Введение к работе
Актуальность теми.и состояние вопроса.
Проблема создания удобной малогабаритной и эффективной an . ратуры оперативного закрытия речевой информации в радио и телефонных каналах ка.сегодняшний день остается актуальной.
В разработке новых устройств закрытия информации, в том числе и речевой, за рубежом преуспели фирмы Tnomson-CSF (Франция).
. Siemens ( Германия), Micro & Security Electronics ( Германия ) . Philips ( Нидерланды'.). Transcrypt Int. ( США ). в России разработчики и производители.соответствующей;аппаратуры представлены фирмами "МАСКСМ"' и НПО "Сигнал". (. Екатеринбург). АО "Инфотекс", НПО "Автоматика';'.( Омск' )..; НТЦ '"'Интерсвязь." (НПО "ЭЛАС ), АО
/'Сигнал-РОКС", АО. "Ритм", СП "Т0М0"..,А0 "КОМРЭК", фирмами "Анике"
и "Техкотоп"- ( Москва ). ..-
'.''..'' Выделяют три направления работ по защите информации:теоретические исследования; разработка средств защиты: обоснование способов использования средств зашиты в автома^зированных системах. ,'. В теоретическом плане основное внимание уделяется исследова-: нию уязвимости информации а.системах ^коммуникации к обработки информации, образованию- принципов, защиты информации в.системах и разработке методики оценки надежности, защиты.. К ..таким вопросам относятся,: выбор оптимальной "длины пароля, и оптимальной структу-/ ры ключа защиты;' оценка.стойкости шифрования и т.п.-''-,'
. Следует добавить,. . что. наибольший эффект достигается; тогда, когда все меры и метода зашиты создаются параллельно с созданием средств коммуникации и обработки информации в виде единого меха-" низма с постоянным планированием его работы и постоянным осущест-влением контроля за выполнением1их надлежащих функций.
Проводимые исследования в области обеспечения пользователей** устройствами защищенной оперативной радиотелефонной связи позволят уке в ближайиеэ время стимулировать разработчиков к создании качественной современней аппаратуры оперативного закрытия genn в радио- л телефонных каналах.
К основным направлениям исследований в этой области следует отнести:
разработку устойчивых к вскрыта» алгоритмоь защиты радиоканала:
выбор надежных систем синхронизации абонентских комплектов:
разработку и оптимизацию аппаратной части устройств -закрытия; - N
определение методов анализа защищенных радиосредств;
моделирование работы средств защиты применительно к уело- ' виям их использования:
выработка рекомендаций пользователям защищенной связи по частоте смене ключа, времени пребывания в эфире и т.д.:
s
- проведение анализа перспектив развития средств защищенной-радиосвязи. . .
Существует ряд требований, выполнение которых безусловно для разработки современных средств оперативной радиосвязи:
-
Достаточно высокая стойкость к вскрытию - такая чтобы. расчетное время проникновения в систему с помощью мощных машинных средств исчислялось по крайней, мере,, единицами суток ( это может быть кольцевое воспроизведение, записанной информации или ее Фрагмента с автоматическим подборок ключевой комбинации; для случаев с текстовой,или речевой информацией может,быть использован лексический .,и фразеологический способы оценивания и т. п.);
-
Отсутствие;корреляции по ключу ( использование рядом отстоящего ключа, должно приводить к смене нескольких параметров преобразования так, чтобы исключить возможность подбора ключа, например, по улучшению качества звучания для устройств закрытия речи-);
3.Недоступность ключа (визуальная, на слух, с защитой от > излучения и т.д. );
-
Приемлемые массо-габаритные характеристики и потребление аппаратуры ( т.к. оперативность связи подразумевает применение в том числе и портативных средств ); .
