Использование двунаправленных списочных структур для обнаружения ошибок обработки при кодировании данных в режиме сцепления блоков


Авторы

Наджаджра М. 1*, Таныгин М. О.2**, Чеснокова А. А.2***

1. Университет Аль-Истикляль, Палестина, Иерихон
2. Юго-Западный государственный университет, Курск, Российская Федерация

*e-mail: mnajajra@pass.ps
**e-mail: tanygin@yandex.ru
***e-mail: chesnokova.50@yandex.ru

Аннотация

В статье исследуется проблема обнаружения ошибок идентификации источника сообщений в системах с аутентификацией данных, использующих режим сцепления блоков для задач сокращения объёма служебных данных, передаваемых с борта беспилотного летательного аппарата. В таком режиме аутентификационный тег каждого сообщения зависит от содержимого предыдущего, формируя цепочку. Хотя это повышает общую достоверность, при снижении объёма передаваемой информации (и пропорциональному сокращению энергозатрат радиопередающего модуля на трансляцию таких данных в эфир), коллизии аутентификационных тегов между сообщениями целевого и посторонних источников могут приводить к неоднозначностям и ошибкам в определении, какое сообщение является подлинным. Традиционные методы, требующие буферизации и последующего анализа всей последовательности сообщений, оказываются ресурсоемкими и создают дополнительные задержки в контуре управления беспилотного летательного аппарата.
Предложен подход, основанный на использовании двунаправленных списочных структур (графов) для организации хранения и обработки поступающих сообщений в реальном времени. В предлагаемой модели каждое сообщение представляется вершиной графа, а связи (дуги) между вершинами устанавливаются при выполнении условия соответствия аутентификационных тегов. Ключевая идея метода заключается в активном обнаружении конфликтных ситуаций (коллизий) непосредственно в момент добавления нового сообщения в граф, путем анализа формируемых связей. Алгоритм выявляет характерные подструктуры (подграфы из четырех вершин), возникновение которых сигнализирует о невозможности однозначной идентификации источника.
Проведено математическое моделирование для оценки вероятности возникновения таких конфликтных структур и связанных с ними дополнительных вычислительных затрат. Показано, что при соблюдении условия, связывающего разрядность тега аутентификации и количество источников в системе, вероятность необходимости дополнительного анализа остается незначительной.

Ключевые слова:

двунаправленные списочные структуры; кодирование; режим сцепления блоков; энергоэффективность; аутентификация

