Аудіо-скремблер (англ. scramble — шифрувати, перемішувати) — програмний або апаратний пристрій, який виконує скремблювання звуку — зворотнє перетворення звукового сигналу, засноване на зміні співвідношень між часом, амплітудою і частотою звукового сигналу. Скремблювання звуку є одним з видів шифрування. Аудіо-скремблери використовуються для шифрування мовних сигналів і беруть участь у забезпеченні конфіденційності телефонних переговорів.
Основною відмінністю аудіо-скремблерів від інших пристроїв, що виконують шифрування звукових сигналів, є те, що аудіо-скремблери можуть шифрувати безперервний аналоговий сигнал, не піддаючи його оцифруванню.
Особливості мовних сигналів
Мовний сигнал несе як основну текстову інформацію, так і додатковий вигляд наголосів і інтонацій, а також відомості про голосові характеристики мовця, що може дозволити ідентифікувати його по голосу.
В першу чергу, скремблери працюють з безперервними сигналами. Безперервні сигнали характеризуються своїм спектром. Спектр сигналу — це еквівалентний набір синусоїдальних складових (які також називаються гармоніками або частотними складовими). Спектр сигналу виходить розкладанням функції, що виражає залежність форми сигналу від часу, в ряд Фур'є. Типовий спектр мовного сигналу показаний на мал. 1. Мал. 1
На графіку можна побачити, що частотні складові швидко зменшуються в діапазонах 3-4 кГц й менше ніж 300 Гц, а найбільші амплітуди мають частоти в діапазоні 500-3000 Гц.
Елементарними одиницями слухової інформації є елементарні звуки — фонеми, а смисловими одиницями — звучать склади, слова і фрази.
Безліч фонем розбивається на три класи. Голосні утворюють одне сімейство, приголосні і деякі інші фонетичні звуки (для англійської мови — це, наприклад, звуки ch, sh) утворюють два класи, звані вибуховими звуками і фрикативними звуками. Голосні звуки здійснюються протягом тривалого часу. Як правило, потрібно близько 100 мс для досягнення їх пікової амплітуди. Вибухові звуки характеризуються їх високочастотними складовими — 90 % їх амплітуди мають тривалість, що не перевищує 5 мсек. Фрикативні звуки виробляються частковим перекриттям повітряного потоку, що дає звук, схожий на «білий шум». Фрикативний звук має піки амплітуди тривалістю 20-50 мс і сконцентрований за частотою від 1 до 3 кГц.
Іншою важливою характеристикою людської мови є частота основного тону — це частота вібрації голосових зв'язок. У кожного мовця людини частота основного тону індивідуальна й обумовлена особливостями будови гортані. В середньому для чоловічого голосу вона становить від 80 до 210 Гц, для жіночого — від 150 до 320 Гц.
Таким чином, смислова інформація в мовному сигналі сконцентрована в основному в частотному діапазоні від 300 Гц до 3000 кГц, а частоти — в діапазоні від 80 Гц до 320 Гц несуть інформацію про голос мовця.
Оцінка надійності скремблювання
При оцінці стійкості шифрування мовних сигналів необхідно враховувати можливості людського сприйняття при прослуховуванні шифросигнала і спроби відновити яку-небудь інформацію. У зв'язку з цим говорять про так звану залишкову розбірливість сигналу
Це сприйняття дуже суб'єктивне: одні люди сприймають інформацію на слух значно краще за інших. Наприклад, добре відомо, що батьки розуміють «мову» своїх дітей задовго до того, як її починають розуміти інші люди. Людський мозок здатний адаптуватися до «добування» інформації та швидко аналізувати почуте, тому оцінюючи надійність шифрування доцільно кілька разів поспіль прослухати скрембльовані телефонні повідомлення.
Методи скремблювання
При скремблюванні мовний сигнал може бути перетворений за трьома параметрами: амплітудою, частотою і часом. Можливі перешкоди в каналі зв'язку впливають, в першу чергу на амплітуду сигналу, у зв'язку з чим амплітудні перетворення застосовуються рідко. Найбільш часто використовуються перетворення в частотній і часовій області, а також їх комбінації.
