Layered defense in communication systems: joint use of VPN protocols and linear block codes

Abstract

With the rapid increase in the volume of transmitted information and the proliferation of distributed network infrastructures, the requirements for the security and reliability of communication channels are steadily intensifying. Traditional protection methods, such as virtual private networks (VPNs), are primarily aimed at ensuring confidentiality and authenticity through cryptographic algorithms, while typically lacking resilience to transmissionlevel errors arising from noise, interference, or hardware failures. In contrast, error correction codes – such as Hamming codes – are well-established tools for detecting and correcting random errors in physical channels, but they do not address intentional threats like interception, modification, or traffic analysis. This paper presents a hybrid cascading model for secure and reliable data transmission that integrates cryptographic encapsulation via VPN technologies with structural redundancy provided by error correction coding. A specific focus is placed on the use of Hamming codes extended by an additional parity bit applied at the post-encryption stage, enabling the protection of VPN packet integrity even under noisy channel conditions. Із стрімким зростанням обсягів переданої інформації та розширенням розподілених мережевих інфраструктур дедалі зростають вимоги добезпеки та надійності каналів зв’язку. Традиційні методи захисту, такі як віртуальні приватні мережі (VPN), орієнтовані переважно назабезпечення конфіденційності та автентичності шляхом застосування криптографічних алгоритмів, однак зазвичай не враховують похибки,що виникають на фізичному рівні передачі внаслідок шумів, завад або збоїв апаратного забезпечення. У свою чергу, коди корекції помилок –зокрема коди Хеммінга – є усталеними засобами виявлення та виправлення випадкових помилок у каналі зв’язку, але не забезпечуютьзахист від навмисних загроз, таких як перехоплення, модифікація або аналіз трафіку. У даній роботі запропоновано гібридну каскадну модельбезпечної та надійної передачі даних, що поєднує криптографічне інкапсулювання за допомогою VPN-технологій із структурною надмірністю,забезпеченою кодами корекції помилок. Особливу увагу приділено застосуванню кодів Хеммінга з додатковим бітом парності, щовпроваджуються на етапі після шифрування, що дає змогу зберегти цілісність VPN-пакетів навіть за умов зашумленого каналу передачі.