Каков принцип работы у аппаратного блока перестановки

Для методов перестановки характерны простота алгоритма, возможность программной реализации и низкий уровень защиты, так как при большой длине исходного текста в шифрованном тексте проявляются статистические закономерности ключа, что и позволяет его быстро раскрыть. Другой недостаток этих методов — легкое раскрытие, если удается направить в систему для шифрования несколько специально подобранных сообщений. Так, если длина блока в исходном тексте равна К символам, то для раскрытия ключа достаточно пропустить через шифровальную систему К- 1 блоков исходного текста, в которых все символы, кроме одного, одинаковы.

Существуют и другие способы перестановки, которые можно реализовать программным и аппаратным путем. Например, реализованный аппаратным путем блок перестановки, который для преобразования информации использует электрические цепи, по которым она передается параллельным способом (рис. 4). Преобразование текста заключается в «перепутывании» порядка разрядов в цифровой кодограмме путем изменения электрического монтажа схемы в блоке. Для дешифрования на приемном пункте устанавливается другой блок, восстанавливающий порядок цепей.

Методы перестановки

Суть методов перестановки состоит в том, что входной поток исходного текста делится на блоки, в каждом из которых выполняется перестановка символов.

Перестановки в классической криптографии обычно получаются в результате записи исходного текста и чтения шифрованного текста по разным путям геометрической фигуры.

Простейшим примером перестановки являются запись исходного текста по строкам некоторой матрицы и его чтение по столбцам этой матрицы. Последовательность заполнения строк и чтения столбцов может быть любой и задается ключом. Таким образом, для матрицы размером 8*8 (длина блока 64 символа) возможно 1,6*10^9 ключей, что позволяет на современных ЭВМ путем перебора расшифровать заданный текст. Однако для матрицы размером 16*16 (длина блока 256 символов) имеется 1,4*10^26 ключей, и перебор их с помощью современных средств вычисления весьма затруднителен.

Примером применения метода перестановки может быть также восьмиэлементная таблица, обладающая совокупностью маршрутов, носящих название маршрутов Гамильтона. Последовательность заполнения таблицы каждый раз соответствует нумерации ее элементов. Если длина шифруемого текста не кратна числу элементов, то при последнем заполнении в свободные элементы заносится произвольный символ. Выборка из таблицы для каждого заполнения может выполняться по своему маршруту При этом маршруты могут использоваться как последовательно, так и в порядке, задаваемом ключом.

Для методов перестановки характерны простота алгоритма, возможность программной реализации и низкий уровень защиты, так как при большой длине исходного текста в его зашифрованном варианте проявляются статистические закономерности ключа, что и позволяет его быстро раскрыть. Другой недостаток этих методов – легкое раскрытие, если удается направить в систему для шифрования несколько специально подобранных сообщений. Так, если длина блока в исходном тексте равна К символам, то для раскрытия ключа достаточно пропустить через шифровальную систему К-1 блоков исходного текста, в которых все символы, кроме одного, одинаковы.

Существуют и другие способы перестановки, которые можно реализовать программно и аппаратно. Например, реализованный аппаратно блок перестановки, использует для преобразования информации электрические цепи, по которым она передается параллельным способом. Преобразование текста заключается в "перепутывании" порядка разрядов в цифровой кодограмме путем изменения электрического монтажа схемы в блоке. Для дешифрации на приемном пункте устанавливается другой блок, восстанавливающий порядок цепей.

1.2. Методы замены (подстановки). Методы шифрования заменой заключаются в том, что символы исходного текста (блока), записанные в одном алфавите, заменяются символами другого алфавита в соответствии с принятым ключом преобразования.

Одним из простейших методов считается прямая замена исходных символов их эквивалентом из вектора замен. Для очередного символа открытого текста отыскивается его местоположение в исходном алфавите. Эквивалент из вектора замены выбирается как отстоящий на полученное смещение от начала алфавита. При дешифровании поиск выполняется в векторе замен, а эквивалент выбирается из исходного алфавита. Полученный таким методом текст имеет сравнительно низкий уровень защиты, так как открытый и закрытый тексты имеют одинаковые статистические характеристики.

Более стойкой в отношении раскрытия считается схема шифрования, основанная на таблице Вижинера. Таблица представляет собой квадратную матрицу с числом элементов К, где К – количество символов в алфавите. В первой строке матрицы записываются буквы в порядке их очередности в алфавите, во второй – та же последовательность букв, но со сдвигом влево на одну позицию, в третьей – со сдвигом на две позиции и т.д. Освободившиеся места справа заполняются вытесненными влево символами, записываемыми в естественной последовательности.

Для шифрования текста устанавливается ключ, представляющий собой некоторое слово или набор символов. Далее из полной матрицы выбирается подматрица шифрования, включающая, например, первую строку матрицы и строки, начальные буквы которых являются последовательностью ключа.

Процесс шифрования включает следующую последовательность действий:

– под каждой буквой шифруемого текста записываются символы ключа, повторяющие ключ требуемое количество раз;

– шифруемый текст по подматрице заменяется буквами, расположенными на пересечениях линий, соединяющих буквы текста первой строки подматрицы и символы ключа находящиеся под ней.

Раскрыть текст, полученный по данному алгоритму, только на основе статистических характеристик языка невозможно, так как одни и те же символы открытого текста могут быть заменены различными символами закрытого текста. С другой стороны различные буквы открытого текста могут быть заменены одинаковыми знаками шифрованного текста.

Для дешифрования необходимо знать ключ, который может быть введен пользователем со своего терминала или храниться в памяти ЭВМ в зашифрованном виде. Для шифрования ключа можно использовать другую систему шифрования.

Расшифровка текста выполняется в следующей последовательности:

– над буквами зашифрованного текста последовательно записываются символы ключа;

– в строке подматрицы в таблице Вижинера для каждой буквы ключа отыскивается символ, соответствующий знаку шифрованного текста. Находящаяся над ней буква первой строки и будет знаком расшифрованного текста.

Один из недостатков метода шифрования по таблице Вижинера – ненадежность алгоритма при небольшой длине ключа и сложность формирования длинных ключей. Так как в ключе не допускается повторение букв (в противном случае шифрование будет неоднозначным), а сам ключ должен легко запоминаться, последовательность букв, не имеющих определенного смысла, запомнить трудно.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Простейшие методы шифрования с закрытым ключом

Эти методы основаны на том, что символы исходного текста, обычно разделенные на блоки и записанные в одном алфавите, заменяются одним или несколькими символами другого алфавита в соответствии с принятым правилом преобразования.

Шифр простой (или одноалфавитной) замены, простой подстановочный шифр, моноалфавитный шифр — группа методов шифрования, которые сводятся к созданию по определённому алгоритму таблицы шифрования, в которой для каждой буквы открытого текста существует единственная сопоставленная ей буква шифртекста. Само шифрование заключается в замене букв согласно таблице. Для расшифровки достаточно иметь ту же таблицу, либо знать алгоритм, по которой она генерируется.

