Конахович Г.Ф., Климчук В.П., Паук С.М., Потапов В.Г. Защита информации в телекоммуникационных системах

Подождите немного. Документ загружается.

270

большее распространение получили алгоритмы, которые используют принципы

QAM и, в то же время, свободны от его недостатков. Например, алгоритм CAP

(Carrier less Amplitude modulation/ Phase modulation) то есть алгоритм

амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей.

Алгоритм САР представляет собой одну из разновидностей алгоритма QAM,

а его особенностью является специальная обработка модулированного

информационного сигнала перед его передачей в линию. В процессе этой об-

работки из спектра модулированного сигнала изымается составляющая, которая

соответствует частоте несущего колебания QAM. После того как приемник

принимает информационный переданный сигнал, он сначала восстанавливает

частоту несущего колебания, а после этого восстанавливает информационный

сигнал. Такие манипуляции со спектром выполняются для того, чтобы

уменьшить долю неинформативной составляющей в спектре передаваемого

информационного сигнала. Это, в свою очередь, делается для того, чтобы

обеспечить большее расстояние распространения сигнала в пространстве и

уменьшить уровень перекрестных помех у сигналов, которые передаются

одновременно в одном кабеле.

Таким образом, основные принципы формирования линейного кода ал-

горитма САР отвечают принципам формирования линейного кода QAM. От-

личие указанных алгоритмов заключается в том, что включены дополнительные

процедуры, используемые для формирования и восстановления спектра САР-

модулированного сигнала.

Одна из возможных функциональных схем формирования сигнала, моду-

лированного с помощью алгоритма САР, показана на рис. 6.19.

В данном случае для подавления гармоники несущего колебания исполь-

зуются синфазный и квадратурный фильтры. Для адекватного восстановления

сформированного таким образом сигнала на принимающей стороне должна быть

выполнена соответствующая процедура по восстановлению несущего колебания.

После восстановления несущего колебания приемник, функционирующий в

соответствии с алгоритмом САР, восстанавливает собственно переданный

сигнал с использованием тех же алгоритмов, что и приемник QAM-

модулированного колебания. По этой причине теоретически приемник САР

может взаимодействовать с передатчиком QAM.

271

На сегодняшний день встречаются такие типы алгоритма САР, как САР-4,

САР-8, САР-16, САР-32, САР-64, САР-128 и САР-256. В зависимости от типа

алгоритма, относительное ОСШ изменяется от 14,5 до 33,8 дБ.

К преимуществам этих алгоритмов следует отнести высокую энергетическую

эффективность формируемого сигнала. Именно этот алгоритм теоретически

способен обеспечить максимальное значение ОСШ и, как следствие, — передачу

сигнала на наибольшее расстояние.

Основной недостаток этого метода заключается в отсутствия стандарта,

определяющего процедуры, в соответствии с которыми выполняется преоб-

разование сигнала.

6.6. Критерии оценки систем закрытия речи

Существуют четыре основных критерия, по которым оцениваются харак-

теристики устройств закрытия речевых сигналов, а именно [14]:

■ разборчивость речи;

■ узнаваемость;

■ степень закрытия;

■ основные технические характеристики системы.

Приемлемым или коммерческим качеством восстановленной на прини-

мающем конце речи считается такое качество, когда слушатель может без труда

узнать голос говорящего и определить содержание произносимого сообщения.

Кроме этого, под хорошим качеством переданного речевого сигнала имеется в

виду возможность воспроизведения эмоциональных оттенков и других

специфических эффектов разговора, присущих беседам тет-а-тет.

Параметры узкополосных закрытых систем передачи речи, влияющие на

качество восстановленного речевого сигнала, определяются способами коди-

рования, методами модуляции, влиянием шума, инструментальными ошибками и

условиями распространения. Шумы и искажения влияют на характеристики

каждого компонента системы по-разному, а снижение качества, которое

ощущается пользователем, происходит от суммарного эффекта снижения

характеристик отдельных компонентов. Существующие объективные методы

оценки качества речи и систем не применимы для сравнения характеристик

узкополосных дискретных систем связи, в которых речевой сигнал превращается

в систему параметров на передающей стороне, передается по каналу связи, а

затем синтезируется в речевой сигнал в приемнике.

Существующие субъективные методы измерений разборчивости и есте-

ственности отличаются значительной трудоемкостью, поскольку в этом деле

многое зависит от используемого словаря, избранного канала связи, диалекта,

возраста и эмоционального состояния испытанных дикторов. Поэтому

проведение измерений для получения статистически надежных и повторяемых

оценок параметров системы при изменяемых условиях требует больших затрат.

При использовании радиоканалов эти трудности еще более возрастают из-за

неопределенности условий распространения, а добиться повторяемости

результатов невозможно без применения моделей радиоканалов.

272

Для дуплексных систем дополнительное влияние на качество оказывает

временная задержка сигнала, внесенная речевым скремблером или шифратором.

Поскольку основным показателем секретности переданных речевых со-

общений является их неразборчивость при перехвате потенциальными

подслушивающими лицами, сравнение по степеням защиты — это определяю-

щий момент при выборе пользователем конкретной системы закрытия речи.

Как правило, аналоговые скремблеры используются там, где применение

цифровых систем закрытия речи затруднено из-за наличия возможных ошибок

передачи (наземные линии связи с плохими характеристиками или каналы

далекой радиосвязи). Они обеспечивают тактический уровень защиты и хорошо

предохраняют переговоры от посторонних "случайных ушей", имеющих

ограниченные ресурсы, будь то, соседи или сослуживцы. Для таких применений

подходят системы со статическим закрытием, то есть, осуществляющие

шифрование по фиксированному ключу.

Если же необходимо сохранить конфиденциальность информации от

возможных конкурентов, которые владеют достаточным техническим и спе-

циальным оснащениям, то необходимо применять аналоговые скремблеры

среднего уровня закрытия с динамически непостоянным в процессе разговора

ключом. Естественно, что эти системы будут дороже, чем системы закрытия с

фиксированным ключом, однако они настолько усложнят работу неприятелей по

разработке дешифрирующего алгоритма, что время, потраченное на это,

значительно обесценит информацию, добытую из перехваченного сообщения.

Поскольку в таких устройствах закрытия, как правило, перед началом

сообщения передается синхропоследовательность, содержащая часть допол-

нительной информации о ключе именно этого переданного сообщения, у не-

приятеля имеется только один шанс попробовать его раскрыть: перебрать ог-

ромное множество ключевых подстановок. Если ключи меняются каждый день,

то даже при известном алгоритме преобразования речи неприятелю придется

перебрать много тысяч вариантов в поисках подлинной ключевой подстановки.

В случае, если есть предположение, что с целью добывания крайне инте-

ресующей его информации неприятель может воспользоваться услугами вы-

сококвалифицированных специалистов и их техническим арсеналом, то для того,

чтобы быть уверенным в отсутствия утечки информации, необходимо применять

системы закрытия речи, обеспечивающие стратегическую (высочайшую) степень

защиты. Это могут обеспечить лишь устройства дискретизации речи с

последующим шифрованием и новый тип аналоговых скремблеров. Последние

используют методы преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую

форму, затем применяют методы криптографического закрытия, аналогичные

тем, которые используются для закрытия данных, после чего результирующее

закрытое сообщение преобразуется обратно в аналоговый сигнал и подается в

линию связи. Для раскрытия полученного сигнала на принимающей стороне

вырабатываются обратные преобразования.

Эти новейшие гибридные устройства легко адаптируются к существующим

коммуникационным сетям и предлагают значительно более высокий уровень

защиты речевых сообщений, чем традиционные аналоговые скремблеры, с

273

сохранением всех преимуществ последних в разборчивости и узнаваемости

восстановленной речи.

Следует отметить, что в системах засекречивания речи, основанных на шифре

перестановки N языковых элементов, общее число ключей-перестановок

равняется N! Однако это число не отражает реальной криптографической

устойчивости системы из-за избыточности информации, содержащейся в

речевом сигнале, а также из-за разборчивости несовершенным образом пе-

реставленной и инвертированной речи. Поэтому криптоаналитику неприятеля

зачастую необходимо испытать лишь К << N! случайных перестановок для

раскрытия речевого кода. Этот момент следует учитывать при выборе надежной

системы аналогового скремблирования.

6.6.1. Тенденции развития систем закрытия речи

Целью современных исследований методов закрытия и обработки речевых

сигналов является улучшение параметров для заданных каналов передачи с

использованием достижений микроэлектронной технологии.

В ближайшие десять лет нельзя ожидать каких-нибудь значительных из-

менений в области аналогового скремблирования. Можно ожидать, что ана-

логовые скремблеры и дальше будут использоваться на некачественных линиях

связи, пока не будут созданы надежные модемы с коррекцией ошибок,

возникающих в процессе цифровой передачи по таким каналам.

Некоторые публикации [14] свидетельствуют о том, что развитие цифровых

процессоров обработки сигналов (ЦПОС) позволит намного эффективнее

использовать существующие алгоритмы при общем снижении габаритов и

энергопотребления аппаратуры закрытия речевых сигналов. Благодаря развитию

ЦПОС уже удалось намного усложнить полосные скремблеры [14], в меру

совершенствования которых легче будет реализовывать сложные методы

скремблирования (например, комбинированные частотно-временные).

Применение ЦПОС разрешит повысить качество речи за счет более точных

методов фильтрации и обработки.

В скором времени следует ожидать появления на рынке достаточного ко-

личества аналоговых скремблеров нового типа, которые обеспечивают уровень

защиты речевых сигналов, сравнимое с цифровыми устройствами закрытия речи,

при высоком качестве и узнаваемости восстановленного речевого сигнала,

присущих аналоговым скремблерам.

В качестве одного из перспективных направлений аналогового

скремблирования в [14] рассматривается гармоническая компрессия во

временной области (Time Domain Harmonic Compression — TDHC), которая

может использоваться для сужения полос частот всех видов скремблеров.

Рост спроса на простейшие скремблеры в тех областях, где они раньше не

применялись, привел к появлению устройств закрытия речи, реализованных в

одном кристалле. Так в [14] сообщается о начале производства спе-

циализированной микросхемы, которая позволяет реализовать алгоритм

274

закрытия речи на основе временных перестановок и предназначена для исполь-

зования в радиосвязи такси и автобусов.

Среди систем дискретизации речи с последующим шифрованием наряду с

последующим развитием систем закрытия речевых сигналов на основе DES-

алгоритмов можно ожидать широкое распространение криптографических

систем с открытыми ключами, которые, например, разрешат создать новую

защищенную систему телефонной связи с числом абонентов до 3 млн.

Основные усилия в области совершенствования дискретной техники ко-

дирования направлены на объединение высоких качеств звучания синтезиро-

ванной речи в среднескоростных вокодерах с достоинством низкоскоростных

преобразователей — малой полосой частот. Одним из возможных способов

является многоимпульсное возбуждение вокодера, способное заменить

параметры основного тона и признака "тон/шум" набором импульсов с разными

амплитудами, как было показано в разделе 6.3.

Развитием идеи векторного кодирования является построение вокодеров с

кодовым возбуждением и самовозбуждающихся вокодеров. Основной принцип

их работы подобен многоимпульсному возбуждению. Переданные параметры

заменяются единым адресом, который выбирает наиболее пригодную форму

возбудимого сигнала из числа сигналов, записанных в банке кодов.

Главные трудности реализации многоимпульсного и векторного методов

заключаются в большом количестве расчетов, выполняемых анализатором с

целью оптимального выбора формы сигнала возбуждения. По этой причине

определенные усилия направлены на упрощение этого анализа.

Дальнейшее снижение требуемой скорости передачи возможно путем

параметризации речи, которая огибает спектр в зависимости от частот формант и

амплитуд. Трудность точной и надежной идентификации формант обуславливает

низкое качество формантного вокодера. Однако при правильном управлении его

синтезатор восстанавливает речь с высоким качеством. Использование

коэффициентов линейного предсказания для определения частот формант

разрешит соединить свойства формантного вокодера и вокодера с линейным

предсказанием, но при более низкой скорости передачи. Можно ожидать

доведения скорости передачи до величины 600 бит/с.

В большинстве технических приложений используется речь с ограниченным

словарем, и переход к кодированию лишь некоторых звуков и слов может

намного снизить требования к скорости передачи. Например, для словаря в 500

слов требуемая скорость не превышает 30 бит/с. Повышенная чувствительность

к ошибкам канала связи может быть преодолена использованием

помехоустойчивого кодирования. Потенциальный недостаток таких систем

заключается в том, что синтезированная на принимающей стороне речь не будет

содержать индивидуальных характеристик голоса говорящего. Однако эту

трудность можно преодолеть, используя признак аутентичности, переданный

заранее.

275

Приложение

Прибор "PRAGMA"

Общее описание

"PRAGMA" представляет собой шифратор нового поколения, который

позволяет создавать конфиденциальные сети связи с защитой всего канала, от

одного шифратора к другому, предотвращает прослушивания речевых пе-

реговоров, перехват факсимильных документов и переданных данных при

межкомпьютерном обмене.

