Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Защищенная радиосистема Gretacoder 210.
CVX-396 защищенная голосовая система, Crypto AG

Защищенный голос (альтернативно защищенная речь или шифрование ) - это термин в криптографии для шифрования голосовой связи по ряду типов связи, таких как радио, телефон или IP .

История [ править ]

Внедрение шифрования голоса восходит к Второй мировой войне, когда безопасность связи была приоритетом для вооруженных сил США. В это время к голосовому сигналу просто добавлялся шум, чтобы враги не могли подслушивать разговоры. Шум добавлялся путем воспроизведения записи шума синхронно с голосовым сигналом, и когда голосовой сигнал достигал приемника, шумовой сигнал вычитался, оставляя исходный голосовой сигнал. Для того, чтобы вычесть шум, приемник должен иметь точно такой же шумовой сигнал, а записи шума производились только парами; один для передатчика и один для приемника. Наличие только двух копий записей сделало невозможным дешифрование сигнала неправильным приемником. Для внедрения системы армия наняла Bell Laboratories.и они разработали систему под названием SIGSALY . В SIGSALY десять каналов использовались для выборки частотного спектра голоса от 250 Гц до 3 кГц, а два канала были выделены для выборки высоты голоса и фонового шипения. Во времена SIGSALY транзистор еще не был разработан, и цифровая выборка производилась с помощью схем с использованием вакуумной лампы Thyratron модели 2051 . Каждый терминал SIGSALY использовал 40 стоек оборудования весом 55 тонн и занимал большое помещение. Это оборудование включало радиопередатчики и приемники, а также большие проигрыватели пластинок. Голос был настроен на две 16-дюймовые виниловые пластинки для фонографа, содержащие частотную манипуляцию.(FSK) звуковой тон. Записи воспроизводились на больших точных проигрывателях синхронно с передачей голоса.

С момента появления шифрования голоса до сегодняшнего дня методы шифрования претерпели значительные изменения. Цифровые технологии эффективно заменили старые аналоговые методы шифрования голоса, а за счет использования сложных алгоритмов шифрование голоса стало гораздо более безопасным и эффективным. Одним из относительно современных методов шифрования голоса является подполосное кодирование . При поддиапазоне кодирования речевой сигнал разделяется на несколько частотных диапазонов с использованием нескольких полосовых фильтров, которые покрывают определенные интересующие частотные диапазоны. Выходные сигналы полосовых фильтров затем преобразуются в нижние частоты, чтобы уменьшить полосу пропускания, что снижает частоту дискретизации. Затем сигналы нижних частот квантуются и кодируются с использованием специальных методов, таких как импульсно-кодовая модуляция.(PCM). После этапа кодирования сигналы мультиплексируются и отправляются по сети связи. Когда сигнал достигает приемника, обратные операции применяются к сигналу, чтобы вернуть его в исходное состояние. [1] Система скремблирования речи была разработана в Bell Laboratories в 1970-х годах Субхашем Каком и Никилом Джаянтом . [2] В этой системе матрицы перестановки использовались для скремблирования кодированных представлений (таких как импульсно-кодовая модуляция и варианты) речевых данных. Motorola разработала систему шифрования голоса под названием Digital Voice Protection(DVP) как часть их первого поколения методов шифрования голоса. DVP использует самосинхронизирующийся метод шифрования, известный как обратная связь по шифрованию (CFB). Чрезвычайно большое количество возможных ключей, связанных с ранним алгоритмом DVP, делает алгоритм очень надежным и обеспечивает высокий уровень безопасности. Как и в других системах шифрования с симметричным ключом, ключ шифрования требуется для дешифрования сигнала с помощью специального алгоритма дешифрования.

Цифровой [ править ]

Цифровой защищенный голос обычно включает в себя два компонента: дигитайзер для преобразования речи в цифровые сигналы и систему шифрования для обеспечения конфиденциальности. На практике сложно отправить зашифрованный сигнал по тем же каналам связи в полосе речевых сигналов, которые используются для передачи незашифрованного голоса, например по аналоговым телефонным линиям или мобильным радиостанциям , из-за расширения полосы пропускания.