Симметричное шифрование (шифрование с закрытым ключом) – методы обратимого преобразования данных, в которых используется один и тот же ключ, который обе стороны информационного обмена должны хранить в секрете от противника. Все известные из истории шифры, например, шифр Цезаря – это шифры с закрытым ключом.

Пропорциональные или монофонические шифры – методы замены, в которых уравнивается частота появления зашифрованных знаков.

Шифры замены (подстановки) основаны на том, что символы исходного текста, обычно разделенные на блоки и записанные в одном алфавите, заменяются одним или несколькими символами другого алфавита в соответствии с принятым правилом преобразования.

Шифр многоалфавитной замены (или подстановки) – группа методов шифрования подстановкой, в которых для замены символов исходного текста используется не один, а несколько алфавитов по определенному правилу.

Шифры перестановки основаны на том, что входной поток исходного текста делится на блоки, в каждом из которых выполняется перестановка символов. Ключом такого шифра является используемая при шифровании перестановочная матрица или вектор, указывающий правило перестановки.

Гаммирование – метод шифрования, основанный на «наложении» гамма-последовательности на открытый текст. Обычно это суммирование в каком-либо конечном поле (суммирование по модулю). Например, в поле GF(2) такое суммирование принимает вид обычного «исключающего ИЛИ». При расшифровке операция проводится повторно, в результате получается открытый текст.

Одноалфавитная замена

Одним из важных подклассов методов замены являются одноалфавитные (или моноалфавитные) подстановки, в которых устанавливается однозначное соответствие между каждым знаком ai исходного алфавита сообщений A и соответствующим знаком ei зашифрованного текста E. Одноалфавитная подстановка иногда называется также простой заменой, так как является самым простым шифром замены.

Примером одноалфавитной замены является шифр Цезаря, рассмотренный ранее. В рассмотренном ранее примере первая строка является исходным алфавитом, вторая (с циклическим сдвигом на k влево) – вектором замен.

В общем случае при одноалфавитной подстановке происходит однозначная замена исходных символов их эквивалентами из вектора замен (или таблицы замен). При таком методе шифрования ключом является используемая таблица замен.

Подстановка может быть задана с помощью таблицы, например, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Пример таблицы замен для двух шифров

В таблице на рис. 1 на самом деле объединены сразу две таблицы. Одна (шифр 1) определяет замену русских букв исходного текста на другие русские буквы, а вторая (шифр 2) – замену букв на специальные символы. Исходным алфавитом для обоих шифров будут заглавные русские буквы (за исключением букв «Ё» и «Й»), пробел и точка.

Зашифрованное сообщение с использованием любого шифра моноалфавитной подстановки получается следующим образом. Берется очередной знак из исходного сообщения. Определяется его позиция в столбце «Откр. текст» таблицы замен. В зашифрованное сообщение вставляется шифрованный символ из этой же строки таблицы замен.

Попробуем зашифровать сообщение «ВЫШЛИТЕ ПОДКРЕПЛЕНИЕ» c использованием этих двух шифров (рис. 2). Для этого берем первую букву исходного сообщения «В». В таблице на рис. 2.3 в столбце «Шифр 1» находим для буквы «В» заменяемый символ. Это будет буква «О». Записываем букву «О» под буквой «В». Затем рассматриваем второй символ исходного сообщения – букву «Ы». Находим эту букву в столбце «Откр. текст» и из столбца «Шифр 1» берем букву, стоящую на той же строке, что и буква «Ы». Таким образом получаем второй символ зашифрованного сообщения – букву «Н». Продолжая действовать аналогично, зашифровываем все исходное сообщение (рис. 2).

Рис. 2. Пример шифрования методом прямой замены

Полученный таким образом текст имеет сравнительно низкий уровень защиты, так как исходный и зашифрованный тексты имеют одинаковые статистические закономерности. При этом не имеет значения, какие символы использованы для замены – перемешанные символы исходного алфавита или таинственно выглядящие знаки.

Зашифрованное сообщение может быть вскрыто путем так называемого частотного криптоанализа. Для этого могут быть использованы некоторые статистические данные языка, на котором написано сообщение.

Известно, что в текстах на русском языке наиболее часто встречаются символы О, И. Немного реже встречаются буквы Е, А. Из согласных самые частые символы Т, Н, Р, С. В распоряжении криптоаналитиков имеются специальные таблицы частот встречаемости символов для текстов разных типов – научных, художественных и т.д.

Криптоаналитик внимательно изучает полученную криптограмму, подсчитывая при этом, какие символы сколько раз встретились. Вначале наиболее часто встречаемые знаки зашифрованного сообщения заменяются, например, буквами О. Далее производится попытка определить места для букв И, Е, А. Затем подставляются наиболее часто встречаемые согласные. На каждом этапе оценивается возможность «сочетания» тех или иных букв. Например, в русских словах трудно найти четыре подряд гласные буквы, слова в русском языке не начинаются с буквы Ы и т.д. На самом деле для каждого естественного языка (русского, английского и т.д.) существует множество закономерностей, которые помогают раскрыть специалисту зашифрованные противником сообщения.

Возможность однозначного криптоанализа напрямую зависит от длины перехваченного сообщения. Посмотрим, с чем это связано. Пусть, например, в руки криптоаналитиков попало зашифрованное с помощью некоторого шифра одноалфавитной замены сообщение:

ТНФЖ.ИПЩЪРЪ

Это сообщение состоит из 11 символов. Пусть известно, что эти символы составляют целое сообщение, а не фрагмент более крупного текста. В этом случае наше зашифрованное сообщение состоит из одного или нескольких целых слов. В зашифрованном сообщении символ Ъ встречается 2 раза. Предположим, что в открытом тексте на месте зашифрованного знака Ъ стоит гласная О, А, И или Е. Подставим на место Ъ эти буквы и оценим возможность дальнейшего криптоанализа (рис.3):

Рис. 3. Варианты первого этапа криптоанализа

Все приведенные варианты замены могут встретиться на практике. Попробуем подобрать какие-нибудь варианты сообщений, учитывая, что в криптограмме остальные символы встречаются по одному разу (рис.4).

Рис. 4. Варианты второго этапа криптоанализа

Кроме представленных на рис.4 сообщений можно подобрать еще большое количество подходящих фраз. Таким образом, если нам ничего не известно заранее о содержании перехваченного сообщения малой длины, дешифровать его однозначно не получится.

Если же в руки криптоаналитиков попадает достаточно длинное сообщение, зашифрованное методом простой замены, его обычно удается успешно дешифровать. На помощь специалистам по вскрытию криптограмм приходят статистические закономерности языка. Чем длиннее зашифрованное сообщение, тем больше вероятность его однозначного дешифрования.

Интересно, что если попытаться замаскировать статистические характеристики открытого текста, то задача вскрытия шифра простой замены значительно усложнится. Например, с этой целью можно перед шифрованием «сжимать» открытый текст с использованием компьютерных программ-архиваторов.

Пропорциональные шифры.

