Алгоритм шифрования и дешифрования текстовой информации для магнитооптических волноводных логических элементов

Аннотация

Для криптообработки информации с использованием шифрования Вернам разработан рабочий симулятор логического элемента XOR, основанный на тех же принципах, что и магнитооптические логические элементы. Проведена экспериментальная проверка устройства-имитатора с использованием кодирования ASCII и разработан алгоритм шифрования и дешифрования текстовой информации. Ключевые слова: Логические элементы, криптография, шифрование данных, алгоритм шифрования Вернама. Обмен информацией, как открытой, так и закрытой, происходит в основном с использованием цифровых технологий и персональных компьютеров, поэтому есть возможность использовать все преимущества программного обеспечения, разработанного для обработки сигналов в цифровом и аналоговом формате. Суть шифрования с помощью шифра Вернама легко понять и реализовать на компьютере. Для того чтобы зашифровать открытый текст, вам просто нужно объединить двоичный код открытого текста с двоичным кодом ключа с помощью операции XOR, результирующий двоичный код, представленный в символьной форме, будет шифрованием шифра Вернама. Если мы попытаемся снова зашифровать шифрование, полученное шифром Вернама, с помощью того же ключа, мы снова получим открытый текст. Фактически, шифрование шифра Вернама идентично его расшифровке, что говорит нам о том, что шифр Вернама является симметричным шифром [1]. Давайте кратко рассмотрим шаги, которые мы непосредственно использовали для создания макета устройства для шифрования и дешифрования текстовой информации в кодировке двоичного формата ASCII. Поскольку одной из целей этого проекта было найти механизм, позволяющий кодировать (для 18 простоты мы выбрали ASCII) информационные сигналы, было применено программное обеспечение "Sound Forge" от Sony. Кодирование текстовой информации не вызывает особых трудностей, поскольку соответствующие стандарты, такие как ASCII, известны давно и широко используются в современных информационных технологиях. Мы создали рабочий макет имитатора устройства, предназначенного для шифрования и дешифрования информации с использованием алгоритма Вернама, основанного на тех же принципах, что и магнитооптические логические элементы. Разработанный и экспериментально протестированный магнитооптический (МО) волноводный полусумматор может быть использован для выполнения различных логических операций, таких как И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR), НЕТ и другие [2]. Основным элементом, использованным в качестве магнитооптического волновода в нашем исследовании, был образец оргстекла X-образной формы, тщательно обработанный и отполированный, чтобы избежать оптических потерь при рассеянии и поглощении. Электромагнит представляет собой многослойную катушку из медной проволоки. Назначение и функции других частей понятны без дополнительных пояснений (рис. 1). Первичное двоичное кодирование входных сигналов выполняется с использованием импульсной модуляции, т.е. светодиод включен - “1”, выключен - “0”. Дальнейшие процедуры, связанные с имитацией, заключаются в следующем. Рисунок 1. Схема магнитооптического полусумматора (периферийная электроника не показана): LED1 и LED2 - светоизлучающие диоды (λ= 440 нм) для сигналов X и X с ориентациями поляризации света HP и VP, EM - 1 2 электромагнит; Sum - суммарный волноводный канал; Carry - канал передачи; A и A - анализаторы; PD1 и PD2 - фотодиоды для каналов суммирования и n1 n2 передачи Алиса (источник) должна передать зашифрованную информацию Бобу (получателю). Протокол и последовательность использования одноразовых ключей согласовываются заранее. Предполагается, что для шифрования и дешифрования передаваемой и принимаемой информации следует использовать простые, компактные и надежные оптико-электронные периферийные устройства. Вместо набора магнитооптических волноводов мы будем использовать его электронную модель, названную имитатором устройства. Для практических целей, после проведения предварительных испытаний, был выбран вариант по следующей схеме (рисунок 2). 19 Рис. 2. Эволюция обработанных сигналов для конфигурации элемента XOR. Схема подключения, используемая для получения шифра Вернама в режиме логического магнитооптического элемента XOR (двоичный счетчик) Рассмотрим более подробно действия Алисы по передаче и шифрованию информации (info) в 8-битной кодировке общепринятого стандарта с использованием программного обеспечения аудиоредактора "Sound Forge" и предложенной схемы. Боб, в свою очередь, записывает полученную зашифрованную информацию (дезинформацию) в виде аудиосигналов с помощью той же программы “Sound Forge” в один из каналов созданного файла, а затем вставляет заранее согласованный ключ во второй канал. После выполнения временного выравнивания Боб пропускает созданный файл через свое устройство-симулятор (которое теперь действует как дешифратор), подает его на линейный вход звуковой карты своего компьютера и получает расшифровку информации, отправленной Алисой по третьему каналу. Таким образом, Боб, получив и записав шифрование, выполняет почти те же действия, что и Алиса, с той