Kriptološka sinhronizacija

1. DIGITALNA ENKRIPCIJA PSS PSS Kriptološka sinhronizacija • Odnosi se na sinhronizaciju generatora PSS na oba kraja sistema prenosa • Da bi generatori PSS bili sinhronizovani moraju se identično inicijalizovati A B kanal sinhronizacija

2. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Osnovna inicijalizacija generatora PSS se vrši na osnovu MK i SK • MK se nalazi na oba kraja sistema prenosa i dostavljen je posebnim kanalom • SK se menja za svaku uspostavljenu vezu i to za svaku sinhronizaciju • U inicijalizaciji se mogu koristiti i početne vrednosti npr. za promenljive tabele

3. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kriptološka sinhronizacija podrazumeva: • Pouzdan prenos SK • Određivanje radnog MK • Učitavanje početnih vrednosti za promenljive elementarne strukture • Izvršenje pripreme za generisanje (GPSS) • Nakon kriptološke sinhronizacije moguće je vršiti uspešno šifrovanje i dešifrovanje.

4. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • U digitalnoj enkripciji kriptološkoj sinhronizaciji prethodi sinhronizacija podataka predajnika i prijemnika (telekomunikaciona sinhronizacija) • Radi se o bitskoj sinhronizaciji • Prijemnik mora da zaključi od kog mesta u dolaznom digitalnom nizu započinje bajt • Ovo je preduslov za izdvajanje SK iz prijemnog digitalnog niza

5. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kod uspostave veze, bitska sinhronizacija se mora odrediti za svaki dolazni bit • Što je brzina prenosa veća teže je odraditi algoritam bitske sinhronizacije • U predajnom smeru, kod sinhronizacije prethodi sinhro sekvenca (preambula) • U prijemnom smeru se “lovi” sinhro sekvenca sa svakim dolaznim bitom.

6. DIGITALNA ENKRIPCIJA sinhro SK podaci priprema šifrovanje t Kriptološka sinhronizacija • Vremenska šema sinhronizacije • Kod komunikacije u punom dupleksu na obe strane se mora realizovati kriptološka sinhronizacija u predaji i prijemu • Kriptološka sinhronizacija je vremenski zahtevna, ali mora ograničeno trajati

7. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Sinhronizacija se mora pouzdano obaviti i u uslovima postojanja greške na liniji • Npr. zahtev je da je verovatnoća uspostave sinhronizacije veća od 99% pri grešci na liniji od 10-2. • Algoritam za detektovanje sinhro sekvence mora da bude fleksibilan prema nivou greške na liniji.

8. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Nakon bitske sinhronizacije izdvajaju se ostale formatirane informacije. • Zbog greški na liniji mora se i SK pouzdano preneti i izdvojiti na prijemu • Postupci za SK i ostale podatke: • Višestruko ponavljanje i izdvajanje majoritetnom logikom • Zaštitno kodovanje

9. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Nakon SK u podacima se može naći npr. broj MK sa kojim šifruje predajnik • Kada je izdvojen SK i zna se sa kojim MK se šifruje, započinje priprema za generisanje. • Algoritam pripreme je vremenski zahtevan • Priprema na predaji i prijemu moraju biti usaglašeni - da nema velikog kašnjenja (baferovanja)

10. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Tok sinhronizacije u predaji: • Predaj sinhro reč, • Tri puta ponovi i predaj SK • Tri puta ponovi i predaj indeks radnog MK • Izvrši algoritam pripreme • Rezerviši određeno vreme zbog druge strane • Šifruj podatketj. generiši PSS

11. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Tok sinhronizacije u prijemu: • Čekaj (detektuj) sinhro reč, • Izdvoji većinskom logikom SK (2/3) • Izdvoji većinskom logikom indeks UK (2/3) • Izvrši algoritam pripreme • Sačekaj rezervisano vreme zbog druge strane • Dešifruj podatke, tj. generiši PSS

12. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Osnovaza uspešnu sinhronizaciju je korektan takt uz podatke ili kod posebnih uređaja pouzdana ekstrakcija takta. • U kriptologiji se standardno primenjuje tzv. početna sinhronizacija • Razmatraćemo dva algoritma: • Sinhronizacija na bazi preambule • Sinhronizacija na bazi korelacione sekvence

13. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Početna sinhronizacija se koristi u digitalnoj enkripciji • Bitno je korektno šifrovati i dišifrovati podatke • Ne smeju se dozvoliti greške umetanja ili izostavljanja pojedinih bita • Rad modula za kriptovanje ne mora biti usinhronizovan sa podacima u uređaju (prvi bit u prvom bajtu itd.)

14. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Na ovaj način se postiže nezavisnost modula za kriptovanje od uređaja • Neophodna je sinhronizacija kripto modula na prijemu i predaji, a ne kriptomodula i uređaja. • Kriptomodul prema uređaju vidi samo digitalnu povorku koju treba šifrovati i dešifrovati (tj. tajno je preneti sa jedne na drugu stranu).

15. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kriptomodul sa početnom sinhronizacijom je najkarakterističniji za zasebne uređaje • Kriptomodul ne zna da li postoji sinhronizacija tj. da li se korektno vrši šifrovanje i dešifrovanje • Kriptomodul ne analizira podatke koji se štite i prenose • Sinhronizacija se mora nadgledati na uređaju, gde se ulazi u strukturu podataka

16. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Princip sinhronizacije kod digitalne enkripcije Tx Telekom. uređaj Kripto uređaj takt linija Rx takt sinhro da/ne

17. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Početna kriptološka sinhronizacija je dobra jer se SK prenosi samo jedanput. • Često slanje SK je loše zbog: • Potencijalni neprijatelj hvata dati SK i primenjuje lakši kriptoanalitički napad • Neprijatelj zna da su iza SK početni PSS koji imaju najviše slabosti • Nakon sinhronizacije vrši se samo šif/dešif

18. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kod početne sinhronizacije nema krađe ili prepisivanja korisne informacije • Moguće je da postoji kašnjenje, ako se primenjuje baferovanje (npr. poludupleks) • Ovo kašnjenje smeta kod prenosa govorne informacije • Sistemi sa ovom sinhronizacijom moraju biti nadgledani (upravljani), jer ne znaju da li postoji sinhronizam

19. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Pored početne sinhronizacije, mogu se primenjivati različiti postupci paketne (ramovske) sinhronizacije • Često se primenjuje kombinovana sinhronizacija (početna + ramovska) • Kod ramovske sinhronizacije u jednom ramu se definišu sinhro podaci • Više ramova čini “nad-ram” (super-ram)

20. DIGITALNA ENKRIPCIJA Ram1 sinh pod1 pod2 . . . podN Ram2 sinh pod1 pod2 . . . podN . . . RamN sinh pod1 pod2 . . . podN Kriptološka sinhronizacija • Primer paketnog prenosa: • Kod paketnog prenosa može se kontrolisati da li postoji sinhronizam • Pored sinh podataka, mogu se prenositi i odgovarajući redni brojevi paketa

21. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Paketna sinhronizacija se kombinuje sa početnom sinhronizacijom • Početna je defakto kriptološka sinhroniz. • Paketna služi za održavanje sinhronizma, kada dođe do razilaženja generatora PSS na krajevima sistema prenosa • Ukoliko je moguće izbegava se početna sinhronizacija koja dugo traje

22. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kada se raziđu generatori PSS pokušava se kod dešifrovanja preskočiti potreban broj PSS bita (na osnovu rednog broja paketa) • Paketna sinhronizacija: • Mana: Troše se biti za sinhronizaciju koji bi se inače koristili za podatke • Prednost: kratko traje, izbegava se početna sinhronizacija, veoma je pouzdana

23. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Osnovni problem: sinhronizacija informacija predajnika i prijemnika • Moduli za enkripciju se realizuju na bazi odabranog mikroprocesora • Procesor je bajtovski orijentisan • Modul za enkripciju ima paralelno-serijsku konverziju podataka u predaji i serijsko-paralelnu u prijemu

24. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Osnovna šema komunikacije • Moduli Kz komuniciraju serijski • P i P/S konvertor komuniciraju paralelno P/S S/P P linija P P

25. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Šta je prvi problem? • Prvi Kz neka je poslao ..,56h,03h,A4h,7C,.. • Na liniji se pojavljuje digitalna povorka01101010110000000010010100111110...posmatrajući da prvo ide LSB • Prijemni Kz ne može da zna od kog bita počinje prvi bajt. • Modul ne može pravilno da se sinhroniše!

26. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Svaki S/P konvertor mora da se sinhroniše na određeni (zadati) bajt. • Za pouzdaniju sinhronizaciju primenjuje se sinhronizacija na dva bajta (ili više) • Nakon sinhronizacije S/P konvertor pravilno prima i predaje ostale bajtove • Standardni postupci za prijem i predaju su poliranjem i na interapt

27. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Šta je drugi problem? • S/P konvertor može da se usinhroniše slučajno na podatke (slučajan raspored) • Sinhro reč može da se izmeni zbog grešaka na realnoj trasi (gubi se za prijemnik) • I jedan i drugi problem dovode do lažnog sinhronizovanja i pogrešnog prijema i predaje.

28. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kriptološka sinhronizacija • Kriptovani podaci su takvi da će se u dužem radu sigurno pojaviti sinhro reč • Ovakvu reč zovemo lažna sinhro reč, koja dovodi do pogrešne sinhronizacije • Zaključak: • Mora se primeniti duža sinhro reč • Mora se primeniti algoritam sinhronizacije neosetljiv na greške u prenosu

29. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Sinhronizacija na bazi preambule • Uzima se da su realni uslovi na liniji pri grešci od 10-2. • U proseku pogrešan je jedan od 100 bita • Preambula treba da je dužine oko 100 • Algoritam mora da bude neosetljiv na zadati nivo greške na liniji.

30. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Dakle, preambula je niz bita koji prethodi informaciji • Kada algoritam detektuje preambulu, precizno zna gde počinje informacija • Algoritam detektuje preambulu pre njenog završetka • Algoritam detekcije proverava da li postoji preambula za svaki dolazni bit

31. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Pretpostavimo da se S/P konvertor sinhronizuje na reč dužine 2 bajta • Struktura preambule je sledeća preambula sinh1 sinh2 informacija trenutak detekcije početak

32. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Sadržaj preambule je razvijeni 7-bitni šift registar koji je PN sekvenca • Ako se uzmu povratne sprege sa zadnjeg i predzadnjeg mesta dobija se puna PN sek. • Dužina PN sekvence je 27=128 bita • Pođe se od nekog početnog stanja • Zadnjih 16 bita su sinhro reč za S/P konvertor.

33. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Zadata preambula se predaje na početku sinhronizacije • Na drugoj strani prijemnik čeka da dođe preambula • Kada je prepozna, priprema svoj S/P konvertor da će doći sinh1 i sinh2 • Pre toga S/P konvertor je zaustavljen da se ne bi slučajno sinhronisao.

34. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • U prijemniku postoji detektor preambule • Suština ovog detektora je da sam generiše identičnu PN sekvencu • Kada se detektuje da dolazi PN sekvenca prijemnik nastavi u lokalu da dalje generiše • Time se izbegnu eventualne greške sa linije • Na taj način S/P konvertor sigurno dobije sinhro reč (sinh1 i sinh2) bez greške

35. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Blok šema detektora preambule S/P konvertor 1 2 3 4 5 6 7 A linija B P C INV XOR XOR Broj slaganja S

36. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Algoritam: traži se 16 uzastopnih slaganja • Kada se uoči prvih 16, znači da verovatno dolazi preambula • Traži se sledećih 16 slaganja • Ako je uočeno da ima 16+16 slaganja znači da sigurno dolazi preambula • Ako postoji bar jedna greška, algoritam se restartuje

37. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Na početku je prekidač P u položaju AB • Podaci ulaze u šift registar i u S/P konv. • Kada krene PN sekvenca, posle 7 taktova napuni se šift registar i počinje da generiše identičnu PN sekvencu koja dolazi • Tada se iza XOR kola u tački S javljaju 0 • Procesor sa svakim taktom prebrojava broj nula tj. broj slaganja

38. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Kada se uoči prvih 16 slaganja, prekidač P se prebacuje u položaj AC • Traži se sledećih 16 uzastopnih slaganja • Kada se uoči 16+16 znači da sigurno dolazi sinhro reč za S/P konvertor koji se postavlja u HANT mod. • Kada se izgenerišu sinh1 i sinh2 prekidač P se vraća u položaj AB

39. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Detektor preambule se mora realizovati kao zasebna celina • Realizacija na bazi PICova ili XILINX • Odrađuje se kompletan algoritam i kada je uočeno 16+16 slaganja javlja se procesoru • Uočena PN sekvenca, preko interapta se obaveštava procesor • Upravljanje je paralelnim interfejsom

40. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Principska blok šema takt S/P podaci P Detektor preambule INT reset

41. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Detektor preambule se postavlja samo na prijemne signale • Podaci Rx tipa se prekidaju i vode na detektor, a odatle na procesor • Takt se razvodi paraleno na P i detektor • Algoritam detekcije se kompletno realizuje u dodatnom modulu (čipu)

42. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Scenario: • Zaustavljen je prijem na S/P konvertoru • Detektor osmatra prijemnu liniju • Kada uoči 16 slaganja javlja 1. interaptom • Procesor uključuje tajmer koji očekuje dolazak drugog interapta (još 16 slaganja) • Ako nema drugog inerapta u određenom intervalu bila je lažna najava

43. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - preambula • Ako u očekivanom intervalu stigne novi interapt znači da je detektovana PN sekv. • Procesor postavlja S/P konvertor u HUNT mod jer sigurno stiže SYNC reč • SYNC sigurno stiže jer se generiše lokalno • Otklonjen je uticaj smetnji sa linije • Algoritam mora da stigne da se izvrši u intervalu jednog takta.

44. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - korelator • Šta je korelator? Blok u prijemu koji detektuje prisustvo tačno definisane sekvence (niza bita) na liniji • Kako radi? Na principu korelacije sekvence sa linije i zadate sekvence • Niz koji se šalje na predaji i hvata na prijemu naziva se korelaciona sekvenca (preambula) • Korelacija je postupak detekcije

45. DIGITALNA ENKRIPCIJA Korelaciona sekvenca Podaci (informacija) t Kz sinhronizacija - korelator • U predaji se šalje korelaciona sekvencakoja prethodi informaciji • U prijemu se detektuje prisustvo korelacione sekvence • Zna se prvi bit prvog bajta informacije koja je potrebna za kriptološku sinhronizaciju

46. DIGITALNA ENKRIPCIJA Prijemni šift register ulaz izlaz XOR Maska Rezultat korelacije Kz sinhronizacija - korelator • Mehanizam korelacije

47. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - korelator • Šta je osnovni zadatak korelatora? Mora se prebrojati broj slaganja, tj. neslaganja • Svodi se na brojanje broja jedinica u rezulatu korelacije • Ako je taj broj iznad neke vrednosti tada postoji korelacija • Ne zahteva se da postoji apsolutna (100%) korelacija, tj. dozvoljava se postojanje grešaka na liniji (realna linija)

48. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - korelator • Standardna dužina korelatora je 64 bita • Dozvoljava se da ima jedan ili više pogrešnih bita • U algoritmu korelatora traži se npr 62 i više slaganja • Korelator se primenjuje i kod visokog nivoa greške na liniji • Granica se ne može proizvoljno smanjivati

49. DIGITALNA ENKRIPCIJA Granica za detekciju Granica za detekciju Kz sinhronizacija - korelator • Precizna detekcija, ako se zahteva visok nivo korelacije • Slabljenje zahteva za detekciju

50. DIGITALNA ENKRIPCIJA Kz sinhronizacija - korelator • Realizacija korelatora nije jednostavna • Ne može se realizovati u toku prijema podataka jer je procesor zauzet • Što je brzina komuniciranja veća teža je realizacija. • Radi se o bitskom korelatoru • Za vreme trajanja jednog bita treba odlučiti da li je preambula ili ne i obavestiti P.