Project 25 ( P25 или APCO-25 ) — это набор стандартов для совместимых цифровых продуктов двусторонней радиосвязи . P25 был разработан специалистами по общественной безопасности в Северной Америке и получил признание для общественной безопасности, охраны, государственных служб и коммерческих приложений по всему миру. [1] Радиостанции P25 являются прямой заменой аналоговых радиостанций UHF (обычно FM ), добавляя возможность передачи данных, а также голоса для более естественной реализации шифрования и обмена текстовыми сообщениями . Радиостанции P25 обычно используются диспетчерскими службами, такими как полиция , пожарная служба , скорая помощь и аварийно-спасательная служба, с использованием установленных на транспортных средствах радиостанций в сочетании с ретрансляторами и портативными рациями .
Начиная примерно с 2012 года, продукты стали доступны с новым протоколом модуляции фазы 2 , старый протокол, известный как P25, стал P25 фазой 1. Продукты P25 фазы 2 используют более продвинутый вокодер AMBE2+, который позволяет аудио проходить через более сжатый поток битов и обеспечивает два голосовых канала TDMA в той же полосе пропускания РЧ (12,5 кГц), в то время как фаза 1 может обеспечить только один голосовой канал. Эти два протокола несовместимы. Однако инфраструктура P25 фазы 2 может обеспечить функцию «динамического транскодера», которая транслирует между фазой 1 и фазой 2 по мере необходимости. В дополнение к этому, радиостанции фазы 2 обратно совместимы с модуляцией фазы 1 и аналоговой FM- модуляцией в соответствии со стандартом. Европейский союз создал стандарты протоколов наземного транкингового радио (TETRA) и цифрового мобильного радио (DMR), которые играют аналогичную роль для Project 25.
Радиостанции общественной безопасности были модернизированы с аналогового FM-диапазона до цифрового с 1990-х годов в связи с возросшим использованием данных в радиосистемах для таких функций, как определение местоположения по GPS, транкинг , отправка текстовых сообщений, измерение и шифрование.
Различные пользовательские протоколы и различный спектр радиосвязи общественной безопасности затрудняли для агентств общественной безопасности достижение взаимодействия и широкого признания. Однако уроки, извлеченные во время катастроф, с которыми столкнулись Соединенные Штаты в последние десятилетия, заставили агентства оценить свои потребности во время катастрофы, когда базовая инфраструктура вышла из строя. Чтобы удовлетворить растущие потребности в цифровой радиосвязи общественной безопасности, Федеральная комиссия по связи США (FCC) по указанию Конгресса США инициировала в 1988 году запрос рекомендаций от пользователей и производителей по улучшению существующих систем связи. [2] [3] Основываясь на рекомендациях, чтобы найти решения, которые наилучшим образом отвечают потребностям управления общественной безопасностью, в октябре 1989 года появился проект APCO 25 в коалиции с: [2] [4]
Для определения приоритетов и масштабов технической разработки P25 был создан руководящий комитет, состоящий из представителей вышеупомянутых агентств, а также FPIC ( Федеральное партнерство по взаимодействующим коммуникациям Министерства внутренней безопасности ), Береговой охраны и Национального института стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли , Управления стандартов правоохранительных органов. [4]
Совместимая аварийная связь является неотъемлемой частью первоначального реагирования, общественного здравоохранения, общественной безопасности, национальной безопасности и экономической стабильности. Из всех проблем, возникающих во время стихийных бедствий, одной из самых серьезных является плохая связь из-за отсутствия соответствующих и эффективных средств для сбора, обработки и передачи важной информации своевременно. В некоторых случаях системы радиосвязи несовместимы и неработоспособны не только в пределах юрисдикции, но и в пределах департаментов или агентств в одном сообществе. [6] Неработоспособность возникает из-за использования устаревшего оборудования, ограниченной доступности радиочастот, изолированного или независимого планирования, отсутствия