Каков принцип работы у аппаратного блока перестановки

Методы перестановки

Другой разновидностью используемых с давних времен шифров являются так называемые шифры перестановки. Суть их в том, что буквы исходного сообщения остаются прежними, но их порядок меняется по какому-либо «хитрому» закону.

Простейший вариант перестановки — прямоугольная таблица с секретным размером столбца (показана на рисунке 1.2), куда исходный текст записывается по столбцам, а шифрсообщение считывается по строкам.

П	л	к	з	ч	и
о	а	Г	р	а	#
с	ю	—	ы	т	#
ы	—	В	в	к	#

Рис.1.2.Шифр табличной перестановки

Открытый текст: Посылаю _ кг _ взрывчатки###.

Шифрсообщение: Плкзчиоагра#сю_ыт#ы_ввк#.

Для расшифрования надо длину сообщения разделить на длину столбца, чтобы определить длину строки, вписать шифрсообщение в таблицу по строкам, а затем прочитать открытый текст.

Другой вариант — кодирование перестановкой по группам символов, используя некоторые зигзагообразные шаблоны, например, как показано на рисунке 1.3. Стоит записать

Рис.1.3. Зигзагообразный шифр перестановки

Открытый текст: Посылаю_кг_взрывчатки###

Шифрсообщение: Пюксл_ывгоа_ зтиыч#в##рак

символы открытого текста по зигзагу, а прочитать по кругу (или наоборот) — и шифрсообщение готово, если кажется ненадежным, то можно ввести дополнительные усложнения.

Использовались и более сложные (ручные) системы, также групповые. Например, в квадрате (рис.1.4), состоящем из 4 малых квадратов с определенной нумерацией клеток, вырезают 4 клетки под разными номерами. Квадрат кладется в начальное положение («1» — вверху) и в отверстия (слева направо/сверху вниз) вписываются буквы открытого сообщения. Затем квадрат поворачивается против часовой стрелки на 90 градусов («2» — вверху) и также вписываются следующие буквы, потом повторяем процесс для положения «3» и «4». Если остаются свободные клетки — они заполняются произвольными символами. Шифрсообщение получают, считав по столбцам или по строкам последовательность записанных в прямоугольнике букв.

Рис.1.4. Шифровальный квадрат

Фактически, рассмотренные выше и другие шифры перестановки с современной точки зрения абсолютно единообразны, так как представляют собой последовательность элементарных процедур перестановки группы символов вида

Дешифровка сообщений, полученных шифром перестановки, значительно труднее, чем при использовании шифров замены. Какой-либо теоретической предпосылки, кроме перебора вариантов, не существует, хотя отдельные догадки могут упростить задачу.

Суть методов перестановки заключается в разделении исходного текста на блоки фиксированной длины и последующей перестановке символов внутри каждого блока по определенному алгоритму.

Перестановки получаются за счет разницы путей записи исходной информации и путей считывания зашифрованной информации в пределах геометрической фигуры. Примером простейшей перестановки является запись блока исходной информации в матрицу по строкам, а считывание — по столбцам. Последовательность заполнения строк матрицы и считывания зашифрованной информации по столбцам может задаваться ключом. Криптостойкость метода зависит от длины блока (размерности матрицы). Так для блока длиной 64 символа (размерность матрицы 8 x 8) возможны 1,6 х 10 9 комбинаций ключа. Для блока длиной 256 символов (матрица размерностью 16 x 16) число возможных ключей достигает 1,4 x 10 26 . Решение задачи перебора ключей в последнем случае даже для современных ЭВМ представляет существенную сложность.

Перестановки используются также в методе, основанном на применении маршрутов Гамильтона. Этот метод реализуется путем выполнения следующих шагов.

Шаг 1. Исходная информация разбивается на блоки. Если длина шифруемой информации не кратна длине блока, то на свободные места последнего блока помещаются специальные служебные символы-заполнители (например *).

Шаг 2. Символами блока заполняется таблица, в которой для каждого порядкового номера символа в блоке отводится вполне определенное место (рис. 5).

