Введение
Телекоммуникационное устройство, используемое для того, чтобы сделать сигнал неразборчивым для нежелательных получателей.
В телекоммуникациях скремблер – это устройство, которое преобразует или инвертирует сигналы, либо иным образом кодирует сообщение на стороне отправителя, чтобы сделать его неразборчивым для приемника, не оснащенного соответствующим устройством дескремблирования. В то время как шифрование обычно относится к операциям, выполняемым в цифровой области, скремблирование обычно относится к операциям, выполняемым в аналоговой области. Скремблирование достигается путем добавления компонентов к исходному сигналу или изменения какого-либо важного компонента исходного сигнала, чтобы затруднить восстановление исходного сигнала. Примерами последнего могут служить удаление или изменение вертикальных или горизонтальных синхроимпульсов в телевизионных сигналах; телевизоры не смогут отобразить изображение с такого сигнала. Некоторые современные скремблеры фактически являются устройствами шифрования, название сохранилось из-за сходства в применении, а не во внутреннем устройстве. В телекоммуникациях и записи скремблер (также называемый рандомизатором) – это устройство, которое изменяет поток данных перед передачей. Эти изменения обращаются дескремблером на принимающей стороне. Скремблирование широко используется в спутниковой, радиорелейной связи и модемах PSTN. Скремблер может быть расположен непосредственно перед кодировщиком FEC или после FEC, непосредственно перед модуляцией или кодом линии. Скремблер в данном контексте не имеет отношения к шифрованию, поскольку его цель – не сделать сообщение неразборчивым, а придать передаваемым данным полезные инженерные характеристики. Скремблер заменяет последовательности (называемые отбеливающими последовательностями) другими последовательностями, не удаляя нежелательные последовательности, и в результате изменяет вероятность появления неблагоприятных последовательностей. Очевидно, что это не является надежной защитой, поскольку существуют входные последовательности, которые приводят к выходу, состоящему только из нулей, только из единиц или других нежелательных периодических последовательностей. Поэтому скремблер не является хорошей заменой коду линии, который посредством кодирования удаляет нежелательные последовательности.
Адитивные (синхронные) кодировщики
Аддитивные скремблеры (они также называются синхронными) преобразуют входящий поток данных, применяя псевдослучайную двоичную последовательность (PRBS) посредством сложения по модулю два. Иногда используется предварительно вычисленная PRBS, хранящаяся в памяти только для чтения, но чаще она генерируется линейным регистром сдвига с обратной связью (LFSR). Для обеспечения синхронной работы передающего и принимающего LFSR (то есть скремблера и дескремблера) необходимо использовать слово синхронизации. Слово синхронизации – это шаблон, который вставляется в поток данных через равные интервалы (то есть в каждом кадре). Приемник ищет несколько слов синхронизации в соседних кадрах и таким образом определяет момент, когда его LFSR необходимо перезагрузить заранее определенным начальным состоянием. Аддитивный дескремблер – это то же самое устройство, что и аддитивный скремблер. Аддитивный скремблер/дескремблер определяется полиномом его LFSR (для скремблера на изображении выше, это ) и его начальным состоянием.
Скремблеры с множительными (самосинхронизирующимися) функциями
Мультипликативные скремблеры (также известные как feed through) называются так, потому что они выполняют умножение входного сигнала на передаточную функцию скремблера в Z-пространстве. Это дискретные линейные системы, инвариантные во времени. Мультипликативный скремблер является рекурсивным, а мультипликативный дескремблер – нерекурсивным. В отличие от аддитивных скремблеров, мультипликативным скремблерам не требуется синхронизация кадров, поэтому их также называют самосинхронизирующимися. Мультипликативный скремблер/дескремблер определяется аналогичным образом полиномом (для скремблера на рисунке это ), который также является передаточной функцией дескремблера.