Максимальное количество абонентов сети неограниченно. Качество вос-

становленного (синтезированного) сигнала практически не отличается, а во

многих случаях выше обычного открытого.

"PRAGMA" выполнен в виде приставки к телефонному (факсимильному)

аппарату и подключается между телефонной линией и телефоном. Для передачи

данных устройство соединяется с компьютером по последовательному

коммуникационному порту (СОМ).

Основные свойства прибора:

■ автономное питание;

■ высокая устойчивость;

■ усиленная ключевая система — 1024 бит;

■ возможность оперативного изменения мастер-ключа пользователем;

■ автономное питание;

■ возможность построения конфиденциальной связи в необходимом месте;

■ оптимизированный для работы на "далеких" каналах связи

(международных, спутниковых).

Перечислим характеристики "PRAGMA" подробнее:

276

■ симметричное шифрование по ГОСТ 28147-89;

■ алгоритм речеобразования — CELP 4800 бод;

■ защита факсимильных документов путем шифрования переданного

изображения;

■ в защищенный факсимильный документ прибавляется "шапка", внешний

вид которой может задавать сам пользователь;

■ защита факсимильных документов происходит автоматически, не требуя

вмешательство пользователя;

■ защита межкомпьютерного обмена данными;

■ система открытого распределения ключей Диффи-Хеллмана

(1024 бит) создает уникальный ключ для каждого сеанса связи и исключает

необходимость ввода сеансовых ключей пользователем;

■ введена система проверки действительности, которая исключает воз-

можность вмешательства "третьей" стороны (атаки вида "человек по-

середине"), даже при наличии подобного устройства — это решается с

помощью применения алгоритмов "защищенные переговоры о согла-

совании ключа";

■ предусмотрена возможность изменения ключевых и других параметров

работы устройства самым пользователем;

■ для удобства пользователей, при необходимости оперативного изме-

нения ключевых параметров предусмотрены инжектор ключей, который

разрешает менять ключевые параметры устройства; при этом

осуществляется проверка на целостность ключевых параметров, что

предотвращает несанкционированное навязывание параметров ключе

вой системы;

■ исключена возможность влияния производителя устройства на систему

защиты, которая организуется пользователем;

■ автономное питание "PRAGMA" позволяет пользователю создавать сети

закрытой связи там, где ему это необходимо; нет зависимости от

источника питания;

■ важно, что "PRAGMA" обеспечивает связь высокого качества не только

на "близких" междугородных каналах, но и на "далеких": международных,

спутниковых; кроме того, прибор оптимизирован для местных линий связи

с большим затуханием и плохим соотношением "сигнал/шум";

■ по сравнению с шифраторами предыдущего поколения, усилена клю-

чевая система — 1024 бит. Предусмотрен инжектор ключей, который

позволяет оперативно менять ключевые параметры без подключения

к компьютеру.

Защита речевой информации осуществляется с использованием вокодерного

преобразования по алгоритму CELP со скоростью передачи 4800 бит/с и

шифрования по алгоритму ГОСТ 28147-89 с высокой стойкостью к раскрытию.

При защите факсимильных документов шифруются сами изображения,

переданные на скоростях 2400-9600 бит/с по протоколам v.27ter, v.29 ITU-T. При

этом сигналы в телефонной линии не отличаются от обычной факсимильной

передачи.

277

При защите межкомпьютерного обмена устройство работает под управлением

любого коммуникационного пакета на ПЭВМ как Хейс-совместный модем и

обеспечивает шифрование/дешифрование данных по алгоритму ГОСТ 28147-89.

Для построения системы защищенной связи необходимы как минимум два

устройства "PRAGMA". Приставки включаются в разрыв между телефонным

(факсимильным) аппаратом и телефонной линией у каждого абонента и

обеспечивают защиту от прослушивания в открытом канале связи на участке от

одного устройства к другому.

При включении питания выполняется самотестирование устройства и переход

в режим ожидания. О правильной работе в режиме ожидания свидетельствует

поочередное включение/выключение индикаторов режимов работы. В таком

состоянии (а также при выключенном питании) приставка "прозрачная" для всех

операций с телефонным (факсимильным) аппаратом и не мешает обычной

работе пользователя.

Защита переговоров

Перевод устройства в режим защиты переговоров должен вырабатываться

после установки связи между абонентами и может осуществляться несколькими

способами:

■ нажатием кнопки;

■ набором определенной комбинации цифр (символов) с клавиатуры те-

лефонного аппарата в режиме тонального набора;

■ устройство может включаться автоматически при выявлении служебных

посылок со стороны второго абонента.

На период синхронизации работы устройств и обмена ключевой информацией

мигает индикатор защищенной связи "Secure". При установке защищенной связи

индикатор "Secure" включен постоянно.

Переход в режим открытой связи (ожидания) осуществляется нажатием

соответствующей кнопки или автоматически при переключении в открытый

режим противоположного абонента. Если ложится трубка телефонного аппарата,

приставка отключается и возвращается в режим ожидания.

Защита факсимильных документов

Защита факсимильных документов осуществляется без вмешательства

пользователя. Устройство включается при выявлении начала факсимильной

процедуры, шифрует переданный документ (дешифрует принятый) при наличии

такой же приставки (с таким же ключом) с противоположной стороны и

возвращается в режим ожидания.

Защищенный документ обозначается специальной строкой в начале каждой

страницы. Предусмотрена возможность блокирования приема и/или передачи

факсимильного документа в незащищенном режиме.

278

Защита данных

Приставка "PRAGMA" разрешает защитить от несанкционированного

использования документы, базы данных, переданные в виде файлов с одного

компьютера на другой с помощью модема.

Устройство при этом включается вместо обычного модема и работает под

управлением стандартного коммуникационного пакета на ПЭВМ в режиме

выделенной линии.

279

Список литературы

1. Стеклов В.К., Беркман Л.Н. Телекоммуникационные сети.-Киев.,-2000,-

396с.

2. Современные телекоммуникации./ Под ред. Довгого С.А.-М.:

Экотрендз,2003-320с.

3. Паук СМ. Сети авиационной электросвязи.-М.,:Транспорт,1986-272с.

4. Андрусяк A.I., Дем'янчук B.C., Юр'єв Ю.Н. Мережа авіаційного

електрозв'язку. — К.: НАУ, 2001. - 448 с.

5. Беккер П. ISDN. Цифровая сеть и интеграция служб. Пер. с англ. - М.:

Радио и связь, 1992. - 208 с.

6. Бакланов И.Г. ISDN и Frame Relay. Технология и практика измерений. -

М.: Экто-Трендз, 1999. - 264 с.

7. Соколов А.В., Шаньгин В.Ф. Защита информации в распределительных

корпоративных сетях и системах. - М.: ДМК Пресс, 2002. - 636 с.

8. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф., Защита информации в

компьютерных системах и сетях / Под ред. В.Ф. Шаньгина. - 2-е изд., перераб. и

доп. — М.: Радио и связь, 2001. - 376 с.

9. Оглтри Т. Firewalls. Практическое применение межсетевых экранов. Пер.

с англ. — М.: ДМК Пресс, 2001. - 400 с.

10.Герасименко В. А., Малюк А. А. Основы защиты информации. — М.:

МГИФИ, 1997.-538 с.

11.Конахович Г.Ф. Системи радіозв'язку.- К.: НАУ,2004,-312с.

12.Каторин Ю.Ф., Куренков Е.В., Остапенко А.Н. Большая энциклопедия

промышленного шпионажа. - СПб: ООО "Издательство Полигон", 2000.-

896 с.

13.Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах

обработки данных. В 2-х книгах. - М.: Энергоатомиздат, 1994.

14.Петраков А. В., Лагутин В. С. Защита абонентского телетрафика. — М.:

Радио и связь, 2002. - 504 с.

15.Андрианов В. И., Бородин В. А., Соколов А. В. "Шпионские штучки" и

устройства для защиты объектов и информации. Справочное пособие. —

СПб: Лань, 1996-272 с.

16.Конеев Н. Р., Беляев А. В. Информационная безопасность предприятия. —

СПБ: БХВ - Петербург, 2003 - 725 с.

17.Максименко Г. А., Хорошко В. А. Методы выявления, обработки и иден-

тификации сигналов радиозакладных устройств. — К.: ООО "Полиграф

консалтинг", 2004. - 317 с.

18.Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи. -

М.: Радио и связь, 2000. - 456 с.

19.Хорошко В. А., Чекатков А. А. Методы и средства защиты информации —

К.: Юниор, 2003. - 504 с.