Проект 25 ( P25 или APCO-25 ) представляет собой набор стандартов для совместимых продуктов цифровой двусторонней радиосвязи . P25 был разработан специалистами по общественной безопасности в Северной Америке и получил признание в сфере общественной безопасности, охраны, государственных услуг и коммерческих приложений по всему миру. [1] Радиостанции P25 являются прямой заменой аналоговых радиостанций УВЧ (обычно FM ), но добавляют возможность передачи данных, а также голоса, что обеспечивает более естественную реализацию шифрования и обмена текстовыми сообщениями . Радиостанции P25 обычно используются диспетчерскими организациями, такими как полиция , пожарная служба , скорая помощь и аварийно-спасательная служба, с использованием радиостанций, установленных на транспортных средствах, в сочетании с ретрансляторами и портативными рациями .
Примерно с 2012 года продукты стали доступны с новым протоколом модуляции фазы 2 , а более старый протокол, известный как P25, стал P25 Phase 1. Продукты P25 Phase 2 используют более совершенный вокодер AMBE2+, который позволяет звуку проходить через более сжатый битовый поток и обеспечивает два Голосовые каналы TDMA в одной и той же полосе радиочастот (12,5 кГц), тогда как фаза 1 может обеспечить только один голосовой канал. Эти два протокола несовместимы. Однако инфраструктура фазы 2 P25 может обеспечить функцию «динамического транскодера», которая по мере необходимости преобразует между фазой 1 и фазой 2. 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 наземной транкинговой радиосвязи (TETRA) и цифровой мобильной радиосвязи (DMR), которые выполняют ту же роль, что и Проект 25.
Радиостанции общественной безопасности были переведены с аналоговых FM на цифровые с 1990-х годов из-за более широкого использования данных в радиосистемах для таких функций, как определение местоположения по GPS, транкинг , обмен текстовыми сообщениями, измерение и шифрование.
Различные пользовательские протоколы и различный радиоспектр общественной безопасности затрудняли органам общественной безопасности достижение функциональной совместимости и широкого признания. Однако уроки, извлеченные во время стихийных бедствий, с которыми Соединенные Штаты столкнулись в последние десятилетия, вынудили агентства оценить свои потребности во время стихийных бедствий, 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] На основе рекомендаций по поиску решений, которые наилучшим образом удовлетворяют потребностям управления общественной безопасностью, в октябре 1989 года был создан проект APCO 25 в коалиции с: [2] [4]
Руководящий комитет, состоящий из представителей вышеупомянутых агентств, а также FPIC ( Федерального партнерства по интероперабельной связи Министерства внутренней безопасности ), Береговой охраны и Национального института стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли , Управления правоохранительных органов. Стандарты были созданы для определения приоритетов и масштабов технического развития P25. [4]
Совместимая экстренная 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 наиболее серьезных является плохая связь из-за отсутствия соответствующих и эффективных средств для своевременного сбора, обработки и передачи важной информации. В некоторых случаях системы радиосвязи несовместимы и неработоспособны не только в пределах одной юрисдикции, но и в департаментах или агентствах одного и того же сообщества. [6] Неработоспособность возникает из-за использования устаревшего оборудования, ограниченной доступности радиочастот, изолированного или независимого планирования, отсутствия координации и сотрудничества между агентствами, приоритетов сообщества, конкурирующих за ресурсы, финансирование и владение, а также контроля над системами связи. . [7] Признавая и понимая эту необходимость, проект 25 (P25) был инициирован совместно агентствами общественной безопасности и производителями для решения проблемы с системами экстренной связи . P25 — это совместный проект, призванный обеспечить совместимость радиостанций двусторонней связи. Цель P25 — дать возможность службам общественной безопасности общаться друг с другом и, таким образом, добиться улучшенной координации, своевременного реагирования, а также эффективного и результативного использования коммуникационного оборудования. [8]
P25 был создан для удовлетворения потребности в единых стандартах цифровой радиосвязи общественной безопасности для служб экстренного реагирования и специалистов по внутренней безопасности/чрезвычайным ситуациям. Инженерный комитет TR-8 Ассоциации телекоммуникационной отрасли облегчает такую работу, выступая в качестве организации по разработке стандартов (SDO), аккредитованной ANSI, и опубликовал набор стандартов P25 в виде серии документов TIA-102, которые теперь включают 49 отдельных части о реализации технологии наземной мобильной радиосвязи и TDMA в целях общественной безопасности. [9]
Проект 25 (P25) представляет собой набор стандартов, разработанных совместными усилиями Международной ассоциации работников связи общественной безопасности (APCO), Национальной ассоциации директоров государственных телекоммуникаций (NASTD), отдельных федеральных агентств и Национальной системы связи (NCS). и стандартизирован Ассоциацией телекоммуникационной отрасли (TIA)... Набор стандартов P25 включает в себя 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, а также были выбраны и развернуты в других частных системах по всему миру. [10]
Системы, соответствующие P25, все чаще внедряются и развертываются на всей территории США, а также в других странах. Радиостанции могут обмениваться данными в аналоговом режиме с устаревшими радиостанциями, а также в цифровом или аналоговом режиме с другими радиостанциями P25. Кроме того, развертывание систем, соответствующих стандарту P25, обеспечит высокую степень совместимости и совместимости оборудования.
