Модель размещения данных во внутренней памяти вычислителя, реализующего схему кодирования данных в режиме сцепления блоков

Цель исследования. В статье исследуются особенности синтеза специализированных устройств, выполняющих контроль целостности и аутентичности отдельных информационных блоков на основе CBCкодов. Рассматриваются подходы, имеющие своей целью снижение вычислительных и ресурсных затрат при выполнении таких процедур. Формулируются зависимости между показателями функционирования и требованиями по объёму внутренней памяти специализированных вычислителей, обрабатывающих данные в режиме CBC.
Методы. Реализация процедур аутентификации источника данных с использованием кодирования в режиме сцепления отдельных блоков данных является действенным методом повышения достоверности в условиях ограниченного размера проверяемых аутентификационных последовательностей. В то же время её реализация в приёмниках требует создания специализированных вычислителей, обрабатывающих возникающие при декодировании данных древовидные структуры, состоящие из отдельных блоков данных. Для снижения ресурсных и вычислительных затрат при обработке таких структур используется косвенная адресация, при которой данные блоков хранятся в оперативной памяти, а их адреса – в высокоскоростной регистровой памяти самого вычислителя.
Результаты. Создана модель косвенной адресации блоков данных в оперативной памяти. Указатели на блоки хранятся в отдельной регистровой памяти, и каждый указатель размещён в соответствии с декодированным порядковым номером блока в последовательности. Каждый адрес блока в оперативной памяти дополняется множеством указателей на последующие блоки в ветвях древовидной структуры. Созданная математическая модель позволила оценить размер в битах всех задействованных указателей и их число, что позволило определить потребность вычислителя, выполняющего обработку древовидной структуры, в регистровой памяти.
Заключение. В работе показано, что использование комбинации матричной и списочной организации хранения адресов блоков позволяет снизить потребность в регистровой памяти вычислителя на 50 – 60%. При этом вычислитель может обрабатывать древовидную структуру информационных блоков с использованием высокопроизводительных итерационных алгоритмов, что было бы невозможно при использовании исключительно списочной организации хранения адресов.

1. Царегородцев К. Д. Анализ режимов шифрования для реализации в устройствах RFID // Прикладная дискретная математика. Приложение. 2020. № 13. С. 67-69. DOI: 10.17223/2226308X/13/20.

2. Мальчуков А.Н., Осокин А.Н. Система автоматизированного проектирования кодеков помехоустойчивых кодов короткой длины // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 312. № 5. С. 70-75.

3. Мыцко Е.А., Мальчуков А.Н., Иванов С.Д. Исследование алгоритмов вычисления контрольной суммы CRC8 в микропроцессорных системах при дефиците ресурсов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2018. № 6. С. 22-29.

4. Hang S.J., Oh H.S., Park J. The improved Data Encryption Standard (DES) Algorithm // IEEE 4th International Conference on Spread Spectrum Techniques and Applications Proceedings. 1996. P. 1310–1314.

5. Kruti S., Gambhava B. New Approach of Data Encryption Standard Algorithm // Int. J. Soft Comput. Eng. 2012. Vol. 2. № 1. P. 322–325.

6. Sumathi R. A Secure Data Transfer Mechanism Using Single-Handed Re-Encryption Technique // International Conference on Emerging Trends in Science, Engineering and Technology. Tiruchirapalli, India. 2012. P. 1-9.

7. C Liu., Ji J., Liu Z. Implementation of DES Encryption Arithmetic based on FPGA /// AASRI Procedia. 2013. Vol. 5. P. 209–213.

8. Kruti S., Gambhava B. New Approach of Data Encryption Standard Algorithm // Int. J. Soft Comput. Eng. 2012. Vol. 2. № 1. P. 322–325.

9. Mandal P.C. Evaluation of performance of the Symmetric Key Algorithms: DES, 3DES, AES and Blowfish // J. Glob. Res. Comput. Sci. 2012. Vol. 3. № 8. P. 67–70.

10. Xie J., Pan X. An improved rc4 stream cipher // International Conference on Computer Application and System Modeling.2010. doi: 10.1109/IC-CASM.2010.5620800

11. Black J., Rogaway P. CBC MACs for arbitrary-length messages: The three-key constructions // J. Cryptol, 2015. Vol. 18. №2. P. 111–131.

12. Предварительный национальный стандарт РФ. Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол обмена для высокоемких сетей с большим радиусом действия и низким энергопотреблением. URL: http://docs.cntd.ru/document/554596382 (дата обращения 15.02.2021).

13. Stallings W. NIST Block Cipher Modes of Operation for Confidentiality // Cryptologia. 2010. № 34(2). P. 163 – 175.

14. Ben Othman, S., Alzaid, H., Trad A., Youssef, H. An efficient secure data aggregation scheme for wireless sensor networks // IISA 2013, doi:10.1109/iisa.2013.6623701

15. Таныгин М.О. Алгоритм определения источника фрагментированных сообщений // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2020. Т. 63, №8. С.702 – 710.

16. Рекурсивный алгоритм формирования структурированных множеств информационных блоков для повышения скорости выполнения процедур определения их источника / М.О. Таныгин, Х.Я.А. Алшаиа, В.П. Добрица, О.Г. Добросердов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021; 25(2): 51-64. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2021-25-2-51-64.

17. Yağdereli E. Gemci, C. A study on cyber-security of autonomous and unmanned vehicles // Journal of Defense Modeling and Simulation. 2015. doi: https://doi.org/10.1177/1548512915575803

18. Беспилотные авиационные системы. Часть 3. Эксплуатационные процедуры [Электронный ресурс] // Стандарт ISO 21384-3:2019(E). URL: https://cdn.standards.iteh.ai/samples/70853/7ec34c8a22bf46958423b7e3a2e43693/ISO-21384-3-2019.pdf (дата обращения 15.09.2020)

19. Leccadito M. A Hierarchical Architectural Framework for Securing Unmanned Aerial Systems // Virginia Commonwealth University. 2016. https://doi.org/10.25772/0DK3-E418

20. Пасечников К. А., Иванова Г. С.. Синтез оптимальных структур данных для решения задач на графах // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2008. № 4(73). С. 29-37.

21. Колганов А. С. Параллельная реализация алгоритма поиска минимальных остовных деревьев с использованием центрального и графического процессоров // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2016. Т. 5. № 3. С. 5-19. DOI 10.14529/cmse160301

22. Tasci S., Demirbas M. Employing in-memory data grids for distributed graph processing // IEEE 2015 IEEE International Conference on Big Data (Big Data). 2015. P. 1856–1864. doi:10.1109/bigdata.2015.7363959

23. Paradies M, Lehner W, Bornhövd C GRAPHITE: an extensible graph traversal framework for relational database management systems. In: DBM. ACM. 2015. P. 29:1–29:12. DOI: 10.1145/2791347.2791383

24. Babionitakis, K., Doumenis, G.A., Georgakarakos, G. et al. A real-time motion estimation FPGA architecture // J Real-Time Image Proc. 2008. No. 3. P. 3–20. https://doi.org/10.1007/s11554-007-0070-9

25. Panagiotis Papadimitratos, Zygmunt J. Haas Secure message transmission in mobile ad hoc networks // Ad Hoc Networks. 2003. №1. P. 193–209.

26. Shi X., Xiao D. A reversible watermarking authentication scheme for wireless sensor networks // Information Sciences. 2013. Vol. 240. P. 173-183. DOI:10.1016/j.ins.2013.03.031

27. Shant D., Premkumar P. Block Level Data Integrity Assurance Using Matrix Dialing Method towards High Performance Data Security on Cloud Storage // Scientific Research Publishing. 2016. Vol. 7. № 11. P. 3626-3644.

28. Таныгин М.О., Алшаиа Х.А., Добрица В.П. Оценка влияния организации буферной памяти на скорость выполнения процедур определения источника сообщений // Труды МАИ. 2020. № 5(114). С.15.

29. Таныгин М.О. Расчёт вероятности возникновения коллизий при использовании алгоритма контроля подлинности сообщений // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2012. № 2-2. С. 179-182.

30. Таныгин М.О. Теоретические основы идентификации источников информации, передаваемой блоками ограниченного размера. Курск, 2020. 198 с.