УДК 621.396.96

Методы шифрования радиолокационных сигналов для повышения их устойчивости к помехам

Буй Чонг Нгиа – магистрант Института Радиоэлектроники, инфокоммуникаций и информационной безопасности Московского авиационного института.

Нгуен Ван Чонг – кандидат технических наук, научный сотрудник Физтех-школы радиотехники и компьютерных технологий Московского физико-технического института.

Пащенко Федор Федорович – доктор технических наук, главный научный сотрудник Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, профессор кафедры Инфокоммуникационных систем и сетей Московского физико-технического института.

Аннотация: В этой научной статье рассматриваются методы шифрования радиолокационных сигналов для повышения их устойчивости к помехам. В работе приводятся криптографические, частотные и передаточные методы шифрования, а также оценивается их устойчивость к помехам. В статье даются рекомендации по применению методов шифрования радиолокационных сигналов.

Ключевые слова: радиолокация, шифрование, помехи, устойчивость, методы шифрования.

Введение

Радиолокация – это технология, которая использует радиоволны для определения расстояния, направления и скорости движения объектов. Для этой технологии находят применение во многих областях, таких как авиация, навигация, оборона и многие другие. Важными компонентами радиолокационной системы являются радиолокационные сигналы, которые передаются и принимаются между объектами.

Проблема помех в радиолокационных системах является критической, поскольку это приводит к снижению точности и надежности определения расстояний, скоростей и направлений. Кроме того, уязвимостью в системе могут воспользоваться злоумышленники, тем самым у них появляется возможность перехватить радиолокационные сигналы или внести ложные данные в систему, что может привести к серьезным последствиям.

Для повышения устойчивости радиолокационных систем к помехам необходимо использовать методы защиты радиолокационных сигналов. Одним из таких методов является шифрование радиолокационных сигналов, который заключается в применении алгоритмов шифрования для скрытия содержания передаваемых данных от посторонних наблюдателей.

Цель научной статьи – проанализировать методы шифрования радиолокационных сигналов для повышения их устойчивости к помехам. В статье будет проведён обзор существующих методов шифрования, анализ преимуществ и недостатков каждого метода, а также результаты экспериментов. Полученные результаты могут быть полезны для разработчиков радиолокационных систем и других специалистов в области безопасности и защиты данных.

Методы шифрования радиолокационных сигналов

Для защиты радиолокационных сигналов от незаконного доступа и помех необходимо использовать методы шифрования. В данной части научной статьи будут рассмотрены различные методы шифрования радиолокационных сигналов, их преимущества и недостатки, а также их устойчивость к помехам.

1. Криптографические методы шифрования

Криптографические методы шифрования основаны на использовании математических алгоритмов и ключей для шифрования и расшифрования данных. Они обеспечивают высокий уровень безопасности, поскольку шифрование и расшифрование данных возможно только с помощью секретного ключа. Криптографические методы шифрования используются во многих областях, включая радиолокационные системы. [1]

Примеры криптографических методов шифрования радиолокационных сигналов:

• Алгоритмы блочного шифрования, такие как AES (Advanced Encryption Standard) и DES (Data Encryption Standard).
• Алгоритмы поточного шифрования, например RC4 (Rivest Cipher 4) и Salsa20.
• Асимметричные криптографические методы. Здесь речь идёт о RSA (Rivest–Shamir–Adleman) и ElGamal.

Преимуществами криптографических методов шифрования считается высокий уровень безопасности и возможность использования для защиты больших объемов данных.

Недостатками криптографических методов шифрования признают высокую вычислительную сложность. Это может привести к задержкам при передаче данных.

2. Частотные методы шифрования

Частотные методы шифрования используют изменение частоты и фазы радиолокационного сигнала для шифрования и расшифрования данных. Они основаны на использовании специальных алгоритмов, которые определяют частоту и фазу сигнала на каждом этапе передачи данных.

