XÂY DỰNG GIẢI PHÁP TRUYỀN DỮ LIỆU QUA KÊNH THOẠI CỦA MẠNG GSM VÀ ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN SINH SỐ GIẢ NGẪU NHIÊN DỰA TRÊN CÁC DÃY PHI TUYẾN LỒNG GHÉP ĐỂ BẢO MẬT DỮ LIỆU
Kỹ thuật điện tử
Luận án này giải quyết hạn chế của các cơ chế bảo mật hiện có (A3, A5, A8) trong mạng di động GSM đối với thông tin quan trọng, đặc biệt trong quốc phòng và an ninh. Luận án nhấn mạnh sự cần thiết của các giải pháp truyền dẫn dữ liệu và thoại an toàn qua các mạng viễn thông đa dạng như IP, GSM, 3G, LTE, PSTN, Vệ tinh, HF/VHF/UHF, đòi hỏi các thuật toán mật mã mạnh mẽ nhưng hiệu quả về tính toán cho các thiết bị có tài nguyên hạn chế.
Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển các giải pháp hiệu quả cho việc truyền dữ liệu thoại đã mã hóa qua các kênh thoại trên nhiều mạng viễn thông khác nhau, đảm bảo an toàn thông tin đầu cuối đến đầu cuối trong 2G/3G/LTE và PSTN, với chất lượng thoại chấp nhận được sau giải mã và phổ tín hiệu tiếng nói sau mã hóa giống nhiễu trắng. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc lựa chọn và xây dựng các thuật toán đáng tin cậy, khả thi về thời gian thực, đảm bảo độ phức tạp tính toán cao nhất cho các thiết bị tài nguyên hạn chế. Đồng thời, luận án đề xuất và triển khai các thuật toán mã hóa, nén tiếng nói và điều chế tiên tiến để truyền dữ liệu an toàn qua kênh thoại GSM mà không yêu cầu thay đổi cấu hình thiết bị đầu cuối hoặc dịch vụ mạng hiện có, đảm bảo tính tương thích liên mạng.
Về mặt lý thuyết, luận án đóng góp bằng cách đề xuất một thuật toán và kỹ thuật điều chế dữ liệu tựa ngẫu nhiên mới, biến dữ liệu thoại đã nén (sử dụng dãy phi tuyến lồng ghép 2 chiều mã hóa) thành tín hiệu tương tự có phổ tần giống tiếng nói để tránh bị các hệ thống phân tích và nhận dạng tiếng nói phát hiện. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu cung cấp một phương pháp và sản phẩm hoàn chỉnh để bảo mật thông tin thoại số, mở ra hướng phát triển cho việc truyền dữ liệu mật dưới dạng tín hiệu giả thoại qua các kênh khác như PSTN, HF, Vệ tinh, và mạng IP.
Các đóng góp khoa học cụ thể bao gồm đề xuất kiến trúc lồng ghép mới cho m-dãy và giải pháp bảo mật dữ liệu thoại dựa trên thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên từ dãy phi tuyến lồng ghép kiểu mới; cải tiến thuật toán nén MELPe để tăng tốc độ và chất lượng; và phát triển kỹ thuật điều chế/giải điều chế để truyền dữ liệu thoại đã mã hóa qua các thiết bị đầu cuối và mạng truyền dẫn. Các chương trình đã được tối ưu hóa để thực thi thời gian thực trên vi xử lý STM32, tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh.
Kết quả thực nghiệm trên hệ thống ARM Cortex M4 cho thấy hiệu quả tối ưu hóa đáng kể, giảm độ trễ mã hóa 63.6% và giải mã 41.6% mỗi khung, với tổng độ trễ thuật toán MELPe khoảng 55.4 ms, đáp ứng yêu cầu giao tiếp thời gian thực mà không làm giảm chất lượng giọng nói (chỉ số PESQ vẫn cao). Luận án này là cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền dẫn bảo mật tín hiệu thoại trong tương lai.