К одноалфавитным методам подстановки относятся пропорциональные или монофонические шифры, в которых уравнивается частота появления зашифрованных знаков для защиты от раскрытия с помощью частотного анализа. Для знаков, встречающихся часто, используется относительно большое число возможных эквивалентов. Для менее используемых исходных знаков может оказаться достаточным одного или двух эквивалентов. При шифровании замена для символа открытого текста выбирается либо случайным, либо определенным образом (например, по порядку).

При использовании пропорционального шифра в качестве замены символам обычно выбираются числа. Например, поставим в соответствие буквам русского языка трехзначные числа, как указано на рис. 5.

Рис. 5. Таблица замен для пропорционального шифра

В этом случае сообщение

БОЛЬШОЙ СЕКРЕТ

может быть зашифровано следующим образом:

101757132562103213762751800761754134130759

В данном примере варианты замен для повторяющихся букв (например, «О») выбирались по порядку.

Интересно, что шифры, в которых производится замена букв несколькими символами, пропорционально встречаемости в открытом тексте, описывали итальянские ученые еще в XIV-XV веках.

Пропорциональные шифры более сложны для вскрытия, чем шифры простой одноалфавитной замены. Однако, если имеется хотя бы одна пара «открытый текст – шифротекст», вскрытие производится тривиально. Если же в наличии имеются только шифротексты, то вскрытие ключа, то есть нахождение таблицы замен, становится более трудоемким, но тоже вполне осуществимым.

Многоалфавитные подстановки

В целях маскирования естественной частотной статистики исходного языка применяется многоалфавитная подстановка, которая также бывает нескольких видов. В многоалфавитных подстановках для замены символов исходного текста используется не один, а несколько алфавитов. Обычно алфавиты для замены образованы из символов исходного алфавита, записанных в другом порядке.

Примером многоалфавитной подстановки может служить схема, основанная на использовании таблицы Вижинера. Этот метод, известный уже в XVI веке, был описан французом Блезом Вижинером в «Трактате о шифрах», вышедшем в 1585 году.

В этом методе для шифрования используется таблица, представляющая собой квадратную матрицу с числом элементов NxN, где N — количество символов в алфавите (рис. 6). В первой строке матрицы записывают буквы в порядке очередности их в исходном алфавите, во второй — ту же последовательность букв, но с циклическим сдвигом влево на одну позицию, в третьей — со сдвигом на две позиции и т. д.

Рис. 6. Подготовка таблицы шифрования

Для шифрования текста выбирают ключ, представляющий собой некоторое слово или набор символов исходного алфавита. Далее из полной матрицы выписывают подматрицу шифрования, включающую первую строку и строки матрицы, начальными буквами которых являются последовательно буквы ключа (например, если выбрать ключ «весна», то таблица шифрования будет такой, как на рис. 7.

Рис. 7. Первый этап шифрования – составление подматрицы шифрования

В процессе шифрования (рис.8) под каждой буквой шифруемого текста записывают буквы ключа, повторяющие ключ требуемое число раз, затем шифруемый текст по таблице шифрования (рис.7) заменяют буквами, расположенными на пересечениях линий, соединяющих буквы текста первой строки таблицы и буквы ключа, находящейся под ней.

Например, под первой буквой исходного текста «М» записана буква «В» ключа. В таблице кодирования находим столбец, начинающийся с «М» и строку, начинающуюся с «В». На их пересечении располагается буква «О». Она и будет первым символом зашифрованного сообщения (на рис.8 эта буква выделена прямоугольной рамочкой). Следующая буква исходного сообщения – «Е», символ ключа – тоже «Е». Находим пересечение строки, начинающейся с «Е», и столбца, начинающегося с «Е». Это будет буква»Л» – второй символ зашифрованного сообщения.

Рис. 8. Механизм шифрования многоалфавитной заменой

Особенность данного метода многоалфавитной подстановки заключается в том, что каждый из символов ключа используется для шифрования одного символа исходного сообщения. После использования всех символов ключа, они повторяются в том же порядке. Если используется ключ из десяти букв, то каждая десятая буква сообщения шифруется одним и тем же символом ключа. Этот параметр называется периодом шифра. Если ключ шифрования состоит из одного символа, то при шифровании будет использоваться одна строка таблицы Вижинера, следовательно, в этом случае мы получим моноалфавитную подстановку, а именно шифр Цезаря.

С целью повышения надежности шифрования текста можно использовать подряд два или более зашифрования по методу Вижинера с разными ключами (составной шифр Вижинера).

На практике кроме метода Вижинера использовались также различные модификации этого метода. Например, шифр Вижинера с перемешанным один раз алфавитом. В этом случае для расшифрования сообщения получателю необходимо кроме ключа знать порядок следования символов в таблице шифрования.

Еще одним примером метода многоалфавитной подстановки является шифр с бегущим ключом или книжный шифр. В этом методе один текст используется в качестве ключа для шифрования другого текста. В эпоху «докомпьютерной» криптографии в качестве ключа для шифра с бегущим ключом выбирали какую-нибудь достаточно толстую книгу; от этого и произошло второе название этого шифра. Периодом в таком методе шифрования будет длина выбранного в качестве ключа произведения.

Методы многоалфавитной подстановки, в том числе и метод Вижинера, значительно труднее поддаются «ручному» криптоанализу. Для вскрытия методов многоалфавитной замены разработаны специальные, достаточно сложные алгоритмы. С использованием компьютера вскрытие метода многоалфавитной подстановки возможно достаточно быстро благодаря высокой скорости проводимых операций и расчетов.

В первой половине ХХ века для автоматизации процесса выполнения многоалфавитных подстановок стали широко применять роторные шифровальные машины. Главными элементами в таких устройствах являлись роторы – механические колеса, используемые для выполнения подстановки. Роторная шифровальная машина содержала обычно клавиатуру и набор роторов. Каждый ротор содержал набор символов (по количеству в алфавите), размещенных в произвольном порядке, и выполнял простую одноалфавитную подстановку. После выполнения первой замены символы сообщения обрабатывались вторым ротором и так далее. Роторы могли смещаться, что и задавало ключ шифрования. Некоторые роторные машины выполняли также и перестановку символов в процессе шифрования. Самым известным устройством подобного класса являлась немецкая шифровальная роторная машина Энигма (лат. Enigma — загадка), использовавшаяся во время второй мировой войны. Выпускалось несколько моделей Энигмы с разным числом роторов. В шифрмашине Энигма с тремя роторами можно было использовать 16900 разных алфавитов, и все они представляли собой различные перестановки символов.

Методы гаммирования

Еще одним частным случаем многоалфавитной подстановки является гаммирование. В этом способе шифрование выполняется путем сложения символов исходного текста и ключа по модулю, равному числу букв в алфавите. Если в исходном алфавите, например, 33 символа, то сложение производится по модулю 33. Такой процесс сложения исходного текста и ключа называется в криптографииналожением гаммы.

