К.т.н. НАУ Чунарьова А.В., Чунарьов А.В.

Національний авіаційний університет (НАУ), Україна

ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЙНИХ РЕСУРСІВ НА БАЗІ МЕТОДІВ ЗАВАДОСТІЙКОГО КОДУВАННЯ

Актуальність. Спотворення інформації, тобто порушення цілісності,конфіденційності та доступності, можливі на будь-якому етапі її циркуляції в інформаційно-комунікаційних мережах: при зберіганні, передачі або обробці. Причини таких процесів можуть бути випадковими або навмисними. І ті, і інші дії мають своїм наслідком спотворення деякої кількості символів у цифровому поданні інформації (у інформаційній кодовій конструкції) і в цьому розумінні є загрозами функціональним властивостям захищеності інформаційних ресурсів – їхній цілісності та доступності.

Метою даної статті є аналіз методів завадостійкого кодування, як надійного та ефективного засобу забезпечення захисту інформації від несанкціонованого доступу.

Основні завдання методів завадостійкого кодування. При проектуванні сучасних інформаційно-комунікаційних систем та мереж (ІКСМ) є одним з найважливіших є завдання забезпечення високої вірогідності та достовірності передачі даних. До найбільш ефективних методів рішення даного завдання варто віднести застосування завадостійкого канального кодування, як технології забезпечення достовірності і цілісності інформаційних повідомлень. У зв'язку з розширенням можливостей обміну інформацією між віддаленими абонентами та розподіленістю сучасних ІКСМ, різко зросла роль кодування як базового засобу для забезпечення захисту інформації від спроб несанкціонованого впливу та модифікації інформації під час її передачі, оброблення та зберігання. Тому в процесі створення і експлуатації захищених ІКСМ важливе місце відводиться процесам завадостійкого кодування інформації та інформаційних ресурсів. Підвищення ефективності досягається за рахунок використання нових методів завадостійкого кодування. На даний час рівень безпеки систем стає найбільш важливим критерієм оцінки надійності та ефективності функціонування захищених інформаційних мереж. Тому завдання забезпечення цілісності та доступності є основним при розробці та експлуатації захищених інформаційних мереж.

Завадостійкому кодуванню відводиться два основних завдання:

– підвищення ефективності та надійності функціонування інформаційних процесів захищених інформаційних систем та мереж;

– підвищення рівня захищеності інформаційних систем.

Для досягнення інформаційної надійності та захищеності ІКСМ використання методів завадостійкого кодування інформації дозволяє здійснювати функції контролю і забезпечує коректність процесів передачі та зберігання інформації. Використання методів завадостійкого кодування забезпечує захист від несанкціонований дій і спотворення. У зв'язку з цим завадостійке кодування обов'язково передбачає подальше відновлення та ідентифікацію інформації в первинний вигляд, придатний для її використання в процесах обробки і прийняття рішень. Безпомилкове відновлення зменшить ймовірність появи помилок при прийняття рішень.

Можна навести інші переваги необхідності використання завадостійкого кодування в ІКСМ: надійна обробка і зберігання інформації, боротьба з групування помилок у захищених системах та мережах, захист інформації при передачі відкритих ключів і т. п. Функція забезпечення контролю та захисту інформації від помилок, можливість виникнення яких пов'язана головним чином з недостатньою надійністю (недосконалістю) технологічних процесів її передачі в інформаційних системах та несанкціонованими діями, реалізується на основі надмірності даних за допомогою завадостійкого кодування. Це дозволяє в більшості випадків забезпечити захищеність та підвищити надійність функціонування інформаційної мережі у порівнянні з іншими способами захисту інформації від її ненавмисного перекручування. Тобто кодування дозволяє забезпечити цілісність та достовірність інформації, з умови зменшення ймовірності появи помилок.

Завадостійке кодування забезпечує можливість автоматичного формування допустимих (дозволених) кодових комбінацій. При спотворенні кодової комбінації і перетворенні її в заборонену система «фіксує» помилку. При цьому передбачається введення додаткових (надлишкових) інформаційних позицій, що виконують чисто контрольні функції. Природно, що підвищення надійності засобів контролю, тягне за собою і ускладнення алгоритмів, які гарантують контрольні функції. Тому на практиці слід співвідносити цілі і засоби захисту для її досягнення виходячи з вимоги забезпечення необхідного і достатнього рівня надійності при мінімумі витрат у кожному конкретному випадку на побудову алгоритму кодування/декодування.