Шаг 3. Считывание символов из таблицы осуществляется по одному из маршрутов. Увеличение числа маршрутов повышает Криптостойкость шифра. Маршруты выбираются либо последовательно, либо их очередность задается ключом К.

Шаг 4. Зашифрованная последовательность символов разбивается на блоки фиксированной длины L. Величина L может отличаться от длины блоков, на которые разбивается исходная информация на шаге 1.

Расшифрование производится в обратном порядке. В соответствии с ключом выбирается маршрут и заполняется таблица согласно этому маршруту.

Таблица

Маршрут № 1

Маршрут № 2

Рис. 5. Вариант 8-элементной таблицы и маршрутов Гамильтона

Из таблицы символы считываются в порядке следования номеров элементов. Ниже приводится пример шифрования информации с использованием маршрутов Гамильтона.

Пусть требуется зашифровать исходный текст Т0 = <МЕТОДЫ_ПЕРЕСТАНОВКИ>. Ключ и длина зашифрованных блоков соответственно равны: К = <2, 1, 1>, L = 4. Для шифрования используются таблица и два маршрута, представленные на рис. 5. Для заданных условий

Маршрут №2

Маршрут № 1

Маршрут № 1

Рис. 6. Пример шифрования с помощью маршрутов Гамильтона

маршруты с заполненными матрицами имеют вид, показанный на рис. 6.

Шаг 1. Исходный текст разбивается на три блока:

Шаг 2. Заполняются три матрицы с маршрутами 2, 1, 1 (рис. 2.2.2).

Шаг 3. Получение шифртекста путем расстановки символов в соответствии с маршрутами.

Шаг 4. Разбиение на блоки шифртекста

Т1 = <ОП_Т МЕЫД ЕСРЕ ТАОН И*КВ ****>.

В практике большое значение имеет использование специальных аппаратных схем, реализующих метод перестановок (рис. 7).

Рис. 7. Схема перестановок

Современные блочные шифры.

Современные криптосистемы ориентированы на программно-аппаратные методы реализации. Блочные криптосистемы представляют собой блочные (групповые) шифрпреобразования. Блочная криптосистема разбивает открытый текст М на последовательные блоки M₁, M₂. и зашифровывает каждый блок с помо­щью одного и того же обратимого преобразования E_k, выполне

нного с помощью ключа К. E_k(М)=E_k(M₁), E_k(M₂),.… Любое из них можно рассматривать как последовательность операций, проводимых с элементами ключа и открытого текста, а так же производными от них величинами. Произвол в выборе элементов алгоритма шифрования достаточно велик, однако "элементарные" операции должны обладать хорошим криптографическими свойствами и допускать удобную техническую или программную реализацию /1-6/. Обычно используются операции:

— побитового сложения по модулю 2 (обозначение операции Å) двоичных векторов (XOR):

— сложение целых чисел по определенному модулю:

например, по модулю 2 32 , обозначение операции — +

a + b= a+b, если a+b<2 32 ,

а + b= a+b-2 32 , если a+bі2 32 ,

где + — сложение целых чисел;

— умножение целых чисел по определенному модулю:

ab(mod n) = res(ab/n) – остаток от деления произведения целых чисел ab на n;

— перестановка битов двоичных векторов;

— табличная замена элементов двоичных векторов.

Практическая стойкость алгоритмов шифрования зависит и от особенностей соединения операций в последовательности. Примерами блочных систем являются алгоритмы блочного шифрования, принятые в качестве стандартов шифрования данных в США и России – DES–алгоритм и ГОСТ-28147-89 соответственно.

В 1973 году Национальное Бюро Стандартов США начало работы по созданию стандарта шифрования данных на ЭВМ. Был объявлен конкурс, который выиграла фирма IBM, представившая алгоритм шифрования, сейчас

известный как DES-алгоритм (Data Encryption Standard) [1].

Рассмотрим работу DES-алгоритма в простейшем (базовом) режиме ЕСВ — электронной кодовой книги. Алгоритм работы показан на рисунке 1.5.

