Кіріспе
Телекоммуникация құрылғысы, сигналды жасыру үшін қолданылады. Телекоммуникация саласында, шифрлағыш (scrambler) – сигналдарды өзгерту немесе инверттеу арқылы немесе басқаша түрде хабарды кодтау арқылы, тиісті дешифрлеу құрылымымен жабдықталмаған қабылдаушы үшін хабарды түсініксіз ететін құрылғы. Шифрлау көбінесе цифрлық доменде орындалатын операцияларды білдірсе, шифрлау көбінесе аналогтық доменде орындалатын операцияларды білдіреді. Шифрлау, бастапқы сигналға компоненттер қосу арқылы немесе бастапқы сигналдың маңызды компоненттерін өзгерту арқылы бастапқы сигналды анықтауды қиындату жолымен жүзеге асырылады. Мысалы, теледидар сигналдарындағы тік немесе көлденең синхронизация импульстарын жою немесе өзгерту; мұндай сигналдан теледидар суретті көрсетуге шамасы келмейді. Кейбір заманауи шифрлағыштар іс жүзінде шифрлау құрылғылары болып табылады, атауы ішкі жұмыс істеуіне қарағанда қолданыстағы ұқсастықтарға байланысты сақталады. Телекоммуникация және жазуда шифрлағыш (сонымен қатар рандомизатор деп те аталады) – дерек ағынын тарату алдында өңдейтін құрылғы. Өңдеу қабылдау тарапындағы дешифрлеушімен кері қайтарылады. Шифрлау спутниктік, радиорелейлік байланыс және PSTN модемдерінде кеңінен қолданылады. Шифрлағыш FEC кодерінің алдына немесе FEC-тен кейін, модуляция немесе желілік кодтан бұрын орналастырылуы мүмкін. Бұл жағдайда шифрлағыш шифрлаумен байланысы жоқ, себебі мақсаты хабарламаны түсініксіз ету емес, жіберілген деректерге пайдалы инженерлік қасиеттер беру. Шифрлағыш тізбектерді (ақтандыру тізбектері деп аталады) басқа тізбектермен алмастырады, жағымсыз тізбектерді жоймай, нәтижесінде ол қолайсыз тізбектердің пайда болу ықтималдығын өзгертеді. Бұл, әрине, қатесіз емес, өйткені барлық нөлдерді, барлық бірліктерді немесе басқа да жағымсыз периодтық шығыс тізбектерін беретін кіріс тізбектері бар. Сондықтан шифрлағыш, кодтау қадамы арқылы қажетсіз тізбектерді жоятын желілік кодты жақсы алмастыра алмайды.
In telecommunications, a scrambler is a device that transposes or inverts signals or otherwise encodes a message at the sender's side to make the message unintelligible at a receiver not equipped with an appropriately set descrambling device. Whereas encryption usually refers to operations carried out in the digital domain, scrambling usually refers to operations carried out in the analog domain. Scrambling is accomplished by the addition of components to the original signal or the changing of some important component of the original signal in order to make extraction of the original signal difficult. Examples of the latter might include removing or changing vertical or horizontal sync pulses in television signals; televisions will not be able to display a picture from such a signal. Some modern scramblers are actually encryption devices, the name remaining due to the similarities in use, as opposed to internal operation. In telecommunications and recording, a scrambler (also referred to as a randomizer) is a device that manipulates a data stream before transmitting. The manipulations are reversed by a descrambler at the receiving side. Scrambling is widely used in satellite, radio relay communications and PSTN modems. A scrambler can be placed just before a FEC coder, or it can be placed after the FEC, just before the modulation or line code. A scrambler in this context has nothing to do with encrypting, as the intent is not to render the message unintelligible, but to give the transmitted data useful engineering properties. A scrambler replaces sequences (referred to as whitening sequences) with other sequences without removing undesirable sequences, and as a result it changes the probability of occurrence of vexatious sequences. Clearly it is not foolproof as there are input sequences that yield all zeros, all ones, or other undesirable periodic output sequences. A scrambler is therefore not a good substitute for a line code, which, through a coding step, removes unwanted sequences.
Қосымша (синхронды) кодтауыштар
Аддитивті шифрлаушы (олар синхронды деп те аталады) кіріс дерек ағынын псевдо кездейсоқ екілік тізбек (PRBS) қолдану арқылы (екілік модуль бойынша қосу арқылы) түрлендіреді. Кейде тек қана оқуға арналған жадта сақталған, алдын ала есептелген PRBS пайдаланылады, бірақ көбінесе ол сызықтық кері байланыс тізбектік тіркегіш (LFSR) арқылы жасалады. Жіберуші және қабылдаушы LFSR-дің (яғни шифрлаушы мен дешифрлеушінің) синхронды жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін синхрондық сөз қолданылуы тиіс. Синхрондық сөз – бұл дерек ағынына белгілі бір интервалмен (яғни әрбір кадрда) енгізілетін үлгі. Қабылдаушы жақын кадрларда бірнеше синхрондық сөздерді іздейді және осылайша LFSR-ді алдын ала анықталған бастапқы күймен қайта жүктеу қажетті жерді анықтайды. Аддитивті дешифрлеуші – аддитивті шифрлаушымен бірдей құрылғы. Аддитивті шифрлаушы/дешифрлеуші LFSR-дің полиномымен (жоғарыдағы суретте көрсетілген шифрлаушы үшін ол) және оның бастапқы күйімен анықталады.
Көбейту (өзін-өзі синхрондау) скримблер
Көбейтуші шашырату құрылғылары (немесе ағын арқылы жұмыс істейтіндер) кіріс сигналын Z кеңістігіндегі шашырату құрылғысының беру функциясымен көбейтуді орындайтындықтан осылай аталады. Олар дискретті сызықтық уақыт инвариантты жүйелер. Көбейтуші шашырату құрылғысы рекурсивті, ал көбейтуші кері шашырату құрылғысы рекурсивті емес. Қосымша шашырату құрылғыларынан айырмашылығы, көбейтуші шашырату құрылғысына кадр синхрондау қажет емес, сондықтан оларды өздігінен синхрондалатын деп те атайды. Көбейтуші шашырату / кері шашырату құрылғысы да көпмүшемен анықталады (суреттегі шашырату құрылғысы үшін ол ), ол кері шашырату құрылғысының да беру функциясы болып табылады.
Шу
Бірінші дауыс шифрлегіштері Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін Bell Labs-те ойлап табылған. Бұл құрылғылар екі сигналды қосып жіберуге немесе керісінше, бір сигналды алып тастауға қабілетті электроникадан тұрды. Екі сигнал телефон мен граммофон арқылы берілді. Бір-біріне сәйкес келетін жазбалар жасалды, олардың әрқайсысында бірдей шу жазылған. Жазба телефонға ойнатылып, қосылған сигнал сым арқылы жіберілді. Содан кейін, алыс жақтағы жазбаны пайдаланып шу алынып тасталды, нәтижесінде бастапқы дауыс сигналы өзгеріссіз қалды. Тыңшылар тек шулы сигналды еститін, дауысты түсіне алмайтын. Осы құрылғылардың бірі, (басқа міндеттермен қатар) Уинстон Черчилль мен Франклин Д. Рузвельт арасындағы телефондық әңгімелерде қолданылды, ол немістер тарапынан ұсталып, шифрленуі бұзылды. Соғысқа дейін Bell Labs-те жұмыс істеген кем дегенде бір неміс инженер оларды бұзудың жолын тапқан. Кейінгі нұсқалары жеткілікті түрде өзгеше болғандықтан, неміс тобы оларды қайта шифрлеуге құмар болған жоқ. Алғашқы нұсқалары "A 3" (AT&T корпорациясынан) деп аталды. Жоғары деңгейдегі дауыс байланысы үшін SIGSALY деп аталатын басқа құрылғы қолданылды. Шу үлкен шеллак граммофон пластинкаларында сақталды, қажеттілікке қарай жіберіліп, пайдаланғаннан кейін жойылды. Бұл жұмыс істеді, бірақ өте қиын болды. Екі жазбаны синхронды етудің өзі қиындық тудырды. Соғыстан кейінгі электроника мұндай жүйелермен жұмыс істеуді жеңілдетті, өйткені ол қысқа кіріс тонына негізделген жасанды кездейсоқ шуды жасады. Қолдану кезінде абонент телефонға тон ойнататын, содан кейін екі шифрлегіш те сигналды тыңдап, оған синхронды болар еді. Дегенмен, бұл қауіпсіздіктің шектеулі деңгейін қамтамасыз етті, өйткені электрондық схема туралы негізгі білімі бар кез келген адам байланысқа кіру үшін жеткілікті ұқсас параметрлері бар құрылғыны жасауға қабілетті болды.
Криптографиялық
Бұл құрылғыларды синхрондау қажеттілігі Джеймс Х. Эллиске құпия емес шифрлау идеясын ұсынды, бұл ақырында RSA шифрлау алгоритмін және Diffie–Hellman кілт алмасуын Ривест, Шамир және Адлеман немесе Диффи мен Хеллман бұл әдістерді жариялап, қайта ойлап тапқанға дейін ойлап тапты. Қазіргі заманғы «скремблерлер» сөздің толық мағынасында скремблер емес, шифрлау машиналарымен біріктірілген цифрландыру құрылғылары. Бұл жүйелерде бастапқы сигнал алдымен цифрлық форматқа ауыстырылады, содан кейін цифрлық деректер шифрланып жіберіледі. Қазіргі заманғы ашық кілт жүйелерін пайдалану арқасында бұл «скремблерлер» бұрынғы аналогтық құрылғыларынан әлдеқайда қауіпсіз. Тек осы типтегі жүйелер ғана құпия деректер үшін жеткілікті деңгейде қауіпсіз деп есептеледі. Дауыстың инверсиялық шифрлауы, статикалық нүктеге қатысты жиілік жолақтарын инверсиялаудан бастап, инверсия нүктесін кездейсоқ түрде және нақты уақытта өзгертудің және бірнеше жолақтарды пайдалану сияқты күрделі әдістерге дейін болуы мүмкін. Кабельдік теледидарда қолданылатын «скремблерлер» нақты қауіпсіздік қамтамасыз ету үшін емес, сигналды кездейсоқ ұрлаудың алдын алу үшін жасалған. Бұл құрылғылардың алғашқы нұсқалары теледидар сигналының маңызды бір компонентін «кері бұрып», клиент жағында оны көрсету үшін қайта бұратын. Кейінгі құрылғылар аздап күрделірек болды, олар осы компонентті толығымен сүзіп тастап, содан кейін сигналдың басқа бөліктерін қарастыру арқылы оны қосатын. Екі жағдайда да, кез келген білімі бар хоббист осы схеманы оңай құрастыра алады. (Теледидар шифрлауына қараңыз.) Шифрлау және шифрді бұзу жиынтықтары хобби тауарларын жеткізушілерден қол жетімді. Сканнерлерді ұнататындар көбінесе оларды автожарыстардағы және кейбір мемлекеттік байланыстардағы шифрланған хабарларды тыңдау үшін пайдаланады. Бұл FRS радиоларында да жиі кездеседі. Бұл шифрлауды үйренудің оңай жолы. «Скрамблинг» термині кейде бұзу мағынасында қолданылғанда дұрыс емес.
Ашылу
Кабельдік теледидар саласындағы дескремблеу – кабельдік теледидар компаниясы арқылы премиум-теледидар қызметтері үшін ұсынылған шифрланған немесе кодталған бейнесигналды қабылдау, оны шифрлау құрылғысымен өңдеу, содан кейін коаксиалды кабель арқылы үйге жеткізу, онда топ-бокс сигналды қайта өңдеп, дескремблеу арқылы теледидарда көруге қолжетімді етеді. Дескремблер – кодталған арнаның сурет және дыбысын қалпына келтіретін құрылғы. Кабельдік теледидар жүйесінің барлық премиум және төлемақы арналарын ашу үшін дескремблерді кабельдік конвертермен бірге қолдану қажет.