В стандартах P25 используются голосовые кодеки улучшенного многополосного возбуждения (IMBE) и расширенного многополосного возбуждения (AMBE+2), разработанные компанией Digital Voice Systems, Inc. для кодирования/декодирования аналоговых аудиосигналов. Ходят слухи, что стоимость лицензий на голосовые кодеки, используемые в устройствах стандарта P25, является основной причиной такой высокой стоимости устройств, совместимых с P25. [11]
P25 можно использовать в режиме «разговора» без какого-либо промежуточного оборудования между двумя радиостанциями, в обычном режиме, когда две радиостанции обмениваются данными через ретранслятор или базовую станцию без транкинга, или в транкинговом режиме , когда трафик автоматически распределяется по одному или нескольким голосовым каналам с помощью Ретранслятор или базовая станция .
Протокол поддерживает использование шифрования Data Encryption Standard (DES) (56 бит), шифрование Triple-DES с двумя ключами, шифрование Triple-DES с тремя ключами , шифрование Advanced Encryption Standard (AES) с длиной ключа до 256 бит, RC4 ( 40 бит , продается Motorola как Advanced Digital Privacy ), или без шифрования.
Протокол также поддерживает шифры ACCORDION 1.3, BATON , Firefly , MAYFLY и SAVILLE Type 1 .
Пакет стандартов P25 определяет восемь открытых интерфейсов между различными компонентами наземной мобильной радиосистемы. Эти интерфейсы:
Технология, соответствующая стандарту P25, внедрялась в два основных этапа, будущие этапы еще не доработаны.
Радиосистемы фазы 1 работают в цифровом режиме 12,5 кГц, используя метод доступа одного пользователя на канал. В радиостанциях фазы 1 используется непрерывная 4-уровневая FM- модуляция (C4FM) — особый тип модуляции 4 FSK [12] — для цифровой передачи со скоростью 4800 бод и 2 бита на символ, что дает общую пропускную способность канала 9600 бит в секунду. Из этих 9600 4400 — это голосовые данные, генерируемые кодеком IMBE , 2800 — прямая коррекция ошибок, а 2400 — сигнализация и другие функции управления. Приемники, разработанные для стандарта C4FM, также могут демодулировать стандарт «Совместимая квадратурная фазовая манипуляция » (CQPSK), поскольку параметры сигнала CQPSK были выбраны так, чтобы обеспечить то же отклонение сигнала во время символа, что и C4FM. Фаза 1 использует голосовой кодек IMBE .
Эти системы включают стандартизированные спецификации услуг и средств, гарантирующие, что абонентская радиостанция любого производителя, соответствующая требованиям, имеет доступ к услугам, описанным в таких спецификациях. Возможности включают обратную совместимость и взаимодействие с другими системами, независимо от системных границ и инфраструктуры. Кроме того, набор стандартов P25 обеспечивает открытый интерфейс радиочастотной (РЧ) подсистемы для облегчения взаимодействия систем различных производителей.
