Материал: MSZI_2003
Аналоговые
скремблеры
431
Рис
. 19.3.
Схема
широкополосной
системы
закрытия
речи
Рис
. 19.4.
Схема
узкополосной
системы
закрытия
речи
Тактический
,
или
низкий
,
уровень
используется
для
защиты
информации
от
прослу
-
шивания
посторонними
лицами
на
период
,
измеряемый
от
минут
до
дней
.
Существует
много
простых
методов
и
способов
обеспечения
такого
уровня
защиты
с
приемлемой
стойкостью
.
Стратегический
,
или
высокий
,
уровень
ЗИ
от
перехвата
используется
в
ситуациях
,
подразумевающих
,
что
высококвалифицированному
,
технически
хорошо
оснащенному
специалисту
потребуется
для
дешифрования
перехваченного
сообщения
период
времени
от
нескольких
месяцев
до
нескольких
лет
.
Часто
применяется
и
понятие
средней
степени
защиты
,
занимающее
промежуточное
положение
между
тактическим
и
стратегическим
уровнем
закрытия
.
По
результатам
проведенных
исследований
можно
составить
диаграммы
(
рис
19.5),
показывающие
взаимосвязь
между
различными
методами
закрытия
речевых
сигналов
,
степенью
секретности
и
качеством
восстановленной
речи
.
Следует
отметить
,
что
такое
понятие
,
как
качество
восстановленной
речи
,
строго
го
-
воря
,
достаточно
условно
.
Под
ним
обычно
понимают
узнаваемость
абонента
и
разбор
-
чивость
принимаемого
сигнала
.
432
Глава
19.
Скремблирование
Рис
. 19.5.
Сравнительные
диаграммы
разных
методов
закрытия
речевых
сигналов
Аналоговое
скремблирование
Среди
современных
устройств
закрытия
речевых
сигналов
наибольшее
распростра
-
нение
имеют
устройства
,
использующие
метод
аналогового
скремблирования
.
Это
по
-
зволяет
,
во
-
первых
,
снизить
стоимость
таких
устройств
,
во
-
вторых
,
эта
аппаратура
при
-
меняется
в
большинстве
случаев
в
стандартных
телефонных
каналах
с
полосой
3
кГц
,
в
-
третьих
,
она
обеспечивает
коммерческое
качество
дешифрованной
речи
,
и
,
в
-
четвертых
,
гарантирует
достаточно
высокую
степень
закрытия
речи
.
Аналоговые
скремблеры
преобразуют
исходный
речевой
сигнал
посредством
изме
-
нения
его
амплитудных
,
частотных
и
временн
ы
х
параметров
в
различных
комбинациях
.
Скремблированный
сигнал
затем
может
быть
передан
по
каналу
связи
в
той
же
полосе
частот
,
что
и
открытый
.
В
аппаратах
такого
типа
используется
один
или
несколько
сле
-
дующих
принципов
аналогового
скремблирования
.
1.
Скремблирование
в
частотной
области
:
частотная
инверсия
(
преобразование
спектра
сигнала
с
помощью
гетеродина
и
фильтра
),
частотная
инверсия
и
смещение
(
частотная
инверсия
с
меняющимся
скачкообразно
смещением
несущей
частоты
),
разделение
полосы
частот
речевого
сигнала
на
ряд
поддиапазонов
с
последующей
их
перестановкой
и
инверсией
.
2.
Скремблирование
во
временн
о
й
области
—
разбиение
фрагментов
на
сегменты
с
перемешиванием
их
по
времени
с
последующим
прямым
и
(
или
)
инверсным
считы
-
ванием
.
3.
Комбинация
временн
о
го
и
частотного
скремблирования
.
Аналоговое
скремблирование
433
Как
правило
,
все
перестановки
каким
-
либо
образом
выделенных
сегментов
или
уча
-
стков
речи
во
временн
о
й
и
(
или
)
в
частотной
областях
осуществляются
по
закону
псев
-
дослучайной
последовательности
(
ПСП
).
ПСП
вырабатывается
шифратором
по
ключу
,
меняющемуся
от
одного
речевого
сообщения
к
другому
.
На
стороне
приемника
выполняется
дешифрование
цифровых
кодов
,
полученных
из
канала
связи
,
и
преобразование
их
в
аналоговую
форму
.
Системы
,
работа
которых
осно
-
вана
на
таком
методе
,
являются
достаточно
сложными
,
поскольку
для
обеспечения
вы
-
сокого
качества
передаваемой
речи
требуется
высокая
частота
дискретизации
входного
аналогового
сигнала
и
,
соответственно
,
высокая
скорость
передачи
данных
(
не
менее
2400
бод
).
По
такому
же
принципу
можно
разделить
и
устройства
дискретизации
речи
с
последующим
шифрованием
.
Несмотря
на
всю
свою
сложность
,
аппаратура
данного
типа
используется
в
коммер
-
ческих
структурах
,
большинство
из
которых
передает
данные
по
каналу
связи
со
скоро
-
стями
модуляции
от
2,4
до
19,2
кбит
/
с
,
обеспечивая
при
этом
несколько
худшее
качество
воспроизведения
речи
по
сравнению
с
обычным
телефоном
.
Основным
же
преимущест
-
вом
таких
цифровых
систем
кодирования
и
шифрования
остается
высокая
степень
за
-
крытия
речи
.
Это
достигается
посредством
использования
широкого
набора
криптогра
-
фических
методов
,
применяемых
для
защиты
передачи
данных
по
каналам
связи
.
Так
как
скремблированные
речевые
сигналы
в
аналоговой
форме
лежат
в
той
же
по
-
лосе
частот
,
что
и
исходные
открытые
,
это
означает
,
что
их
можно
передавать
по
обыч
-
ным
каналам
связи
,
используемым
для
передачи
речи
,
без
какого
-
либо
специального
оборудования
(
модема
).
Поэтому
устройства
речевого
скремблирования
не
так
дороги
и
значительно
проще
,
чем
устройства
дискретизации
с
последующим
цифровым
шифро
-
ванием
.
По
режиму
работы
аналоговые
скремблеры
можно
разбить
на
два
класса
:
•
статические
системы
,
схема
кодирования
которых
остается
неизменной
в
течение
всей
передачи
речевого
сообщения
;
•
динамические
системы
,
постоянно
генерирующие
кодовые
подстановки
в
ходе
пере
-
дачи
(
код
может
быть
изменен
в
процессе
передачи
в
течение
каждой
секунды
).
Очевидно
,
что
динамические
системы
обеспечивают
более
высокую
степень
защиты
,
поскольку
резко
ограничивают
возможность
легкого
прослушивания
переговоров
по
-
сторонними
лицами
.
Процесс
аналогового
скремблирования
представляет
собой
сложное
преобразование
речевого
сигнала
с
его
последующим
восстановлением
(
с
сохранением
разборчивости
речи
)
после
прохождения
преобразованного
сигнала
по
узкополосному
каналу
связи
,
подверженному
воздействию
шумов
и
помех
.
Возможно
преобразование
речевого
сигна
-
ла
по
трем
параметрам
:
амплитуде
,
частоте
и
времени
.
Считается
,
что
использовать
амплитуду
нецелесообразно
,
так
как
изменяющиеся
во
времени
соотношения
сиг
-
нал
/
шум
делают
чрезвычайно
сложной
задачу
точного
восстановления
амплитуды
сиг
-
нала
.
Поэтому
практическое
применение
получили
только
частотное
и
временн
о
е
скремблирование
,
а
также
их
комбинации
.
В
качестве
вторичных
ступеней
скремблиро
-
434
Глава
19.
Скремблирование
вания
в
таких
системах
могут
использоваться
некоторые
виды
амплитудного
скрембли
-
рования
.
Существует
два
основных
вида
частотных
скремблеров
—
инверсные
и
полосовые
.
Оба
основаны
на
преобразованиях
спектра
исходного
речевого
сигнала
для
сокрытия
передаваемой
информации
и
восстановления
полученного
сообщения
путем
обратных
преобразований
.
Инверсный
скремблер
(
рис
. 19.6)
осуществляет
преобразование
речевого
спектра
,
равносильное
повороту
частотной
полосы
речевого
сигнала
вокруг
некоторой
средней
точки
.
При
этом
достигается
эффект
преобразования
низких
частот
в
высокие
и
наобо
-
рот
.
Рис
. 19.6.
Принцип
работы
инвертора
речи
Данный
способ
обеспечивает
невысокий
уровень
закрытия
,
так
как
при
перехвате
легко
устанавливается
величина
частоты
,
соответствующая
средней
точке
инверсии
в
полосе
спектра
речевого
сигнала
.
Некоторое
повышение
уровня
закрытия
обеспечивает
полосно
-
сдвиговый
инвертор
,
разделяющий
полосу
на
две
субполосы
.
При
этом
точка
разбиения
выступает
в
роли
не
-
которого
ключа
системы
.
В
дальнейшем
каждая
субполоса
может
инвертироваться
во
-
круг
своей
средней
частоты
.
Этот
вид
скремблирования
,
однако
,
также
слишком
прост
для
вскрытия
при
перехвате
и
не
обеспечивает
надежного
закрытия
.
Повысить
уровень
закрытия
можно
путем
изменения
по
некоторому
закону
частоты
,
соответствующей
точ
-
ке
разбиения
на
полосы
речевого
сигнала
(
ключа
системы
).
Речевой
спектр
можно
также
разделить
на
несколько
частотных
полос
равной
шири
-
ны
и
произвести
их
перемешивание
и
инверсию
по
некоторому
правилу
(
ключ
системы
).
Так
функционирует
полосовой
скремблер
(
рис
. 19.7).
Аналоговое
скремблирование
435
Рис
. 19.7.
Принцип
работы
четырехполосного
скремблера
Изменение
ключа
системы
позволяет
повысить
степень
закрытия
,
но
требует
введе
-
ния
синхронизации
на
приемной
стороне
системы
.
Основная
часть
энергии
речевого
сигнала
сосредоточена
в
небольшой
области
низкочастотного
спектра
,
поэтому
выбор
вариантов
перемешивания
ограничен
,
и
многие
системы
характеризуются
относительно
высокой
остаточной
разборчивостью
.
Существенное
повышение
степени
закрытия
речи
может
быть
достигнуто
путем
реа
-
лизации
в
полосовом
скремблере
быстрого
преобразования
Фурье
(
БПФ
).
При
этом
ко
-
личество
допустимых
перемешиваний
частотных
полос
значительно
увеличивается
,
что
обеспечивает
высокую
степень
закрытия
без
ухудшения
качества
речи
.
Можно
дополни
-
тельно
повысить
степень
закрытия
путем
осуществления
задержек
различных
частотных
компонент
сигнала
на
разную
величину
.
Схема
такой
системы
показана
на
рис
. 19.8.
Рис
. 19.8.
Основная
форма
реализации
аналогового
скремблера
на
основе
БПФ
Главным
недостатком
использования
БПФ
является
возникновение
в
системе
боль
-
шой
задержки
сигнала
(
до
300
м
/
с
),
обусловленной
необходимостью
использования
ве
-
совых
функций
.
Это
приводит
к
затруднениям
в
работе
дуплексных
систем
связи
.
Временн
ы
е
скремблеры
основаны
на
двух
основных
способах
закрытия
:
инверсии
по
времени
сегментов
речи
и
их
временн
о
й
перестановке
.
По
сравнению
с
частотными