Пусть символам исходного алфавита соответствуют числа от 0 (А) до 32 (Я). Если обозначить число, соответствующее исходному символу, x, а символу ключа – k, то можно записать правило гаммирования следующим образом:

где z – закодированный символ, N — количество символов в алфавите, а сложение по модулю N — операция, аналогичная обычному сложению, с тем отличием, что если обычное суммирование дает результат, больший или равный N, то значением суммы считается остаток от деления его на N. Например, пусть сложим по модулю 33 символы Г (3) и Ю (31):

3 + 31 (mod 33) = 1,

то есть в результате получаем символ Б, соответствующий числу 1.

Наиболее часто на практике встречается двоичное гаммирование. При этом используется двоичный алфавит, а сложение производится по модулю два. Операция сложения по модулю 2 часто обозначается , то есть можно записать:

Операция сложения по модулю два в алгебре логики называется также «исключающее ИЛИ» или по-английски XOR.

Рассмотрим пример. Предположим, нам необходимо зашифровать десятичное число 14 методом гаммирования с использованием ключа 12. Для этого вначале необходимо преобразовать исходное число и ключ (гамму) в двоичную форму: 14₍₁₀₎=1110₍₂₎, 12₍₁₀₎=1100₍₂₎. Затем надо записать полученные двоичные числа друг под другом и каждую пару символов сложить по модулю два. При сложении двух двоичных знаков получается 0, если исходные двоичные цифры одинаковы, и 1, если цифры разные:

Сложим по модулю два двоичные числа 1110 и 1100:

Исходное число 1 1 1 0

Результат 0 0 1 0

В результате сложения получили двоичное число 0010. Если перевести его в десятичную форму, получим 2. Таким образом, в результате применения к числу 14 операции гаммирования с ключом 12 получаем в результате число 2.

Каким же образом выполняется расшифрование? Зашифрованное число 2 представляется в двоичном виде и снова производится сложение по модулю 2 с ключом:

Зашифрованное число 0 0 1 0

Результат 1 1 1 0

Переведем полученное двоичное значение 1110 в десятичный вид и получим 14, то есть исходное число.

Таким образом, при гаммировании по модулю 2 нужно использовать одну и ту же операцию как для зашифрования, так и для расшифрования. Это позволяет использовать один и тот же алгоритм, а соответственно и одну и ту же программу при программной реализации, как для шифрования, так и для расшифрования.

Операция сложения по модулю два очень быстро выполняется на компьютере (в отличие от многих других арифметических операций), поэтому наложение гаммы даже на очень большой открытый текст выполняется практически мгновенно.

Благодаря указанным достоинствам метод гаммирования широко применяется в современных технических системах сам по себе, а также как элемент комбинированных алгоритмов шифрования.

Сформулируем, как производится гаммирование по модулю 2 в общем случае:

• символы исходного текста и гамма представляются в двоичном коде и располагаются один под другим, при этом ключ (гамма) записывается столько раз, сколько потребуется;
• каждая пара двоичных знаков складывается по модулю два;
• полученная последовательность двоичных знаков кодируется символами алфавита в соответствии с выбранным кодом.

На рис. 9 показано, как применяется гаммирование к тексту с русскими символами. Символы кодируются в соответствии с принятой кодировкой, а затем производится сложение по модулю 2.

При использовании метода гаммирования ключом является последовательность, с которой производится сложение – гамма. Если гамма короче, чем сообщение, предназначенное для зашифрования, гамма повторяется требуемое число раз. Так в примере на рис. 9 длина исходного сообщения равна двенадцати байтам, а длина ключа – пяти байтам. Следовательно, для зашифрования гамма должна быть повторена 2 раза полностью и еще один раз частично.

Рис. 9. Механизм гаммирования

Чем длиннее ключ, тем надежнее шифрование методом гаммирования. На практике длина ключа ограничена возможностями аппаратуры обмена данными и вычислительной техники, а именно выделяемыми объемами памяти под ключ, временем обработки сообщения, а также возможностями аппаратуры подготовки и записи последовательностей ключей. Кроме того, для использования ключа вначале необходимо каким-либо надежным способом доставить его обеим сторонам, обменивающимся сообщениями. Это приводит к возникновению проблемы распределения ключей, сложность решения которой возрастает с увеличением длины ключа и количества абонентов в сети передачи сообщений.

Методы перестановки

При использовании шифров перестановки входной поток исходного текста делится на блоки, в каждом из которых выполняется перестановка символов. Перестановки в классической «до компьютерной» криптографии получались в результате записи исходного текста и чтения шифрованного текста по разным путям геометрической фигуры.

Простейшим примером перестановки является перестановка с фиксированным периодом d. В этом методе сообщение делится на блоки по d символов и в каждом блоке производится одна и та же перестановка. Правило, по которому производится перестановка, является ключом и может быть задано некоторой перестановкой первых d натуральных чисел. В результате сами буквы сообщения не изменяются, но передаются в другом порядке.

Например, для d=6 в качестве ключа перестановки можно взять 436215. Это означает, что в каждом блоке из 6 символов четвертый символ становится на первое место, третий – на второе, шестой – на третье и т.д. Пусть необходимо зашифровать такой текст:

ЭТО_ТЕКСТ_ДЛЯ_ШИФРОВАНИЯ

Количество символов в исходном сообщении равно 24, следовательно, сообщение необходимо разбить на 4 блока. Результатом шифрования с помощью перестановки 436215 будет сообщение

_ОЕТЭТ_ТЛСКДИШР_ЯФНАЯВОИ

Теоретически, если блок состоит из d символов, то число возможных перестановок d!=1*2*. *(d-1)*d. В последнем примере d=6, следовательно, число перестановок равно 6!=1*2*3*4*5*6=720. Таким образом, если противник перехватил зашифрованное сообщение из рассмотренного примера, ему понадобится не более 720 попыток для раскрытия исходного сообщения (при условии, что размер блока известен противнику).

Для повышения криптостойкости можно последовательно применить к шифруемому сообщению две или более перестановки с разными периодами.

Другим примером методов перестановки является перестановка по таблице. В этом методе производится запись исходного текста построкам некоторой таблицы и чтение его по столбцам этой же таблицы. Последовательность заполнения строк и чтения столбцов может быть любой и задается ключом.

Рассмотрим пример. Пусть в таблице кодирования будет 4 столбца и 3 строки (размер блока равен 3*4=12 символов). Зашифруем такой текст:

ЭТО ТЕКСТ ДЛЯ ШИФРОВАНИЯ

Количество символов в исходном сообщении равно 24, следовательно, сообщение необходимо разбить на 2 блока. Запишем каждый блок в свою таблицу по строчкам (рис. 10).

Рис. 10. Шифрование методом перестановки по таблице

Затем будем считывать из таблицы каждый блок последовательно по столбцам:

ЭТТТЕ ОКД СЛЯФА РНШОИИВЯ

Можно считывать столбцы не последовательно, а, например, так: третий, второй, первый, четвертый:

ОКДТЕ ЭТТ СЛШОИ РНЯФАИВЯ

В этом случае порядок считывания столбцов и будет ключом.

В случае, если размер сообщения не кратен размеру блока, можно дополнить сообщение какими-либо символами, не влияющими на смысл, например, пробелами. Однако это делать не рекомендуется, так как это дает противнику в случае перехвата криптограммы информацию о размере используемой таблицы перестановок (длине блока). После определения длины блока противник может найти длину ключа (количество столбцов таблицы) среди делителей длины блока.