Чтобы улучшить использование спектра, P25 Phase 2 был разработан для транкинговых систем, использующих двухслотовую схему TDMA , и теперь требуется для всех новых транкинговых систем в диапазоне 700 МГц. [13] На этапе 2 используется голосовой кодек AMBE+2 для уменьшения необходимой скорости передачи данных, так что для одного голосового канала потребуется только 6000 бит в секунду (включая коррекцию ошибок и передачу сигналов). Фаза 2 не обратно совместима с фазой 1 (из-за работы TDMA), хотя многорежимные радиостанции и системы TDMA способны работать в режиме фазы 1, когда это необходимо, если это разрешено. Абонентская радиостанция не может использовать передачу TDMA без источника синхронизации; поэтому для прямой радиосвязи прибегают к обычной цифровой операции FDMA. Многодиапазонные абонентские радиостанции также могут работать в узкополосном диапазоне FM, что является наименьшим общим знаменателем практически для любых двусторонних радиостанций. Это делает аналоговый узкополосный FM режимом де-факто «взаимодействия» на некоторое время.
Первоначально при реализации Фазы 2 планировалось разделить канал 12,5 кГц на два слота по 6,25 кГц или множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA). Однако оказалось более выгодным использовать существующие распределения частот 12,5 кГц в режиме множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) по ряду причин. Это позволило абонентским радиостанциям экономить заряд батареи за счет сокращения времени передачи только вдвое, что также дает возможность абонентской радиостанции слушать и отвечать на системные запросы между передачами.
Фаза 2 — это так называемый «эквивалент полосы пропускания» 6,25 кГц, который удовлетворяет требованиям FCC, позволяющим голосовым передачам занимать меньшую полосу пропускания. Голосовой трафик в системе фазы 2 передается с полной частотой 12,5 кГц на каждую частоту, как и в системе фазы 1, однако она делает это с более высокой скоростью передачи данных 12 кбит/с, что позволяет осуществлять две одновременные передачи голоса. Таким образом, абонентские радиостанции также передают на полной частоте 12,5 кГц, но с повторением в режиме включения/выключения, что приводит к половине передачи и, следовательно, 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 приложений в чрезвычайных ситуациях и безопасности), [15] который стремился определить единый набор требований для Стандарт авиационной и наземной цифровой широкополосной/широкополосной радиосвязи следующего поколения, который можно использовать для передачи и приема голоса, видео и высокоскоростных данных в глобальных многоагентских сетях, развернутых агентствами общественной безопасности. [16] [17]
Окончательные функциональные и технические требования были опубликованы ETSI [18] и, как ожидается, будут определять следующие этапы американского проекта 25 и европейских DMR, dPMR и TETRA, но никакого интереса со стороны отрасли не последовало, поскольку требования не могли быть выполнены. с помощью доступных коммерческих готовых технологий, и проект был закрыт в 2010 году .
Во время аукциона по беспроводному спектру в США в 2008 году FCC выделила 20 МГц из спектра радиодиапазона УВЧ 700 МГц , высвободившегося при переходе цифрового телевидения к сетям общественной безопасности. FCC ожидает, что провайдеры будут использовать LTE для высокоскоростных приложений передачи данных и видео. [19]
Системам P25 не нужно прибегать к использованию внутриполосной сигнализации, такой как тон системы непрерывного тонально-кодированного шумоподавления (CTCSS) или коды цифрового шумоподавления (DCS) для контроля доступа. Вместо этого они используют так называемый код доступа к сети (NAC), который включается вне цифрового голосового кадра. Это 12-битный код, который предваряет каждый отправляемый пакет данных, включая те, которые содержат голосовую передачу.
NAC — это функция, аналогичная CTCSS или DCS для аналоговых радиостанций. То есть радиостанции можно запрограммировать на передачу звука только при получении правильного NAC. NAC программируются как трехшестнадцатеричный код, который передается вместе с передаваемым цифровым сигналом.
Поскольку NAC представляет собой трехшестнадцатеричное число (12 бит), существует 4096 возможных NAC для программирования, что намного больше, чем все аналоговые методы вместе взятые.
