Bezpieczny głos

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 szeregu typów komunikacji, takich jak radio, telefon lub IP .

Historia

Implementacja szyfrowania głosu sięga czasów II wojny światowej , kiedy bezpieczna komunikacja była najważniejsza dla sił zbrojnych USA. W tym czasie do sygnału głosowego dodawano po prostu szum, aby uniemożliwić wrogom podsłuchiwanie rozmów. Szum został dodany przez odtworzenie nagrania szumu zsynchronizowanego z sygnałem głosowym, a gdy sygnał głosowy dotarł do odbiornika, został odjęty, pozostawiając oryginalny sygnał głosowy. Aby odjąć szum, odbiornik musi mieć dokładnie ten sam sygnał szumu, a zapisy szumu były wykonywane tylko parami; jeden dla nadajnika i jeden dla odbiornika. Posiadanie tylko dwóch kopii nagrań uniemożliwiało niewłaściwemu odbiornikowi odszyfrowanie sygnału. Aby wdrożyć system, armia zakontraktowała Bell Laboratories i opracowali system o nazwie SIGSALY . W SIGSALY wykorzystano dziesięć kanałów do próbkowania częstotliwości głosu od 250 Hz do 3 kHz, a dwa kanały przydzielono do próbkowania tonu głosu i syczenia w tle. W czasach SIGSALY tranzystor nie został opracowany, a próbkowanie cyfrowe odbywało się za pomocą obwodów wykorzystujących model 2051 Thyratron rura próżniowa. Każdy terminal SIGSALY wykorzystywał 40 stojaków ze sprzętem o wadze 55 ton i wypełniał duże pomieszczenie. Sprzęt ten obejmował nadajniki i odbiorniki radiowe oraz duże gramofony gramofonowe. Głos został przypisany do dwóch 410-milimetrowych (16-calowych) winylowych płyt gramofonowych, które zawierały dźwięk z kluczowaniem częstotliwości (FSK). Płyty były odtwarzane na dużych precyzyjnych gramofonach zsynchronizowanych z transmisją głosu.

Od wprowadzenia szyfrowania głosu do dnia dzisiejszego techniki szyfrowania ewoluowały drastycznie. 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 . W przypadku kodowania podzakresowego sygnał głosowy jest dzielony na wiele pasm częstotliwości przy użyciu wielu filtrów pasmowoprzepustowych, które pokrywają określone zakresy częstotliwości. Sygnały wyjściowe z filtrów pasmowoprzepustowych są następnie przetwarzane dolnoprzepustowo w celu zmniejszenia szerokości pasma, co zmniejsza częstotliwość próbkowania. Sygnały dolnoprzepustowe są następnie kwantyzowane i kodowane przy użyciu specjalnych technik, takich jak modulacja impulsowo-kodowa (PKM). Po etapie kodowania sygnały są multipleksowane i wysyłane w sieci komunikacyjnej. Kiedy sygnał dociera do odbiornika, na sygnale wykonywane są operacje odwrotne, aby przywrócić go do pierwotnego stanu. System szyfrowania mowy został opracowany w Bell Laboratories w latach 70. XX wieku przez Subhasha Kaka i Nikila Jayanta . W tym systemie macierze permutacji były używane do szyfrowania zakodowanych reprezentacji (takich jak modulacja impulsowo-kodowa i warianty) danych mowy. Motorola opracowała system szyfrowania głosu o nazwie Digital Voice Protection (DVP) jako część pierwszej generacji technik szyfrowania głosu. DVP wykorzystuje samosynchronizującą się technikę szyfrowania znaną jako sprzężenie zwrotne szyfrowania (CFB). Niezwykle duża liczba możliwych kluczy związana z wczesnym algorytmem DVP sprawia, że algorytm ten 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

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

Doprowadziło to do zastosowania koderów głosowych ( wokoderów ) w celu uzyskania wąskiej kompresji pasma sygnałów mowy. NSA STU -III , KY-57 i SCIP to przykłady systemów, które działają na istniejących obwodach głosowych. Z kolei system STE wymaga szerokopasmowych łączy ISDN do normalnego trybu działania. Do szyfrowania GSM i VoIP , które są natywnie cyfrowe, można zastosować standardowy protokół ZRTP szyfrowania typu 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 wokoder ). Stare bezpieczne standardy kompresji głosu obejmują ( CVSD , CELP , LPC-10e i MELP) , gdzie najnowszym standardem jest najnowocześniejszy algorytm MELPe.

