Цифровое мобильное радио

Цифровое мобильное радио ( DMR ) — это цифровой радиосвязи стандарт для передачи голоса и данных в частных радиосетях . Он был создан Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). и разработан, чтобы быть недорогим и простым в использовании. DMR, наряду с P25 Phase II и NXDN, являются основными конкурентными технологиями в достижении эквивалентной полосы пропускания 6,25 кГц с использованием собственного вокодера AMBE+2 . DMR и P25 II используют двухслотовую TDMA в канале 12,5 кГц, тогда как NXDN использует дискретные каналы 6,25 кГц с частотным разделением, а TETRA использует четырехслотовую TDMA в канале 25 кГц.

DMR был разработан с тремя уровнями. Уровни DMR I (без лицензии) и II (обычная лицензия) были впервые опубликованы в 2005 году, а DMR III (транковая версия) был опубликован в 2012 году, причем производители производили продукцию в течение нескольких лет после каждой публикации.

Основная цель стандарта — определить цифровую систему с низкой сложностью, низкой стоимостью и функциональной совместимостью между брендами, чтобы покупатели радиосвязи не были привязаны к проприетарному решению.

Технические характеристики

Интерфейс DMR определяется следующими стандартами ETSI:

• TS 102 361-1: Протокол радиоинтерфейса
• TS 102 361-2: Голосовые и общие услуги и возможности.
• TS 102 361-3: Протокол данных
• TS 102 361-4: транкинговой связи Протокол

Стандарт DMR работает в пределах существующего разноса каналов 12,5 кГц , используемого в полосах частот наземной мобильной связи во всем мире, но обеспечивает два голосовых канала с помощью двухслотовой технологии TDMA, построенной на основе структуры 30 мс. Модуляция представляет собой 4-уровневую FSK , которая создает четыре возможных символа по радиоканалу со скоростью 4800 символов/с, что соответствует 9600 бит/с. После накладных расходов, прямого исправления ошибок и разделения на два канала остается 2450 бит/с для одного голосового канала при использовании DMR по сравнению с 4400 бит/с при использовании P25 и 64 000 бит/с при использовании традиционных телефонных сетей.

Стандарты все еще (по состоянию на конец 2015 года) находятся в стадии разработки, и в них регулярно вносятся изменения по мере развертывания новых систем и обнаружения улучшений. Весьма вероятно, что в стандарт будут внесены дальнейшие усовершенствования, что потребует обновления прошивки терминалов и инфраструктуры в будущем, чтобы воспользоваться преимуществами этих новых улучшений, и если этого не сделать, могут возникнуть потенциальные проблемы несовместимости.

DMR охватывает радиочастотный диапазон от 30 МГц до 1 ГГц.

Существуют реализации DMR (по состоянию на начало 2016 года), которые работают на частоте всего 66 МГц (в Европейском Союзе в «Lo-Band VHF» 66–88 МГц).

Уровни DMR

ДМР I уровня

Продукты DMR Tier I предназначены для безлицензионного использования в европейском диапазоне PMR446 . Продукты уровня I предназначены только для использования вне инфраструктуры (то есть без использования ретрансляторов). Эта часть стандарта предусматривает потребительские приложения и коммерческие приложения с низким энергопотреблением, использующие радиочастотную мощность не более 0,5 Вт.

Обратите внимание, что безлицензионное распределение на этой частоте не предусмотрено за пределами Европы, а это означает, что радиостанции PMR446, включая радиостанции DMR Tier I, могут легально использоваться в других странах только после получения оператором соответствующей радиолицензии.

Некоторые радиостанции DMR, продаваемые китайскими производителями (в первую очередь Baofeng ), были ошибочно маркированы как DMR Tier I. Радиостанция DMR Tier I будет использовать только нелицензионные частоты PMR446 и будет иметь максимальную передаваемую мощность 0,5 Вт, как того требует стандарт. закон для всех радиостанций PMR446.

Хотя стандарт DMR позволяет радиостанциям Tier I DMR использовать режим непрерывной передачи, все известные радиостанции Tier I в настоящее время используют TDMA, так же, как и Tier II. Вероятно, это связано с 40%-ной экономией заряда батареи, которая достигается за счет вдвое меньшего времени передачи, а не непрерывной.

ДМР уровень II

DMR Tier II распространяется на лицензированные традиционные радиосистемы, мобильные и портативные устройства, работающие в диапазонах частот PMR от 66 до 960 МГц. Стандарт ETSI DMR Tier II ориентирован на тех пользователей, которым необходима спектральная эффективность , расширенные голосовые функции и интегрированные услуги IP-передачи данных в лицензированных диапазонах для связи высокой мощности. Ряд производителей предлагают на рынке продукцию, соответствующую стандарту DMR Tier II. ETSI DMR определяет два слота TDMA в каналах 12,5 кГц для уровней II и III.

ДМР уровень III

Портативная радиостанция, совместимая со стандартом цифровой радиосвязи DMR Tier III.