координации и сотрудничества между агентствами, приоритетами сообщества, конкурирующими за ресурсы, финансирование и владение, а также контролем над системами связи. [7] Признавая и понимая эту потребность, Проект 25 (P25) был инициирован совместно агентствами общественной безопасности и производителями для решения проблемы с системами аварийной связи . P25 — это совместный проект по обеспечению совместимости двухсторонних радиостанций . Цель P25 — дать возможность спасателям общественной безопасности общаться друг с другом и, таким образом, улучшить координацию, своевременное реагирование и эффективное использование коммуникационного оборудования. [8]
P25 был создан для решения проблемы общих стандартов цифровой радиосвязи общественной безопасности для спасателей и специалистов по внутренней безопасности/чрезвычайным ситуациям. Инженерный комитет TR-8 Ассоциации телекоммуникационной промышленности содействует такой работе, выступая в роли организации по разработке стандартов (SDO), аккредитованной ANSI, и опубликовал набор стандартов P25 в виде серии документов TIA-102, которые теперь включают 49 отдельных частей по наземной мобильной радиосвязи и реализациям TDMA для общественной безопасности. [9]
Проект 25 (P25) представляет собой набор стандартов, разработанных совместными усилиями Международной ассоциации должностных лиц по связи в сфере общественной безопасности (APCO), Национальной ассоциации директоров государственных телекоммуникационных служб (NASTD), отдельных федеральных агентств и Национальной системы связи (NCS) и стандартизированных Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (TIA). Набор стандартов P25 охватывает услуги цифровой наземной мобильной радиосвязи ( LMR ) для местных, государственных/провинциальных и национальных (федеральных) организаций и агентств общественной безопасности.
P25 применим к оборудованию LMR, авторизованному или лицензированному в США в соответствии с правилами и положениями NTIA или FCC.
Хотя технология и продукты P25 были разработаны в первую очередь для служб общественной безопасности Северной Америки, они не ограничиваются только общественной безопасностью и также были выбраны и развернуты в других частных системах по всему миру. [10]
Системы, соответствующие P25, все чаще внедряются и развертываются по всей территории Соединенных Штатов, а также других стран. Радиостанции могут взаимодействовать в аналоговом режиме с устаревшими радиостанциями, а также в цифровом или аналоговом режиме с другими радиостанциями P25. Кроме того, развертывание систем, соответствующих P25, обеспечит высокую степень взаимодействия и совместимости оборудования.
Стандарты P25 используют фирменные голосовые кодеки Improved Multi-Band Excitation (IMBE) и Advanced Multi-Band Excitation (AMBE+2), разработанные Digital Voice Systems, Inc. для кодирования/декодирования аналоговых аудиосигналов. Ходят слухи, что стоимость лицензирования голосовых кодеков, используемых в устройствах стандарта P25, является основной причиной того, что стоимость совместимых с P25 устройств так высока. [11]
P25 может использоваться в режиме «разговора по кругу» без какого-либо промежуточного оборудования между двумя радиостанциями, в обычном режиме, когда две радиостанции взаимодействуют через ретранслятор или базовую станцию без транкинга, или в транкинговом режиме, когда трафик автоматически назначается одному или нескольким голосовым каналам ретранслятором или базовой станцией.
Протокол поддерживает использование шифрования Data Encryption Standard (DES) (56 бит), двухключевого шифрования Triple-DES , трехключевого шифрования Triple-DES , шифрования Advanced Encryption Standard (AES) с длиной ключа до 256 бит, RC4 ( 40 бит , продается Motorola как Advanced Digital Privacy ) или отсутствие шифрования.
Протокол также поддерживает шифры ACCORDION 1.3, BATON , Firefly , MAYFLY и SAVILLE Type 1 .
Набор стандартов P25 определяет восемь открытых интерфейсов между различными компонентами наземной мобильной радиосистемы. Эти интерфейсы:
Технология, соответствующая стандарту P25, была развернута в два основных этапа, а последующие этапы еще не завершены.