Входные 64-битовые векторы, называемые блоками открытого текста, преобразуются в выходные 64-битовые векторы, называемые блоками шифртекста, с помощью 56-битового ключа К (число различных ключей равно 2 56 =7_*10 6 )

Алгоритм реализуется в 16 аналогичных циклах шифрования, где в i-ом цикле используется цикловой ключ Ki, предоставляющий собой выборку 48 битов из 56 битов ключа К. Реализация алгоритма функции f показана на рисунке 1.6. Здесь операция Е — расширение 32-битового вектора до 48-битового, операция S_j(S-боксы) — замена 6-битовых векторов на 4 — битовые.

Рис. 1.5. Блок-схема DES-алгоритма

Основным недостатком алгоритма считается 56-битовый ключ, слишком короткий для противостояния полному перебору ключей на специализированном компьютере. Недавние результаты показали, что современное устройство стоимостью 1 млн. долл. способно вскрыть секретный ключ с помощью полного перебора в среднем за 3.5 часа. Поэтому было принято решение использовать DES-алгоритм для закрытия коммерческой (несекретной) информации. В этих случаях практическая реализация перебора всех ключей экономически нецелесообразна, так как затраты не соответствуют ценности зашифрованной информации.

В ходе открытого обсуждения алгоритма в прессе, рассматривались пути усиления его криптографических свойств. Наиболее простой вариант предполагал использовать независимые 48-битовые векторы в качестве цифровых ключей, что позволит увеличить общее число ключей до 2 768 .

Режим электронной кодовой книги (ЕСВ) используется в основном для шифрования коротких сообщений служебного содержания — паролей, ключей и т.п. Наиболее общий режим — режим сцепления блоков (СВС), (Cifer Block Chaining) схема которого показана на рисунке 1.7. Здесь каждый входной блок зависит от всех предыдущих. Начальный вектор b_o (случайный начальный вектор) вырабатывается для каждого сообщения и может передаваться в линию связи, как в открытом, так и в шифрованном виде, что препятствует атакам на шифротекст, основанным на наличии стандартов в начале сообщения (вспомните "Семнадцать мгновений весны": Центр — Юстасу. ).

DES алгоритм является первым примером широкого производства и внедрения технических средств в область защиты информации. К настоящему времени выпускается несколько десятков устройств аппаратно — программной реализации DES-алгоритма. Для выпуска такого рода устройства необходимо получить сертификат Национального Бюро Стандартов на право реализации продукта, который выдается только после всесторонней проверки по специальным тестирующим процедурам.

Рис.1.6. Блок-схема функции f DES -алгогитма

Достигнута высокая скорость шифрования. По некоторым сообщениям, в одном из устройств на основе специализированной микросхемы она составляет около 45 Мбит/сек.

Рис. 1.7. Реализация DES-алгоритма в режиме сцепления блоков

Основные области применения DES-алгоритма:

— хранение данных в ЭВМ (шифрование файлов, паролей);

— электронная система платежей (между клиентом и банком);

— электронный обмен коммерческой информацией (между покупателем и продавцом).

Российский стандарт шифрования

В 1989 году был разработан блочный шифр для использования в качестве государственного стандарта шифрования (зарегистрирован как ГОСТ 28147-89)/7/. В основном алгоритм применяется в банковской системе, судя по публикациям – несколько медлителен, но обладает весьма высокой стойкостью.

Его общая схема близка к схеме DES-алгоритма, лишь отсутствует на­чальная перестановка и число циклов шифрования равно 32 (вместо 16 в DES-ал­го­ритме). Ключом считается набор из 8 элементарных 32-битовых ключей X₁, X₂. X₈(общее число ключей 2 256 ). В циклах шифрования трижды исполь­зуется прямая последовательность элементарных ключей и один раз — обратная: X₈, X₇. X₁.

Основное отличие – в реализации функции f стандарта шифрования (приведена на рисунке 1.8). Элементы S₁, S₂. S₈ — представляют собой таблицы замены 4-битовых векторов и могут рассматриваться как долговременные ключи

ГОСТ 28147-89, как DES-алгоритм, предусматривает различные режимы использования и только базовый (режим простой замены) совпадает, по сути, с базовым режимом DES-алгоритма, остальные — в той или иной мере отличаются.

Известна специальная реализация алгоритма шифрования ГОСТ 28147-89 аппаратная плата шифрования данных «Криптон-3» для IBM PC, ее производительность — 50 Кбит/сек.

Рис.1.8 Блок-схема функции f алгоритма ГОСТ 28147-89.

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

Перестановка с помощью P-блоков

32-битовый выход подстановки с помощью S-блоков, перетасовываются в соответствии с P-блоком. Эта перестановка перемещает каждый входной бит в другую позицию, ни один бит не используется дважды, и ни один бит не игнорируется.

Наконец, результат перестановки с помощью P-блока объединяется посредством XOR с левой половиной первоначального 64-битового блока. Затем левая и правая половины меняются местами, и начинается следующий этап.

Заключительная перестановка

Заключительная перестановка является обратной по отношению к начальной перестановке. Левая и правая половины не меняются местами после последнего этапа DES, вместо этого объединенный блок R₁₆L₁₆ используется как вход заключительной перестановки. В этом нет ничего особенного, перестановка половинок с последующим циклическим сдвигом привела бы к точно такому же результату. Это сделано для того, чтобы алгоритм можно было использовать как для шифрования, так и для расшифрирования.

Расшифрирование DES

После всех подстановок, перестановок, операций XOR и циклических сдвигов можно подумать, что алгоритм дешифрирования, резко отличаясь от алгоритма шифрования, точно также запутан. Напротив, различные компоненты DES были подобраны так, чтобы выполнялось очень полезное свойство: для шифрования и расшифрирования используется один и тот же алгоритм.

DES позволяет использовать для шифрования или дешифрирования блока одну и ту же функцию. Единственное отличие состоит в том, что ключи должны использоваться в обратном порядке. То есть, если на этапах шифрования использовались ключи K₁, K₂, K₃. K₁₆, то ключами дешифрирования будут K₁₆, K₁₅, K₁₄. K₁. Алгоритм, который создает ключ для каждого этапа, также цикличен. Ключ сдвигается направо, а число позиций сдвига равно 0, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1.

Режимы DES

FIPS PUB 81 определяет четыре режима работы: ECB, CBC, OFB и CFB (см. приложение). Банковские стандарты ANSI определяют для шифрования ECB и CBC, а для проверки подлинности — CBC и n-битовый CFB.

В мире программного обеспечения сертификация обычно не важна. Из-за своей простоты в большинстве существующих коммерческих программ используется ECB, хотя этот режим наиболее чувствителен к вскрытию. CBC используется редко несмотря на то, что он лишь незначительно сложнее, чем ECB, и обеспечивает большую безопасность.

Безопасность DES

Слабые ключи

Из-за того, что первоначальный ключ изменяется при получении подключа для каждого этапа алгоритма, определенные первоначальные ключи являются слабыми. Если все биты каждой половины равны 0 или 1, то для всех этапов алгоритма используется один и тот же ключ. Это может произойти, если ключ состоит из одних 1, из одних 0, или если одна половина ключа состоит из одних 1, а другая — из одних 0. Таких ключей 4.

Кроме того, некоторые пары ключей при шифровании переводят открытый текст в идентичный шифротекст. Иными словами, один из ключей пары может расшифровать сообщения, зашифрованные другим ключом пары. Это происходит из-за метода, используемого DES для генерации подключей — вместо 16 различных подключей эти ключи генерируют только два различных подключа. В алгоритме каждый из этих подключей используется восемь раз. Эти ключи называют полуслабыми ключами, их 6 пар.

Ряд ключей генерирует только четыре подключа, каждый из которых четыре раза используется в алгоритме. Это возможно слабые ключи, их 12 четверок.

Прежде, чем порицать DES слабые ключи, обратите внимание на то, что эти 64 ключа — это крошечная часть полного набора из 72057594037927936 возможных ключей. Если вы выбираете ключ случайно, вероятность выбрать один из слабых ключей пренебрежимо мала. Если вы настоящий параноик, можете всегда проверять "на слабость" сгенерированный ключ. Некоторые думают, что нечего и беспокоиться на этот счет. Другие утверждают, что проверка очень легка, почему бы ее и не выполнить.

