Безопасный голос - Secure voice

Защищенная радиосистема Gretacoder 210.
CVX-396 защищенная голосовая система, Crypto AG

Безопасный голос (альтернативно безопасная речь или же ciphony) - это член в криптография для шифрования голосовая связь по ряду типов связи, таких как радио, телефон или же IP.

История

Реализация голосового шифрования восходит к Вторая Мировая Война когда безопасность связи была превыше всего 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 заказала Bell Laboratories и они разработали систему под названием СИГСАЛИ. С SIGSALY десять каналов использовались для выборки частота голоса спектр от 250 Гц до 3 кГц, и два канала были выделены для основного тона голоса и фонового шипения. Во времена SIGSALY транзистор не был разработан, и цифровая выборка производилась схемами с использованием модели 2051. Тиратрон вакуумная труба. 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 Частотная манипуляция (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 lowpass 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 г. Bell Laboratories в 1970-х годах Субхаш Как и Никил Джаянт.[2] В этой системе матрицы перестановок использовались для скремблирования кодированных представлений (таких как Импульсно-кодовая модуляция и варианты) речевых данных. Motorola разработала систему шифрования голоса под названием Цифровая защита голоса (DVP) как часть их первого поколения методов шифрования голоса. DVP использует самосинхронизирующийся метод шифрования, известный как зашифрованная обратная связь (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

Цифровая защищенная голосовая связь обычно включает два компонента: цифровой преобразователь для преобразования речи в цифровые сигналы и шифрование система обеспечения конфиденциальности. На практике сложно отправить зашифрованный сигнал по одному и тому же голосовой диапазон схемы связи используется для передачи незашифрованного голоса, например аналог телефонные линии или же мобильные радиостанции, за счет расширения полосы пропускания.

Это привело к использованию голосовых кодеров (вокодеры ) для достижения плотного сжатия речевых сигналов. АНБ с СТЮ-III, KY-57 и SCIP являются примерами систем, которые работают над существующий голос схемы. В STE система, напротив, требует широкой полосы пропускания ISDN линии для его нормального режима работы. Для шифрования GSM и VoIP, которые в любом случае являются цифровыми, стандартный протокол ZRTP может использоваться как сквозное шифрование технологии.

Надежность защищенного голоса значительно выигрывает от сжатия голосовых данных до очень низких скоростей передачи с помощью специального компонента, называемого кодирование речи, сжатие голоса или кодировщик голоса (также известный как вокодер ). Старые стандарты безопасного сжатия голоса включают (CVSD, CELP, LPC-10e и MELP, где последним стандартом является современный алгоритм MELPe.

Цифровые методы с использованием сжатия голоса: MELP или MELPe

В MELPe или улучшенный-MELP (Линейное предсказание смешанного возбуждения) Министерство обороны США Стандарт кодирования речи, используемый в основном в военных приложениях и спутниковой связи, защищенной речи и защищенных радиоустройствах. Его разработку возглавляли и поддерживали АНБ, и НАТО. Стандарт защищенной голосовой связи MELPe правительства США также известен как MIL-STD-3005, а стандарт НАТО MELPe стандарт безопасного голоса также известен как СТАНАГ -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 кодер гармоник (FSHC), (б) Продвинутое многополосное возбуждение (AMBE), (c) Улучшенное многополосное возбуждение (EMBE), (d) Кодер преобразования синусоиды (STC) и (e) Кодер поддиапазона LPC (SBC). Из-за меньшей сложности[нужна цитата ] чем кодер интерполяции формы волны (WI), вокодер MELP выиграл конкурс DoD и был выбран для MIL-STD -3005.

В период с 1998 по 2001 год был создан новый вокодер на основе MELP с половинной скоростью (т.е. 1200 бит / с), и в MIL-STD-3005 были внесены существенные улучшения. SignalCom (позже приобретен Microsoft ), Корпорация AT&T, 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 унаследованными системами MELP, но будет обеспечивать лучшее качество на обоих концах. 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, MELPe Министерства обороны США со скоростью 2400 и 1200 бит / с был также принят в качестве НАТО стандарт, известный как СТАНАГ -4591.[5] В рамках тестирования НАТО на соответствие новому стандарту НАТО MELPe был протестирован против других кандидатов, таких как Франция HSX (гармоническое стохастическое возбуждение) и индюк SB-LPC (Split-Band Linear Predictive Coding), 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 также выиграл конкурс НАТО, превзойдя по качеству всех других кандидатов, а также по качеству всех старых стандартов защищенной голосовой связи (CVSD, CELP и LPC-10e ). В НАТО Конкурс пришел к выводу, что MELPe существенно улучшил производительность (с точки зрения качества речи, разборчивости и помехозащищенности) 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, выполненных для АНБ и НАТО, предоставила АНБ и НАТО специальную испытательную платформу, известную как МЕЛКОДЕР устройство, которое предоставило золотой справочник для реализации MELPe в реальном времени. Недорогое терминальное оборудование (DTE) FLEXI-232 производства компании Compandent, которые основаны на МЕЛКОДЕР золотой справочник, очень популярны и широко используются для оценки и тестирования MELPe в реальном времени, в различных каналах и сетях, а также в полевых условиях.

В НАТО конкурс пришел к выводу, что MELPe существенно улучшенная производительность (с точки зрения качества речи, разборчивости и помехоустойчивости) при 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 г. был выпущен новый вариант MELPe со скоростью 600 бит / с. Thales Group (Франция ) был добавлен (без обширной конкуренции и тестирования, как это было выполнено для MELPe 2400/1200 бит / с) [6] стандарту НАТО STANAG-4591, и есть более продвинутые попытки снизить битрейт до 300 бит / с и даже 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 со скоростью 600 бит / с, но задержка была больше.

Другой

В Александр Солженицын роман Первый круг записанный телефонный звонок персонажа Володина связан с ним, поскольку он не зашифрован должным образом. Для его расшифровки используется спектральный анализ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Оуэнс, Ф. Дж. (1993). Обработка сигналов речи. Собачьи мельницы: MacMillan Press. ISBN  0-333-51922-1.
  2. ^ Как, С., 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, Алан В. МакКри, Томас П. Барнвелл, 1995 в IEEE Trans. Обработка речи и звука (оригинальный MELP)
  4. ^ Аналого-цифровое преобразование голоса с помощью линейного предсказания смешанного возбуждения (MELP) со смешанным возбуждением со скоростью 2400 бит в секунду, Министерство обороны США (MIL_STD-3005, оригинальный MELP)
  5. ^ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГОЛОСОВОЙ КОДЕР НАТО 1200 И 2400 БИТ / С, STANAG-4591, NATO
  6. ^ MELPE VARIATION ДЛЯ УЗКОПОЛОСНОГО ГОЛОСОВОГО КОДЕРА НАТО 600 БИТ / С, STANAG-4591, NATO
  7. ^ Николс, Рэндалл К. и Леккас, Панос К. (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