DMR Tier III охватывает транкинговую работу в диапазонах частот 66–960 МГц. Уровень III поддерживает обработку голосовых и коротких сообщений, аналогичную TETRA, со встроенными 128-символьными сообщениями о состоянии и короткими сообщениями длиной до 288 бит данных в различных форматах. Он также поддерживает службу пакетной передачи данных в различных форматах, включая поддержку IPv4 и IPv6 . Продукты, соответствующие стандарту Tier III, были выпущены в 2012 году. В апреле 2013 года компания Hytera приняла участие в завершении теста на совместимость DMR Tier III (IOP).

Ассоциация ДМР

В 2005 году был подписан меморандум о взаимопонимании (MOU) с потенциальными поставщиками DMR, включая Tait Communications , Fylde Micro, Selex, Motorola , Hytera, Sanchar Communication, Vertex Standard , Kenwood и Icom, для установления общих стандартов и совместимости. Хотя стандарт DMR не определяет вокодер , члены MOU согласились использовать вокодер DVSI Advanced Multi-Band Excitation (AMBE) с половинной скоростью для обеспечения совместимости. В 2009 году члены Меморандума создали Ассоциацию DMR для работы над совместимостью оборудования поставщиков и предоставления информации о стандарте DMR. Официальное тестирование совместимости проводится с 2010 года. Результаты публикуются на веб-сайте Ассоциации DMR. В Ассоциации ПМР насчитывается около 40 членов.

Стандарт позволяет производителям DMR реализовывать дополнительные функции помимо стандартов, что привело к практическим проблемам несовместимости между брендами в нарушение Меморандума о взаимопонимании по DMR.

Использование любительского радио

DMR используется в любительском радиодиапазоне VHF и UHF, начатом DMR-MARC примерно в 2010 году. FCC официально одобрила использование DMR любителями в 2014 году. В любительских пространствах скоординированные идентификационные номера DMR назначаются и управляются компанией RadioID Inc. Их скоординированная база данных может быть загружена на радиостанции DMR для отображения имени, позывного и местоположения. других операторов. Подключенные к Интернету системы, такие как DV Scotland Phoenix Network , BrandMeister network, TGIF, FreeDMR и некоторые другие (включая несколько ранее закрытых кластеров, которые теперь подключаются к более крупным сетям для обеспечения глобальной доступности), позволяют пользователям общаться с другими пользователями по всему миру. через подключенные репитеры или «точки доступа» DMR, часто на базе Raspberry Pi одноплатного компьютера . В настоящее время по всему миру к системе BrandMeister подключено более 5500 ретрансляторов и 16 000 «точек доступа». Низкая стоимость и растущая доступность систем, подключенных к Интернету, привели к росту использования DMR в любительских радиодиапазонах. Некоторые точки доступа DMR на базе Raspberry Pi, часто использующие программное обеспечение Pi-Star, позволяют пользователям одновременно подключаться к нескольким подключенным к Интернету сетям DMR. Точки доступа DMR часто основаны на многомодовом цифровом голосовом модеме с открытым исходным кодом или MMDVM, аппаратном обеспечении с прошивкой, разработанной Джонатаном Нейлором.

Шифрование

Шифрование не было определено в первоначальных версиях стандарта DMR, поэтому каждый производитель радиостанций DMR добавил свой собственный протокол шифрования. Поэтому эти ранние протоколы шифрования несовместимы друг с другом. Например, шифрование Basic Encrypt компании Hytera полностью несовместимо с шифрованием Basic Encrypt компании Motorola или шифрованием Basic Encrypt компании Tytera.

DMRA . теперь управляет совместимой схемой шифрования голоса и данных для DMR Определены варианты 40 бит ARC4, 64 бит DES, 128 и 256 бит AES. Эти схемы шифрования совместимы между производителями и поддерживают поздний ввод голосовых вызовов, использование нескольких ключей и без заметного ухудшения качества голоса.

Были выпущены некоторые алгоритмы шифрования DMR, например, PC4, выпущенный в 2015 году, с доступным исходным кодом. Это блочный шифр, специально разработанный для систем радиосвязи DMR. Он использует 253 раунда, а размер ключа может варьироваться от 8 до 2112 бит. Размер блока составляет 49 бит, что соответствует точному размеру голосового кадра AMBE+ DMR.

Для радиостанций Tytera MD-380 и MD-390 доступна прошивка, реализующая шифрование PC4.

Хотя большинство протоколов шифрования DMR являются частными и не являются общедоступными, существует некоторая информация, которую можно использовать для определения различных существующих режимов шифрования: Кадры AMBE шифруются ключом после оцифровки аналогового сигнала. А при приеме кадры AMBE расшифровываются тем же ключом и только потом осуществляется цифро-аналоговый разговор.

В базовом режиме Motorola на самом деле имеется 255 фиксированных клавиш. Это односимвольный ключ. Например, ключ № 1 в базовом шифровании Motorola: 1F001F001F0000 Это означает, что каждый 49-битный кадр AMBE шифруется методом XOR с ключом 1F001F001F0000.

Базовый режим от других производителей предлагает 10, 32 или 64-значные ключи для создания 882-битной фиксированной строки случайных символов, которая будет выполнять операцию XOR с кадрами AMBE. Но вместо шифрования каждого кадра AMBE фиксированным ключом, с помощью этой фиксированной строки шифруется весь суперкадр. Суперкадр содержит 18 кадров AMBE, т.е. 882 бита, и именно эти 882 бита будут зашифрованы с помощью этой 882-битной фиксированной строки.

Режим шифрования PC4 шифрует весь 49-битный кадр в режиме ECB. Разница в одном бите делает весь зашифрованный блок совершенно другим.

В расширенном (ARC4) или расширенном (AES) режиме также шифруется весь суперкадр, но добавляется 32-битный IV (вектор инициализации). Таким образом, каждый суперкадр будет зашифрован по-разному. И существует 2^32 (2 степени 32) возможных вектора инициализации. Благодаря вектору инициализации шифрование больше не фиксировано для одного и того же ключа, а меняется с каждым суперкадром.

В стандарте DMR некуда было хранить этот IV, поэтому IV (с добавлением исправляющего ошибки кода, всего 72 бита) вставляется в каждый 49-битный кадр AMBE из-за 4 бит на кадр ( младшие биты). Таким образом, эти 4 бита теряются, что ухудшает качество речи, чего нельзя сказать о фиксированных шифрах в базовом режиме. 18 кадров AMBE по 49 бит по 4 бита в каждом дают 72 бита (18*4).

Слабые стороны ARC4 DMRA

Motorola создала свой стандарт таким образом, чтобы 40-битный ARC4 (Alleged RC4 ) мог противостоять случайным атакам. Предполагается, что он обеспечивает 40-битную безопасность, при которой злоумышленник должен проверить 2 в степени 40 возможных ключей, чтобы найти правильный.

Шифрование RC4 — это поточный шифр, который должен использовать IV ( Initialization_vector ) каждый раз при выполнении шифрования. Размер этого IV должен быть достаточно большим, чтобы не было повторения этого IV в течение всего использования одного и того же ключа.

Слабое шифрование IV RC4 уже было скомпрометировано в системе шифрования WEP Wi-Fi, поскольку размер IV был слишком коротким (24 бита).

Motorola решила использовать немного больший размер IV (32-битный), но не намного длиннее, чем 24-битный IV WEP. Motorola называет это IV MI (Индикатор сообщений).

Официальное объяснение Motorola этого короткого IV заключается в том, что стандарт DMR изначально не предназначался для шифрования и что для помещения в него IV пришлось использовать биты голосовых кадров. Чтобы избежать слишком сильного ухудшения качества голоса, можно вставить только 32 бита.

По мнению автора программного обеспечения DSD-FME, специалиста по DMR, это утверждение ложно, поскольку существует возможность создания собственных кадров DMR. Таким образом, такой кадр мог содержать большой IV (например, 128 бит).

Некоторые пользователи обнаружили, что радиостанции Anytone (например, Anytone 878), использующие ARC4, имеют константу IV (0x12345678) в начале каждой передачи. Этот недостаток был исправлен в обновлении прошивки AnyTone D878UVII V3.03 (18 декабря 2023 г.): 5. Измените прошивку, чтобы в шифровании AES использовалась переменная Vector(IV) вместо фиксированного «12345678» .

Motorola ARC4 DMRA по своей конструкции должна обеспечивать не менее 4 миллиардов различных IV, поэтому должно быть 4 миллиарда суперкадров с разными IV (возможны 2^32-битные IV).

Но один пользователь обнаружил, что Motorola использует не примитивный LFSR для ARC4 для генерации IV. Используемый генератор x^32 + x^4 + x^2 + 1 не является примитивным и генерирует короткие циклы. Вместо 4 миллиардов различных IV существует всего 294903 различных IV. Таким образом, вместо 32-битного IV вы получаете 18-битный IV, который намного короче, чем 24-битный WEP Wi-Fi IV.

Кажется невероятным, что со стороны Motorola было ошибкой использовать непримитивный IV в своем стандарте, поэтому ошибка кажется преднамеренной. Это может быть черный ход .

Если такой бэкдор был введен в стандарт ARC4 DMRA, можно задаться вопросом о безопасности стандарта AES256 DMRA, хотя на данный момент ни один бэкдор не был обнародован.

По мнению криптолога Эрика Филиола, вполне вероятно, что все экспортируемые продукты с длиной ключа более 56 бит имеют бэкдор, поскольку это требование законодательства в связи с Вассенаарскими договоренностями .

См. также

• дПМР

Ссылки

• «FCC изменяет правила тестирования и излучения любительских услуг» . Федеральная комиссия по связи . 10 декабря 2015 г. Проверено 5 июля 2022 г.

Внешние ссылки

• Ассоциация ДМР
• MNDMR — первая в Миннесоте внутренняя сетевая система ретранслятора DMR
• Radio ID, Inc. , скоординированные идентификационные номера DMR для любительского радио