Введение к работе
Актуальность темы. Информация является одним из важнейших стратегических ресурсов современного общества, а его благосостояние и безопасность в значительной степени зависят от скорости ее обработки и передачи, а также качества маскировки информационных потоков. В информационных системах общего доступа, включая парк ПЭВМ, в корпоративных распределенных системах, в локальных и глобальных сетях ЭВМ существует необходимость в эффективной маскировке релевантной информации. При этом процессы маскировки включают в себя как решение задач защиты информации при ее передаче по открытым каналам, так и снижения пиковых нагрузок на каналы передачи данных путем их внедрения в избыточные сообщения для целей «ПОП\ТНОЙ» транспортировки. Проблема маскировки обостряется тенденцией к росту компьютерных преступлений в современном мире, и к увеличению нагрузки на каналы и узлы компьютерных сетей. В глобальных распределенных компьютерных информационных системах организованы виртуальные корпоративные сети крупных коммерческих и государственных организаций, банков, существуют шлюзы в локальные сети таких организаций, как НАСА США (NASA), Пентагон, где сосредоточены средства управления спутниковыми системами, экологически опасными системами и системами военного назначения, несанкционированный доступ к которым может привести к катастрофическим последствиям. На Международном форуме информации, состоявшемся в конце 1993 года, отмечалось, что более половины финансовых и экономических преступлений осуществляется с использованием глобальных сетей. Это объясняется тем, что разработка новых средств маскировки происходит гораздо медленнее, чем появление новых и развитие существующих информационных и компьютерных технологий, которые эффективно используются для целей перехвата конфиденциальной информации. Другой значимой предпосылкой нужно признать совершенствование методов распределенных вычислений, позволяющих объединить слабые по вычислительным возможностям системы в единую вычислительную сеть, имеющую большую вычислительную емкость и позволяющую в конечное время хакерам и вероятным противникам решать сложные криптоаналитические задачи. Основная проблемная ситуация заключается в том, что существующие средства маскировки информации, считавшиеся специалистами достаточно надежными, не отвечают вновь возникающим требованиям, в связи с появлением новых методов криптоанализа и с все возрастающими объемами информации, хранящейся и обрабатываемой в цифровом виде и все увеличивающимися потоками данных, передаваемых по каналам связи.
Созданию фундаментальных основ в области маскировки информации посвятили свои работы отечественные и зарубежные
исследователи: К. Шеннон, А.А. Самчинский К.К. Фудзицу, А.А. Молдован, С. Джоджиа и другие известные ученные.
Высокий уровень социальной значимости решения проблем маскировки высокоскоростных потоков информации подтверждается существованием дорогостоящих национальных и межгосударственньіх научно-технических проектов.
Научный аспект решения задачи маскировки релевантной информации связан с дальнейшим развитием средств стеганографии путем создания способов, моделей и алгоритмов рассеивания и сборки информации, построенных на основе известных детерминированных хаотических генераторов. Практическая часть решаемой проблемы включает в себя структурно-функциональный синтез схем ряда высокопроизводительных специализированных процессоров маскировки релевантной информации.
Исходя из выше изложенного, задача совершенствования существующих и создания новых систем, ориентированных на маскировку релевантной информации при ее хранении и передаче, является актуальной и перспективной проблемой.
Основная часть диссертационной работы выполнялась в рамках госбюджетных НИР по распоряжению Госкомвуза № 10-36-41, ИН/10-20-03 от 16.03.92 г. (пролонгация до 2000г.) на кафедре ПО и ВТ в Курском Государственном техническом университете при непосредственном участии автора.
Цель диссертационной работы заключается в решении важной научно-технической задачи по созданию и исследованию на основе компьютерного моделирования способов, алгоритмов, включая алгоритмические схемы, содержащие двухступенчатые продукции, и в разработке ряда специализированных устройств маскировки релевантной информации путем ее рассеивания и сборки с применением детерминированных хаотических генераторов в потоковых цифровых каналах передачи видеоизображений.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
Провести исследование особенностей конструктивных процессов, порождаемых детерминированными хаотическими генераторами (отображениями странных аттракторов) с целью рационального выбора базовых генераторов.
Разработать и теоретически обосновать способы маскировки релевантной информации, осуществить их алгоритмизацию, а также минимизировать вычислительную сложность алгоритмов.
Создать программные модели (информационную машину) для исследования логической состоятельности и скорости решения задачи маскировки на основе предлагаемых способов и алгоритмов.