Основні методи скремблювання звукових сигналів:
- Розділення смуги частот мовного сигналу на кілька піддіапазонів і частотна інверсія спектру в деяких з них;
- Розділення смуги частот мовного сигналу на кілька піддіапазонів та їх перестановки;
- Інверсія сегментів мовлення за часом;
- Тимчасові перестановки сегментів мовного сигналу.
Частотні перетворення сигналу
Найпростіше з перетворень — інверсія спектру. Його результатом для сигналу в обмеженому діапазоні буде вихідний сигнал, інвертований щодо середньої частоти в піддіапазоні. На малюнках 2 і 3 представлені приклади вихідного і інвертованого сигналів.
Мал. 3
Мал. 2
Перетворення інверсії не залежить від секретного ключа. Це кодування, є нестійким проти атак супротивника, що володіє аналогічним устаткуванням.
Інший спосіб зміни сигналу в частотній області — поділ діапазону. Спектр сигналу поділяється на певне число рівних піддіапазонів, які можуть мінятися місцями один з одним. До цього можна додати також можливість інвертування для деяких піддіапазонів.
В якості прикладу можна розглянути сигнал, зображений на мал. 4. Частотний діапазон розбитий на п'ять рівних частин, які переставляються відповідно до вказаної нумерації, при цьому перша і п'ята частини інвертовані (див. мал. 5).
Всього є 5! можливих перестановок і < можливостей для інвертування. Разом —
варіантів перетворень сигналу. Ще гірша справа з залишковою розбірливістю. Якщо використовувати лише перестановки смуг, то для більшості з них залишкова розбірливість досягає 10 %, що не дає гарантії стійкості.
Мал. 4
Мал. 5
Те ж можна сказати взагалі про будь-який скремблер, що використовує лише дії з частотною областю. Їх застосування обмежується лише ситуаціями, коли метою є перешкода розумінню розмови для випадкового слухача або супротивника, що не володіє відповідним обладнанням.
Часові перетворення сигналу
В основі методів скремблювання, що впливають на часовий діапазон сигналу, лежать наступні принципи.
Аналоговий сигнал ділиться на рівні проміжки часу, звані кадрами. Кожен кадр, в свою чергу, також поділяється на ще менші частини, які називаються сегментами. Вхідний сигнал перетвориться шляхом перестановки сегментів всередині кожного кадру.
Цей процес можна проілюструвати наступним прикладом.
На мал. 11 кадр розділений на 8 сегментів. Потім сегменти переставляються відповідно з перестановкою
При налаштуванні системи вибираються довжини кадрів і сегментів. Так як усередині сегмента сигнал не руйнується, то сегменти слід вибирати настільки короткими, щоб у них не містилися цілі фрагменти повідомлення, наприклад окремі фонеми або склади. З іншого боку, довжина сегмента значно впливає на якість звучання переданого сигналу, що пояснюється суто технічними причинами. Чим менше сегмент, тим нижче якість звучання. Тому у виборі довжини сегмента необхідний розумний компроміс. Мал. 11 При виборі довжини кадру необхідно враховувати фактор тимчасової затримки між вхідним сигналом, що надходять в апаратуру, і відновленим сигналом на прийомі. Передача скремблірованного сигналу не може початися раніше, ніж в скремблер не буде введено весь кадр. Одержувач не може почати розшифровку до отримання всього кадру. Таким чином, затримка при передачі сигналу складе подвійний час кадру. З точки зору користувача це небажано, і така затримка повинна бути мінімізована. Однак для підвищення надійності засекречування бажано використовувати досить довгі кадри і сегменти, своєю тривалістю не перевищуючі тривалість найкоротших фонем мови. Проте, при передачі скремблірованого сигналу по каналу зв'язку відбувається природне згладжування сигналу в точках розриву (див. мал 5). Після розкремблювання сигналу таке згладжування негативно відбивається на якості звуку, тому збільшення кількості сегментів (і, як наслідок, кількості розривів) призводить до зниження якості звуку на приймаючому пристрої.
Крім вибору довжин кадрів і сегментів важливим параметром є вибір перестановки. Для надійного шифрування слід використовувати нову перестановку в кожному кадрі, а генерацію перестановок виконувати з допомогою генератора випадкових (або псевдовипадкових) чисел. При цьому слід враховувати, що деякі перестановки забезпечують поганому перемішуванню сегментів всередині кадру, і, як наслідок, збільшують залишкову розбірливість сигналу.
Стійкість систем тимчасових перестановок
З точки зору розробника необхідно знайти баланс між мінімальною залишковою розбірливістю, якістю розкремблюванню звуку і мінімальною часовою затримкою.
Згідно з принципом Керкгоффза, алгоритми шифрування і властивості криптосистеми заздалегідь відомі криптоаналітику супротивника — тому слід відштовхуватися від того, що супротивник знає довжину кадрів і сегментів у скремблері. В такому випадку вкрай небезпечним є використання ненадійних генераторів псевдовипадкових послідовностей. Тоді дескремблювання деякого числа кадрів шляхом повного перебору можливих перестановок може дозволити визначити частину псевдовипадкової послідовності, на основі якої можна відновити всю послідовність і дескремблювати весь сигнал.
Припустимо, що система стійка до описаного підходу. Це означає, що єдиний шлях, при якому криптоаналітик може отримати повідомлення, полягає в дескремблюванні кожного кадру (або частини кадрів, достатніх для витягання інформації з мовного сигналу). При такому підході криптоаналітик зіткнеться із складністю автоматизації розпізнання осмисленого мовного сигналу. Навіть частково автоматизувавши цей процес, криптоаналітику доведеться самостійно прослухати велику кількість дескремблірованих сигналів (при цьому кожен кадр сигналу необхідно дескремблювати окремо), щоб з'ясувати їх свідомість.
Див. також
Примітки
- Алферов, 2002, с. 290.
- Алферов, 2002, с. 287.
- Алферов, 2002, с. 287—306.
- Алферов, 2002, с. 288.
- Гоноровский, 1977, с. 608.
- Алферов, 2002, с. 292—294.
- Кодзасов, Кривнова, 2001, с. 26.
- Апресян, 1966, с. 78—99.
- Алферов, 2002, с. 287—290.
- Кодзасов, Кривнова, 2001, с. 23—26.
- Алферов, 2002, с. 290—292.
- Алферов, 2002, с. 289—290.
- Алферов, 2002, с. 287—304.
- Алферов, 2002, с. 298.
- Алферов, 2002, с. 296—297.
- Алферов, 2002, с. 298—302.
- Шевкопляс, 2005, с. 30—35.
- Мао, 2005, с. 397.
- Шевкопляс, 2005, с. 37.
Посилання
- Скремблер [ 5 травня 2018 у Wayback Machine.]и // «Методи і засоби захисту інформації» (курс лекцій), Бєляєв А. В. // ЧФ Спбдту
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Audio skrembler angl scramble shifruvati peremishuvati programnij abo aparatnij pristrij yakij vikonuye skremblyuvannya zvuku zvorotnye peretvorennya zvukovogo signalu zasnovane na zmini spivvidnoshen mizh chasom amplitudoyu i chastotoyu zvukovogo signalu Skremblyuvannya zvuku ye odnim z vidiv shifruvannya Audio skrembleri vikoristovuyutsya dlya shifruvannya movnih signaliv i berut uchast u zabezpechenni konfidencijnosti telefonnih peregovoriv Osnovnoyu vidminnistyu audio skrembleriv vid inshih pristroyiv sho vikonuyut shifruvannya zvukovih signaliv ye te sho audio skrembleri mozhut shifruvati bezperervnij analogovij signal ne piddayuchi jogo ocifruvannyu Osoblivosti movnih signalivMovnij signal nese yak osnovnu tekstovu informaciyu tak i dodatkovij viglyad nagolosiv i intonacij a takozh vidomosti pro golosovi harakteristiki movcya sho mozhe dozvoliti identifikuvati jogo po golosu V pershu chergu skrembleri pracyuyut z bezperervnimi signalami Bezperervni signali harakterizuyutsya svoyim spektrom Spektr signalu ce ekvivalentnij nabir sinusoyidalnih skladovih yaki takozh nazivayutsya garmonikami abo chastotnimi skladovimi Spektr signalu vihodit rozkladannyam funkciyi sho virazhaye zalezhnist formi signalu vid chasu v ryad Fur ye Tipovij spektr movnogo signalu pokazanij na mal 1 Mal 1 Na grafiku mozhna pobachiti sho chastotni skladovi shvidko zmenshuyutsya v diapazonah 3 4 kGc j menshe nizh 300 Gc a najbilshi amplitudi mayut chastoti v diapazoni 500 3000 Gc Elementarnimi odinicyami sluhovoyi informaciyi ye elementarni zvuki fonemi a smislovimi odinicyami zvuchat skladi slova i frazi Bezlich fonem rozbivayetsya na tri klasi Golosni utvoryuyut odne simejstvo prigolosni i deyaki inshi fonetichni zvuki dlya anglijskoyi movi ce napriklad zvuki ch sh utvoryuyut dva klasi zvani vibuhovimi zvukami i frikativnimi zvukami Golosni zvuki zdijsnyuyutsya protyagom trivalogo chasu Yak pravilo potribno blizko 100 ms dlya dosyagnennya yih pikovoyi amplitudi Vibuhovi zvuki harakterizuyutsya yih visokochastotnimi skladovimi 90 yih amplitudi mayut trivalist sho ne perevishuye 5 msek Frikativni zvuki viroblyayutsya chastkovim perekrittyam povitryanogo potoku sho daye zvuk shozhij na bilij shum Frikativnij zvuk maye piki amplitudi trivalistyu 20 50 ms i skoncentrovanij za chastotoyu vid 1 do 3 kGc Inshoyu vazhlivoyu harakteristikoyu lyudskoyi movi ye chastota osnovnogo tonu ce chastota vibraciyi golosovih zv yazok U kozhnogo movcya lyudini chastota osnovnogo tonu individualna j obumovlena osoblivostyami budovi gortani V serednomu dlya cholovichogo golosu vona stanovit vid 80 do 210 Gc dlya zhinochogo vid 150 do 320 Gc Takim chinom smislova informaciya v movnomu signali skoncentrovana v osnovnomu v chastotnomu diapazoni vid 300 Gc do 3000 kGc a chastoti v diapazoni vid 80 Gc do 320 Gc nesut informaciyu pro golos movcya Ocinka nadijnosti skremblyuvannyaPri ocinci stijkosti shifruvannya movnih signaliv neobhidno vrahovuvati mozhlivosti lyudskogo sprijnyattya pri prosluhovuvanni shifrosignala i sprobi vidnoviti yaku nebud informaciyu U zv yazku z cim govoryat pro tak zvanu zalishkovu rozbirlivist signalu Ce sprijnyattya duzhe sub yektivne odni lyudi sprijmayut informaciyu na sluh znachno krashe za inshih Napriklad dobre vidomo sho batki rozumiyut movu svoyih ditej zadovgo do togo yak yiyi pochinayut rozumiti inshi lyudi Lyudskij mozok zdatnij adaptuvatisya do dobuvannya informaciyi ta shvidko analizuvati pochute tomu ocinyuyuchi nadijnist shifruvannya docilno kilka raziv pospil prosluhati skremblovani telefonni povidomlennya Metodi skremblyuvannyaPri skremblyuvanni movnij signal mozhe buti peretvorenij za troma parametrami amplitudoyu chastotoyu i chasom Mozhlivi pereshkodi v kanali zv yazku vplivayut v pershu chergu na amplitudu signalu u zv yazku z chim amplitudni peretvorennya zastosovuyutsya ridko Najbilsh chasto vikoristovuyutsya peretvorennya v chastotnij i chasovij oblasti a takozh yih kombinaciyi Osnovni metodi skremblyuvannya zvukovih signaliv Rozdilennya smugi chastot movnogo signalu na kilka piddiapazoniv i chastotna inversiya spektru v deyakih z nih Rozdilennya smugi chastot movnogo signalu na kilka piddiapazoniv ta yih perestanovki Inversiya segmentiv movlennya za chasom Timchasovi perestanovki segmentiv movnogo signalu Chastotni peretvorennya signaluNajprostishe z peretvoren inversiya spektru Jogo rezultatom dlya signalu v obmezhenomu diapazoni bude vihidnij signal invertovanij shodo serednoyi chastoti v piddiapazoni Na malyunkah 2 i 3 predstavleni prikladi vihidnogo i invertovanogo signaliv Mal 3 Mal 2 Peretvorennya inversiyi ne zalezhit vid sekretnogo klyucha Ce koduvannya ye nestijkim proti atak suprotivnika sho volodiye analogichnim ustatkuvannyam Inshij sposib zmini signalu v chastotnij oblasti podil diapazonu Spektr signalu podilyayetsya na pevne chislo rivnih piddiapazoniv yaki mozhut minyatisya miscyami odin z odnim Do cogo mozhna dodati takozh mozhlivist invertuvannya dlya deyakih piddiapazoniv V yakosti prikladu mozhna rozglyanuti signal zobrazhenij na mal 4 Chastotnij diapazon rozbitij na p yat rivnih chastin yaki perestavlyayutsya vidpovidno do vkazanoyi numeraciyi pri comu persha i p yata chastini invertovani div mal 5 Vsogo ye 5 mozhlivih perestanovok i lt 2 5 displaystyle 2 5 mozhlivostej dlya invertuvannya Razom 5 2 5 3840 displaystyle 5 cdot 2 5 3840 variantiv peretvoren signalu She girsha sprava z zalishkovoyu rozbirlivistyu Yaksho vikoristovuvati lishe perestanovki smug to dlya bilshosti z nih zalishkova rozbirlivist dosyagaye 10 sho ne daye garantiyi stijkosti Mal 4 Mal 5 Te zh mozhna skazati vzagali pro bud yakij skrembler sho vikoristovuye lishe diyi z chastotnoyu oblastyu Yih zastosuvannya obmezhuyetsya lishe situaciyami koli metoyu ye pereshkoda rozuminnyu rozmovi dlya vipadkovogo sluhacha abo suprotivnika sho ne volodiye vidpovidnim obladnannyam Chasovi peretvorennya signaluV osnovi metodiv skremblyuvannya sho vplivayut na chasovij diapazon signalu lezhat nastupni principi Analogovij signal dilitsya na rivni promizhki chasu zvani kadrami Kozhen kadr v svoyu chergu takozh podilyayetsya na she menshi chastini yaki nazivayutsya segmentami Vhidnij signal peretvoritsya shlyahom perestanovki segmentiv vseredini kozhnogo kadru Cej proces mozhna proilyustruvati nastupnim prikladom Na mal 11 kadr rozdilenij na 8 segmentiv Potim segmenti perestavlyayutsya vidpovidno z perestanovkoyu 1 8 3 5 7 4 2 6 displaystyle 1 8 3 5 7 4 2 6 Pri nalashtuvanni sistemi vibirayutsya dovzhini kadriv i segmentiv Tak yak useredini segmenta signal ne rujnuyetsya to segmenti slid vibirati nastilki korotkimi shob u nih ne mistilisya cili fragmenti povidomlennya napriklad okremi fonemi abo skladi Z inshogo boku dovzhina segmenta znachno vplivaye na yakist zvuchannya peredanogo signalu sho poyasnyuyetsya suto tehnichnimi prichinami Chim menshe segment tim nizhche yakist zvuchannya Tomu u vibori dovzhini segmenta neobhidnij rozumnij kompromis Mal 11 Pri vibori dovzhini kadru neobhidno vrahovuvati faktor timchasovoyi zatrimki mizh vhidnim signalom sho nadhodyat v aparaturu i vidnovlenim signalom na prijomi Peredacha skremblirovannogo signalu ne mozhe pochatisya ranishe nizh v skrembler ne bude vvedeno ves kadr Oderzhuvach ne mozhe pochati rozshifrovku do otrimannya vsogo kadru Takim chinom zatrimka pri peredachi signalu sklade podvijnij chas kadru Z tochki zoru koristuvacha ce nebazhano i taka zatrimka povinna buti minimizovana Odnak dlya pidvishennya nadijnosti zasekrechuvannya bazhano vikoristovuvati dosit dovgi kadri i segmenti svoyeyu trivalistyu ne perevishuyuchi trivalist najkorotshih fonem movi Prote pri peredachi skremblirovanogo signalu po kanalu zv yazku vidbuvayetsya prirodne zgladzhuvannya signalu v tochkah rozrivu div mal 5 Pislya rozkremblyuvannya signalu take zgladzhuvannya negativno vidbivayetsya na yakosti zvuku tomu zbilshennya kilkosti segmentiv i yak naslidok kilkosti rozriviv prizvodit do znizhennya yakosti zvuku na prijmayuchomu pristroyi Krim viboru dovzhin kadriv i segmentiv vazhlivim parametrom ye vibir perestanovki Dlya nadijnogo shifruvannya slid vikoristovuvati novu perestanovku v kozhnomu kadri a generaciyu perestanovok vikonuvati z dopomogoyu generatora vipadkovih abo psevdovipadkovih chisel Pri comu slid vrahovuvati sho deyaki perestanovki zabezpechuyut poganomu peremishuvannyu segmentiv vseredini kadru i yak naslidok zbilshuyut zalishkovu rozbirlivist signalu Stijkist sistem timchasovih perestanovokZ tochki zoru rozrobnika neobhidno znajti balans mizh minimalnoyu zalishkovoyu rozbirlivistyu yakistyu rozkremblyuvannyu zvuku i minimalnoyu chasovoyu zatrimkoyu Zgidno z principom Kerkgoffza algoritmi shifruvannya i vlastivosti kriptosistemi zazdalegid vidomi kriptoanalitiku suprotivnika tomu slid vidshtovhuvatisya vid togo sho suprotivnik znaye dovzhinu kadriv i segmentiv u skrembleri V takomu vipadku vkraj nebezpechnim ye vikoristannya nenadijnih generatoriv psevdovipadkovih poslidovnostej Todi deskremblyuvannya deyakogo chisla kadriv shlyahom povnogo pereboru mozhlivih perestanovok mozhe dozvoliti viznachiti chastinu psevdovipadkovoyi poslidovnosti na osnovi yakoyi mozhna vidnoviti vsyu poslidovnist i deskremblyuvati ves signal Pripustimo sho sistema stijka do opisanogo pidhodu Ce oznachaye sho yedinij shlyah pri yakomu kriptoanalitik mozhe otrimati povidomlennya polyagaye v deskremblyuvanni kozhnogo kadru abo chastini kadriv dostatnih dlya vityagannya informaciyi z movnogo signalu Pri takomu pidhodi kriptoanalitik zitknetsya iz skladnistyu avtomatizaciyi rozpiznannya osmislenogo movnogo signalu Navit chastkovo avtomatizuvavshi cej proces kriptoanalitiku dovedetsya samostijno prosluhati veliku kilkist deskremblirovanih signaliv pri comu kozhen kadr signalu neobhidno deskremblyuvati okremo shob z yasuvati yih svidomist Div takozhShifruvannya Klyuch kriptografiya Kriptografichna stijkist Shifr Skrembler KriptografiyaPrimitkiAlferov 2002 s 290 Alferov 2002 s 287 Alferov 2002 s 287 306 Alferov 2002 s 288 Gonorovskij 1977 s 608 Alferov 2002 s 292 294 Kodzasov Krivnova 2001 s 26 Apresyan 1966 s 78 99 Alferov 2002 s 287 290 Kodzasov Krivnova 2001 s 23 26 Alferov 2002 s 290 292 Alferov 2002 s 289 290 Alferov 2002 s 287 304 Alferov 2002 s 298 Alferov 2002 s 296 297 Alferov 2002 s 298 302 Shevkoplyas 2005 s 30 35 Mao 2005 s 397 Shevkoplyas 2005 s 37 PosilannyaSkrembler 5 travnya 2018 u Wayback Machine i Metodi i zasobi zahistu informaciyi kurs lekcij Byelyayev A V ChF Spbdtu