Список источников

  1. Roy, K. S., Sujith, M., Bhanu, B., Preethi, & Hazarika, R. A. (2024). FPGA-based dual-layer authentication scheme utilizing AES and ECC for unmanned aerial vehicles. Eurasip Journal on Wireless Communications and Networking, 2024(1), Article 91. 
  2. IEEE P2510 – Standard for Establishing Quality of Data Sensor Parameters in the Internet of Things Environment, February 10, 2020
  3. Zhou, L., Li, X., Yeh, K., & Chiu, W. Lightweight IoT-based authentication scheme in cloud computing circumstance. Future Gener // Comput. Syst., 2019, 91, 244-251. 
  4. Abed, A., Abdelhafeez, A., & Fouad, M. Authentication in Cloud Computing Environments. Multicriteria Algorithms with Applications. 2024. 
  5. Arafin, T., & Qu, G. Hardware-Based Authentication Applications. 2021, 145-181. 
  6. Al-Shareeda, S. Data authentication algorithms. Authentication Technologies for Cloud Computing, IoT and Big Data. 2019
  7. IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks // IEEE Std 802.15.4-2020, pp.1-800, 23 July 2020, doi: 10.1109/IEEESTD.2020.9144691
  8. Петров, Д. Стандарты беспроводной связи диапазона ISM // Электронные компоненты. - 2010. - № 10. - С. 28-32
  9. Перри Л. Архитектура интернета вещей. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 454 с.  ISBN– 978-5-97060-672-8.
  10. Киреев, А. О., Светлов, А. В. Распределенная система энергетического мониторинга беспроводных сенсорных сетей // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 5 (118). С. 60–65.
  11. Галкин, П. В. Анализ энергопотребления узлов беспроводных сенсорных сетей // ScienceRise. 2014. № 2 (2). С.55–61.
  12. Levchenko, P.; Bankov, D.; Khorov, E.; Lyakhov, A. Performance Comparison of NB-Fi, Sigfox, andLoRaWAN. Sensors 2022, 22, 9633.https://doi.org/10.3390/s22249633
  13. Беспилотные авиационные системы. Часть 3. Эксплуатационные процедуры [Электронный ресурс] // Стандарт ISO 21384-3:2019(E). URL: https://cdn.standards.iteh.ai/sam-ples/70853/7ec34c8a22bf46958423b7e3a2e43693/ISO-21384-3-2019.pdf (дата обращения 08.11.2025)
  14. J. Zhao, D. Cheng, Ch. Hao An Improved Ant Colony Algorithm for Solving the Path Planning Problem of the Omnidirectional Mobile Vehicle // Mathematical Problems in Engineering. 2016 (12). doi: 10.1155/2016/7672839
  15. D. Shant P. Premkumar, «Block Level Data Integrity Assurance Using Matrix Dialing Method towards High Performance Data Security on Cloud Storage,» Scientific Research Publishing, т. 7, № 11, pp. 3626-3644, 2016
  16. Black, J. CBC MACs for arbitrary-length messages: The three-key constructions [Текст] / J. Black, P. Rogaway – J. Cryptol, 2015. – vol. 18 – №2 –                 P. 111–131
  17. 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
  18. M. Bellare, J. Kilian, P. Rogaway, “The security of the cipher block chaining message authentication code,” Journal of Computer and System Sciences, 2000, 61(3), pp. 362-399, DOI: 10.1006/jcss.1999.1694.
  19. W. Stallings “NIST block cipher modes of operation for authentication and combined confidentiality and authentication,”  Cryptologia, 2010, № 34, pp. 225- 235, doi: 10.1080/01611191003598295
  20. Таныгин, М. О. Организация хранения результатов промежуточных вычислений в задачах аутентификации источников сообщений ограниченной длины / М. О. Таныгин, А. А. Чеснокова, В. П. Добрица // Труды МАИ. – 2023. – № 133. 
  21. Колганов, А. С. Параллельная реализация алгоритма поиска минимальных остовных деревьев с использованием центрального и графического процессоров / А. С. Колганов // 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, pp. 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, 2015pp 29:1–29:12. DOI : 10.1145/2791347.2791383
  24. Panagiotis Papadimitratos, Zygmunt J. Haas Secure message transmission in mobile ad hoc networks // Ad Hoc Networks – 2003 – №1 PP. 193–209
  25. Shi, X. A reversible watermarking authentication scheme for wireless sensor networks / X. Shi, D. Xiao // Information Sciences. – 2013 – Vol. 240 – P. 173-183. – DOI:10.1016/j.ins.2013.03.031
  26. Таныгин М. О., Алшаиа Х. Я., Добрица В. П. Оценка влияния организации буферной памяти на скорость выполнения процедур определения источника сообщений // Труды МАИ, 2020, №114, http://mai.ru//upload/iblock/22f/Tanygin_Alshaia_Dobritsa_full.pdf.  DOI: 10.34759/trd-2020-114-155
  27. Плугатарев, А. В. Модель определения источника сообщений на основе статистического анализа метаданных в открытом канале связи / А. В. Плугатарев // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – 2022. – № 4(60). – С. 30-37. – DOI 10.54398/20741707_2022_4_30. 
  28. Модель размещения данных во внутренней памяти вычислителя, реализующего схему кодирования данных в режиме сцепления блоков / М. О. Таныгин, А. А. А. Ахмад, О. В. Казакова, Д. Голубов // Известия Юго-Западного государственного университета. – 2023. – Т. 27, № 1. – С. 73-91. – DOI 10.21869/2223-1560-2023-27-1-73-91. 
  29. Таныгин, М. О. Теоретические основы идентификации источников информации, передаваемой блоками ограниченного размера / М. О. Таныгин. – Курск : Закрытое акционерное общество "Университетская книга", 2020. – 198 с. – ISBN 978-5-907311-85-5. 

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход