Методи виправлення помилок у закодованих повідомленнях матрицями Фібоначчі

2023;
: cc. 327 - 347
1
Національний університет «Львівська політехніка» кафедра автоматизованих систем управління
2
Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна
3
Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів, Україна

Проаналізовано наявні методики виправлення помилок у закодованих повідомленнях матрицями Фібоначчі, що дають можливість знаходити і виправляти декілька помилок у кодових словах, отриманих каналами зв’язку. З’ясовано, що за останнє десятиліття опубліковано багато різноманітних робіт, у кожній з яких обґрунтовано доцільність використання матриць Фібоначчі для (де)кодування даних. Встановлено, що елементи кодового слова, одержаного множенням блока повідомлення на матрицю Фібоначчі, мають чимало корисних властивостей, на яких ґрунтується методика виявлення та виправлення у ньому помилок. Дослідники стверджують, що відношення відповідних елементів кодового слова наближене до золотого перерізу, й це має важливе значення для відомих методик виправлення потенційних помилок. Така властивість кодового слова дає можливість ідентифікувати наявність подвійних і потрійних помилкових елементів, перевіривши, чи належать їхні відношення до фіксованого інтервалу. Хибна належність, як виявилось, свідчить про те, що в різних рядках кодового слова є дві помилки, для виправлення яких потрібно розв’язати відповідні діофантові рівняння. Розв’язки цих рівнянь повинні задовольнити певні умови виправлення помилок.

З’ясовано, що для виправлення двох помилок у одному рядку кодового слова ставлять умову, згідно з якою набір блоків вхідного повідомлення має містити тільки мінімальні матриці, що дає можливість брати найменші розв’язки діофантового рівняння, придатність яких уточнюють перевіряльними співвідношеннями. Виявлено, що для виправлення трьох помилок у кодовому слові потрібно перевірити приналежність фіксованому інтервалу відношень відповідних його елементів та розв’язати нелінійне діофантове рівняння, реалізація якого є надзвичайно складною. Запропонований підхід зводиться до проб і помилок: спочатку потрібно знайти точне місце розташування помилкових елементів, а вже потім їх виправляти за відповідними методиками.

  1. Basu, M., & Prasad, B. (2011). Coding theory on the (m,t)-extension of the Fibonacci p-numbers. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 3, 259–267. https://doi.org/10.1142/S1793830911001097
  2. Basu, Manjusri, & Das, Monojit. (2017). Coding theory on generalized Fibonacci n-step polynomials. Journal of Information and Optimization Sciences, Vol. 38, Issue 1, 83–131. https://doi.org/10.1080/02522667.2016.1160618
  3. Basu, Manjusri, & Prasad, Bandhu. (2009). The generalized relations among the code elements for Fibonacci coding theory. Chaos, Solitons, & Fractals, Vol. 41, Iss. 5(15), 2517–2525. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2008.09.030
  4. Basu, Manjusri, & Prasad, Bandhu. (2009, November). Coding theory on the m-extension of the Fibonacci p-numbers. Chaos, Solitons, & Fractals, Vol. 42, Iss. 4, 30, 2522–2530. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2009.03.197
  5. Bellini, Emanuele, Marcolla, Chiara, & Murru, Nadir. (2020, March). On the decoding of 1-Fibonacci error correcting codes. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 13, No. 05, 2150056. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.27280.97281;       https://doi.org/10.1142/S1793830921500567
  6. Esmaeili, M., Esmaeili, M., & Gulliver, T. A. (2011). High-rate Fibonacci polynomial codes. In: Proceedings of IEEE International Symposium on Information Theory Proceedings, St. Petersburg, Russia, 1921–1924. https://doi.org/10.1109/ISIT.2011.6033886
  7. Esmaili, M., Moosavi, M., & Gulliver, T. A. (2017, January). A new class of Fibonacci sequence based error correcting codes. Cryptography and Communications, Vol. 9, 379–396. https://doi.org/10.1007/s12095-015-0178-x
  8. Esmaili, Mostafa, & Esmaeili, Morteza. (2010). A Fibonacci-polynomial based coding method with error detection and correction. Computers and Mathematics with Applications, 60, 2738–2752. https://doi.org/10.1016/j.camwa.2010.08.091
  9. Gryciuk, Yurij, Grytsyuk, Pavlo. (2015). Perfecting of the matrix Affine cryptosystem information security. Computer Science and Information Technologies: Proceedings of Xth International Scientific and Technical Conference (CSIT'2015), 14–17 September, 2015, 67–69. https://doi.org/10.1109/stc-csit.2015.7325433
  10. Grytsiuk, P. Yu., & Hrytsiuk, Yu. I. (2015). Peculiarities of the implementation of the matrix Athena cryptosystem of information protection. Scientific Bulletin of UNFU, 25(5), 346–356. URL: https://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/1092
  11. Hrytsiuk, Yu. I., & Grytsiuk, P. Yu. (2015). Implementation of cryptographic transformations using Fibonacci G()-matrices. Mathematical and software support of intelligent systems: materials of the 13th International Scientific and Practical Conference, 53–54, November 18–20, 2015, Dnipropetrovsk, Ukraine. Dnipropetrovsk: Department of Dnipropetrovsk National University named after Olesya Honchara.
  12. Hrytsiuk, Yu. I., & Grytsiuk, P. Yu. (2015). Methods and means of generating Fibonacci Qp-matrices – keys for implementing cryptographic transformations. Scientific Bulletin of UNFU, 25(6), 334–351. URL: https://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/974
  13. Hrytsiuk, Yu. I., & Grytsiuk, P. Yu. (2016). Features of generating Fibonacci Qp-matrices – keys for implementing cryptographic transformations. Bulletin of the Lviv Polytechnic National University. Series: Computer Science and Information Technology, Vol. 843, 251–263. URL: https://vlp.com.ua/taxonomy/term/3448
  14. Hrytsiuk, Yu. I., & Grytsiuk, P. Yu. (2016). Features of generating Fibonacci Gp()-matrices for implementation of cryptographic transformations. Information extraction and processing: interdepartmental collection of scientific papers, 43(119), 86–95.
  15. Hrytsiuk, Yuriy, & Grytsyuk, Pavlo (2016). Generation of Fibonacci Qp()-matrices – keys for data encryption. Information protection and security of information systems: materials of the 5th International Scientific and Technical Conference,  39–40, June 02–03, 2016, Lviv, Ukraine. Lviv: Lviv Polytechnic State University.
  16. Hrytsiuk, Yuriy, Grytsyuk, Pavlo, Dyak, Tetiana, & Hrynyk, Heorhiy. (2019). Software Development Risk Modeling. IEEE 2019 14th International Scientific and Technical Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT 2019), Vol. 2,  134–137, 17–20 September, Lviv, Ukraine. Lviv: Lviv Polytechnic National University, 206 p. https://doi.org/10.1109/stc-csit.2019.8929778
  17. Kuhapatanakul, K. (2015). The Lucas p-matrix. International Journal of Mathematical Education in Science and Technology. https://doi.org/10.1080/0020739X.2015.1026612
  18. Lagun, A. E., & Hrytsiuk, Yu. I. (2016). Information theory and coding. Tutorial. Lviv: SPOLOM Publishing House, 168 p.
  19. Nihal Tas, Sumeyra Ucar, Nihal Yilmaz Ozgur, & Oztunc Kaymak. (2018). A new coding/decoding algorithm using Fibonacci numbers. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 10, No. 02, 1850028. https://doi.org/10.1142/S1793830918500283;      https://doi.org/10.48550/arXiv.1712.02262
  20. Prasad, Bandhu. (2014). Coding theory on (h(x), g(y))-extension of Fibonacci p-numbers polynomials. Universal Journal of Computational Mathematics, Vol. 2(1), 6–10. https://doi.org/10.13189/ujcmj.2014.020102
  21. Prasad, Bandhu. (2014). High  rates of  Fibonacci polynomials coding theory. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 06, No. 04, 1450053. https://doi.org/10.1142/S1793830914500530
  22. Prasad, Bandhu. (2016). Coding theory on Lucas p-numbers. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 08, No. 04, 1650074. https://doi.org/10.1142/S1793830916500749
  23. Prasad, Bandhu. (2019). The generalized relations among the code elements for a new complex Fibonacci matrix. Discrete Mathematics, Algorithms and Applications, Vol. 11, No. 02, 1950026. https://doi.org/10.1142/S1793830919500265
  24. Samoilenko, M. I., & Ufimtseva, V. B. (2012). On the possibilities of using Fibonacci arithmetic to increase the efficiency of cryptographic transformations. Trinitarian Academy, 77–656. URL: http://www/trinitas/ru/rus/doc/0232/013a/02322115/htm. [In Russian].p
  25. Samoilenko, N. I., & Ufimtseva, V. B. (2003). Properties of p-numbers and Stakhov Qn -matrices in the ring of  integers  Z/(q).  Radioelectronics  and  computer  science.  Kharkov:  KNURE.  No.  1,            111–115.  URL: https://cyberleninka.ru/article/n/svoystva-r-chisel-i-qp-matrits-stahova-v-koltse-tselyh-chisel-z-q.    [In    Russian].
  26. Sentürk, G. Y., Gürses, N., & Yüce, S. (2022). Construction of dual-generalized complex Fibonacci and Lucas quaternions. Carpathian Mathematical Publications, 14(2), 406–418. https://doi.org/10.15330/cmp.14.2.406-418
  27. Sergio Falcon. (2017, Jan.-Feb.). On the K-Fibonacci Hankel and the 4 X 4 Skew Symmetric K-Fibonacci Matrices. IOSR Journal of Mathematics (IOSR-JM), 13(01), 52–58. https://doi.org/10.9790/5728-1301035258
  28. Singh, Sweta, Kanwar, Neeraj, & Zindani, Divya. (2023, April). Linear diophantine uncertain linguistic- based prospect theory approach for performance evaluation of islanded microgrid-system scenarios. Clean Energy, Vol. 7, Iss. 2, 263–282. https://doi.org/10.1093/ce/zkac066
  29. Skuratovsky, R. V. (2017). Factorization of an integer of the form n = pq. Mathematical and computer modeling. Series: Physical and mathematical sciences: collection of scientific papers. Kamianets-Podilskyi National University. Vol. 15,  201–207. URI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133957
  30. Slyusarenko, V. (2008). Fibonacci numbers and the golden ratio. Mathematics. Kyiv: School World Publishing House, No. 8(452),  18–24.
  31. Slyusarenko, V. (2008). Fibonacci numbers and the golden ratio. Math. Kyiv: School World Publishing House, No. 8(452),  18–24.
  32. Stakhov, A. P. (2006, October). Fibonacci matrices, a generalization of the “Cassini formula”, and a new coding theory. Chaos, Solitons, & Fractals, Vol. 30, Iss. 1, 56–66. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2005.12.054
  33. Stakhov, Alexey, & Olsen, Scott. (2009). The Mathematics of Harmony: From Euclid to Contemporary Mathematics and Computer Science. Series on Knots and Everything, 22. World Scientific Publishing Company; First Edition, 748 p. URL: https://www.amazon.com/Mathematics-Harmony-Contemporary-Computer- Everything/dp/981277582X
  34. Sundarayya, P., & Prasad, M. G. Vara. (2019). Coding theory on Pell-Lucas p-numbers. Journal of Physics: Conference Series, 1344. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1344/1/012017
  35. Ufimtseva, V. B., & Karpenko, N. Yu. (2015). Using sequences of generalized Fibonacci numbers in cryptographic algorithms. Information processing systems. Vol. 8, pp. 106–110. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/soi_2015_8_24. [In Russian].
  36. Ufimtseva, Victoria (2005). On the possibilities of using Fibonacci arithmetic to increase the efficiency of cryptographic transformations. Legal, regulatory and metrological support of the information protection system in Ukraine: scientific and technical collection. Vol. 10, 137–142. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/11453. [In Russian].