Это привело к использованию голосовых кодеров ( вокодеров ) для достижения сжатия речевых сигналов с узкой полосой пропускания. АНБ «ы ГТ-III , KY-57 и СКИП являются примерами систем , которые работают над существующими речевыми схемами. Система STE , напротив, требует линий ISDN с широкой полосой пропускания для нормального режима работы. Для шифрования GSM и VoIP , которые в любом случае являются цифровыми, можно использовать стандартный протокол ZRTP в качестве технологии сквозного шифрования .

Надежность защищенного голоса значительно выигрывает от сжатия голосовых данных до очень низких скоростей передачи с помощью специального компонента, называемого кодированием речи , сжатием голоса или кодером голоса (также известным как вокодер ). К старым стандартам безопасного сжатия речи относятся ( CVSD , CELP , LPC-10e и MELP , где последним стандартом является современный алгоритм MELPe.

Цифровые методы с использованием сжатия голоса: MELP или MELPe [ править ]

MELPe или расширенная функции MELP (смешанное возбуждение Linear Prediction) является Департаментом обороны Соединенных Штатов речи стандарта , используемым в основном в военных целях и спутниковой связи, безопасном голосе и защищенных устройствах радио кодирования. Его разработку возглавляли и поддерживали АНБ и НАТО. Стандарт защищенной голосовой связи MELPe правительства США также известен как MIL-STD-3005, а стандарт защищенной голосовой связи MELPe НАТО также известен как STANAG- 4591.

Первоначальный MELP был изобретен Аланом МакКри примерно в 1995 году. [3] Этот первоначальный речевой кодер был стандартизирован в 1997 году и был известен как MIL-STD-3005. [4] Он превзошел других кандидатов-вокодеров в конкурсе Министерства обороны США, в том числе: (а) частотно-селективный гармонический кодер (FSHC), (б) усовершенствованное многополосное возбуждение (AMBE), (в) усовершенствованное многополосное возбуждение (EMBE), ( d) Кодер с синусоидальным преобразованием (STC) и (e) Кодер LPC поддиапазона (SBC). Из-за своей меньшей сложности [ необходима ссылка ], чем кодер с интерполяцией формы волны (WI), вокодер MELP выиграл конкурс Министерства обороны США и был выбран для стандарта MIL-STD- 3005.

В период с 1998 по 2001 год новый вокодер на основе MELP был создан с половинной скоростью (т.е. 1200 бит / с), а в MIL-STD-3005 были внесены существенные усовершенствования SignalCom (позже приобретенный Microsoft ), AT&T Corporation и Compandent.который включал (а) дополнительный новый вокодер на половину скорости (т.е. 1200 бит / с), (б) существенно улучшенное кодирование (анализ), (в) существенно улучшенное декодирование (синтез), (г) предварительную обработку шума для удаления фонового шума , (e) перекодирование между потоками битов с 2400 бит / с и 1200 бит / с, и (f) новый постфильтр. Эта довольно значительная разработка была направлена ​​на создание нового кодировщика с половинной скоростью и совместимость со старым стандартом MELP. Этот расширенный MELP (также известный как MELPe) был принят как новый MIL-STD-3005 в 2001 году в виде приложений и дополнений к исходному MIL-STD-3005, обеспечивая то же качество, что и старые MELP со скоростью 2400 бит / с. в два раза меньше. Одно из самых больших преимуществ нового MELPe со скоростью 2400 бит / с заключается в том, что он использует тот же битовый формат, что и MELP, и, следовательно, может взаимодействовать с устаревшими системами MELP,но обеспечит лучшее качество с обеих сторон. MELPe обеспечивает гораздо лучшее качество, чем все старые военные стандарты, особенно в шумных средах, таких как поле боя, автомобили и самолеты.

