Архітектура та реалізація базових компонентів системи нейромережевого захисту і кодування передачі даних
Date
2022-02-28
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Видавництво Львівської політехніки
Lviv Politechnic Publishing House
Lviv Politechnic Publishing House
Abstract
Описано розробку базових компонентів системи нейромережевого захисту, кодування передачі даних на основі інтегрованого
підходу, який містить удосконалений метод нейромережевого шифрування (дешифрування) даних і метод
адаптивного баркероподібного кодування (декодування) даних, які орієнтовані на сучасну елементну базу. Для розробки
системи обрано принципи спеціалізації та адаптації апаратно-програмних засобів до структури алгоритмів нейроподібного
шифрування (дешифрування) даних, архітектури нейромережі та розрядності баркероподібного коду. Запропоновано
архітектуру системи, що враховує змінний склад обладнання та модульність. Вдосконалено метод нейромережевого
шифрування (дешифрування) даних, який внаслідок розпаралелення процесу шифрування (дешифрування) та використання
таблиць макрочасткових добутків забезпечує зменшення часу шифрування (дешифрування) при програмній реалізації.
Розроблено метод адаптивного баркероподібного кодування / декодування, який внаслідок врахування співвідношення
сигнал/шум забезпечує високу завадостійкість та зменшує час передачі даних. Описано апаратні засоби системи,
яку створено з використанням розроблених базових компонентів нейромережевого захисту та баркероподібного кодування
даних. З використанням створеної системи визначено, що виконання операцій нейромережевого криптографічного
шифрування (дешифрування) блоків даних на базі мікрокомп'ютера здійснюється у часі, близькому до реального. Час
формування і навчання нейромережі становить біля 200 мс, а виконання процедур шифрування та дешифрування становить
відповідно біля 35 мс та 30 мс і не залежить істотно від обраної конфігурації нейроподібної мережі.
The development of basic components of the neural network protection system, data transmission coding based on an integrated approach, which includes an improved method of neural network encryption (decryption) and the method of adaptive barkerlike coding (decoding) of data, which focuses on modern element base. The principles of specialization and adaptation of hardware and software to the structure of algorithms for neuro-like encryption (decryption) of data, neural network architecture, and barker-like code are used to develop the system. The architecture of the system is proposed, which takes into account the variable composition of the equipment and modularity. The method of neural network encryption (decryption) of data has been improved. The time of neural network encryption and decryption of data depends on the size of the tables of macroparticle products. The size of the tables of pre-calculated macroparticle products is based on the provision of encryption and decryption of data in real-time. A method of adaptive barker-like encoding (decoding) has been developed, which, due to the signal-to-noise ratio, provides high noise immunity and reduces data transmission time. The hardware of the system, which was created using the developed basic components of neural network protection and barker-like data encoding, is described. When creating hardware, ready-made components and modules of industrial production are used as much as possible, and the availability of appropriate means of software code development is taken into account. Means of neural network cryptographic encryption (decryption) of data of the mobile part of the system are implemented using a microcomputer-based on SoC. Not the most powerful microcomputer of the NanoPi Duo type from FriendlyElec has been especially used to test the means of neural network cryptographic encryption (decryption) of data. Using the created system, it is determined that the performance of neural network cryptographic encryption (decryption) of data blocks based on a microcomputer is carried out in close to real-time. The time of formation and training of the neural network is about 200 ms, and the implementation of encryption and decryption procedures is about 35 ms and 30 ms, respectively, and does not depend significantly on the chosen configuration of the neural network.
The development of basic components of the neural network protection system, data transmission coding based on an integrated approach, which includes an improved method of neural network encryption (decryption) and the method of adaptive barkerlike coding (decoding) of data, which focuses on modern element base. The principles of specialization and adaptation of hardware and software to the structure of algorithms for neuro-like encryption (decryption) of data, neural network architecture, and barker-like code are used to develop the system. The architecture of the system is proposed, which takes into account the variable composition of the equipment and modularity. The method of neural network encryption (decryption) of data has been improved. The time of neural network encryption and decryption of data depends on the size of the tables of macroparticle products. The size of the tables of pre-calculated macroparticle products is based on the provision of encryption and decryption of data in real-time. A method of adaptive barker-like encoding (decoding) has been developed, which, due to the signal-to-noise ratio, provides high noise immunity and reduces data transmission time. The hardware of the system, which was created using the developed basic components of neural network protection and barker-like data encoding, is described. When creating hardware, ready-made components and modules of industrial production are used as much as possible, and the availability of appropriate means of software code development is taken into account. Means of neural network cryptographic encryption (decryption) of data of the mobile part of the system are implemented using a microcomputer-based on SoC. Not the most powerful microcomputer of the NanoPi Duo type from FriendlyElec has been especially used to test the means of neural network cryptographic encryption (decryption) of data. Using the created system, it is determined that the performance of neural network cryptographic encryption (decryption) of data blocks based on a microcomputer is carried out in close to real-time. The time of formation and training of the neural network is about 200 ms, and the implementation of encryption and decryption procedures is about 35 ms and 30 ms, respectively, and does not depend significantly on the chosen configuration of the neural network.
Description
Keywords
криптографічний захист, архітектура мобільної системи, бортові засоби, метод нейромережевого шифрування (дешифрування) даних, метод адаптивного баркероподібного кодування / декодування, cryptographic protection, mobile system architecture, neural network encryption (decryption) method, adaptive barker-like encoding (decoding) method
Citation
Архітектура та реалізація базових компонентів системи нейромережевого захисту і кодування передачі даних / І. Г. Цмоць, Ю. В. Опотяк, О. Я. Різник, О. М. Березький, Ю. А. Лукащук // Український журнал інформаційних технологій. — Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2022. — Том 4. — № 1. — С. 53–62.