Три из возможных NAC имеют специальные функции:
Принятие этих стандартов замедлилось из-за бюджетных проблем в США; однако финансирование модернизации связи со стороны Министерства внутренней безопасности обычно требует перехода на Проект 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 насчитывалось 660 сетей с P25, развернутых в 54 странах. [21] В то же время в 2005 году европейское наземное транкинговое радио (TETRA) было развернуто в шестидесяти странах, и оно является предпочтительным выбором в Европе, Китае и других странах. [21] Во многом это было основано на том, что системы TETRA в то время были во много раз дешевле, чем системы P25 (900 долларов против 6000 долларов за радио) [21] . Однако цены на радио P25 быстро приближаются к ценам на радио TETRA из-за усиления конкуренции на рынке P25. Большинство сетей P25 базируются в Северной Америке, где есть то преимущество, что система P25 имеет такое же покрытие и полосу частот, что и предыдущие аналоговые системы, которые использовались, поэтому каналы можно легко обновлять один за другим. [21] Некоторые сети P25 также допускают интеллектуальный переход от аналоговых радиостанций к цифровым радиостанциям, работающим в одной сети. И P25, и TETRA могут предлагать различную степень функциональности в зависимости от доступного радиоспектра, местности и бюджета проекта.
Хотя совместимость является основной целью P25, многие функции P25 создают проблемы с совместимостью. Теоретически все оборудование, совместимое с P25, является совместимым. На практике совместимая связь невозможна без эффективного управления, стандартизированных рабочих процедур, эффективного обучения и учений, а также координации между юрисдикциями. Трудности, присущие разработке сетей P25 с использованием таких функций, как цифровая передача голоса, шифрование или транкинг, иногда приводят к негативной реакции на функции и отступлению организации к минимальным «бесфункциональным» реализациям P25, которые соответствуют букве любого требования к миграции Project 25, не осознавая преимуществ. этого. Кроме того, хотя разногласия сами по себе не являются технической проблемой, они часто возникают из-за громоздких бюрократических межведомственных процессов, которые имеют тенденцию развиваться для координации решений по оперативной совместимости.
Программа оценки соответствия проекта 25 Министерства внутренней безопасности США (P25 CAP) [27] направлена на обеспечение совместимости между различными поставщиками путем тестирования на соответствие стандартам P25. P25 CAP, добровольная программа, позволяет поставщикам публично подтверждать соответствие своей продукции требованиям. [27]
Независимые аккредитованные лаборатории проверяют радиостанции P25 поставщиков на соответствие стандартам P25, основанным на стандартах TIA-102 и соответствующим процедурам тестирования TIA-TR8. Только одобренные продукты [28] можно приобрести за доллары федерального гранта США. [29] Как правило, не следует полагать, что неутвержденные продукты соответствуют стандартам P25 по производительности, соответствию и совместимости.
Маркировка продукта P25 различается. «P25» и «P25-совместимый» ничего не значат, в то время как высокие стандарты применяются к поставщику, чтобы заявить, что продукт «совместим с P25 CAP» или «P25 соответствует Заявлению о требованиях (P25 SOR)» [30]
На конференции Securecomm 2011 в Лондоне исследователь безопасности Стив Гласс представил статью, написанную им самим и соавтором Мэттом Эймсом, в которой объяснялось, как DES-OFB и собственные шифры Motorola ADP (на основе RC4) уязвимы для восстановления ключа методом перебора. [31] Это исследование стало результатом проекта OP25 [32] , в котором используется GNU Radio [33] и универсальное программное обеспечение Ettus Radio Peripheral (USRP) [34] для реализации анализатора 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.