В 2002 году, после обширных соревнований и испытаний, US DoD MELPe со скоростью 2400 и 1200 бит / с был принят также в качестве стандарта НАТО , известного как STANAG- 4591. [5] В рамках тестирования НАТО нового стандарта НАТО, MELPe был испытан против других кандидатов , таких как Франция «s HSX (Harmonic Стохастический ВОЗБУЖДЕНИЕ) и Турции » s SB-LPC (кодирование Split-Band Linear Predictive), а также старые стандарты безопасной передачи голоса, такие как FS1015 LPC-10e (2,4 кбит / с), FS1016 CELP (4,8 кбит / с) и CVSD(16 кбит / с). Впоследствии MELPe выиграл также конкурс НАТО, превзойдя по качеству всех других кандидатов, а также по качеству всех старых стандартов защищенной голосовой связи (CVSD, CELP и LPC-10e ). Соревнование НАТО пришло к выводу, что MELPe существенно улучшил производительность (с точки зрения качества речи, разборчивости и помехоустойчивости) при одновременном снижении требований к пропускной способности. Тестирование НАТО также включало тесты на совместимость, использовало более 200 часов речевых данных и проводилось в 3 испытательных лабораториях по всему миру. Compandent Inc, в рамках проектов на базе MELPe, выполняемых для АНБ и НАТО , предоставила АНБ и НАТО специальную платформу для испытаний, известную как MELCODER.устройство, которое предоставило золотой справочник для реализации MELPe в реальном времени. Недорогое оконечное оборудование данных (DTE) FLEXI-232 от Compandent , основанное на золотой справке MELCODER , очень популярно и широко используется для оценки и тестирования MELPe в режиме реального времени, в различных каналах и сетях, а также в полевых условиях. .

Соревнование НАТО пришло к выводу, что MELPe существенно улучшил производительность (с точки зрения качества речи, разборчивости и помехоустойчивости) при одновременном снижении требований к пропускной способности. Тестирование НАТО также включало тесты на совместимость, использовало более 200 часов речевых данных и проводилось в 3 испытательных лабораториях по всему миру.

В 2005 году компания Thales Group ( Франция ) добавила новый вариант MELPe со скоростью 600 бит / с (без обширных конкурсов и испытаний, как это было сделано для MELPe 2400/1200 бит / с) [6] в стандарт НАТО STANAG-4591, и есть более продвинутые попытки снизить битрейт до 300 бит / с и даже до 150 бит / с. [7]

В 2010 году Lincoln Labs., Compandent , BBN и General Dynamics также разработали для DARPA устройство MELP со скоростью 300 бит / с. [8] Его качество было лучше, чем у MELPe 600 бит / с, но задержка была больше.

Другое [ править ]

В романе Александра Солженицына Первый круг записанный телефонный звонок персонажа Володина прослеживается до него, поскольку он не зашифрован должным образом. Для его расшифровки используется спектральный анализ.

См. Также [ править ]

  • Скремблер
  • MELPe
  • MELP
  • Криптография
  • Криптофон
  • Псевдослучайный шум
  • СИГСАЛИ
  • SCIP
  • Безопасный телефон
  • Безопасное оконечное оборудование
  • ВИНСОН
  • VoIP VPN
  • Системы шифрования АНБ
  • ZRTP
  • Fishbowl (защищенный телефон)

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Owens, FJ (1993). Сигнальная обработка речи . Собачьи мельницы: MacMillan Press. ISBN 0-333-51922-1.
  2. ^ Как, С. и Джаянт, Н.С., Шифрование речи с использованием скремблирования формы волны. Технический журнал Bell System, вып. 56, стр. 781–808, май – июнь 1977 г.
  3. ^ Модель вокодера LPC со смешанным возбуждением для кодирования речи с низкой скоростью передачи данных, Алан В. МакКри, Томас П. Барнвелл, 1995 в IEEE Trans. Обработка речи и звука (Исходный MELP)
  4. ^ Аналого-цифровое преобразование голоса с помощью линейного предсказания смешанного возбуждения (MELP) со смешанным возбуждением 2400 бит / с, Министерство обороны США (MIL_STD-3005, оригинальный MELP)
  5. ^ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГОЛОСОВЫЙ КОДЕР НАТО 1200 И 2400 БИТ / С, STANAG-4591, NATO
  6. ^ ИЗМЕНЕНИЕ MELPe ДЛЯ УЗКОПОЛОСНОГО ГОЛОСОВОГО КОДЕРА НАТО 600 БИТ / С, STANAG-4591, НАТО
  7. ^ Nichols, Рэндалл К. & Lekkas, Панос C. (2002). «Речевая криптология». Безопасность беспроводной сети: модели, угрозы и решения . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-138038-8.
  8. ^ Алан МакКри, «Масштабируемая структура фонетического вокодера, использующая совместное прогнозирующее векторное квантование параметров MELP», в Proc. IEEE Int. Конф. Acoust., Speech, Signal Processing, 2006, стр. I 705–708, Тулуза, Франция