Посмотрим, как зашифровать и расшифровать сообщение, имеющее длину, не кратной размеру таблицы перестановки. Зашифруем слово

ПЕРЕМЕНКА

Количество символов в исходном сообщении равно 9. Запишем сообщение в таблицу по строкам (рис. 11), а последние три ячейки оставим пустыми.

Рис. 11. Шифрование неполного блока методом перестановки по таблице

Затем будем считывать из таблицы последовательно по столбцам:

ПМАЕЕРНЕК

Для расшифрования вначале определяют число полных столбцов, то есть количество символов в последней строке. Для этого делятразмер сообщения (в нашем примере – 9) на количество столбцов или размер ключа (в примере – 4). Остаток от деления будет числом полных столбцов: 9 mod 4 = 1. Следовательно, в нашем примере был 1 полный столбец и три коротких. Теперь можно поставить буквы сообщения на свои места и расшифровать сообщение. Так как ключом при шифровании было число 1234 (столбцы считывались последовательно), то при расшифровании первые три символа (ПМА) записываются в первый столбец таблицы перестановки, следующие два (ЕЕ) – во второй столбец, следующие два (РН) – в третий, и последние два (ЕК) – в четвертый. После заполнения таблицы считываем строки и получаем исходное сообщение ПЕРЕМЕНКА.

Существуют и другие способы перестановки, которые можно реализовать программным и аппаратным путем. Например, при передаче данных, записанных в двоичном виде, удобно использовать аппаратный блок, который перемешивает определенным образом с помощью соответствующего электрического монтажа биты исходного n-разрядного сообщения. Так, если принять размер блока равным восьми битам, можно, к примеру, использовать такой блок перестановки, как на рис. 12.

Каков принцип работы у аппаратного блока перестановки

Знакомство с электронным блоком управления двигателем: ликбез для новичков

Каждое современное транспортное средство оснащается электронной системой управления двигателем ЭСУД. Основным элементом системы является блок управления двигателем, позволяющий обеспечить оптимальную работу силового агрегата. Что это за устройство, какие функции выполняет ЭБУ, в чем заключается его принцип действия? Ответы на эти и другие вопросы касательно ЭСУД вы можете найти ниже.

Описание ЭБУ

Для начала рассмотрим описание ЭБУ двигателя автомобиля, его типовые параметры, а также расскажем, где находится девайс. Начнем с основных опций, возложенных на это устройство.

Функционал

Итак, что такое ЭБУ в машине? Блок управления двигателем представляет собой устройство, использующееся для приема сигналов от контроллеров и датчиков, а также их последующей обработки и передачи команд на исполнительные механизмы. Данные, которые получает система управления мотором в машине, обрабатываются по установленному производителем алгоритму. После обработки информации электронный блок управления двигателем передает соответствующие команды на исполнительные механизмы и компоненты.

Электронная система управления двигателем дает возможность оптимизировать важные параметры для функционирования силового агрегата, в частности:

• наладить наиболее оптимальный расход горючего,
• контролировать состав и соотношение вредных веществ в выхлопных газах,
• произвести контроль за показателями крутящего момента,
• обеспечить наиболее оптимальную мощность силового агрегата,
• произвести регулировку положения заслонки дросселя,
• контролировать работу системы зажигания,
• отрегулировать работу системы рециркуляции выхлопных газов,
• произвести управления фазами газораспределительного механизма,
• произвести регулировку температуры антифриза при необходимости.

Нужно учитывать, что это далеко не все функции, которые может выполнять электронный блок управления двигателем. Это самые основные параметры, но в зависимости от модели ЭСУД, управляющий модель может выполнять и другие опции. Этот девайс также дает возможность произвести диагностику автомобиля в целом, если в работе тех или иных узлов были зафиксированы неполадки. О необходимости проведения проверки может свидетельствовать появление лампочки Чек на щитке приборов.

Контрольная лампа системы управления двигателем, которая стоит на приборке, появляется в том случае, если ЭСУД обнаружила неисправности в функционировании тех или иных узлов. Для получения более точных данных о поломках, автовладелец должен осуществить компьютерную диагностику системы и расшифровать полученные комбинации ошибок (автор видео Павел Ксенон).

Теперь рассмотрим вопрос расположения управляющего модуля в автомобиле. В большинстве случаев, как видно по фото, девайс стоит в салоне автомобиля, за центральной консолью, посредине. Для получения доступа к устройству необходимо будет разобрать часть торпеды. Также ЭБУ может быть расположен за вещевым ящиком или приборной панелью, если же он был установлен самостоятельно, то место монтажа определяется установщиком. В некоторых моделях авто устройство находится в моторном отсеке.

Компоненты

Две основные составляющие любой электронной системы управления двигателем это программное, а также аппаратное обеспечение.

Программное обеспечение, в свою очередь, включает в себя следующие вычислительные модули:

1. Контрольный модуль, изначально предназначенный для проверки транспортного средства и инспектирования исходящих сигналов. Благодаря этому модулю, если нужно, осуществляется корректировка импульсов. Помимо этого, контрольный модуль позволяет даже заглушить мотор, если в этом есть необходимость (к примеру, при перегреве или других неполадках).
2. Не менее важный модуль функциональный. Он используется для получения сигналов, передающихся на блок управления автомобиля от контроллеров и датчиков. Когда модуль получает сигнал, он его обрабатывает, а затем формирует определенные команды, которые впоследствии посылаются на исполнительные элементы (автор видео Павел Ксенон).

Также схема ЭБУ включает в себя и аппаратное обеспечение, которое включает в себя разные электронные элементы микросхемы, процессор и т.д. В конструкции управляющего модуля имеется специальный аналогово-цифровой преобразователь, предназначенный для улавливания аналоговых сигналов, которые передают контроллеры и датчики. С помощью преобразовательного устройства осуществляется перевод полученных импульсов в цифровой формат, с которым в дальнейшем работает сам процессор. Также данный элемент преобразует импульсы и в обратной последовательности, если есть необходимость передачи сигнала от микропроцессора.

Отдельно следует сказать о защите модуля. В случае взлома автомобиля злоумышленник может с легкостью получить доступ к ЭБУ, вскрыв торпеду. Защита ЭБУ может быть обеспечена путем установки дополнительного сейфа либо специального резервуара, который позволит предотвратить получение преступником доступа к устройству. Здесь же нужно отметить такой момент, как взаимозаменяемость ЭБУ.

Взаимозаменяемость ЭБУ автомобиля позволяет заменить управляющий модуль в машине в случае его выхода из строя, однако это также позволит преступнику поменять установленный в авто блок на собственный. Благодаря чему злоумышленник сможет обойти противоугонную систему, именно поэтому важно позаботиться о защите модуля.

Принцип работы

Если говорить о принципе действия, то блок управления мотором получает сигналы от различных датчиков, их количество может изменяться в зависимости от типа авто:

• импульсы от лямбда-зонда,
• сигналы о расходе воздуха, поступающие от ДМРВ,
• о температуре работы двигателя,
• о положении коленвала, а также о частоте его работы:
• о неровной дороге,
• о скорости авто и т.д.

Обрабатывая полученные сигналы, управляющий блок передает команды на различные системы:

1. Зажигания машины. Как известно, транспортное средство, в зависимости от того, какой двигатель на него установлен, может быть оснащено одной или несколькими катушками. В соответствии с полученным сигналом система зажигания определяет оптимальный режим для подачи искры, что необходимо для возгорания топливовоздушной смеси.
2. На приборную панель. Лампа Чек, как сказано выше, является связующим звеном между блоком и водителем. Ее появление на приборке может быть обусловлено обнаружением ЭСУД неполадок в работе тех или иных узлов. В некоторых случаях сообщения об ошибке свидетельствуют о неисправности тех или иных датчиков.
3. На форсунки силового агрегата, с помощью которых осуществляется наиболее оптимальный впрыск топливовоздушной смеси в цилиндры ДВС. Нужно учитывать, что частота изменения объема смеси может быть разной.
4. На устройства для тестирования ЭСУД (автор видео Павел Ксенон).

Плюсы и минусы электронного блока управления двигателем

Сначала рассмотрим достоинства:

• с помощью ЭСУД осуществляется оптимизация основных рабочих параметров автомобиля,
• снижается расход воздушного потока,
• обеспечивается более упрощенный запуск силового агрегата,
• у автовладельца больше нет необходимости производить регулировку параметров работы мотора, практически все, что нужно, регулируется автоматически,
• если двигатель работает правильно, то корректная работа ЭБУ позволит добиться оптимальных параметров в плане экологической чистоты.

1. Стоимость ЭБУ достаточно высокая. В случае выхода из строя девайс можно попытаться отремонтировать, но если это не поможет, то устройство подлежит замене.
2. Чтобы система работала правильно, проводка автомобиля должна быть целой, в частности, речь идет об участке цепи питания самой ЭСУД.
3. Для оптимальной работы водитель должен заправлять только качественное горючее.
4. Чтобы выявить поломку в работе агрегата, автовладельцу потребуется специальное оборудование, которое обычно стоит недешево.

Фотогалерея

Несколько фото автомобильного ЭБУ.

Фото 1. Плата, установленная внутри ЭБУ Фото 2. Поврежденный слева разъем блока Фото 3. Схема взаимодействия ЭБУ с автомобильными системами

Видео «Ремонт электронного блока управления своими руками»

В ролике ниже представлен процесс ремонта блока ЭСУД, а также основные особенности этого процесса с описанием всех нюансов (автор видео канал Авто Практика).

Назначение, устройство и работа магнитного пускателя.

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. С этой статьи мы начнем изучение магнитного пускателя и все, что с ним связано, а идею этой темы подсказал постоянный читатель сайта Сергей Кр.

Магнитный пускатель является коммутационным аппаратом и относится к семейству электромагнитных контакторов, позволяющий коммутировать мощные нагрузки постоянного и переменного тока, и предназначен для частых включений и отключений силовых электрических цепей.

Магнитные пускатели применяются в основном для пуска, останова и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей, однако, из-за своей неприхотливости они прекрасно работают в схемах дистанционного управления освещением, в схемах управления компрессорами, насосами, кран-балками, тепловыми печами, кондиционерами, ленточными конвейерами и т.д. Одним словом, у магнитного пускателя обширная область применения.

Как таковой магнитный пускатель уже трудно встретить в магазинах, так как их практически вытеснили контакторы. Причем по своим конструктивным и техническим характеристикам современный контактор ничем не отличается от магнитного пускателя, а различить их можно только по названию. Поэтому, когда будете приобретать в магазине пускатель, обязательно уточняйте, что это — магнитный пускатель или контактор.

Мы рассмотрим устройство и работу магнитного пускателя на примере контактора типа КМИ – контактор малогабаритный переменного тока общепромышленного применения.

Принцип работы магнитного пускателя.

Принцип работы очень простой: напряжение питания подается на катушку пускателя, в катушке возникает магнитное поле, за счет которого вовнутрь катушки втягивается металлический сердечник, к которому закреплена группа силовых (рабочих) контактов, контакты замыкаются, и через них начинает течь электрический ток. Управление магнитным пускателем осуществляется кнопками «Пуск», «Стоп», «Вперед» и «Назад».

Устройство магнитного пускателя.

Магнитный пускатель состоит из двух частей: сам пускатель и блок контактов.

Хотя блок контактов и не является основной частью магнитного пускателя и не всегда он используется, но если пускатель работает в схеме где должны быть задействованы дополнительные контакты этого пускателя, например, реверс электродвигателя, сигнализация работы пускателя или включение дополнительного оборудования пускателем, то для размножения контактов, как раз, и служит блок контактов или, как его еще называют — приставка контактная.

Блок контактов или приставка контактная.

Внутри блока контактов (приставки контактной) встроена подвижная контактная система, которая жестко связывается с контактной системой магнитного пускателя и стает с ним как бы одним целым. Крепится приставка в верхней части пускателя, где для этого предусмотрены специальные полозья с зацепами.

Контактная система приставки состоит из двух пар нормально замкнутых и двух пар нормально разомкнутых контактов.

Чтобы идти дальше давайте сразу разберемся: что есть нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты. На рисунке ниже схематично показана кнопка с парой контактов под номерами 1-2 и 3-4, которые закреплены на вертикальной оси. В правой части рисунка показано графическое изображение этих контактов, используемое на электрических принципиальных схемах.

Нормально разомкнутый (NO) контакт в нерабочем состоянии всегда разомкнут, то есть, не замкнут. На рисунке он обозначен парой 1–2, и чтобы через него прошел ток контакт необходимо замкнуть.

Нормально замкнутый (NC) контакт в нерабочем состоянии всегда замкнут и через него может проходить ток. На рисунке такой контакт обозначен парой 3–4, и чтобы прекратить прохождение тока через него, надо контакт разомкнуть.

Теперь, если нажать кнопку, то нормально разомкнутый контакт 1-2 замкнется, а нормально замкнутый 3-4 разомкнется. О чем показывает рисунок ниже.

Вернемся к блоку контактов.
В исходном состоянии, когда магнитный пускатель обесточен, нормально разомкнутые контакты 53NO–54NO и 83NO–84NO разомкнуты, а нормально замкнутые 61NC–62NC и 71NC–72NC замкнуты. Об этом говорит шильдик с номерами клемм контактов, расположенный на боковой стенке блока контактов, а стрелка показывает направление движения контактной группы.

Теперь, если на катушку пускателя подать напряжение питания, то сердечник потянет за собой контакты блока контактов и нормально разомкнутые замкнутся, а нормально замкнутые разомкнутся.

Фиксируется блок контактов на пускателе специальной защелкой. А чтобы блок снять, достаточно приподнять защелку и выдвигать блок в сторону защелки.

Магнитный пускатель.

Магнитный пускатель состоит как бы из верхней и нижней части.

В верхней части находится подвижная контактная система, дугогасительная камера и подвижная половинка электромагнита, которая механически связана с группой силовых контактов подвижной контактной системы.

Нижняя часть пускателя состоит из катушки, возвратной пружины и второй половинки электромагнита. Возвратная пружина возвращает верхнюю половинку в исходное положение после прекращения подачи питания на катушку, тем самым, разрывая силовые контакты пускателя.

Обе половинки электромагнита набраны из Ш-образных пластин, сделанных из электромагнитной стали. Это наглядно видно, если вытащить нижнюю половинку электромагнита.

Катушка пускателя намотана медным проводом, и содержит N-ое количество витков, рассчитанное на подключение определенного питающего напряжения равного 24, 36, 110, 220 или 380 Вольт.

Ну и как происходит сам процесс.
При подаче напряжения питания в катушке возникает магнитное поле и обе половинки стремятся соединиться, образуя замкнутый контур. Как только отключаем питание, магнитное поле пропадает, и верхняя часть возвращается возвратной пружиной в исходное положение.

Теперь осталось разобраться с питанием и характеристиками.
На боковой стенке пускателя, так же, как и у блока контактов, нанесена информация об электрических параметрах пускателя и для удобства условно разделена на три сектора:

Сектор №1.

В первом секторе дана общая информация о пускателе и его область применения:

50Гц – номинальная частота переменного тока, при которой возможна бесперебойная работа пускателя;

Категория применения АС-3 – двигатели с короткозамкнутым ротором: пуск, отключение без предварительной остановки.
Например: этот пускатель можно использовать для запуска и останова асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, используемых в лифтах, эскалаторах, ленточных конвейерах, элеваторах, компрессорах, насосах, кондиционерах и т.д.

Для характеристики коммутационной способности контакторов и пускателей переменного тока установлены четыре категории применения, являющиеся стандартными: АС1, АС2, АС3, АС4. Каждая категория применения характеризуется значениями токов, напряжений, коэффициентов мощности или постоянных времени, условиями испытаний и других параметров установленных ГОСТ Р 50030.4.1-2002.

Iе 9А – номинальный рабочий ток. Это ток нагрузки, который в нормальном режиме работы может проходить через силовые контакты пускателя. В нашем примере этот ток составляет 9 Ампер.

Категория применения АС-1 – неиндуктивные или слабо индуктивные нагрузки, печи, сопротивления. Например: лампы накаливания, ТЭНы.

Ith 25A – условный тепловой ток (t° ≤ 40°). Это максимальный ток, который контактор или пускатель может проводить в 8-часовом режиме так, чтобы превышение температуры его различных частей не выходило за пределы 40°С.

Сектор №2.

В этом секторе указана номинальная мощность нагрузки, которую могут коммутировать силовые контакты пускателя, и которая характеризуется категорией применения АС3 и измеряется в кВт (киловатт). Например, через контакты пускателя можно пропустить нагрузку мощностью 2,2 кВт, питающуюся переменным напряжением не более 230 Вольт.

Сектор №3.

Здесь показана электрическая схема пускателя: катушка и четыре пары нормально разомкнутых контактов – три силовых (рабочих) и один вспомогательный. От катушки через все контакты проходит пунктирная линия, которая указывает, что все четыре контакта замыкаются и размыкаются одновременно.

Напряжение питания 220В подается на катушку через контакты, обозначенные как А1 и А2.

Современные магнитные пускатели выпускают с двумя однотипными контактами от одного вывода катушки. Их выводят с противоположных сторон, маркируют одинаковым буквенным и цифровым значением, и соединяют между собой проволочной перемычкой. В нашем случае это выводы с маркировкой А2. Все это сделано для удобства монтажа схемы. И если придется собирать схемы с участием магнитного пускателя, используйте оба эти контакта.

Теперь осталось рассмотреть контактную группу пускателя. Здесь все просто.
Силовыми контактами являются три пары: 1L1–2T1; 3L2–4T2; 5L3–6T3 — к ним подключается нагрузка, которую Вы хотите запитывать через магнитный пускатель или контактор. Причем контакты 1L1; 3L2; 5L3 являются входящими – к ним подводится напряжение питания, а 2Т1; 4Т2; 6Т3 являются выходящими – к ним подключается нагрузка. Хотя разницы здесь нет — что куда, но это считается за правило, чтобы можно было разобраться в монтаже другому человеку, не производившему монтаж.

Последняя пара контактов 13НО–14НО является вспомогательной и эту пару используют для реализации в схеме самоподхвата пускателя. То есть, эта пара нужна, чтобы при включении в работу, например, двигателя, все время его работы не пришлось держать нажатой кнопку «Пуск». О самоподхвате мы поговорим в следующей части.

Ну и последнее, на что хотел обратить Ваше внимание, это на то, что современные пускатели, автоматические выключатели и УЗО теперь можно размещать в одном ящике и на одну дин рейку. Так что учитывайте это при выборе ящика.

Теперь я думаю Вам понятно назначение, устройство и работа магнитного пускателя, а во второй части мы рассмотрим схемы подключения магнитного пускателя.
А пока досвидания.
Удачи!

Что такое и для чего нужен ЭБУ в автомобиле?

Блок управления двигателем – краеугольный камень современной системы питания ДВС. Именно внутри ECU (Engine Control Module) обрабатываются сигналы датчиковой аппаратуры и генерируются команды для исполнительных механизмов. Момент искрообразования, время открытия форсунок, работа клапана продувки адсорбера, ЕГР и других элементов зависят от корректной работы ЭБУ. Рассмотрим, как работает электронная система управления двигателем (ЭСУД), устройство, принцип работы ее основных компонентов, а также их распространенные неисправности.

Как устроен ECU?

1. Микропроцессор – сердце любого блока управления (БУ). Принцип работы блока управления двигателем построен на обработке процессором цифровых сигналов и выборе алгоритма управления исполнительными устройствами.
2. Порты входных сигналов с датчиков.
3. Аналогово-цифровой преобразователь. Микропроцессор не может обрабатывать аналоговые сигналы, поэтому предназначение АЦП в перекодировании их в цифровой вид. Аналогично трансформируются импульсные сигналы с индуктивных датчиков частоты вращения.
4. Задающие каскады. В задающих каскадах управляющие импульсы с микропроцессора трансформируются в силовые сигналы, с помощью которых ЭБУ управляет исполнительными устройствами. Примером задающего каскада можно считать работу силовых ключей, отвечающих за подачу напряжения на первичную обмотку катушек зажигания.
5. Блок текущего контроля. Отслеживает нарушение функций электронных компонентов внутри блока, аномалии в показаниях датчиков, а также нарушение протекания тока в сигнальных и силовых цепях. Благодаря самодиагностике становится возможной диагностика ЭБУ, чтение кодов неисправности, просмотр фактических параметров.
6. Блок связи с другими электронными блоками внутри автомобиля и диагностическим интерфейсом. Многие данные с блока управления двигателем применяются в работе блока управления АКПП, системы ABS, ESP, ASR и т.п. В современных авто для общения между блоками используют шины данных разных уровней.

