بخشی از مقاله
خلاصه
امنیت اطلاعات یکی از مسایل بااهمیت پدافندی در مقابله با حمله مهاجمان به حریم اطلاعات با ارزش سازمان ها میباشد یکی از ابزار ها ی قدرتمند پدافند غیر عامل در راستای تامین امنیت اطلاعات و ارتباطات علم رمز نگاری می باشد . با استفاده گسترده از فناوری OFDM امنیت سیستم OFDM از اهمیت روز افزونی برخوردار می شود ، که یکی از پر کاربردترین تکنیک ارسال برای سیستم های مخابراتی به شمار می آید ، به دلیل ضعف سیستم های آشوب گون تک بعدی مهاجم می تواند به راحتی وارد سیستم شود و اطلاعات را کشف و بازیابی نماید که از امنیت بالایی برخوردار نیستند . سیستم های مخابراتی آشوب ناک یکی از روش های نوین ارسال داده می باشد، که با پیشرفت تکنولوژی کاربرد بسیاری پیدا کرده اند.از دینامیک آشوب گون به علت غیر پریودیک بودن و خواص ذاتی پهن باند در سیستم های باند فوق پهن استفاده می شود .
که ما در این مقاله روش جدید انتقال داده برای بالا بردن ضریب امنیت سیستم مخابراتی OFDM بر مبنای تئوری آشوب سه بعدی - از نوع تابع لورنز - گسسته سازی شده را به همراه گردش فازی و مپینگ چند حاملی مطرح کرده ایم، و ازخواص مدولاسیون های آشوب گونه - Csk - شامل شبه نویز - تصادفی - ،همبستگی، حساسیت به شرایط اولیه ، پارامتر اولیه از این مشخصه ها برای کدینگ - رمزنگاری - استفاده نموده ایم و با توجه به غیر خطی بودن سیگنال های آشوب گون برای پایین آمدن احتمال خطای بیتی - BER - ازنوع مدولاسیون دیجیتال آفست شده - OQPSK - و تبدیل موجک در طرح پیشنهادی مورد بررسی و استفاده قرار گرفته است که با استفاده از گسسته سازی آشوب سه بعدی و پیاده سازی آن با یک سیستم OFDM یک سیستم جدید رمزنگاری شده ارایه داده ایم.
و با بهره گیری از مشخصه های: الف - سیگنال های آشوبی شامل حساسیت به شرایط اولیه و پارامتر های اولیه ب - متعامد بودن سیگنالها ج - دو اصل بنیادی در طراحی رمزنگاری شامل میزان نفوذ وآشوب گون بودن سیگنالها ، استفاده نموده ایم که در آخر یک سیستم امن مخابراتی آشوب ناک غیر قابل نفوذ و ایده ال را ارایه داده ایم که نتایج شبیه سازی گویای این مطلب می باشد که این کار تا به حال انجام نشده است.
کلمات کلیدی : مخابرات آشوب ناک، تئوری آشوب، سیستم آشوبی لورنز ، رمزنگاری، مخابرات امن، سیستم OFDM ، مدولاسیون دیجیتال آفست شده ، تبدیل موجک
مقدمه
رفتار نامنظم غیر قابل پیش بینی بسیاری از سیستمهای غیرخطی به عنوان آشوب نام برده می شود این گونه رفتار درنوسانگرهای مکانیکی مانند پاندول ها، در سیالات گرم شده یا پیچیده در حفره های لیزر و در برخی واکنشها شیمیایی رخ میدهد.یکی از مشخصه های اصلی سیستمهای آشوبگونه این است که رفتار گذشته اش را تکرار نمی کند - حتی به طور تقریبی - . یک مشخصه دیگر برای سیستمهای دینامیکی که رفتار آشوبی از خود نشان می دهند، این است که چنین سیستمهایی باید حتما حداقل یک عبارت غیرخطی را در برداشته باشند.[1] سیستم های مخابراتی آشوب ناک یکی از روش های نوین ارسال داده می باشد که با پیشرفت تکنولوژی کاربردبسیاری پیدا کرده اند.
