Bezpieczny głos - Secure voice

Bezpieczny system radiowy Gretacoder 210.
Bezpieczny system głosowy CVX-396, Crypto AG

Bezpieczny głos (alternatywnie bezpieczna mowa lub szyfrowanie ) to termin w kryptografii do szyfrowania komunikacji głosowej w wielu rodzajach komunikacji, takich jak radio, telefon lub IP .

Historia

Wdrożenie szyfrowania głosu datuje się na II wojnę światową, kiedy bezpieczna komunikacja była najważniejsza dla sił zbrojnych USA. W tym czasie do sygnału głosowego dodano po prostu hałas, aby przeciwnicy nie podsłuchiwali rozmów. Szum został dodany poprzez odtworzenie nagrania szumu zsynchronizowanego z sygnałem głosowym, a gdy sygnał głosowy dotarł do odbiornika, sygnał szumu został odjęty, pozostawiając oryginalny sygnał głosowy. Aby odjąć szum, odbiornik musi mieć dokładnie taki sam sygnał szumu, a zapisy szumu zostały wykonane tylko parami; jeden dla nadajnika i jeden dla odbiornika. Posiadanie tylko dwóch kopii zapisów uniemożliwiało niewłaściwemu odbiorcy odszyfrowanie sygnału. Aby wdrożyć system, armia zakontraktowała Bell Laboratories i opracowała system o nazwie SIGSALY . W SIGSALY wykorzystano dziesięć kanałów do próbkowania widma częstotliwości głosu od 250 Hz do 3 kHz, a dwa kanały zostały przydzielone do próbkowania wysokości głosu i szumu tła. W czasach SIGSALY nie opracowano tranzystora, a cyfrowe próbkowanie odbywało się za pomocą układów wykorzystujących lampę próżniową model 2051 Thyratron . Każdy terminal SIGSALY wykorzystywał 40 stojaków sprzętu o wadze 55 ton i wypełniał duże pomieszczenie. W skład tego wyposażenia wchodziły nadajniki i odbiorniki radiowe oraz duże gramofony. Głos został dostrojony do dwóch 16-calowych płyt winylowych, które zawierały dźwięk z kluczem z przesunięciem częstotliwości (FSK). Płyty odtwarzane były na dużych, precyzyjnych gramofonach zsynchronizowanych z transmisją głosu.

Od wprowadzenia szyfrowania głosu do dnia dzisiejszego techniki szyfrowania drastycznie ewoluowały. Technologia cyfrowa skutecznie zastąpiła stare analogowe metody szyfrowania głosu, a dzięki zastosowaniu złożonych algorytmów szyfrowanie głosu stało się znacznie bezpieczniejsze i wydajniejsze. Jedną ze stosunkowo nowoczesnych metod szyfrowania głosu jest kodowanie podpasmowe . Dzięki kodowaniu podpasmowemu sygnał głosowy jest dzielony na wiele pasm częstotliwości, przy użyciu wielu filtrów pasmowoprzepustowych, które pokrywają określone zakresy częstotliwości będące przedmiotem zainteresowania. Sygnały wyjściowe z filtrów pasmowych są następnie przetwarzane dolnoprzepustowo w celu zmniejszenia szerokości pasma, co zmniejsza częstotliwość próbkowania. Sygnały dolnoprzepustowe są następnie kwantowane i kodowane przy użyciu specjalnych technik, takich jak modulacja kodu impulsowego (PCM). Po etapie kodowania sygnały są multipleksowane i wysyłane przez sieć komunikacyjną. Kiedy sygnał dociera do odbiornika, na sygnale stosowane są operacje odwrotne, aby przywrócić go do pierwotnego stanu. System kodowania mowy został opracowany w Bell Laboratories w latach 70. przez Subhasha Kaka i Nikila Jayanta . W tym systemie macierze permutacji zostały użyte do zaszyfrowania zakodowanych reprezentacji (takich jak modulacja i warianty kodu impulsowego ) danych mowy. Motorola opracowała system szyfrowania głosu o nazwie Digital Voice Protection (DVP) jako część swojej pierwszej generacji technik szyfrowania głosu. DVP używa samosynchronizujące technikę szyfrowania znany jako szyfrowania informacji zwrotnej (CFB). Niezwykle duża liczba możliwych kluczy związanych z wczesnym algorytmem DVP sprawia, że ​​algorytm jest bardzo solidny i zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa. Podobnie jak w przypadku innych systemów szyfrowania z kluczem symetrycznym, klucz szyfrowania jest wymagany do odszyfrowania sygnału za pomocą specjalnego algorytmu deszyfrowania.

