DIFFERENTIATION OF POLYNOMIALS IN SEVERAL VARIABLES OVER GALOIS FIELDS OF FUZZY CARDINALITY AND APPLICATIONS TO REED-MULLER CODES

Introduction. Polynomials in several variables over Galois fields provide the basis for the Reed-Muller coding theory, and are also used  in a number of cryptographic problems. The properties of such polynomials specified over the derived Galois fields of fuzzy cardinality are studied. For the results obtained,  two  real-world  applications  are  proposed: partitioning scheme and Reed-Muller code decoder.

Materials and Methods. Using linear algebra, theory of Galois fields, and general theory of polynomials in several variables, we have obtained results related to the differentiation and integration  of polynomials  in  several  variables  over  Galois fields of fuzzy cardinality. An analog of the differentiation operator is constructed and studied for vectors.

Research Results. On the basis of the obtained results on the differentiation and integration of polynomials, a new decoder for Reed-Muller codes of the second order is given, and a scheme for organizing the partitioned transfer of confidential data is proposed. This is a communication system in which the source data on the sender is divided into several parts and, independently of one  another,  transmitted  through  different communication channels, and then, on the receiver, the initial data is restored of the parts retrieved. The proposed scheme feature is that it enables to protect data, both from the nonlegitimate access, and from unintentional errors; herewith, one  and  the  same  mathematical  apparatus  is  used  in  both cases. The developed decoder for the second-order Reed-Muller codes prescribed over the derived odd Galois field may have a constraint to the recoverable error level; however, its use is advisable for a number of the communication channels.

Discussion    and    Conclusions.    The    proposed    practical applications   of   the   results   obtained   are   useful   for   the organization of reliable communication systems. In future, it is planned  to  study  the  restoration  process  of  the  original polynomial by its derivatives, in case of their partial distortion, and the development of appropriate applications.

1. Деундяк, В. М. Интегрируемость систем полиномов нескольких переменных первой и второй степени над простыми полями Галуа / В. М. Деундяк, А. В. Кнутова // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. — 2016. — №2. — С. 41–46.

2. Абросимов, А. С. Свойства бент-функций q-значной логики над конечными полями / А. С. Абросимов // Дискретная математика. — 1994. — № 3(6). — С. 50–60.

3. Логачев, О. А. Булевы функции в теории кодирования и криптологии / О. А. Логачев, А. А. Сальников, В. В. Ященко. — Москва: МЦНМО, 2004. — 470 с.

4. Мазуренко, А. Способ восстановления булевой функции нескольких переменных по ее производной / А. Мазуренко, Н. С. Могилевская // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2017. — № 1 (88). — С.122–131.

5. Деундяк, В. М. Модель троичного канала передачи данных с использованием декодера мягких решений кодов Рида-Маллера второго порядка / В. М. Деундяк, Н. С. Могилевская // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. — 2015. — № 1 (182). — С. 3–10.

6. Деундяк, В. М. Об условиях корректности декодера мягких решений троичных кодов Рида-Маллера второго порядка / В. М. Деундяк, Н. С. Могилевская // Владикавказский математический журнал. — 2016, — Т.18. Вып. 4. — C. 23–33.

7. Могилевская, Н. С. Пороговое разделение файлов на основе битовых масок: идея и возможное применение / Н. С. Могилевская, Р. В. Кульбикаян, Л. А. Журавлев / Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2011. — T.11. № 10. — С. 1749–1755.

8. Тормасов, А. Г. Обеспечение отказоустойчивости в распределенных средах / А. Г. Тормасов, М. А. Хасин, Ю. И. Пахомов // Программирование. — 2001. — Т.27, № 5. — С. 26.

9. Мищенко, В. А. Ущербные тексты и многоканальная криптография / В. А. Мищенко, Ю. В. Виланский. — Минск: Энциклопедикс, 2007. — 292 с.

10. Деундяк, В. М. Модель организации защищенного документооборота на базе распределенной передачи данных с аутентификацией / В. М. Деундяк, С. Б. Попова // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2015. — Т. 15, № 4. — С. 101–106.

11. Могилевская, Н. С. О применении порогового разделения данных для организации разделенной передачи на примере метода битовых масок [электронный ресурс] / Н. С. Могилевская // Инженерный вестник Дона. — 2017. — № 2. — Режим доступа: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_48_Mogilevskaya.pdf_492254b6f1.pdf (дата обращения :12.08.2017).

12. Сидельников, В. М. Декодирование кодов Рида-Маллера при большом числе ошибок / В. М. Сидельников, А. С. Першаков // Проблемы передачи информации. — 1992. — Т.28, №3. — С. 80–94.

13. Карякин, Ю. Д. Быстрое корреляционное декодирование кодов Рида—Маллера / Ю. Д. Карякин //Проблемы передачи информации. — 1987. — Том 23, № 2. — С. 40–49.

14. Paterson K. G., Jones A. E. Efficient decoding algorithms for generalized Reed-Muller codes // IEEE Transactions on Communications. 2000, Vol. 48. Issue 8. Pp. 1272 – 1285.

15. Pellikaan R., Wu X.-W. List decoding of q-ary Reed-Muller Codes // IEEE Trans. On Information Theory. 2004. Vol. 50. Issue 3. P. 679-682.

16. Santhi N. On Algebraic Decoding of q-ary Reed-Muller and Product Reed-Solomon Codes. - ISIT 2007 Conference, June 24 -29, Nice, France, 2007.

17. Деундяк, В. М. Методы помехоустойчивой защиты данных / В. М. Деундяк, А. Э. Маевский, Н. С. Могилевская. — Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2014. — 309 с.

18. Ashikhmin A. E., Litsyn S. N. Fast Decoding of Non-Binary First Order Reed-Muller Codes // Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing. 1996. Vol. 7. Issue 4. pp. 299–308.