از دینامیک آشوب گون به علت غیر پریودیک بودن و خواص ذاتی پهن باند در سیستم های باند فوق پهن استفاده می شود. به علت حساس بودن دینامیک آشوب به شرایط اولیه رشته های آشوب گون روش کم هزینه ای برای ساخت رشته های گسترش دهنده در سیستم های طیف گسترده می باشد. انواع روش های مدولاسون و دمدولاسیون آشوب گون جهت استفاده در سیستم های مخابراتی باند فوق پهن ارایه شده است . یکی از روش ها ی مخابراتی در سیستم فوق سیستم آشوب ناک مستقیم است که یک سر ی از پالس آشوب ناک استفاده می شود که در محدوده باند مایکروویو قرار دارند. با استفاده از پالس های آشوب ناک سیستم مخابراتی در مقابل محو شدگی چند مسیره مقاوم می شود و به علت ساختار نویز مانند برای مخابرات امن گزینه مناسیی به شمار می آید .
ارتباطات بی سیم مزایای بسیاری از جمله سرعت، سادگی، مقاومت در مقابل محو شدگی، تحرک و انعطاف پذیری دارد اما در عین حال مشکلاتی از جمله تداخل بین سمبل - - ISI ، تداخل بین حامل - ICI - ، انتشار چند مسیره و محو شدگی وجود دارد در کانال های با نرخ بالا برای انتقال سیگنال به باند حامل نیازمند مدولاسیون چند حاملی است OFDM. یکی از محبوب ترین انها است .امروزه روش OFDM به عنوان یک روش قوی برای نسل چهارم - G4 - سیستم های ارتباطی تلفن همراه سیستم های مخابرات ، زیر آبی، سیستم های مخابرات نوری و ... در نظر گرفته می شود .طرح OFDM اولین بار توسط چنگ در سال 1966 ارایه شده است اولین کاربرد OFDM در لینک رادیویی HF نظامی بود.تکنیک OFDM هم در مخابرات بی سیم و هم در مخابرات سیمی کاربرد دارد [2,1].
جریان آشوب دارای یک دایره بزرک حساس به شرایط اولیه و غیر قابل پیش بینی است کد کردن با تابع آشوب بسیار سریع است از از آن جایی که رمزنگاری با روش های سنتی وقت گیر است این خصوصیت تابع آشوب باعث ترکیب وسیعی با رمزنگاری سنتی شده است در سالهای اخیر آشوب به عنوان یکی از زمینه های کاربران برای امنیت مخابرات تبدیل شده است . و رمزنگاری با تابع آشوب در بسیاری از روش ها به کار گرفته شده است در مقالات متعددی تعدادی از سیستم ها ی رمزنگاری و تولید اعداد شبه تصادفی بر اساس آشوب گسسته معرفی شده اند اما عموما امنیت این سیستم ها بالا نیستند .
اعمال کدینگ کانال بر یک سیستم مخابراتی باعث کاهش احتمال خطای بیت می شود. برای هر کانال مخابراتی، طبق تئوری شانون ظرفیتی تعریف می شود که حد بالای نرخ بیت مورد استفاده در کانال را تعیین می کند. بکارگیری کدینگ کانال باعث می شود نرخ بیت مورد استفاده به حد بالای خود که توسط تئوری شانون تعریف شده است، نزدیکتر شده و در نتیجه از کانال به نحو بهینه تری استفاده شود. این نکته در مورد تمام سیستمهای مخابراتی صحت دارد. اما به علت ساختار خاص OFDM بکارگیری کدینگ کانال درآن، نسبت به سیستمهای تک حاملی ویژگیهای خاصی دارد که باعث افزایش بازدهی سیستم می شود. از این رو به این سیستم ، OFDM کدشده یا COFDM نیز اطلاق می شود .
کدینگ کانال علاوه بر اینکه مشابه سیستمهای دیگر دارای بهره کدینگ می باشد و احتمال خطای بیت را کاهش میدهد. بعلت بکارگیری دایورسیتی فرکانس بهره کدینگ بالاتری ارائه می دهد.[2] منظور از بکارگیری دایورسیتی فرکانسی این است که کدینگ کانال میتواند اطلاعات را از بین زیرحاملهایی که ممکن است ضعیف یا قوی دریافت شوند، استخراج کند. چرا که اگر زیرحامل خاصی ضعیف دریافت شود، دادههای ارسالی بوسیله زیرحاملهای دیگر آشکار می شود و بدلیل اینکه با اعمال کدینگ کانال بین اطلاعات ارسالی توسط زیرحاملهای مختلف همبستگی وجود خواهد داشت، در نتیجه میتوان اطلاعات مربوط به زیرحامل خراب را توسط زیرحاملهای سالم بازیابی کرد.
درمجموع می توان گفت، بهره کدینگ کانال شامل بهره کدینگ در حالت بدون دایورسیتی و بهره دایورسیتی کانال می باشد.با استفادهی گسترده از فن اوری OFDM، امنیت سیستم OFDM از اهمیت روز افزونی برخودار میشود. در این مقاله، ما طرح انتقال امنیت به همراه گردش فاز و مپینگ چند حاملی برمبنای توالیهای آشوب را مطرح کرده ایم. این طرح[1] مشخصههای شبه تصادفی و حساسیت نسبت به شرایط اولیهی توالیهای آشوب را مطرح میکند. ما در مورد مشخصه های سیگنال، پیچیدگیهای محاسباتی و تعداد کلیدهای محتمل، و نیز عملکرد اصلاح خطای طرح پیشنهادی را مورد مطالعه و بررسی قرار دادیم. این امر با شبیه سازیها و بررسیهایی نشان داده شده است که با استفاده از این طرح، بطور کارامدی اطلاعات رمزگذاری شده و تصادفی بودن سیگنالهای خروجی افزایش مییابد.
فردی که قصد رمزگشایی دارد نمیتواند پیام را از طریق مشخصههای آماری از سیگنالهای دریافتی را پیش بینی کند که اهداف ارتباطاتی ایمن را تضمین میکند.که غیر قابل شکستن است .بقیهی این مقاله بصورت زیر سازماندهی شده است. ابتدا یک معرفی و اصول کلی رامطرح نموده ایم ، اصول سیستم های مپینگ آشوب در بخش II بیان شده است. در بخش III ساختار مدل سیستمهای آشوب برمبنای انتقال مخفی OFDM بیان شده و کاربردهای طرح امنیتی مطرح گردیده است. در بخش A، برخی از نتایج جالب توجه نشان داده شده تا سطح امنیتی و عملکرد سیستم را به تصویر بکشد. در بخش ب تعدادی از نتیجه گیریها و تحقیقات اصلی بطور مختصر بیان شده است فناوری قبلی نفوذ و آشوب را با افزایش تعداد اجرای رمزگذاری انجام میدهد، در صورتی که تئوری آشوب از تکرار داخلی برای پراکندگی مقادیر اولیه به کل فضای فازی استفاده میکند.
هستهی رمزگذاری بر مبنای رمزنویسی به منظور افزایش مقادیر محاسبه شده میباشد، که ایراد آن این است که عمدتا در لایه های بالاتری نظیر لایهی شبکه و لایهی کاربردی عمل می کند و ساختار زیرین ارتباط ایمن، غیر قابل اطمینان میباشد که میتواند براحتی با روش DOS اقدام به رمزگشایی کرد. در سیستم رمز دیجیتالی، تعدادی از کاربردهای تئوری آشوب وجود دارد، از قبیل متن رمز بر مبنای تولید توالی شبه تصادفی آشوب ،رمز بلوک بر مبنای تکرارهای آشوب بعدی یا قبلی، و طراحی جعبهی S از تابع .HASH[2] برخی از محققان طرحهای رمز بلوک معینی را با استفاده از شکست متن رمز انتخاب شده و شکست پیام عادی معلوم، رمزگشایی کرده اند.
توالی آشوب، یک توالی رایج شبه تصادفی و غیردورهای میباشد که بوسیلهی سیستم های غیر خطی بوجود آمده است. زمانی که شرایط اولیه در اختیار میباشد، توالی آشوب خروجی تعیین میگردد. روند ایجاد توالی آشوب، ناهمگرا اما محدود میباشد. همچنین حساسیت فوق العاده ای نسبت به شرایط اولیه دارد. بنابراین توالی آشوب، تعریف شده است اما هنوز غیرقابل پیش بینی میباشد .[4] با چنین ویژگیهای رمزنویسی برتر، توالی آشوب در بسیاری از زمینهها نظیر طراحی رمز، رمزگشایی تصویر و ارتباطات ایمن، شکل گرفته است[5,6]OFDM دارای بازده طیفی بالا و مقیاسپذیری پهنای باند مطلوبی میباشد. علاوه بر این، نسبت به محوشدگی چندراهه، مقاوم شده است و بکارگیری و جمع کردن با MIMO امری بسیار ساده میباشد. از دههی 1990، OFDM توسط بسیاری از استانداردهای سیستم ارتباطی بیسیم پهنای باند از قبیل DVB، DAB، WLAN، UWB و LTE