Разработать ряд специализированных устройств для решения задач маскировки релевантной информации методом ее рассеивания и сборки в вндеопотоках и произвести оценку скоростных характеристик разработанных устройств.
Объектом исследования диссертационной работы являются: процессы рассеивания информации, информационные потоки,
алгоритмические системы, конструктивные процессы, программные модели и технические средства.
Методы исследования базируются на математическом аппарате теории хаотической динамики, теории кодирования, методах стеганографии и стегоанализа, теории алгоритмов, теории конечных автоматов и проектирования ЭВМ, конструктивной математической логики.
Научная новизна работы заключается в решении важной задачи по созданию нового класса средств маскировки релевантной информации п\тем ее рассеивания в видеопотоке с применением генераторов детерминированных хаотических последовательностей. Получены следующие новые результаты:
Способ (его исследование и обоснование) маскировки релевантной информации, позволяющий стегонаграфировать или передавать дополнительную информацию в потоках видеоизображений, что позволяет осуществлять процессы эффективной защиты, а также рационально использовать каналы передачи информации.
Способ (его исследование и обоснование) сборки рассеянной информации, который позволяет однозначно восстанавливать передаваемые данные при низком уровне вычислительной сложности и высокой скорости обработки информации;
Алгоритмы (их исследование и обоснование), реализующие способ рассеивания релевантной информации и способ сборки передаваемой информации, позволяющие на их основе построить программную или аппаратную реализацию разработанных способов. Предлагается использовать двухступенчатые продукции, которые представляют собой новый тип элементарных преобразователей информации в рамках продукционной парадигмы;
Программные модели, реализующие алгоритмы, с помощью которых произведена оценка логической состоятельности и скоростных характеристик алгоритмов, реализующих способ маскировки релевантной информации, их стойкости к методам стегоанализа, получены необходимые показатели для выбора средств акселерации процессов обработки информации при построении устройств;
Способ системно-структурной организации устройств маскировки релевантной информации, который позволил синтезировать оригинальный класс устройств (устройство рассеивания, устройство сборки и обобщенное устройство), имеющих скорость работы при решении задачи маскировки и сборки информации, превышающую скорость работы устройства-аналога в 20 раз отдельно для устройств маскировки и сборки релевантной информации и в 60 раз для обобщенного устройства реализации двухступенчатых подстановок. Скоростные преимущества устройств рассеивания и сборки по сравнению с ПЭВМ на базе
процессора Pentium Ш-500 - в 1,64 раза, и в 4,2 раза - для обобщенного устройства.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработан ряд устройств, имеющих высокие скоростные характеристики: устройство маскировки релевантной информации, устройство сборки рассеянной информации, устройство для реализации систем подстановок, ориентированных на решение как задач маскировки (рассеивания), так и задачу сборки релевантной информации. Технические решения устройств имеют выраженные полезные свойства, что открывает возможности постановки НИОКР. Вместе с тем результаты теоретических исследований имеют познавательную ценность и на этом основании могут найти применение в учебном процессе для студентов соответствующих специальностей по профилю данного диссертационного исследования.
Достоверность и обоснованность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, подтверждается использованием методов конструктивной математики для обеспечения логической состоятельности предлагаемых построений, машинным моделированием работы алгоритмов и устройств, а также апробацией и обсуждением результатов работы на международных и всероссийских научных конференциях и результатами практического использования полученных результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, съездах и семинарах: Международная научная конференция "Медико-экологические информационные технологии-98" (г. Курск, 1998 г.), Международная научно-техническая конференция "Методы и средства измерения в системах контроля и управления" (г. Пенза - 1999 г., два доклада по визуализации многомерной информации и методам защиты потоков в системах управления), вторая Международная научно-техническая конференция "Медико-экологические информационные технологии-99" (г. Курск - 1999 г., три доклада).
Реализация результатов работы. Результаты работы использовались при выполнении госбюджетных НИР и внедрены в учебный процесс Курского Государственного технического университета.
Основные положения, выносимые на защиту:
Способ маскировки релевантной информации.
Способ сборки рассеянной информации.
Алгоритмы реализации способа маскировки релевантной информации и способа сборки рассеянной информации.
Программная модель информационной машины, реализующей разработанные алгоритмы.
Способ системно-структурной организации устройств маскировки релевантной информации.
Технические решения специализированных устройств.
Публикации по работе. Результаты, полученные в диссертационной работе, нашли отражение в 11 печатных работах и 1 положительном решении на получение патента.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 142 страницах (основного текста), содержит 44 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 59 наименований и 6 приложений объемом 68 страниц.