Примерами частотных методов шифрования радиолокационных сигналов можно считать:

• Метод частотной модуляции (Frequency Modulation, FM).
• Метод фазовой модуляции (Phase Modulation, PM).
• Метод квадратурной модуляции (Quadrature Modulation, QAM).

Преимущества частотных методов шифрования:

1. быстрота передачи данных
2. высокая надежность передачи
3. возможность использования на больших расстояниях. [2]

Единственным, но очень важным недостатком является низкий уровень безопасности, и это может привести к тому, что злоумышленники смогут перехватить сигнал и декодировать его.

3. Передаточные методы шифрования

Передаточные методы шифрования используются для шифрования радиолокационных сигналов во время их передачи между объектами. Эти методы основаны на использовании специальных алгоритмов для шифрования и расшифрования данных во время передачи.

Примеры передаточных методов шифрования радиолокационных сигналов:

• Методы прямой последовательности (Direct Sequence) и перекрывающего кода (Spread Spectrum), которые используются для защиты от перехвата данных и помех.

Преимущества передаточных методов шифрования – высокая степень защиты от помех и перехвата данных.

Недостатки передаточных методов шифрования – требовательность к вычислительным ресурсам, высокая стоимость и сложность реализации.

Сравнительный анализ методов

При выборе метода шифрования радиолокационных сигналов необходимо учитывать множество факторов, таких как уровень безопасности, стоимость, сложность реализации, скорость передачи данных и устойчивость к помехам. Криптографические методы шифрования обеспечивают высокий уровень безопасности, но требуют больших вычислительных ресурсов. Частотные методы шифрования обеспечивают быструю передачу данных, но имеют низкий уровень безопасности. Передаточные методы шифрования обеспечивают высокую степень защиты от помех и перехвата данных, но требуют больших финансовых и временных затрат. [3]

Таким образом, при выборе метода шифрования радиолокационных сигналов необходимо учитывать особенности конкретной радиолокационной системы и ее задач, чтобы выбрать наиболее подходящий метод.

Устойчивость к помехам

Проблема помех в радиолокации может привести к серьезным последствиям, таким как снижение точности и надежности определения расстояний, скоростей и направлений. Помехи могут возникать из-за многих причин, таких как погодные условия, радиочастотные помехи от других систем, электромагнитные помехи и другие факторы. [4]

Методы борьбы с помехами могут включать в себя использование специальных фильтров, алгоритмов компенсации и других технологий. В радиолокационных системах также используются методы шифрования для повышения устойчивости к помехам.

Анализ устойчивости методов шифрования к помехам показывает, что криптографические методы шифрования обеспечивают более высокую степень защиты от помех и перехвата данных, поскольку они позволяют скрыть содержание передаваемых данных от посторонних наблюдателей. Однако, криптографические методы шифрования могут быть более требовательны к вычислительным ресурсам, что может привести к задержкам при передаче данных.

Частотные методы шифрования могут быть менее устойчивы к помехам, так как они могут быть легко перехвачены и декодированы злоумышленниками. Однако, они могут быть быстрее передавать данные, что может быть важно в некоторых случаях.

Передаточные методы шифрования обеспечивают высокую степень защиты от помех и перехвата данных, что делает их особенно полезными в критических ситуациях. Однако, передаточные методы шифрования могут требовать больших финансовых и временных затрат на реализацию.

Таким образом, выбор метода шифрования радиолокационных сигналов должен основываться на уровне безопасности, скорости передачи данных, устойчивости к помехам, стоимости и других факторах, связанных с конкретной радиолокационной системой и ее задачами.

Оценка эффективности методов шифрования радиолокационных сигналов в различных условиях эксплуатации

Таблица 1 демонстрирует оценки эффективности методов шифрования радиолокационных сигналов в различных условиях эксплуатации. Данные были получены в ходе эксперимента, проведённого Сонг Яном. Таблица отображает значения различных показателей качества передачи данных для трех методов шифрования: Advanced Encryption Standard (AES), спектральной маскировки (Spectral Masking) и частотной модуляции (Frequency Modulation). [5]

Таблица 1. Оценка эффективности методов шифрования сигналов в различных условиях эксплуатации.

Суммируя данные из таблицы, можно отметить, что все три метода шифрования показывают повышенную эффективность по сравнению с передачей данных без шифрования. Однако, метод AES демонстрирует лучшие результаты по большинству показателей, за исключением устойчивости к помехам, где метод спектральной маскировки является лучшим. Метод частотной модуляции демонстрирует неплохие результаты во всех показателях, но не достигает уровня эффективности метода AES.

Разработка новых методов шифрования радиолокационных сигналов

Для повышения устойчивости к кибератакам и помехам, а также для обеспечения высокого уровня защиты передаваемых данных, специалисты продолжают разрабатывать всё новые методы шифрования радиолокационных сигналов.

Направления развития методов шифрования могут включать в себя:

1. Использование новых криптографических алгоритмов, которые обеспечивают более высокий уровень безопасности;
2. Разработка методов шифрования, которые могут адаптироваться к изменяющейся электромагнитной обстановке и повысить устойчивость к различным типам помех;
3. Использование новых методов фильтрации и коррекции ошибок, которые позволяют повысить качество передачи данных и обеспечить высокий уровень защиты от ошибок при передаче;
4. Разработка методов, которые могут обеспечивать безопасность в условиях многопользовательской среды, например, при совместном использовании радиолокационных сигналов несколькими пользователями.

Инновационные системы защиты радиолокационных сигналов могут включать в себя:

• Использование технологий машинного обучения для анализа и обработки сигналов, с целью повышения устойчивости к помехам и атакам;
• Разработка новых антенных систем, которые могут обеспечить более точную и стабильную передачу сигналов и повысить уровень защищенности передаваемых данных;
• Создание интегрированных систем защиты, которые объединяют в себе различные методы шифрования и системы защиты от кибератак.

Таким образом, разработка новых методов шифрования радиолокационных сигналов и инновационных систем защиты является важным направлением в развитии радиолокационных систем и обеспечении безопасности передачи данных.

Заключение

В статье были рассмотрены различные методы шифрования радиолокационных сигналов. Подводя итоги, можно сказать, что криптографические методы шифрования обеспечивают высокий уровень безпасности, но требуют больших вычислительных ресурсов. Частотные методы шифрования хороши тем, что дают быструю передачу данных, но у них есть серьёзные проблемы с уровнем безопасности. Передаточные методы шифрования обеспечивают высокую степень защиты от помех и перехвата данных, но требуют больших финансовых и временных затрат.

Выбирая метод шифрования радиолокационных сигналов, специалисты должны опираться на уровень безопасности, скорость передачи данных, устойчивости к помехам, стоимости и других факторах, связанных с конкретной радиолокационной системой и ее задачами.

Рекомендации по применению методов шифрования включают в себя: использовать сочетания различных методов шифрования для повышения уровня безопасности и устойчивости к помехам, а также постоянно обновлять и совершенствовать методы шифрования в соответствии с развитием технологий.

Таким образом, правильный выбор метода шифрования поможет обеспечить высокую степень защиты от помех и перехвата данных, что является особенно важным в современном мире.

Список литературы

1. Радиотехнические системы. – М.: Академия, 2018. – 592 с.
2. С.Н. Смирнов. Безопасность систем баз данных. – М.: Гелиос АРВ, 2017. – 352 с.
3. Л.К. Бабенко, Е.А. Ищукова. Современные алгоритмы блочного шифрования и методы их анализа. – М.: Гелиос АРВ, 2016. – 376 с.
4. О.Н. Жданов, В.А. Чалкин. Эллиптические кривые. Основы теории и криптографические приложения. – М.: Либроком, 2012. – 200 с.
5. Сонг Ян. Криптоанализ RSA. – М.: Регулярная и хаотическая динамика, Институт компьютерных исследований, 2011. – 312 с.