Cyfrowe metody wykorzystujące kompresję głosu: MELP lub MELPe

MELPe lub ulepszony MELP (Mixed Excitation Linear Prediction) to standard kodowania mowy Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych, używany głównie w zastosowaniach wojskowych i komunikacji satelitarnej, bezpiecznym głosie i bezpiecznych urządzeniach radiowych. Jego rozwój był prowadzony i wspierany przez NSA i NATO. Standard bezpiecznego przesyłania głosu MELPe rządu USA jest również znany jako MIL-STD-3005, a natowski standard bezpiecznego przesyłania głosu MELPe jest również znany jako STANAG -4591.

Pierwotny MELP został wynaleziony przez Alana McCree około 1995 roku. Ten początkowy koder mowy został znormalizowany w 1997 roku i był znany jako MIL-STD-3005. Przewyższył innych kandydujących wokoderów w konkursie US DoD, w tym: (a) selektywny koder harmoniczny częstotliwości (FSHC), (b) zaawansowane wzbudzenie wielopasmowe (AMBE), (c) ulepszone wzbudzenie wielopasmowe (EMBE), (d) sinusoida Transform Coder (STC) i (e) Subband LPC Coder (SBC). Ze względu na mniejszą złożoność ^{[ potrzebne źródło ]} 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 połową szybkości (tj. 1200 bitów / s), a do MIL-STD-3005 zostały dodane znaczne ulepszenia przez firmę SignalCom (później przejętą przez Microsoft), AT & T Corporation oraz Compandent, który zawierał (a) dodatkowy nowy wokoder o połowę mniejszej szybkości (tj. 1200 bitów/s), (b) znacznie ulepszone kodowanie (analiza), (c) znacznie ulepszone dekodowanie (synteza), (d) Wstępne przetwarzanie szumu dla usuwanie szumu tła, (e) transkodowanie między strumieniami bitów 2400 bit/s i 1200 bit/s oraz (f) nowy filtr końcowy. Ten dość znaczący rozwój miał na celu stworzenie nowego kodera o połowę tańszego i zapewnienie jego współdziałania ze starym standardem MELP. Ten ulepszony MELP (znany również jako MELPe) został przyjęty jako nowy MIL-STD-3005 w 2001 roku w formie aneksów i uzupełnień do oryginalnego MIL-STD-3005, zapewniając taką samą jakość jak stary MELP 2400 bitów / s za połowę stawki. Jedną z największych zalet nowego MELPe 2400 bit/s jest to, że ma 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, szczególnie w hałaśliwym otoczeniu, takim jak pole bitwy, pojazdy i samoloty.

W 2002 roku, po szeroko zakrojonej konkurencji i testach, amerykański DoD MELPe 2400 i 1200 bit/s został przyjęty również jako standard NATO , znany jako STANAG -4591. W ramach testów NATO pod kątem 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 kb/s). Następnie MELPe wygrał także konkurs NATO, przewyższając jakością wszystkich innych kandydatów, a także jakością wszystkie stare bezpieczne standardy głosowe (CVSD, CELP i LPC-10e ). W NATO stwierdzono, że MELPe znacznie poprawił wydajność (pod względem jakości mowy, zrozumiałości i odporności na zakłócenia), jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące przepustowości. Testy NATO obejmowały również testy interoperacyjności, w których wykorzystano ponad 200 godzin danych mowy i zostały przeprowadzone przez 3 laboratoria testowe na całym świecie. Compandent Inc, w ramach projektów opartych na MELPe realizowanych dla NSA i NATO dostarczyły NSA i NATO specjalną platformę testową znaną jako urządzenie MELCODER, która stanowiła złoty punkt odniesienia dla implementacji MELPe w czasie rzeczywistym. Niedrogi terminal danych FLEXI-232 (DTE) firmy Compandent, oparty na złotej referencji MELCODER, jest bardzo popularny i szeroko stosowany 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 (pod względem jakości mowy, zrozumiałości i odporności na zakłócenia), jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące przepustowości. Testy NATO obejmowały również testy interoperacyjności, w których wykorzystano ponad 200 godzin danych mowy i zostały przeprowadzone przez 3 laboratoria testowe na całym świecie.

roku do standardu NATO STANAG-4591 dodano nową odmianę MELPe o przepustowości 600 bitów/s, stworzoną przez Thales Group ( Francja ), (bez dużej konkurencji i testów przeprowadzonych dla MELPe 2400/1200 bitów/s). zaawansowane wysiłki w celu obniżenia przepływności do 300 bitów/s, a nawet 150 bitów/s.

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

Inny

W powieści Aleksandra Sołżenicyna Pierwszy krąg nagrana rozmowa telefoniczna Wołodina jest śledzona do niego, ponieważ nie jest odpowiednio zaszyfrowana. Jego rozszyfrowanie wykorzystuje analizę spektralną.

Zobacz też