Criptografia física por embaralhamento espectral aplicada a sinais com taxas de transmissão distintas

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Data

2022-02-14

Autores

Nogueira, Marcelo Pereira

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

The transmission ratio and the number of internet users have increased considerably in communications systems. The concern about security and secrecy of data generated, transmitted and stored has become a import characteristic for the development and technologies evolution. The investigation, development and evaluation of new improvements for encryption techniques were realized in this work. The techniques investigated were spectral phase encoding and spectral shuffled in digital signal processing (SPE-SS-DSP) with implemention of the dynamic key (DK) applied the signals with distinct transmission rates and with different signalings. The news improvements applications for encryption techniques were evaluated from two encrypted signals transmitted over channel with additive white Gaussian noise (AWGN). The development of these news applications were performed by computer simulations. The Matlab ® was software used to implement in algorithm the encryption techniques, dynamic key, news improvements applications, noise channel and the results obtained. The signal quality evaluation metric and new improvements applications for encryption techniques was the penalty of the signal-to-noise ratio (SNR) for given value of bit error ratio (BER). The encrypted signals showed BER values above forward error correction (FEC) threshold and the new applications didn’t generate penalties for the transmitted and recovered signals. The signals encrypted with dynamic key, application of distinct transmission rates and with different signalings compared to signals without encryption and improvements showed pratically the same results based on BER and SNR values. The techniques developed, after being evaluated, showed good efficiency and feasibility of studies and applications in optical and mobile networks.
A taxa de transmissão e o número de usuários de Internet têm aumentado consideravelmente em sistemas de comunicações. A preocupação da segurança e sigilo de dados gerados, transmitidos e armazenados tem se tornado uma característica de grande importância para o desenvolvimento e a evolução de tecnologias. A investigação, desenvolvimento e avaliação de novas melhorias para as técnicas de criptografias foram realizadas neste trabalho. As técnicas de criptografias investigadas foram codificação de fase espectral e embaralhamento espectral baseado em processamento digital de sinal (spectral phase encoding and spectral shuffled in digital signal processing, SPE-SS-DSP) com a implementação da chave dinâmica (dynamic key, DK) aplicado a sinais com taxas de transmissão distintas e sinalizações diferentes. As novas aplicações de melhora para as técnicas de criptografias foram avaliadas a partir de dois sinais criptografados e transmitidos por um canal com ruído aditivo, gaussiano e branco (additive white Gaussian noise, AWGN). O desenvolvimento dessas novas aplicações foi realizado por simulações computacionais. O Matlab® foi o software utilizado para implementar em algoritmo as técnicas de criptografias, a chave dinâmica, as novas aplicações, o canal ruidoso e a obtenção de resultados. A métrica de avaliação da qualidade do sinal e das novas aplicações para as técnicas de criptografias foi a penalização da razão sinal-ruído (signalto-noise ratio, SNR) para um dado valor de razão de erro de bit (bit error ratio, BER). Os sinais criptografados possuíram valores de BER acima do limite da correção para frente de erro (forward error correction, FEC) e as novas aplicações não geraram penalidades aos sinais transmitidos e recuperados. Os sinais criptografados com chave dinâmica e aplicação de taxas de transmissão distintas e sinalizações diferentes comparando com os sinais sem criptografia e sem melhorias apresentaram resultados praticamente iguais com base nos valores de BER e SNR. As técnicas desenvolvidas, após avaliadas, mostraram uma boa eficiência e viabilidade de estudos e aplicações em redes ópticas e redes móveis.

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Palavras-chave

Criptografia, Segurança de sistemas, Telecomunicações

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