-
Заполнение условий вхождения' в существующие каналы и тракты,автоматизированных систем связи < ГОСТ 21 655-87 ); .;
-
Соблюдение технических условий эксплуатации на основные средства связи ( какправило - жесткие условия эксплуатации, .по-'-,' вишенная надежность, ограничения к конструкции ). соответствие '. ГОСТ 16 01S-86;
7., Выполнение норм по качеству доведения информации, а для речевой информации соблюдение норм по разборчивости не хуже при- . нятого стандарта ( ГОСТ 16 600-72 );
8. Применение средств закрытия с ранее разработанной аппара- ' -турой связи не должно требовать доработки последней; полная аппаратная и программная совместимость с сопрягаемыми средствами связи (совместная . эксплуатация не должна ухудшать их характеристик);
Существует ряд наиболее известных и часто применяемых способов закрытия речевых сигналов от прослушивания. Большое распространение получили полосные вокодеры, устройства основанные на адаптивной дельта-модуляции (ДМ), и импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) с двоичным представлением в канале. Делались попытки создания аппаратуры закрытия речевой информации с помощью методов временной шифрации и-простой инверсии спектра. Одни из способов, та-: кие как - применение фазочастотний манипуляции поднесущей-'. приводят к большим.аппаратным затратам и требуют доработки канало-, образующей аппаратуры; другие способы - связанные с цифровой передачей, требуют широкой.полосы пропускания канала даже после при-, менени^ алгоритмов сжагй; способы использующие' инверсию спектра речевого сигналя обладают невысокой степенью защищенности. :
Анализ подходов к задаче закрытия речи позволил разработать и исследовать способ временной шифрации речевых сигналов для создания малогабаритной аппаратуры оперативного закрытия -речевой информации с высокой степенью защищенности от декодирования в полосе канала тональной частоты (ТЧ).
Предметом подробного рассмотрения в рамках работы является разработка устройства защиты радиотелефонных Переговоров, а также обоснование необходимости и своевременности такой разработки, вы-
, бор методов и средств реализации изделия, определение критериев и оптимизация параметров изделия, разработка методов анализа защищенных радиотелефонных систем, исследование возможностей совершенствования, аппаратной части, и алгоритмов устройства, анализ перспектив развития комплексных систем закрытой радиосвязи.
:. в работе учтены или использованы результаты, опубликованные в последние годы в.трудах ведущих специалистов по речеобразова-.
"нию, .слуховому восприятию,- вокодерной. связи . - 'В.Г.Михайлова, М.А. Сапожкоеа, А.А.Пирогова, В.Н.Сорокина. О.Н.Прохорова, А.И.Ве-личкика, Э.Цвиккера, Р; Фельдкеллера, Б.Голда, Л. Р. Рабинера, Р.В. Шафера и др. Принципы и условия передачи аналоговых сообщений по. различным каналам .связи, виды модуляций были рассмотрены в работах А. И. Величкина, В.Э.Гуревича, Ю.Г.Лопушнянал Г.В.Рабиновича. Вопросы связанные с цифровой обработкой сигналов хорошо освещались в работах Г. Нуссбаумера, М.Й.Еодзишского,- Л. М. Гольденберга, . Р.Б.Мазепа,, Я.3:Цыпкина, Д.Кайзера, Э.Оппенгейма и многих других -ученых. Используемые в работе вероятностные, модели и методы осно-:,' ваны на трудах Б.Р.Левина, В.Шварца, С. Фальковича, Дя.Макклеллана. . Рассмотренные в работе проблемы имеют свое продолжение прл,: создании систем защищенной радиотелефонной связи, разработке методов их анализа. , ; ;. ;:-'...;.:.-',..; ,'
Работа выполнялась в рамках договорных тем с УВД Омской области,, содержащих техническое задание на ОКР " Разработка мини-, атюрного устройства защиты радиотелефонных переговоров от несанкционированного прослушивания для радиостанций ОВД ". .
Цель работы . -. разработка устройства защита радиотелефонных переговоров от несанкционированного.прослушивания, поиск средств.
і и методов анализа защищенного канала связи, включая алгоритм защиты, исследование защищенных радиотелефонных систем- с, поиощьп стохастического моделирования»- построение алгоритмической модели разрабатываемого устройства закрытия радио- и телефонных переговоров и разработка на еэ основе программного обеспечения, дозволяющего проводить . имитационные/, эксперименты для оценки вероятностно-временных характеристик С ВЕХ } качества доведения сообще-
; йий между абонентами d учетом реальных условий распространешш в различных каналах обмена. ..-^: >'', '.''; Основные задачи исследования: г ;...
1; Обосновать; применение способа временной шифраций для раз-
расоткп аппаратура оперативного закрытия речевой информации для /зкопелосных радио- и телефонных устройств.
-
Разработать и исследовать способ кодирования ьо временной области, позволяющий получить шифрованные речевые сигналь: с высокой степенью защищенности от декодирования их посторонним наблюдателем.
-
Разработать новые модификации способа временной шнфрацпи и оценить их реализуемость с применением известных аппаратно-программных средств и методов программирования.
-
Исследовать предложенный метод синхронизации устройств защиты речевой информации для выбранного способа нременкой шиФрацик.
-
Разработать устройство защиты радио- и телефонных переговоров по предложенному способу, оптимизировать параметры.аппаратной части, составить алгоритм функционирования и разработать по нему программное обеспечение изделия. . ' -
-
Провести стохастический анализ защищенных радиотелефонных систем с привлечением методов математического моделирования.
-
Предложить алгоритм моделирования устройств задаты радио-' телефонных.переговоров с помощью пакета моделирования дискретных систем для исследования ВЕ7! рассматриваемых устройств.
8.'Экспериментально исследовать помехоустойчивость разрабатываемого устройства, оценить влияние индустриальных помех на защищенный режим' связи, проверить качество зашиты речи, проверить электромагнитную совместимость аппаратуры, установить возможность автомати1'">екого вхождения в связь и поддержание синхронизации абонентов, проверить сохранение регламента ( процедуры N связи и т.п. Разработать программу и методику испытаний с целью проверки изделия на соответствие техническим условиям. . '" .
Методы исследований.
При разработке и исследовании моделей защищенных радиотелефонных систем использовались методи: теории массового обслуживания, моделирования дискретных систем с, привлечением данных статистического исследования.выбранного канала связи.
Экспериментальные исследования алгоритмов -синхронизации и анализ степени защиты систем закрытой радиотелефонной связи проводились, с использованием IBM PC на универсальных алгоритмических языках ASSEMBLER (Intel ). Turbo PACKAL v. 7.0. и языках моделирования ( пакет моделирования дискретных систем GPSS ). Научная новизна предложенной работы заключается в следующем:
-
Предложены основные критерии и способы оценивания средств оперативной защищенной радиосвязи.
-
Проведена систематизация методов защиты радиотелефонных каналов от несанкционированного доступа, исследованы различные методы защиты в макетном исполнении.
-
Разработан и исследован новый способ кодирование., речевых сигналов, делающий менее веро^жм несанкционированное поэслугаша-
ниє конфиденциальных переговоров:
бнпйны критерій оценки способа кодирования;
преложены модификации' выбранного способа;
проведень: ьыбор к оптимизация ключевого обращения.
4. Разработано устройстве защиты радиотелефонных переговоров
( УЗРП ) е полосе канала ТЧ:
выбраны критерии синхронизации, предложен алгоритм оикхро-низаиии. разработана методика оценивания устойчивости синхронизация;
проведена разработка и оптимизация микропроцессорного блока обработки информации, исследованы зависимости быстродействия и криптосто'Гп.ости от параметров микропроцессорного узла;
выполнена.оптимизация параметров интерфейсной части;
разработаны программа и методики лабораторных и трассовых испытаний УЗРЛ;
исследованы возможности.совершенствования аппаратной части и алгоритмов устройства.'
5. Разработаны методы анализа защищенных ' радиотелефонных
систем с помощью' стохастического моделирования:
выполнен стохастический анализ временных- параметров предложенной аппаратуры оперативной защищенной радиотелефонной связи;
разработано устройство для сбора статистики путем регистрации количества, продолжительности сеансов связи за время наблю- . дения. а также времени мекду сеансами;
разработана и апробирована на набранных статистических данных программа моделирования системы закрытой радиосвязи:
-сформулирован ряд практических рекомендаций пользователям-защищенных систем радио- и телефонной связи по частоте смене ключа, продолжительности сеансов и т.д.
6. Сделан анализ перспектив развития комплексных систем зак
рытой радиосвязи с учетом существующих тенденций информатизации
общества. ,'.' ..
Практическая ценность.
Разработано устройство защиты радиотелефонных переговоров с ' . высокой степенью защищенности от декодирования в полосе канала ТЧ в миниатюрном исполнении для радиостанций: ОВД. Возмогно оснащение им радиостанций и телефонных аппаратов других типоз. -- Проведены лабораторные и трассовые испытания устройства, подтверждающие эффективность реализуемого способа временной цифрации,.''.-высокую помехоустойчивость в городских условиях эксплуатации, соответствие нормам по разборчивости, качеству доведения речи, устойчивость алгоритма к вскрытию, отсутствие корреляции по ключу й другие высокие потребительские характеристики.
Разработано устройство для сбора статистики путем регистра-. ции количества,, продолжительности сеансов связи за время наблюдения, а также времени между сеансами; разработана и апробирована
на набранных статистических данных программа.моделирования системы закрытой радиосвязи; сформулирован ряд практических рекомендаций пользователям защищенных систем радио- и телефонной связи по частоте смены ключа, продолжительности сеансов и т.д.; сделан вывод о возможном распространении-предложенной методики, включая процедуру моделирования, на другие системы закрытой радио-.и телефонной связи, адаптируемые под различные средства и каналы, об-. мена.
Апробация результатов работы.
Основные положения и результаты .работы докладывались на
Международной научно-практической> конференции "Информационные технологии и радиосети", 4996г.( Омск ),
Международной . научно-технической конференции "Направления развития систем и средств радиосвязи", 1996г. ( Воронеж ),
." - третьей Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного машиностроения", 1996г. ( Новосибирск ). -Международной научно-технической конференции "ИнФотранс-96".' 1996г. (Санкт-Петербург), .
Опубликованы 16 печатных работ, в том числі: 6 докладов на научно-технических конференциях, 2. положительных решения на выдачу патента по заявкам на изобретения, *1 регистрация программного продукта. 7 статей в журналах ( из них 3 - в центральной печати ).' Структура и объем работы.
:''. Диссертация состоит из введения. .5 разделов,: заключения. приложение и списка литературы,- содержание которых изложено на 162 страк.щах; диссертация содержит 28 рисунков, 7 таблиц и 4 алгоритма; в приложения вынесены электрические принципиальные схемы, листинг программы.изделия..программами методики испытаний..
' листинги программ моделирования; .перечень литературы, включает 62 наименования. ::',' .'''.-.
'';:' На защиту выносятся:
-Новый способ, кодирования, позволяющий получить шифрованные . речевые сигналы с высокой степенью защищенности от декодирования их посторонним наблюдателем, делающий менее, вероятным несанкцисниро-' ванное прослушивание конфиденциальных переговоров.
Новые модификадии выбранного способа кодирования во временной области.
Новый способ синхронизации в-цифровой реализации для выбранного канала обмена;
Методика оценивания устойчивости синхронизации для. способов с необходимой временной привязкой. " , .; ,:''
Способы анализа защищенных радиотелефонных .систем, с - помощью стохастического моделирования.
Новые программа и методики лабораторных и ..трассовых испытаний, аппаратуру закрытия.радцо- и телефонных.переговоров. '
