Методические указания. Моделирование данной криптосистемы производится с помощью программы Multisim 8.2.12 ProfessionalМоделирование данной криптосистемы производится с помощью программы Multisim 8.2.12 Professional. Открытый текст, гамма, криптограмма представлены четырехразрядными двоичными операндами, а управляющие сигналы формируются с помощью пяти битов. Структурная схема приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема криптографической системы
Передающая и приемная стороны имитируются с помощью двух четырехразрядных арифметико-логических устройств (АЛУ). На передающей стороне вход M используется для подачи открытого текста, вход G - для подачи гаммы. На приемной стороне вход K используется для приема криптограммы, вход G′ – для подключения гаммы. Потоки открытого текста и гаммы формируются с помощью шестнадцатиразрядного генератора двоичных слов. Для контроля результатов преобразований (открытого текста на приемной и передающей сторонах, гаммы и криптограммы) используют четыре шестнадцатеричных индикатора. Изменение вида выполняемой операции осуществляется с помощью преобразователя кода (ПК 1 и ПК 2), на вход которого подается гамма (4 бита), а выход которого подключается к управляющим входам АЛУ (5 битов). Сигналы на управляющих входах АЛУ определяют вид выполняемой операции. Изменение гаммы приводит к изменению сигналов на выходе преобразователя кода, а, значит, и к изменению управляющих сигналов на передающей и приемной сторонах. Для начала требуется произвести синтез преобразователей кода, которые будут подключены к арифметико-логическим устройствам и определять вид выполняемой операции. Используя таблицу 3.1.1, составим таблицу истинности для варианта 17 Таблица 2
Первые два столбца таблицы будут одинаковыми для всех вариантов, столбец «Управляющие сигналы» составить следующим образом (на примере варианта № 17): для гаммы равной значениям «0», «1», «2», «3» выполняется операция « « Входы По данной таблице составляют логические выражения, используемые для синтеза преобразователей кода. Составить логические выражения легче всего с помощью Logic Converter (логический конвертор). Этот инструмент позволяет создавать преобразователи кодов с числом аргументов
Рис. 2. Изображение логического конвектора
Для этого нужно запустить Multisim. На панели справа найти нужный блок (он четвертый снизу), однократным щелчком мыши переместить его на рабочее поле. Далее нужно вызвать окно свойств двойным нажатием левой кнопки мыши и внести таблицу истинности в конвертор. Это действие следует произвести для каждого управляющего сигнала (S) в отдельности. Анализируя таблицу, можно заметить, что
Рис. 3. Окно свойств логического конвектора
Как видно из рис. 3, результат синтеза – В. Учитывая последовательность ввода операндов и их соответствие операндам S, получаем выражение Для справки: символ А в данном окне соответствует разряду гаммы В3, символ В – В2, С – В1, D – В0. Аналогично получаем следующее:
Эти выражения для преобразователя кода на передаче. Теперь аналогично выполним синтез ПК на приеме. Для этого нужно изменить таблицу истинности (изменить управляющие сигналы S). При этом нужно помнить, что логические выражения для приема и передачи не изменятся, а арифметические поменяются на прямо противоположные, т.е., если на передаче у нас было арифметическое сложение, то на приеме будет арифметическое вычитание, и наоборот. В итоге таблица истинности примет следующий вид (обратить внимание, что CN также поменяло свои значения). Таблица 3
Выражения на приеме примут вид На основе этих выражений и «собираем» ПК на передаче и приеме, подключаемые к АЛУ. В итоге принципиальная схема примет вид (рис.4)
Рис. 4. Принципиальная схема криптосистемы
Четырехбитный открытый текст подается на вход А первого арифметико-логического устройства (АЛУ). Гамма подается на вход В. Вид выполняемой операции должен задаваться с помощью преобразователя кода ПК1. Криптограмма будет формироваться на выходе F первого АЛУ. Дешифрация криптограммы будет осуществляться на приемной стороне с помощью второго АЛУ. Вид выполняемой операции синхронно изменяется под управлением гаммы. Принятый открытый текст появлялся на выходе F второго АЛУ. Исходный текст, принятый текст, гамма и криптограмма отображаются с помощью индикаторов U3…U6. Значения гаммы и передаваемый текст формируются с помощью генератора слов XWG1 (Word Generator). Как и всякая имитация, рассматриваемая модель не полностью соответствует реальной криптографической системе. Например, при моделировании предполагается, что соединение между передающей и приемной сторонами происходит по четырем проводам. В реальной криптосистеме связь должна осуществляться по двухпроводной линии. Кроме того, при моделировании считается, что операнды, циркулирующие в криптосистеме, являются четырехразрядными целыми числами. Диапазоны изменения чисел составляли Кроме того, в реальной криптосистеме при формировании криптограммы возможно использование не только целых, но и вещественных чисел. На следующем этапе выполнения лабораторной работы следует проверить правильность работы схемы. Для этого в окне свойств генератора слов XWG1 нужно выставить значения гаммы и открытого текста, как показано на рисунке 5, и нажатием на клавишу Step, поочередно проверить все операции. Для удобства флажок таблицы исчисления должен стоять на «Hex», значащееся разряды крайние справа: например «0», «6», где «0» – это значение гаммы, а «6» – значение открытого текста. Нужно помнить – числу «10» соответствует буква «А», «11» – «В», «12» – «C», «13» – «D», «14» – «E», «15» – «D».
Рис. 5. Окно свойств генератора слов
Как видно из рисунка 5, выполняется 3-я по счету операция, в таблице 2 – это операция Исключающее-ИЛИ. Складываются по модулю 2 числа «2» и «1». Выполнив эту операцию с числами в двоичном коде, получим ответ «3», что и получили на выходе первого АЛУ (криптотекст), а на выходе второго АЛУ получили ответ «1», что соответствует значению открытого текста на входе первого АЛУ, следовательно, операция криптосистемой выполнена верно. Аналогично проверяются и другие строки таблицы. Результаты проверки следует внести в таблицу 3.1.3.
|
(BCDE)
. Для получения математических выражений, описывающих работу ПК, достаточно в конвертор ввести таблицу истинности преобразователя кода.
, 
. Это означает, что выражения для этих управляющих сигналов будут одинаковыми. Для сигналов Мod и CN также нужно получить логические выражения аналогичным способом. Логические выражения по управляющим сигналам получить последовательным нажатием на вторую и третью кнопки в окне свойств логического конвертора в поле «Conversions». В качестве примера получим выражение для 
для варианта 17 (рис.3).
.
, 
, 
.
, 
, 
.
и 
.