Документ доступен для скачивания на веб-сайте NICTA . [35]
В 2011 году Wall Street Journal опубликовал статью, описывающую исследования недостатков безопасности системы, включая пользовательский интерфейс, из-за которого пользователям сложно распознать, когда трансиверы работают в безопасном режиме. [36] Согласно статье, «(R)исследователи из Пенсильванского университета подслушали разговоры, которые включали описания тайных агентов и конфиденциальных информаторов , планы предстоящих арестов и информацию о технологиях, используемых в операциях по наблюдению». Исследователи обнаружили, что сообщения, передаваемые по радио, передаются сегментами, и блокировка только части этих сегментов может привести к застреванию всего сообщения. «Их исследования также показывают, что радиостанции можно эффективно глушить (одна радиостанция, ближнего радиуса действия) с помощью сильно модифицированной розовой электронной детской игрушки и что стандарт, используемый радиостанциями, «предоставляет злоумышленнику удобное средство» для непрерывного отслеживания местоположения В других системах глушителям приходится тратить много энергии, чтобы блокировать связь, но радиостанции P25 позволяют глушить при относительно низкой мощности, что позволяет исследователям предотвратить прием с помощью игрушечного пейджера за 30 долларов, предназначенного для подростков».
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 специфичны для способа ее реализации, а некоторые присущи конструкции безопасности. .
В отчете не обнаружено никаких нарушений шифрования P25; однако они заметили, что большие объемы конфиденциального трафика пересылаются в открытом виде из-за проблем с реализацией. Они обнаружили, что маркировку переключателей безопасного и четкого режимов трудно различить (∅ и o). Ситуация усугубляется тем фактом, что радиостанции P25, установленные в безопасный режим, продолжают работать без выдачи предупреждения, если другая сторона переключается в чистый режим. Кроме того, авторы отчета заявили, что многие системы P25 слишком часто меняют ключи, что увеличивает риск того, что отдельное радио в сети может быть неправильно настроено, что вынуждает всех пользователей в сети передавать данные в открытом виде, чтобы поддерживать связь с этим радио.
Одним из вариантов дизайна было использование более низких уровней исправления ошибок для частей закодированных речевых данных, которые считаются менее важными для разборчивости. В результате в типичных передачах можно ожидать появления битовых ошибок, и хотя они безвредны для голосовой связи, наличие таких ошибок вынуждает использовать поточные шифры , которые допускают битовые ошибки и не позволяют использовать стандартные методы — коды аутентификации сообщений. (MAC), чтобы защитить целостность сообщений от атак потокового шифрования . Различные уровни исправления ошибок реализуются путем разбиения кадров сообщения P25 на подкадры. Это позволяет злоумышленнику блокировать целые сообщения, передавая их только в течение определенных коротких подкадров, которые имеют решающее значение для приема всего кадра. В результате злоумышленник может эффективно глушить сигналы Проекта 25 со средним уровнем мощности, намного меньшим, чем уровни мощности, используемые для связи. Такие атаки могут быть нацелены только на зашифрованные передачи, вынуждая пользователей передавать данные в открытом виде.
Поскольку радиостанции проекта 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, чтобы эффективный глушитель потреблял в 1000 раз больше мощности (на 30 дБ больше), чем отдельные коммуникаторы. Согласно отчету, глушитель P25 может эффективно работать при мощности, составляющей 1/25 мощности (на 14 дБ меньше), чем радиостанции связи. Авторы разработали экспериментальный глушитель, используя одночиповую радиостанцию Texas Instruments CC1110, найденную 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 определенное радиоустройство передавать данные, даже если пользователь пытается поддерживать радиомолчание . Такое отслеживание авторизованными пользователями считается функцией P25, называемой «присутствием». [38]
В заключение авторы отчета заявили: «Резонно 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 по смягчению некоторых обнаруженных проблем. [39] К ним относятся отключение безопасного/чистого переключателя, использование кодов доступа к сети для разделения открытого и зашифрованного трафика, а также компенсация ненадежности беспроводного повторного ключа P25 за счет продления срока службы ключа.
P25 и TETRA используются более чем в 53 странах мира для радиосетей общественной безопасности и частного сектора. Есть некоторые различия в функциях и возможностях: [40] [41] [42]
Проект 25 (P25) — это стандарт разработки и производства совместимых продуктов цифровой двусторонней беспроводной связи. Разработанный в Северной Америке совместно с представителями штата, местного и федерального правительства и руководством Ассоциации телекоммуникационной отрасли (TIA), стандарт P25 получил признание во всем мире для обеспечения общественной безопасности, защиты, общественных услуг и коммерческих приложений... Стандарт P25 был создан и предназначен для для специалистов по общественной безопасности.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )