А.В. Петраков - Основы практической защиты информации (1022811), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Каналы связи, которые обеспечивают скорость передачиданных только 2400 Бод, называются узкополосными, в то время, какдругие, обеспечивающие скорость передачи свыше 2400 Бод, относят кширокополосным. По этому же принципу можно разделять и устройствадискретизации речи с последующим шифрованием.Несмотря на всю свою сложность, аппаратура данного типа представлена на коммерческом рынке рядом моделей, большинство из которых передает данные по каналу связи со скоростями модуляции от2,4 до 19,2 кбит/с, обеспечивая при этом несколько худшее качествовоспроизведения речи по сравнению с обычным телефоном. Основнымже преимуществом таких цифровых систем кодирования и шифрованияостается высокая степень закрытия речи, получаемая посредством использования широкого набора криптографических методов, применяемых для защиты передачи данных по каналам связи.Методы речевого скремблирования впервые появились во время второй мировой войны. Среди последних достижений в этой области следует отметить широкое использование интегральных микросхем, микропроцессоров и цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС).
Всеэто обеспечило высокую надежность устройств закрытия речи с уменьшением их размера и стоимости.Аналоговым скремблерам удалось достичь определенного уровняразвития, обеспечивающего среднюю и даже высокую степень защитыречевых сообщений. Поскольку скремблированные речевые сигналы ваналоговой форме лежат в той же полосе частот, что и исходные открытые, это означает, что их можно передавать по обычным коммерческим каналам связи, используемым для передачи речи, без затребования какого-либо специального оборудования, например модемов. Поэтому устройства речевого скремблирования не так дороги и значительноменее сложны, чем устройства дискретизации с последующим цифровым шифрованием.Аналоговые скремблеры по режиму работы можно разделить надва следующих класса:статические, схема кодирования которых остается неизменной в течение всей передачи речевого сообщения;2790,30 0,33,4 f, кГц■3,4 /, кГцАмплитудаРис. 7.6.
Принцип работыинвертора спектра речидинамические, постоянно генерирующие кодовые подстановки в ходе передачи (код может быть изменен в процессе передачи несколькораз в течение каждой секунды).Очевидно, что динамические скремблеры обеспечивают более высокую степень защиты, поскольку резко ограничивают возможность легкого прослушивания переговоров посторонними лицами.Преобразование речевого сигнала возможно по трем параметрам:амплитуде, частоте и времени. Считается, что использовать амплитудунецелесообразно, так как изменяющиеся во времени затухание канала иотношение сигнал/шум делают сложным точное восстановление амплитуды переданного сигнала.
Поэтому практическое применение получилотолько частотное и временное скремблирование и их комбинации.Существуют два основных вида частотных скремблеров: инверсныйи полосовой. Оба основаны на преобразованиях спектра исходного речевого сигнала для скрытия передаваемой информации и восстановления полученного речевого сообщения путем обратных преобразований.Инверсный скремблер осуществляет преобразование речевого спектра,равносильное повороту частотной полосы речевого сигнала вокруг некоторой средней точки (рис. 7.6).
Однако данный способ обеспечиваетневысокий уровень закрытия, так как при перехвате легко устанавливается значение частоты, соответствующее средней точке инверсии вполосе речевого сигнала.Речевой спектр можно также разделить на несколько частотных полос и произвести их перемешивание и инверсию по некоторому правилу(ключу системы). Так функционирует полосовой скремблер (рис. 7.7).Изменение ключа системы позволяет повысить степень закрытия,но требует введения синхронизации на приемной стороне системы. Основная часть-энергии речевого сигнала сосредоточена в небольшой области низкочастотного спектра, поэтому выбор вариантов перемешиванияограничен..·- .(Амплитуда0,3Зпа)3,4 /, кГц 01и4и0,3Рис.
7.7. Принцип работы четырехполосового скремблера речи;исходный речевой спектр; б — измененный с помощью скремблера280α—3ИсходнаяречьIГ-,ι1J Прямое[_БПФЧастотнаяОбратноеперестановкаПередающая частьБПФСкремблированная1речь11fКаналсвязиПрямоеБПФОбратнаячастотнаяперестановкаfОбратноеБПФ1|.Восстановленнаяречь111Приемнаячасть11Рис. 7.8. Основная форма реализации аналогового скремблера речина основе БПФСущественное повышение степени закрытия речи может быть достигнуто путем реализации в полосовом скремблере быстрого преобразования Фурье (БПФ). При этом число допустимых перемешиваний частотных полос значительно увеличивается, что обеспечивает высокуюстепень закрытия без ухудшения качества речи.