Аналіз методів завадостійкого кодування. Для забезпечення цілісності та достовірності інформаційних потоків даних використовують різні види завадостійкого канального кодування, а саме блокові і згорткові коди. Блокові та згорткові коди мають різні характеристики. Вибір типу коду визначається числом факторів: характеристикою каналів, швидкість передачі, вид модуляції та ін. Блокові коди – для швидкого виявлення помилок (NMT-450, DECT) та згорткові коди – для виправлення одиночних помилок (GSM,CDMA). Найбільш поширеними серед блокових кодів є коди з перевіркою на парність, матричні коди, коди Хемінга, циклічні коди (коди Боуза-Чоудхурі-Хоквінема та Ріда-Соломона).

Для того, щоб код мав коригувальні властивості, в кодовій послідовності повинні міститися додаткові (надмірні) символи, призначені для корегування помилок. Чим більше надмірність коду, тим вище його корегувальна здатність. Базовим алгоритмом для всіх корегувальних кодів - є використання надлишковості для виправлення помилок, які можуть виникнути в процесі передачі або зберіганні інформації. По основній схемі організації кодових конструкцій, надмірні символи дописуються слідом за інформаційними, утворюючи кодову послідовність або кодове слово.

Існуючі види завадостійкого кодування/декодування відрізняються один від одного наступними характеристиками: швидкістю, надмірністю, корегуючою здатністю, структурою, функціональним призначенням, енергетичною ефективністю, тощо.

Вибір певного типу завадостійкого коду з відповідними характеристиками безпосередньо залежить від вимог, щодо достовірності та цілісної передачі інформації. Для правильного вибору коду необхідні статистичні дані про закономірності появи помилок, їх кратності , характеру, чисельності і розподілу в часі. Тобто завадостійкий корегуючий код, що знаходить і виправляє однократні помилки є ефективним лише за умови, що помилки статистично незалежні, а ймовірність їх появи не перевищує деякої величини. Він виявляється непридатним, якщо помилки з’являються групами, а саме пачками. При виборі коду треба прагнути, щоб він мав меншу надмірність.

При використанні обраного типу завадостійкого кодування для підвищення достовірності та цілісності інформаційних потоків ІКСМ, потрібно врахувати: розподіл помилок в каналі зв’язку; допустиму ймовірність появи помилок в кодовій комбінації; складність алгоритмів кодування та декодування. Оскільки, дані характеристики і будуть впливати на корегуючу здатність та ефективність коду з умов забезпечення цілісності інформаційного потоку. Одним з основних факторів вибору коду є характер розподілу помилок в каналі зв’язку, який визначає корегуючу здатність. Помилки які виникають в реальних каналах зв’язку є залежними та мають тенденцію до групування (пакетування), тобто виникають багатократні помилки. Вибір певного типу корегуючого коду з відповідними характеристиками безпосередньо залежить від вимог по достовірності та цілісної передачі інформації. Для правильного вибору коду необхідні статистичні дані про закономірності появи помилок, їх кратності , характер, чисельність і розподіл в часі.

Тобто завадостійкий корегуючий код, що знаходить і виправляє однократні помилки, є ефективним лише за умови, що помилки статистично незалежні, а ймовірність їх появи не перевищує деякої величини. Він виявляється непридатним, якщо помилки з’являються групами, а саме пачками. При виборі коду треба прагнути, щоб він мав меншу надмірність. Чим більше коефіцієнт , тим менш ефективно використовується пропускна спроможність каналу зв’язку і більше витрачається часу на передачу інформації, та зате вища завадостійкість системи.

Тобто ймовірність виникнення помилки, надлишковість і кількість канальних біт є основними характеристиками завадостійкого коригувального коду, що визначають рівень завадостійкої передачі кодових конструкцій та міру ціни її досягнення. Основним завданням, яке постає при оцінці ефективності розроблюваних методів це досягнення найменших значень та . Доцільність застосування того або іншого методу кодування/декодування, залежить від .

Висновок. Проведені дослідження методів завадостійкого кодування показали, що вони направленні на виявлення та виправлення тільки однократних помилок та повністю втрачають свій сенс при виникнення багатократних пакетних помилок. В таких умовах використання сучасних методів завадостійкого кодування та декодування в реальних каналах зв’язку виявляється неефективним, оскільки не забезпечується відповідний рівень ймовірності появи некоригованих помилок.

Література

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е издание. Пер. c англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. –1104 с.

2. Юдін О.К. Кодування в інформаційно-комунікаційних мережах – Монографія. – К.: Книжкове видавництво НАУ, 2007. – 302 с.