ГОСТ

ГОСТ — это блочный алгоритм, разработанный в бывшем Советском Союзе. Номер данного стандарта — 28147-89.

Описание ГОСТ

ГОСТ является 64-битовым алгоритмом с 256-битовым ключом. ГОСТ также использует дополнительный ключ, который рассматривается ниже. В процессе работы алгоритма на 32 этапах последовательно выполняется простой алгоритм шифрования.

Для шифрования текст сначала разбивается на левую половину L и правую половину R. На этапе i используется подключ K_i. На этапе i алгоритма ГОСТ выполняется следующее:

Этап ГОСТ показан на Рис. 14-1. Функция f проста. Сначала правая половина и i-ый подключ складываются по модулю 2 32 . Результат разбивается на восемь 4-битовых кусочков, каждый из которых поступает на вход своего S-блока. ГОСТ использует восемь различных S-блоков, первые 4 бита попадают в первый S-блок, вторые 4 бита — во второй S-блок, и т.д. Каждый S-блок представляет собой перестановку чисел от 0 до 15. Например, S‑блок может выглядеть как:

7, 10, 2, 4, 15, 9, 0, 3, 6, 12, 5, 13, 1, 8, 11

Рис. 14.1. Этап ГОСТ.

В этом случае, если на входе S-блока 0, то на выходе 7. Если на входе 1, на выходе 10, и т.д. Все восемь S‑блоков различны, они фактически являются дополнительным ключевым материалом. S-блоки должны храниться в секрете.

Выходы всех восьми S-блоков объединяются в 32-битовое слово, затем все слово циклически сдвигается влево на 11 битов. Наконец результат объединяется с помощью XOR с левой половиной, и получается новая правая половина, а правая половина становится новой левой половиной. Выполните это 32 раза, и все в порядке.

Генерация подключей проста. 256-битовый ключ разбивается на восемь 32-битовых блоков: k₁, k₂. k₈. На каждом этапе используется свой подключ, как показано в таблице. Расшифрирование выполняется так же, как и шифрование, но инвертируется порядок подключей k_i.

Стандарт ГОСТ не определяет способ генерации S-блоков, говорится только, что блоки должны быть предоставлены каким-то образом. Производитель создает перестановки S-блока самостоятельно с помощью генератора случайных чисел.

Использование подключей на различных этапах ГОСТ

Этап:

Подключ:

Этап:

Подключ:

Криптоанализ ГОСТ

Вот главные различия между DES и COST.

· DES использует сложную процедуру для генерации подключей из ключей. В ГОСТ эта процедура очень проста.

· В DES 56-битовый ключ, а в ГОСТ — 256-битовый. Если добавить секретные перестановки S-блоков, то полный объем секретной информации ГОСТ составит примерно 610 битов.

· У S-блоков DES 6-битовые входы и 4-битовые выходы, а у S-блоков ГОСТ 4-битовые входы и выходы. В обоих алгоритмах используется по восемь S-блоков, но размер S-блока ГОСТ равен одной четвертой размера S-блока DES.

· В DES используются нерегулярные перестановки, названные P-блоком, а в ГОСТ используется 11-битовый циклический сдвиг влево.

· В DES 16 этапов, а в ГОСТ — 32.

Если лучшим способом вскрытия ГОСТ является грубая сила, то это очень безопасный алгоритм. ГОСТ использует 256-битовый ключ, а если учитывать секретные S-блоки, то длина ключа возрастает. ГОСТ, по видимому, более устойчив к дифференциальному и линейному криптоанализу, чем DES. Хотя случайные S-блоки ГОСТ возможно слабее фиксированных S-блоков DES, их секретность увеличивает устойчивость ГОСТ к дифференциальному и линейному криптоанализу. К тому же, эти способы вскрытия чувствительны к количеству этапов — чем больше этапов, тем труднее вскрытие. ГОСТ использует в два раза больше этапов, чем DES, одно это возможно делает несостоятельными и дифференциальный, и линейный криптоанализ.