Радиосистемы фазы 1 работают в цифровом режиме 12,5 кГц, используя метод доступа одного пользователя на канал. Радиостанции фазы 1 используют модуляцию Continuous 4 level FM (C4FM) — особый тип модуляции 4 FSK [12] — для цифровой передачи со скоростью 4800 бод и 2 бита на символ, что обеспечивает общую пропускную способность канала 9600 бит в секунду. Из этих 9600, 4400 — это голосовые данные, генерируемые кодеком IMBE , 2800 — это прямое исправление ошибок, а 2400 — это сигнализация и другие функции управления. Приемники, разработанные для стандарта C4FM, также могут демодулировать стандарт «Совместимой квадратурной фазовой манипуляции » (CQPSK), поскольку параметры сигнала CQPSK были выбраны для получения того же отклонения сигнала во время символа, что и C4FM. Фаза 1 использует голосовой кодек IMBE .
Эти системы включают стандартизированные спецификации услуг и объектов, гарантируя, что любая совместимая с производителями абонентская радиостанция имеет доступ к услугам, описанным в таких спецификациях. Возможности включают обратную совместимость и взаимодействие с другими системами, через границы системы и независимо от инфраструктуры системы. Кроме того, набор стандартов P25 предоставляет открытый интерфейс для подсистемы радиочастот (RF) для упрощения взаимосвязи систем разных поставщиков.
Для улучшения использования спектра была разработана фаза 2 P25 для транкинговых систем с использованием схемы TDMA с 2 слотами , и теперь она требуется для всех новых транкинговых систем в диапазоне 700 МГц. [13] Фаза 2 использует голосовой кодек AMBE+2 для снижения необходимой скорости передачи данных, так что одному голосовому каналу потребуется всего 6000 бит в секунду (включая коррекцию ошибок и сигнализацию). Фаза 2 не имеет обратной совместимости с фазой 1 (из-за работы TDMA), хотя многорежимные радиостанции и системы TDMA способны работать в режиме фазы 1 при необходимости, если они включены. Абонентская радиостанция не может использовать передачу TDMA без источника синхронизации; поэтому прямая радиосвязь радиоприбегает к обычной цифровой работе FDMA. Многодиапазонные абонентские радиостанции также могут работать на узкополосной FM в качестве наименьшего общего знаменателя между практически любыми двусторонними радиостанциями. Это делает аналоговую узкополосную FM фактическим режимом «взаимодействия» на некоторое время.
Первоначально реализация фазы 2 планировалась для разделения канала 12,5 кГц на два слота по 6,25 кГц или частотного разделения множественного доступа (FDMA). Однако по ряду причин оказалось более выгодным использовать существующие распределения частот 12,5 кГц в режиме временного разделения множественного доступа (TDMA). Это позволило абонентским радиостанциям экономить заряд батареи, передавая только половину времени, что также дает абонентской радиостанции возможность прослушивать и отвечать на системные запросы между передачами.