Cyfrowy

Bezpieczny cyfrowy głos zazwyczaj składa się z dwóch elementów: digitizera do konwersji między mową a sygnałami cyfrowymi oraz systemu szyfrowania zapewniającego poufność. W praktyce trudno jest przesłać zaszyfrowany sygnał przez te same obwody komunikacyjne pasma głosowego, które są używane do przesyłania nieszyfrowanego głosu, np. analogowe linie telefoniczne lub radiotelefony komórkowe , ze względu na rozszerzenie pasma.

Doprowadziło to do użycia koderów głosowych ( vocoderów ) w celu uzyskania wąskiej kompresji sygnałów mowy. NSA „s STU-III , KY-57 i SCIP są przykłady systemów, które działają na istniejących głosowych obwodów. W przeciwieństwie do tego system STE wymaga szerokopasmowych łączy ISDN do normalnego trybu działania. Do szyfrowania GSM i VoIP , które są natywnie cyfrowe, można użyć standardowego protokołu ZRTP jako technologii szyfrowania end-to-end .

Solidność bezpiecznego głosu znacznie zyskuje dzięki kompresji danych głosowych do bardzo niskich przepływności za pomocą specjalnego komponentu zwanego kodowaniem mowy , kompresją głosu lub koderem głosu (znanym również jako vocoder ). Stare standardy bezpiecznej kompresji głosu obejmują ( CVSD , CELP , LPC-10e i MELP , gdzie najnowszym standardem jest najnowocześniejszy algorytm MELPe.

Metody cyfrowe wykorzystujące kompresję głosu: MELP lub MELPe

MELPe lub enhanced- MELP (Mieszane Wzbudzenie Linear Prediction) jest Departament Obrony Stanów Zjednoczonych mowy standardy wykorzystywane głównie w zastosowaniach wojskowych i łączności satelitarnej, bezpiecznym głosu i bezpiecznych urządzeń radiowych kodowania. Jej rozwój był prowadzony i wspierany przez NSA i NATO. Bezpieczny standard głosowy MELPe rządu USA jest również znany jako MIL-STD-3005, a natowski standard bezpiecznego głosu MELPe jest również znany jako STANAG -4591.

Pierwszy MELP został wynaleziony przez Alana McCree około 1995 roku. Ten początkowy koder mowy został ustandaryzowany w 1997 roku i był znany jako MIL-STD-3005. Prześcignął inne kandydujące wokodery w konkursie amerykańskiego Departamentu Obrony, w tym: (a) Frequency Selective Harmonic Coder (FSHC), (b) Advanced Multi-Band Excitation (AMBE), (c) Enhanced Multiband Excitation (EMBE), (d) Sinusoid Koder transformacji (STC) i (e) koder podpasmowy LPC (SBC). Ze względu na mniejszą złożoność niż koder Waveform Interpolative (WI), wokoder MELP wygrał konkurs DoD i został wybrany do MIL-STD- 3005.

W latach 1998-2001 nowy wokoder oparty na MELP został stworzony z o połowę mniejszą szybkością (tj. 1200 bitów/s), a do MIL-STD-3005 zostały dodane znaczne ulepszenia przez SignalCom (później przejęte przez Microsoft ), AT&T Corporation i Compandent które obejmowały (a) dodatkowy nowy wokoder o połowę szybszy (tj. 1200 bitów/s), (b) znacznie ulepszone kodowanie (analiza), (c) znacznie ulepszone dekodowanie (synteza), (d) Wstępne przetwarzanie szumu w celu usunięcia szumu tła , (e) transkodowanie między strumieniami bitów 2400 bitów/si 1200 bitów/s oraz (f) nowy filtr końcowy. Ten dość znaczący rozwój miał na celu stworzenie nowego kodera o połowę wolniej i umożliwienie jego współpracy ze starym standardem MELP. Ten ulepszony MELP (znany również jako MELPe) został przyjęty jako nowy MIL-STD-3005 w 2001 r. w formie załączników i uzupełnień do oryginalnego MIL-STD-3005, umożliwiając taką samą jakość jak stary MELP 2400 bitów/s za połowę stawki. Jedną z największych zalet nowego MELPe 2400 bitów/s jest to, że współużytkuje on ten sam format bitowy co MELP, a zatem może współpracować ze starszymi systemami MELP, ale zapewnia lepszą jakość na obu końcach. MELPe zapewnia znacznie lepszą jakość niż wszystkie starsze standardy wojskowe, zwłaszcza w hałaśliwym otoczeniu, takim jak pole bitwy, pojazdy i samoloty.

W 2002 roku, po szeroko zakrojonych konkursach i testach, 2400 i 1200 bit/s US DoD MELPe został również przyjęty jako standard NATO , znany jako STANAG -4591. W ramach testów NATO dla nowego standardu NATO, MELPe został przetestowany z innymi kandydatami, takimi jak francuski HSX (Harmonic Stochastic eXcitation) i turecki SB-LPC (Split-Band Linear Predictive Coding), a także stary bezpieczny głos standardy takie jak FS1015 LPC-10e (2,4 kbit/s), FS1016 CELP (4,8 kbit/s) i CVSD (16 kbit/s). Następnie MELPe wygrał również konkurs NATO, przewyższając jakością wszystkich innych kandydatów, a także jakością wszystkich starych bezpiecznych standardów głosowych (CVSD, CELP i LPC-10e ). W konkursie NATO stwierdzono, że MELPe znacznie poprawił wydajność (w zakresie jakości mowy, zrozumiałości i odporności na hałas), jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące przepustowości. Testy NATO obejmowały również testy interoperacyjności, wykorzystując ponad 200 godzin danych głosowych i zostały przeprowadzone przez 3 laboratoria testowe na całym świecie. Compandent Inc, w ramach projektów opartych na MELPe realizowanych dla NSA i NATO , dostarczył NSA i NATO specjalną platformę testową znaną jako urządzenie MELCODER , która stanowiła złoty punkt odniesienia dla implementacji MELPe w czasie rzeczywistym. Niedrogie terminale danych FLEXI-232 (DTE) firmy Compandent , oparte na złotej referencji MELCODER , są bardzo popularne i szeroko stosowane do oceny i testowania MELPe w czasie rzeczywistym, w różnych kanałach i sieciach oraz w warunkach terenowych .

W konkursie NATO stwierdzono, że MELPe znacznie poprawił wydajność (w zakresie jakości mowy, zrozumiałości i odporności na hałas), jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące przepustowości. Testy NATO obejmowały również testy interoperacyjności, wykorzystując ponad 200 godzin danych głosowych i zostały przeprowadzone przez 3 laboratoria testowe na całym świecie.

W 2005 roku do standardu NATO STANAG-4591 dodano nową odmianę MELPe o szybkości 600 bitów/s firmy Thales Group ( Francja ) (bez szerokiej konkurencji i testów przeprowadzonych dla MELPe 2400/1200 bit/s). zaawansowane próby obniżenia szybkości transmisji do 300 bit/s, a nawet 150 bit/s.

W 2010 r. Lincoln Labs., Compandent , BBN i General Dynamics również opracowali dla DARPA urządzenie MELP 300 bit/s. Jego jakość była lepsza niż w przypadku MELPe 600 bit/s, ale opóźnienie było dłuższe.

Inny

W powieści Aleksandra SołżenicynaPierwszy krąg ” nagrana rozmowa telefoniczna Wołodyna jest z nim związana, ponieważ nie jest odpowiednio zaszyfrowana. Jego odszyfrowanie wykorzystuje analizę spektralną.

Zobacz też

Bibliografia