Другие части ГОСТ такие же, как в DES, или слабее. ГОСТ не использует существующую в DES перестановку с расширением. Удаление этой перестановки из DES ослабляет его из-за уменьшения лавинного эффекта, разумно считать, что отсутствие такой операции в ГОСТ ослабляет этот алгоритм. Сложение, используемое в ГОСТ, не менее безопасно, чем используемая в DES операция XOR.

Самым большим различием представляется использование в ГОСТ циклического сдвига вместо перестановки. Перестановка DES увеличивает лавинный эффект. В ГОСТ изменение одного входного бита влияет на один S‑блок одного этапа, который затем влияет на два S-блока следующего этапа, три блока следующего этапа, и т.д.. В ГОСТ потребуется 8 этапов прежде, чем изменение одного входного бита повлияет на каждый бит результата, алгоритму DES для этого нужно только 5 этапов. Это, конечно же, слабое место. Но не забывайте: ГОСТ состоит из 32 этапов, а DES только из 16.

Режимы ГОСТ

Четыре режима работы:

· Простая замена (типа ECB)

· Гаммирование (синхропосылка передается вместе с шифртекстом) – можно изменять блоки шифртекста, т.к. они независимы, следовательно, нужно обеспечивать целостность.

· Гаммирование с обратной связью (устраняет единичные искажения, распространяет ед. ошибку на весь последующий ш.т.)

· Режим имитовставки. Имитовставка – контрольный вектор, используемый для аутентификации, как правило, 32 младших бита последнего обработанного блока. Подходит для обеспечения целостности (имитовставка от шифртекста).

Простейшие методы шифрования с закрытым ключом

При использовании шифров перестановки входной поток исходного текста делится на блоки, в каждом из которых выполняется перестановка символов. Перестановки в классической «докомпьютерной» 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:

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

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 по строкам 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:

Количество символов в исходном сообщении равно 24, следовательно, сообщение необходимо разбить на 2 блока. Запишем каждый блок в свою таблицу по строчкам ( таблица 2.9).

Таблица 2.9. Шифрование методом перестановки по таблице

1 блок
Э	Т	О
Т	Е	К	С
Т	Д	Л
2 блок
Я	Ш	И
Ф	Р	О	В
А	Н	И	Я

Затем будем считывать из таблицы каждый блок последовательно по столбцам:

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

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

Количество символов в исходном сообщении равно 9. Запишем сообщение в таблицу по строкам ( таблица 2.10), а последние три ячейки оставим пустыми.

Таблица 2.10. Шифрование неполного блока методом перестановки по таблице

П	Е	Р	Е
М	Е	Н	К
А

Затем будем считывать из таблицы последовательно по столбцам:

Для расшифрования вначале определяют число полных столбцов, то есть количество символов в последней строке. Для этого делят размер 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. 2.7.

Для расшифрования на приемной стороне устанавливается другой блок, восстанавливающий порядок цепей.

Аппаратно реализуемая перестановка широко используется на практике как составная часть некоторых современных шифров.

При перестановке любого вида в зашифрованное сообщение будут входить те же символы, что и в открытый текст , но в другом порядке. Следовательно, статистические закономерности языка останутся без изменения. Это дает криптоаналитику возможность использовать различные методы для восстановления правильного порядка символов.

Если у противника есть возможность пропускать через систему шифрования методом перестановки специально подобранные сообщения, то он сможет организовать атаку по выбранному тексту. Так, если длина блока в исходном тексте равна N символам, то для раскрытия ключа достаточно пропустить через шифровальную систему N-1 блоков исходного текста, в которых все символы, кроме одного, одинаковы. Другой вариант атаки по выбранному тексту возможен в случае, если длина блока N меньше количества символов в алфавите. В этом случае можно сформировать одно специальное сообщение из разных букв алфавита, расположив их, например, по порядку следования в алфавите. Пропустив подготовленное таким образом сообщение через шифровальную систему, специалисту по криптоанализу останется только посмотреть, на каких позициях очутились символы алфавита после шифрования, и составить схему перестановки.

Мы рассмотрели общую схему симметричного шифрования и классификацию простейших методов шифрования с закрытым ключом. В следующей лекции мы познакомимся с принципами построения современных блочных алгоритмов

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.