Фаза 2 — это то, что известно как «эквивалент полосы пропускания» 6,25 кГц, что удовлетворяет требованию FCC для голосовых передач занимать меньшую полосу пропускания. Голосовой трафик в системе фазы 2 передается с полной полосой 12,5 кГц на распределение частот, как и в системе фазы 1, однако он делает это с более высокой скоростью передачи данных 12 кбит/с, позволяя осуществлять две одновременные голосовые передачи. Таким образом, абонентские радиостанции также передают с полной полосой 12,5 кГц, но в режиме повторения вкл/выкл, что приводит к половине передачи и, таким образом, эквиваленту 6,25 кГц на каждую радиостанцию. Это достигается с помощью голосового кодера AMBE, который использует половину скорости голосовых кодеров IMBE фазы 1. [14]
С 2000 по 2009 год Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) и TIA совместно работали над проектом партнерства в области общественной безопасности или проектом MESA (мобильность для чрезвычайных ситуаций и безопасности) [15] , целью которого было определить единый набор требований для следующего поколения стандарта цифровой широкополосной радиосвязи для авиации и наземных служб, который мог бы использоваться для передачи и приема голоса, видео и высокоскоростных данных в широкополосных сетях, развернутых агентствами общественной безопасности. [16] [17]
Окончательные функциональные и технические требования были опубликованы ETSI [18] и, как ожидалось, должны были определить следующие фазы американского проекта 25 и европейских DMR, dPMR и TETRA, но интереса со стороны отрасли не последовало, поскольку требования не могли быть удовлетворены доступными коммерческими готовыми технологиями, и проект был закрыт в 2010 году. [ необходима цитата ]
В ходе аукциона по беспроводному спектру в США в 2008 году FCC выделила 20 МГц из 700 МГц радиодиапазона UHF, освобожденного при переходе на цифровое телевидение, сетям общественной безопасности. FCC ожидает, что провайдеры будут использовать LTE для высокоскоростных приложений передачи данных и видео. [19]
Системы P25 не должны прибегать к использованию внутриполосной сигнализации, такой как тон Continuous Tone-Coded Squelch System (CTCSS) или коды Digital-Coded Squelch (DCS) для управления доступом. Вместо этого они используют то, что называется Network Access Code (NAC), который включен вне цифрового голосового кадра. Это 12-битный код, который предваряет каждый пакет отправляемых данных, включая те, которые несут голосовые передачи.
NAC — это функция, похожая на CTCSS или DCS для аналоговых радиостанций. То есть радиостанции можно запрограммировать на передачу аудио только при получении правильного NAC. NAC программируются как трехзначный шестнадцатеричный код, который передается вместе с передаваемым цифровым сигналом.
Поскольку NAC представляет собой число из трех шестнадцатеричных цифр (12 бит), существует 4096 возможных кодов NAC для программирования, что намного больше, чем все аналоговые методы вместе взятые.
Три из возможных NAC имеют специальные функции:
Принятие этих стандартов было замедлено бюджетными проблемами в США; однако финансирование модернизации коммуникаций со стороны Министерства внутренней безопасности обычно требует перехода на Project 25. Он также используется в других странах мира, включая Австралию, Новую Зеландию, Бразилию, [20] Канаду, Индию и Россию. [21] По состоянию на середину 2004 года было развернуто 660 сетей с P25 в 54 странах. [21] В то же время, в 2005 году, Европейская наземная транкинговая радиосвязь (TETRA) была развернута в шестидесяти странах, и это предпочтительный выбор в Европе, Китае и других странах. [21] Это во многом было основано на том, что системы TETRA были во много раз дешевле систем P25 (900 долларов против 6000 долларов за радио) [21] в то время. Однако цены на радиостанции P25 быстро приближаются к ценам на радиостанции TETRA из-за возросшей конкуренции на рынке P25. Большинство сетей P25 базируются в Северной Америке, где у них есть преимущество в том, что система P25 имеет то же покрытие и полосу частот, что и более ранние аналоговые системы, которые использовались, так что каналы можно легко модернизировать один за другим. [21] Некоторые сети P25 также допускают интеллектуальный переход от аналоговых радиостанций к цифровым радиостанциям, работающим в той же сети. Как P25, так и TETRA могут предлагать различные уровни функциональности в зависимости от доступного радиоспектра, рельефа местности и бюджета проекта.
Хотя взаимодействие является основной целью P25, многие функции P25 представляют проблемы взаимодействия. Теоретически все оборудование, соответствующее P25, является взаимодействующим. На практике взаимодействующие коммуникации не достижимы без эффективного управления, стандартизированных рабочих процедур, эффективного обучения и учений, а также межведомственной координации. Трудности, присущие разработке сетей P25 с использованием таких функций, как цифровая передача голоса, шифрование или транкинг, иногда приводят к обратной реакции на функции и организационному отступлению к минимальным «бесфункциональным» реализациям P25, которые соответствуют букве любого требования миграции Project 25, не осознавая их преимуществ. Кроме того, хотя это и не является технической проблемой как таковой, трения часто возникают из-за громоздких бюрократических межведомственных процессов, которые, как правило, развиваются для координации решений о взаимодействии.
Программа оценки соответствия требованиям Project 25 (P25 CAP) Министерства внутренней безопасности США [27] направлена на обеспечение взаимодействия между различными поставщиками путем тестирования по стандартам P25. P25 CAP, добровольная программа, позволяет поставщикам публично подтверждать соответствие своей продукции. [27]
Независимые аккредитованные лаборатории тестируют радиостанции P25 поставщиков на соответствие стандартам P25, полученным из стандартов TIA-102 и следующим процедурам тестирования TIA-TR8. Только одобренные продукты [28] могут быть приобретены с использованием федеральных грантов США. [29] Как правило, не одобренные продукты не должны считаться соответствующими стандартам P25 по производительности, совместимости и совместимости.
Маркировка продукции P25 различается. «P25» и «P25-совместимый» ничего не значат, в то время как высокие стандарты применяются к поставщику, чтобы заявить, что продукция «P25 CAP-совместима» или «P25-совместима с Заявлением о требованиях (P25 SOR)» [30]
На конференции Securecomm 2011 в Лондоне исследователь безопасности Стив Гласс представил доклад, написанный им самим и соавтором Мэттом Эймсом, в котором объяснялось, как DES-OFB и фирменные шифры Motorola ADP (на основе RC4) были уязвимы для восстановления ключа методом подбора. [31] Это исследование стало результатом проекта OP25 [32] , который использует GNU Radio [33] и Ettus Universal Software Radio Peripheral (USRP) [34] для реализации сниффера и анализатора пакетов P25 с открытым исходным кодом . Проект OP25 был основан Стивом Глассом в начале 2008 года, когда он проводил исследования беспроводных сетей в рамках своей докторской диссертации.
Статья доступна для скачивания на сайте NICTA . [35]
В 2011 году Wall Street Journal опубликовал статью, описывающую исследование недостатков безопасности системы, включая пользовательский интерфейс, который затрудняет для пользователей распознавание работы трансиверов в защищенном режиме. [36] Согласно статье, «(R)есерологи из Университета Пенсильвании подслушали разговоры, включавшие описания тайных агентов и конфиденциальных информаторов , планы предстоящих арестов и информацию о технологиях, используемых в операциях по наблюдению». Исследователи обнаружили, что сообщения, отправляемые по радио, отправляются сегментами, и блокировка только части этих сегментов может привести к глушению всего сообщения. «Их исследование также показывает, что радиостанции можно эффективно заглушить (отдельную радиостанцию, на небольшом расстоянии) с помощью сильно модифицированной детской электронной игрушки розового цвета, и что стандарт, используемый в радиостанциях, «дает злоумышленнику удобный способ» непрерывно отслеживать местоположение пользователя радиостанции. В других системах глушителям приходится тратить много энергии, чтобы блокировать связь, но радиостанции P25 позволяют заглушать сигналы на относительно низкой мощности, что позволило исследователям предотвратить прием с помощью игрушечного пейджера стоимостью 30 долларов, предназначенного для детей младшего подросткового возраста».
Отчет был представлен на 20-м симпозиуме по безопасности USENIX в Сан-Франциско в августе 2011 года. [37] В отчете отмечен ряд недостатков безопасности в системе Project 25, некоторые из которых связаны со способом ее реализации, а некоторые — с самой конструкцией системы безопасности.