Можно дополнительно повысить степень закрытия задержкой различных частотных компонент сигнала на различное время. Пример реализации такой системыпоказан на рис. 7.8., Главным недостатком использования БПФ является возникновениев системе большой задержки сигнала (до 300 мс), обусловленной необходимостью использования весовых функций. Это приводит к затруднениям в работе дуплексных систем связи.Временные скремблеры основаны на двух основных способах закрытия: инверсии по времени сегментов речи и их временной перестановке.
По сравнению с частотными скремблерами задержка у временных скремблеров намного больше, но существуют различные методы ее уменьшения.В скремблерах с временной инверсией речевой сигнал делится напоследовательность временных сегментов и каждый из них передаетсяинверсно во времени (с конца). Такие скремблеры обеспечивают ограниченный уровень закрытия, зависящий от длительности сегментов.
Длядостижения неразборчивости медленной речи необходимо, чтобы длина сегмента составляла около 250 мс. Это означает, что задержка системы будет равна примерно. 500 мс, что может оказаться неприемлемым в некоторых случаях.Для повышения уровня закрытия прибегают, к способу перестановкивременных отрезков речевого сигнала в пределах фиксированного кадра(рис. 7.9).
Правило перестановок является ключом системы, изменениемкоторого можно существенно повысить степень закрытия речи. Остаточная разборчивость зависит от длительностей отрезков сигнала и кадраи с увеличением последнего уменьшается.2816 [24|13I4Рис. 7.9. Схема работы временного скремблера с перестановками в фиксированном кадреГлавным недостатком скремблера с фиксированным кадром является большое время задержки системы, равное удвоенной длительностикадра.
Этот недостаток устраняется в скремблере с перестановкой временных отрезков речеврго сигнала со скользящим окном. В нем числокомбинаций возможных перестановок ограничено таким образом, чтозадержка любого отрезка не превосходит установленного максимального значения. Каждый отрезок исходного речевого сигнала как бы имеетвременное окно, внутри которого он может занимать произвольное место при скремблировании.
Это окно скользит во времени по мере поступления в него каждого нового отрезка сигнала. Задержка при этомснижается до длительности окна.Используя комбинацию временного и частотного скремблирования,можно значительно повысить степень закрытия речи. Комбинированный скремблер намного сложнее обычного и требует компромиссногорешения по выбору уровня закрытия, остаточной разборчивости, времени задержки, сложности системы и степени искажений в восстановленном сигнале. В качестве примера такой системы рассмотрим скремблер, схема которого представлена на рис. 7.10, где операция частотно-Ίϊ!ιИсходная ! АЦПречь jIIIIЧастотновррменнаяперестановкаПАПСкрембли-рованная, речьПСПШифраторПередающаячастьКаналсвязиОбратнаячастотновременнаяперестановкаПСПДешифраторВосстановленнаяречьПриемнаячасть.-JРис. 7.10.
Структурная схема комбинированного скремблера:псевдослучайная последовательность282ПСП —Частота5310913 18 16 15 108 2 12 б11 12 13 14 157 1 14 116 17 18 19 2020 4 11 917ί = 0i0,3 кГцt=0Рис. 7.11. Принцип работы комбинированного скремблеравременных перестановок дискретизированных отрезков речевого сигналаосуществляется при помощи четырех процессоров цифровой обработкисигналов, один из которых может реализовывать функцию генератораслучайной последовательности (ключа системы закрытия).В таком скремблере спектр оцифрованного аналого-цифровым преобразователем АЦП речевого сигнала разбивается посредством использования алгоритмов цифровой обработки сигналов на частотно-временные элементы, которые затем перемешиваются на частотно-временнойплоскости в соответствии с одним из криптографических алгоритмов(рис.
7.11) и суммируются, не выходя за пределы частотного диапазона исходного сигнала.Число частотных полос спектра, в которых производятся перестановки с возможной инверсией спектра, равно четырем. Максимальнаязадержка частотно-временного элемента во времени равна пяти. Полученный таким образом закрытый сигнал при помощи ЦАП переводится ваналоговую форму и подается в канал связи. На приёмном конце производятся обратные операции по восстановлению полученного закрытогоречевого сообщения. Стойкость представленного алгоритма сравнимасо стойкостью систем цифрового закрытия речи.Скремблеры всех типов, за исключением простейшего (с частотнойинверсией), вносят искажения в восстановленный речевой сигнал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