Конструкция ЭБУ невозможна без блока питания, который при необходимости подстраивает питание бортовой сети автомобиля под особенности работы элементов внутри блока. В цепи питания присутствуют и защитные компоненты, предохраняющие ECU от скачков напряжения, переполюсовки.

Виды входных и выходных сигналов

ECU обрабатывает всего несколько типов входных сигналов:

• цифровой сигнал (имеет всего два уровня – «высокий» и «низкий»). Еще такой сигнал называется логическим, так как он имеет всего два значения – истина или ложь (true/false), логический 0 либо логическая 1;
• импульсный сигнал — кратковременное изменение физической величины. К примеру, по количеству импульсов с датчика АБС блок управления рассчитывает скорость вращения каждого из колес;
• аналоговый сигнал – описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений. В автомобиле к таким сигналам относится измерение напряжения.

Именно по падению напряжения на выводах потенциометрического датчика положения электронной педали газа ЭБУ оценивает мощность, которую хочет получить водитель от двигателя.

Задающие каскады, использующиеся для управления исполнительными механизмами, могут формировать переключающий сигнал и сигнал с широтно-импульсной модуляцией. ШИМ-сигнал характеризируется скважностью импульсов – соотношением периода импульсов к их длительности. Скважность выражается в процентах, которые показывают соотношение периода подачи напряжения к периоду обесточенного состояния. К примеру, если скважность сигнала управления регулятором холостого хода (РХХ) составляет 50%, то шток регулятора будет выдвинут на половину хода.

Тогда как широтно-импульсная модуляция позволяет гибко управлять исполнительным устройством, переключающий сигнал имеет только два состояния – включено или выключено. Таким сигналом будет включение вентилятора, муфты кондиционера и т.п.

Устройство микропроцессора

Работа микропроцессора строится вокруг 3 компонентов:

1. Оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ/RAM). Оперативная память необходима для хранения изменяющихся данных, получаемых с датчиковой аппаратуры. Эти данные используются микропроцессором в вычислениях и хранятся только во время работы двигателя/времени включенного зажигания. К таким данным относится, к примеру, сигнал с датчика детонации, показания лямбда-зонда, на основании которых формируется кратковременная коррекция.
2. Постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ или EEPROM) – перезаписываемая память, в которой хранится программа обработки данных и управления элементами ECU, а также важные переменные, которые нельзя потерять при отключении питания.
3. Постоянная память (ПМ или EEPROM) — хранят шифр распознавания ключа иммобилайзера, конфигурация комплектации автомобиля, коды неисправности и т.п.

На некоторых автомобилях коды неисправности двигателя хранятся в ОЗУ, поэтому при снятии клеммы они удаляются. В более современных вариантах конструкции ЭСУД для удаления кодов из EEPROM требуется специальное диагностическое оборудование.

Межсетевой интерфейс

Многие электронные системы современного автомобиля оснащены отдельными цифровыми блоками управления. Подразумеваются не только такие важные системы как ABS, ESP, Airbag, ASR, но и компоненты, обеспечивающие комфорт и удобство при пользовании автомобилем. Речь о стеклоподъемниках, системе централизованного отпирания/запирания дверей, мультимедиа и т.п.

Для синхронизации работы отдельных блоков управления была придумана шина последовательной передачи данных. Она осуществляется по протоколу в виде обмена сообщениями между цифровыми блоками через очень короткие промежутки времени. Такой протокол можно сравнить с телефонной конференцией, где у каждого абонента есть уровень приоритетности для вещания. К примеру, исправность системы ABS важнее для безопасной эксплуатации автомобиля, нежели плавность переключения передач в АКПП, а поэтому сообщения от блока АБС будут иметь более высокую степень приоритетности.

В современных автомобилях могут совместно работать сразу несколько обособленных шин данных:

• шина силового агрегата (ЭБУ двигателя, АКПП, АБС и т.п.);
• CAN-шина системы «Комфорт» (стеклоподъемники, замки дверей);
• CAN-шина информационно-командной системы (мультимедиа, навигация, комбинация приборов).

К привычной уже CAN-шине все чаще внедряются новые виды межсетевого интерфейса: однопроводная шина Lin, оптоволоконная шина MOST, беспроводная шина Bluetooth.

Видео: Система управления двигателем: обзор ЭБУ.

Неисправности ЭБУ

• коррозия места пайки, короткое замыкание между выводами элементов на плате по причине попадания внутрь влаги. Контроллер ЭБУ помещен в герметичный корпус, который должен препятствовать прониканию воды внутрь блока. Указанные выше неисправности чаще всего возникают после вскрытия блока для осмотра/ремонта, так как восстановить заводскую герметичность довольно сложно. Чаще всего блок управления двигателем находится в подкапотном пространстве – далеко не самой благоприятной среде для контроллеров. Реже производитель размещает ECU под жабо стеклоочистителей, за подкрылками или в салоне;
• нарушение работы компонентов ЭБУ из-за попадания внутрь масла, антифриза. Из-за капиллярного эффекта нередки случаи, когда моторное масло или трансмиссионная жидкость проникает внутрь блока, стекая или даже поднимаясь по проводам вверх к разъему;

На некоторых автомобилях неудачное месторасположение блока управления предопределяет причину его поломки. К примеру, ECU на автомобилях Лада Калина установлен под радиатором печки. Поэтому в случае протекания последнего антифриз попадает внутрь блока и выводит его из строя.

• трещины пайки элементов печатной платы. Возникают вследствие постоянных перепадов температуры, вибраций. Некоторые производители устанавливают ECU на двигатель, что усугубляет влияние негативных факторов и становится главной причиной поломки ЭБУ двигателя;

Пожалуй, наиболее ярким примером такой конструктивной недоработки могут послужить двигатели X16XER, X18XER от Opel. Расположение ECU на двигателе приводит к отламыванию перемычек между пинами разъема и выводами печатной платы. Нередко ЭБУ на авто с такими моторами выходят из строя на пробегах до 150-200 тыс.км.

• перегорание элементов на плате вследствие короткого замыкания, неправильного подключения АКБ, перенапряжения в бортовой сети;
• окисление пинов в контактном разъеме, загибание контактов после неаккуратной установки разъема ECU.

Диагностика и ремонт

Ремонт ECU требует как минимум базовых знаний схемотехники и хороших навыков пайки. Конечно, и без глубоких знаний вы увидите окислы, трещины на пайке, перегоревшую дорожку или вздутый конденсатор. Если блок не подлежит восстановлению, на корпусе всегда нанесена маркировка ЭБУ, которая поможет подобрать вам контроллер для замены.

5 минут и салон авто как новый.
Посмотрите фото до и после

Ремонт стекла авто своими руками.
Спасает от трещин и сколов.

видеорегистратор + зеркало заднего вида + камера заднего вида
+ датчик движения + технология Dual cam + G-Sensor.

12в1 — видеорегистратор, GPS-навигатор,
камера, интернет, радар, FM, G-sensor.