Скремблеры и вокодеры

Скремблеры и вокодеры предназначены для защиты речевой информации, передаваемой по телефонным и другим каналам связи путём соответствующего преобразования аналогового речевого сигнала. Под процессом скремблирования понимается изменение характеристик речевого сигнала таким образом, чтобы полученный модулированный сигнал, обладая свойствами неразборчивости и неузнаваемости, занимал такую же полосу частот пропускания, что и исходный открытый сигнал.

Существуют аналоговые и цифровые скремблеры.

При аналоговом скремблировании речевой сигнал может подвергаться частотной инверсии, частотной и временной перестановкам, а также мозаичному преобразованию (частотной инверсии и временной перестановке).

При временном преобразовании речевой сигнал разбивается на равные временные участки по 0,2 – 0,6 с и каждый такой участок разбивается на более короткие по 30 – 60 мс. Эти малые участки задерживаются, каждый на разное время. В итоге на выходе они оказываются переставленными во времени и речь становиться неразборчивой. На приемном конце линии ставится декодирующее устройство, восстанавливающее исходный речевой сигнал. Недостатком временного преобразования является возможность достаточно простого декодирования разговора при перехвате.

При частотном преобразовании спектр сигнала с помощью полосовых фильтров разделяется на несколько частотных полос. Затем эти частоты переставляются. На приемном конце линии ставится декодирующее устройство, восстанавливающее первоначальный спектр сообщения. Частотное преобразование обладает большей стойкостью, чем временное. Однако более высокий уровень защиты достигается при одновременном временном и частотном преобразовании.

Аналоговое скремблирование обеспечивает только временную стойкость речевой информации. При этом под стойкостью понимается количество операций (преобразований), которые необходимы для дешифрования некоторого речевого сообщения без знания ключей. Однако, имея достаточно мощный комплекс измерительной и преобразующей аппаратуры, можно с приемлемым качеством восстановить исходный речевой сигнал.

Чтобы повысить стойкость преобразования речевого сигнала, в состав скремблеров входят криптоблоки для управления скремблированием. Такие скремблеры на передающей и приёмной сторонах должны обеспечить синхронизацию устройств перед началом работы и поддерживать её во время телефонного разговора. Криптографическое управление скремблированием приводит к задержке сигнала, что порождает в телефонном аппарате, так называемое, «эхо». Чем мощнее криптографический алгоритм, тем хуже качество речевого сигнала на приёмной стороне телефонной линии. Для устранения этого недостатка используют ключи длинной порядка 30 бит для симметричной ключевой системы и около 100 бит – для несимметричной ключевой системы.

Аналоговые скремблеры по режиму работы можно разделить на два класса:

– статические, схема кодирования которых остаётся неизменной в течение всей передачи речевого сообщения;

– динамические, постоянно генерирующие кодовые подстановки в течение всей передачи речевого сообщения (код может быть изменён несколько раз в течение каждой секунды).

Очевидно, что динамические системы обеспечивают более высокую степень защиты.

Значительно более высокую стойкость защиты речевой информации можно получить при передаче её в канале связи в цифровой форме с помощью цифровых скремблеров.

В цифровых скремблерах аналоговый сигнал сначала преобразовывается в цифровой, который затем подвергается соответствующей обработке. При этом может использоваться перестановка битов или подблоков внутри каждого блока данных или их замена на другие. Зашифровка и расшифровка речевой информации осуществляется по одному алгоритму.

При появлении сетей с коммутацией пакетов возникла возможность использовать для защиты речевой информации блочное шифрование, которое по сравнению с потоковым имеет значительно большую стойкость.

Гарантированную стойкость защиты речевой информации можно получить шифрованием звуковых кодов речи. Оцифровка аналогового речевого сигнала, сжатие и кодирование полученного цифрового сигнала осуществляется с помощью вокодера (от английского voice coder). Если к цифровому потоку применить криптографическое преобразование, то получится закодированная информация гарантированной стойкости, практически не поддающаяся дешифрованию без знания ключей и используемых криптоалгоритмов.

Недостатком вокодеров является некоторая задержка сигнала, а также искажение речевой информации.