами Диффи–Хеллмана задолго до того, как оба эти алгоритма были публично переизобретены Ривестом , Шамиром и Адлеманом или Диффи и Хеллманом .
Новейшие скремблеры не являются скремблерами в прямом смысле этого слова, а скорее цифровыми преобразователями, объединенными с шифровальными машинами. В этих системах исходный сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, а затем цифровые данные шифруются и отправляются. Используя современные системы с открытым ключом , эти «скремблеры» намного более безопасны, чем их более ранние аналоговые аналоги. Только эти типы систем считаются достаточно безопасными для конфиденциальных данных.
Скремблирование инверсии голоса может быть как простым, например, инвертированием полос частот вокруг статической точки, так и различными сложными методами случайного изменения точки инверсии в реальном времени и использования нескольких полос.
«Скремблеры», используемые в кабельном телевидении, предназначены для предотвращения случайной кражи сигнала, а не для обеспечения какой-либо реальной безопасности. Ранние версии этих устройств просто «инвертировали» один важный компонент телевизионного сигнала, повторно инвертируя его на клиентском конце для отображения. Более поздние устройства были лишь немного сложнее, полностью отфильтровывая этот компонент, а затем добавляя его, исследуя другие части сигнала. В обоих случаях схему мог легко построить любой достаточно осведомленный любитель. (см. Телевизионное шифрование .)
Электронные комплекты для скремблирования и дескремблирования доступны у поставщиков-любителей. Энтузиасты сканеров часто используют их для прослушивания скремблированных сообщений на автогонках и некоторых передачах общественных служб. Это также распространено в радиостанциях FRS . Это простой способ узнать о скремблировании.
Термин «скремблирование» иногда неправильно используется, когда имеется в виду глушение .
Дескремблирование в контексте кабельного телевидения — это действие по взятию зашифрованного или скремблированного видеосигнала, предоставленного кабельной телевизионной компанией для платных телевизионных услуг, обработке скремблером, а затем передаче по коаксиальному кабелю и доставке в дом, где телевизионная приставка повторно обрабатывает сигнал, тем самым дескремблируя его и делая его доступным для просмотра на телевизоре . Дескремблер — это устройство, которое восстанавливает изображение и звук скремблированного канала. Дескремблер должен использоваться с кабельным конвертером , чтобы иметь возможность расшифровывать все платные и платные каналы кабельной телевизионной системы.
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).