Шум
Первые устройства для искажения голоса были изобретены в лабораториях Белла в период непосредственно перед Второй мировой войной. Эти устройства состояли из электроники, способной смешивать два сигнала или, альтернативно, "вычитать" один сигнал из другого. Два сигнала поступали от телефона и проигрывателя. Создавалась пара идентичных пластинок, каждая из которых содержала одну и ту же запись шума. Запись воспроизводилась в телефон, а смешанный сигнал передавался по линии связи. На другом конце шум вычитался с помощью соответствующей пластинки, оставляя исходный голосовой сигнал нетронутым. Подслушивающие слышали только шумный сигнал, не в состоянии разобрать речь. Одно из таких устройств, использованное (в том числе) для телефонных разговоров между Уинстоном Черчиллем и Франклином Д. Рузвельтом, было перехвачено и дешифровано немцами. По крайней мере один немецкий инженер ранее работал в лабораториях Белла и разработал способ взлома этих устройств. Более поздние версии были достаточно изменены, что не позволило немецкой команде их дешифровать. Ранние версии были известны как "A 3" (от AT&T Corporation). Для более защищенной голосовой связи использовалось несвязанное устройство под названием SIGSALY. Шум записывался на большие шеллаковые грампластинки, которые изготавливались парами, поставлялись по мере необходимости и уничтожались после использования. Это работало, но было крайне неудобно. Даже достижение синхронизации двух пластинок оказалось сложной задачей. Послевоенная электроника значительно упростила работу с подобными системами, создавая псевдослучайный шум на основе короткого входного тона. При использовании абонент воспроизводил тон в телефон, и оба устройства искажения голоса прослушивали сигнал и синхронизировались с ним. Однако это обеспечивало лишь ограниченную безопасность, поскольку любой слушатель, обладающий базовыми знаниями в области электроники, часто мог создать устройство с достаточно близкими настройками для взлома связи.
Криптографические
Именно необходимость синхронизации шифраторов подсказала Джеймсу Эллису идею несекретного шифрования, что в конечном итоге привело к изобретению как алгоритма шифрования RSA, так и протокола обмена ключами Диффи — Хеллмана задолго до того, как они были повторно изобретены публично Ривестом, Шамиром и Адлеманом, или Диффи и Хеллманом. Современные шифраторы – это не шифраторы в строгом смысле этого слова, а скорее оцифровщики, объединенные с машинами шифрования. В этих системах исходный сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, а затем цифровые данные шифруются и отправляются. Используя современные системы с открытым ключом, эти "шифраторы" намного безопаснее, чем их более ранние аналоговые аналоги. Только эти типы систем считаются достаточно безопасными для конфиденциальных данных. Инвертирование голоса может быть таким же простым, как инверсия частотных полос вокруг фиксированной точки, до различных сложных методов изменения точки инверсии случайным образом и в реальном времени с использованием нескольких полос. "Шифраторы", используемые в кабельном телевидении, предназначены для предотвращения случайной кражи сигнала, а не для обеспечения реальной безопасности. Ранние версии этих устройств просто "инвертировали" один важный компонент телевизионного сигнала, повторно инвертируя его на стороне клиента для отображения. Позднее устройства стали лишь немного сложнее, отфильтровывая этот компонент полностью, а затем добавляя его, анализируя другие части сигнала. В обоих случаях схему мог легко собрать любой достаточно опытный любитель. (См. Шифрование телевидения.) Электронные наборы для шифрования и дешифрования доступны у поставщиков для любителей. Энтузиасты сканеров часто используют их для прослушивания зашифрованных сообщений на автогонках и некоторых передачах общественной службы. Это также распространено в радиостанциях FRS. Это простой способ познакомиться с шифрованием. Термин "шифрование" иногда используется ошибочно, когда подразумевается глушение.
Разблокировать
Дескреблирование в контексте кабельного телевидения — это процесс восстановления исходного видеосигнала, зашифрованного кабельной телевизионной компанией для платных телевизионных услуг, обработанного скремблером и передаваемого по коаксиальному кабелю в дом, где приставка (set-top box) расшифровывает сигнал, делая его доступным для просмотра на телевизоре. Дескреблер — это устройство, восстанавливающее изображение и звук зашифрованного канала. Для расшифровки всех платных и каналов по запросу (pay-per-view) кабельной телевизионной системы необходимо использовать дескреблер совместно с кабельным конвертером.