В отчете не было обнаружено никаких нарушений в шифровании P25; однако они наблюдали, что большие объемы конфиденциального трафика отправлялись в открытом виде из-за проблем с реализацией. Они обнаружили, что метки переключателей для безопасного и открытого режимов трудно различить (∅ против o). Это усугубляется тем фактом, что радиостанции P25, установленные в безопасный режим, продолжают работать, не выдавая предупреждения, если другая сторона переключается в открытый режим. Кроме того, авторы отчета заявили, что многие системы P25 слишком часто меняют ключи, что увеличивает риск того, что отдельная радиостанция в сети может быть неправильно зашифрована, вынуждая всех пользователей в сети передавать данные в открытом виде для поддержания связи с этой радиостанцией.
Одним из вариантов дизайна было использование более низких уровней исправления ошибок для частей закодированных голосовых данных, которые считаются менее критичными для разборчивости. В результате этого можно ожидать появления ошибок в битах в типичных передачах, и хотя они безвредны для голосовой связи, наличие таких ошибок вынуждает использовать потоковые шифры , которые могут допускать ошибки в битах и не позволяют использовать стандартную технику, коды аутентификации сообщений (MAC), для защиты целостности сообщений от атак потокового шифра . Различные уровни исправления ошибок реализуются путем разбиения кадров сообщений P25 на подкадры. Это позволяет злоумышленнику глушить целые сообщения, передавая их только во время определенных коротких подкадров, которые критичны для приема всего кадра. В результате злоумышленник может эффективно глушить сигналы Project 25 со средними уровнями мощности, намного ниже уровней мощности, используемых для связи. Такие атаки могут быть нацелены только на зашифрованные передачи, заставляя пользователей передавать данные в открытом виде.
Поскольку радиостанции Project 25 предназначены для работы в существующих двусторонних радиочастотных каналах, они не могут использовать модуляцию с расширенным спектром , которая по своей сути устойчива к помехам. Оптимальная система с расширенным спектром может потребовать эффективного глушителя, который будет использовать в 1000 раз больше мощности (на 30 дБ больше), чем отдельные коммуникаторы. Согласно отчету, глушитель P25 может эффективно работать на 1/25 мощности (на 14 дБ меньше), чем общающиеся радиостанции. Авторы разработали испытательный глушитель, используя однокристальное радио Texas Instruments CC1110, найденное в недорогой игрушке. [37]
Некоторые поля метаданных в протоколе Project 25 не зашифрованы, что позволяет злоумышленнику выполнять анализ трафика для идентификации пользователей. Поскольку радиостанции Project 25 отвечают на адресованные им неверные пакеты данных запросом на повторную передачу, злоумышленник может намеренно отправлять неверные пакеты, заставляя определенную радиостанцию передавать, даже если пользователь пытается поддерживать радиомолчание . Такое отслеживание авторизованными пользователями считается функцией P25, называемой «присутствием». [38]
Авторы отчета пришли к выводу, что «разумно задаться вопросом, почему этот протокол, который разрабатывался в течение многих лет и используется для чувствительных и критически важных приложений, так сложен в использовании и так уязвим для атак». Авторы отдельно выпустили набор рекомендаций для пользователей P25, чтобы смягчить некоторые из обнаруженных проблем. [39] К ним относятся отключение переключателя «безопасный/чистый», использование кодов сетевого доступа для разделения чистого и зашифрованного трафика и компенсация ненадежности беспроводного перепрограммирования ключей P25 путем продления срока службы ключа.
P25 и TETRA используются в более чем 53 странах мира как для общественной безопасности, так и для частных сетей радиосвязи. Существуют некоторые различия в функциях и возможностях: [40] [41] [42]
25 (P25) — это стандарт для проектирования и производства совместимых цифровых двусторонних беспроводных коммуникационных продуктов. Разработанный в Северной Америке с участием государственных, местных и федеральных представителей и руководства Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA), P25 получил всемирное признание для общественной безопасности, охраны, государственных услуг и коммерческих приложений... Стандарт P25 был создан и предназначен для специалистов по общественной безопасности.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )