Цифровая мобильная радиосвязь ( DMR ) — это стандарт цифровой радиосвязи для передачи голоса и данных в закрытых радиосетях . Он был создан Европейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI) [1] и разработан как недорогой и простой в использовании. DMR, наряду с P25 phase II и NXDN, являются основными конкурирующими технологиями в достижении эквивалентной полосы пропускания 6,25 кГц с использованием фирменного вокодера AMBE+2 . DMR и P25 II используют двухслотовый TDMA в канале 12,5 кГц, в то время как NXDN использует дискретные каналы 6,25 кГц с разделением частот, а TETRA использует четырехслотовый TDMA в канале 25 кГц.
DMR был разработан с тремя уровнями. Уровни DMR I (нелицензированный) и II (обычный лицензированный) были впервые опубликованы в 2005 году, а DMR III (транкинговая версия) [2] был опубликован в 2012 году, при этом производители выпускали продукцию в течение нескольких лет после каждой публикации.
Основная цель стандарта — определить цифровую систему с низкой сложностью, низкой стоимостью и совместимостью между брендами, чтобы покупатели радиокоммуникаций не были привязаны к фирменному решению.
Интерфейс DMR определяется следующими стандартами ETSI:
Стандарт DMR работает в рамках существующего разноса каналов 12,5 кГц , используемого в диапазонах частот наземной мобильной связи по всему миру, но достигает двух голосовых каналов с помощью двухслотовой технологии TDMA , построенной вокруг структуры 30 мс. Модуляция представляет собой 4-позиционную FSK , которая создает четыре возможных символа по воздуху 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 с использованием DMR по сравнению с 4400 бит/с с использованием P25 и 64000 бит/с с традиционными телефонными цепями.
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. [3] Весьма вероятно, что в стандарт будут внесены дальнейшие усовершенствования, что потребует обновления прошивки терминалов и инфраструктуры в будущем, чтобы воспользоваться этими новыми улучшениями, при этом могут возникнуть проблемы несовместимости, если этого не сделать.
DMR охватывает диапазон радиочастот от 30 МГц до 1 ГГц.
Существуют реализации DMR (по состоянию на начало 2016 года), которые работают на частотах вплоть до 66 МГц (в пределах Европейского Союза, в «Lo-Band VHF» 66–88 МГц.) [ необходима цитата ]
Продукция DMR Tier I предназначена для безлицензионного использования в европейском диапазоне PMR446 . Продукция Tier I предназначена только для неинфраструктурного использования (то есть без использования ретрансляторов). Эта часть стандарта предусматривает потребительские приложения и маломощные коммерческие приложения, использующие максимум 0,5 Вт мощности радиочастот. [4]
Обратите внимание, что за пределами Европы на этой частоте нет свободного от лицензии распределения, а это значит, что радиостанции PMR446, включая радиостанции DMR Tier I, могут законно использоваться в других странах только после получения оператором соответствующей лицензии на радиосвязь.
Некоторые радиостанции DMR, продаваемые китайскими производителями (в первую очередь Baofeng ), были ошибочно маркированы как DMR Tier I. Радиостанции DMR Tier I будут использовать только частоты PMR446, не требующие лицензирования, и будут иметь максимальную передаваемую мощность 0,5 Вт, как того требует закон для всех радиостанций PMR446. [5]
Хотя стандарт DMR позволяет радиостанциям Tier I DMR использовать режим непрерывной передачи, все известные радиостанции Tier I в настоящее время используют TDMA, как и Tier II. Вероятно, это связано с экономией заряда батареи на 40%, которая достигается при передаче только половину времени вместо непрерывной передачи. [6]
DMR Tier II охватывает лицензированные обычные радиосистемы, мобильные и портативные устройства, работающие в диапазонах частот PMR от 66 до 960 МГц. Стандарт ETSI DMR Tier II нацелен на тех пользователей, которым нужна спектральная эффективность , расширенные голосовые функции и интегрированные услуги передачи данных по IP в лицензированных диапазонах для мощной связи. Ряд производителей имеют на рынке продукты, соответствующие DMR Tier II. ETSI DMR определяет двухслотовый TDMA в каналах 12,5 кГц для Tier II и III. [7]
DMR Tier III охватывает транкинговую работу в диапазонах частот 66–960 МГц. Tier III поддерживает голосовую и короткую обработку сообщений, аналогичную TETRA, со встроенными 128-символьными сообщениями о состоянии и короткими сообщениями с данными до 288 бит в различных форматах. Он также поддерживает пакетную передачу данных в различных форматах, включая поддержку IPv4 и IPv6 . Продукты, соответствующие Tier III, были запущены в 2012 году. В апреле 2013 года Hytera приняла участие в завершении теста на совместимость (IOP) DMR Tier III. [8]
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 взаимодействия. Хотя стандарт DMR не определяет вокодер , члены MOU согласились использовать вокодер DVSI Advanced Multi-Band Excitation (AMBE) с половинной скоростью для обеспечения взаимодействия. В 2009 году члены MOU создали Ассоциацию DMR для работы над взаимодействием между оборудованием поставщиков и предоставления информации о стандарте DMR. [9] Официальное тестирование на взаимодействие проводится с 2010 года. Результаты публикуются на веб-сайте Ассоциации DMR. В Ассоциацию DMR входит около 40 членов.
Стандарт позволяет производителям DMR реализовывать дополнительные функции поверх стандартов, что привело к практическим проблемам несовместимости между брендами, что противоречит Меморандуму о взаимопонимании DMR.
DMR используется в любительских радиодиапазонах VHF и UHF, начатых DMR-MARC около 2010 года. [ требуется ссылка ] FCC официально одобрила использование DMR любителями в США в 2014 году. В любительских пространствах координированные идентификационные номера DMR назначаются и управляются RadioID Inc. Их координированная база данных может быть загружена в радиостанции DMR для отображения имени, позывного и местоположения других операторов. [10] Интернет-связанные системы, такие как DV Scotland Phoenix Network, BrandMeister network, TGIF, FreeDMR и несколько других (включая несколько ранее закрытых кластеров, которые теперь подключаются к более крупным сетям для обеспечения широкополосного доступа), позволяют пользователям общаться с другими пользователями по всему миру через подключенные ретрансляторы или «точки доступа» DMR, часто основанные на одноплатном компьютере Raspberry Pi . В настоящее время к системе BrandMeister по всему миру подключено более 5500 ретрансляторов и 16 000 «точек доступа». [11] Низкая стоимость и растущая доступность систем, подключенных к Интернету, привели к росту использования DMR на любительских радиодиапазонах. [12] Некоторые точки доступа DMR на базе Raspberry Pi, часто работающие под управлением программного обеспечения Pi-Star, позволяют пользователям подключаться к нескольким сетям DMR, подключенным к Интернету, одновременно. [13] Точки доступа DMR часто основаны на аппаратном обеспечении с открытым исходным кодом Multimode Digital Voice Modem, или MMDVM, с прошивкой, разработанной Джонатаном Нейлором. [14] [15]
Шифрование не было определено в первых выпусках стандарта DMR, поэтому каждый производитель радиостанций DMR добавлял свой собственный протокол шифрования. Поэтому эти ранние протоколы шифрования несовместимы друг с другом. Например, шифрование Basic Encrypt от Hytera полностью несовместимо с шифрованием Basic Encrypt от Motorola или шифрованием Basic Encrypt от Tytera.
DMRA теперь управляет совместимой схемой шифрования голоса и данных для DMR. Определены опции 40-битного ARC4, 64-битного DES, 128- и 256-битного AES. Эти схемы шифрования совместимы между производителями и поддерживают поздний ввод голосового вызова, несколько ключей и без заметного ухудшения качества голоса. [16]
Были выпущены некоторые алгоритмы шифрования DMR, такие как PC4, выпущенный в 2015 году с доступным исходным кодом. [17] Это блочный шифр, специально разработанный для систем радиосвязи DMR. Он использует 253 раунда, а размер ключа может варьироваться от 8 бит до 2112 бит. Размер блока составляет 49 бит, что соответствует точному размеру голосового кадра AMBE+ DMR.
Прошивка, реализующая шифрование PC4, доступна для радиостанций Tytera MD-380 и MD-390. [18]
Хотя большинство протоколов шифрования DMR являются частными и не общедоступными, есть некоторая информация, которая может быть использована для определения различных существующих режимов шифрования: кадры AMBE шифруются ключом после оцифровки аналогового сигнала. И на приеме кадры AMBE расшифровываются тем же ключом, и только после этого осуществляется цифро-аналоговый разговор.
В базовом режиме Motorola на самом деле есть 255 фиксированных ключей. Это ключ из 1 символа. Например, ключ № 1 в базовом шифровании Motorola: 1F001F001F0000 Это означает, что каждый 49-битный кадр AMBE шифруется с помощью XOR с ключом 1F001F001F0000. [19]
Базовый режим других производителей предлагает 10, 32 или 64 символьных ключа для создания 882-битной фиксированной строки случайных символов, которая будет XOR с кадрами AMBE. Но вместо шифрования каждого кадра AMBE фиксированным ключом, весь суперкадр шифруется этой фиксированной строкой. Суперкадр содержит 18 кадров AMBE, т. е. 882 бита, и именно эти 882 бита будут зашифрованы этой 882-битной фиксированной строкой.
Режим шифрования PC4 шифрует весь 49-битный кадр в режиме ECB. Один бит, который отличается, делает весь зашифрованный блок совершенно другим.
Для режима Enhanced (ARC4) или Advanced (AES) также шифруется полный суперкадр, но добавляется 32-битный IV (вектор инициализации). Таким образом, каждый суперкадр будет зашифрован по-разному. И существует 2^32 (2 в степени 32) возможных векторов инициализации. Благодаря вектору инициализации шифрование больше не фиксируется для одного и того же ключа, а меняется с каждым суперкадром.
В стандарте DMR не было места для хранения этого IV, поэтому IV (с добавлением кода исправления ошибок, всего 72 бита) вставляется в каждый 49-битный кадр AMBE из-за 4 бит на кадр (биты младшего порядка). Таким образом, эти 4 бита теряются, и это ухудшает качество голоса, чего не происходит с фиксированными шифрами в базовом режиме. 18 кадров AMBE по 49 бит с 4 битами в каждом дают 72 бита (18*4).
Motorola создала свой стандарт, чтобы 40-битный ARC4 (Предполагаемый RC4 ) мог противостоять случайным злоумышленникам. Предполагается, что он обеспечивает 40-битную безопасность, где злоумышленник должен проверить 2 в степени 40 возможных ключей, чтобы найти правильный.
Шифрование RC4 — это потоковый шифр, который должен использовать IV ( Initialization_vector ) каждый раз, когда он выполняет шифрование. 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 Wi-Fi WEP, поскольку размер IV был слишком коротким (24 бита).
Motorola решила использовать немного более длинный размер IV (32 бита), но не намного длиннее 24-битного IV WEP. Motorola называет этот IV MI (индикатор сообщения).
Официальное объяснение Motorola для этого короткого IV заключается в том, что стандарт DMR изначально не был предназначен для шифрования и что им пришлось использовать биты из голосовых кадров, чтобы поместить в него IV. Чтобы не ухудшить голос слишком сильно, можно вставить только 32 бита.
По словам автора программного обеспечения DSD-FME, специалиста по DMR, это утверждение ложно, поскольку существует возможность создания пользовательских кадров DMR. Поэтому такой кадр мог содержать большой IV (например, 128 бит). [20]
Некоторые пользователи обнаружили, что радиостанции Anytone (например, Anytone 878), использующие ARC4, имели константу IV (0x12345678) в начале каждой передачи. [21] Этот недостаток был исправлен в обновлении прошивки AnyTone D878UVII V3.03 (18.12.2023): 5. Измените прошивку, чтобы шифрование AES имело переменный Vector(IV) вместо фиксированного «12345678» .
Motorola ARC4 DMRA по замыслу должен обеспечивать не менее 4 миллиардов различных IV, поэтому должно быть 4 миллиарда суперкадров с различными IV (2^32-битных возможных IV).
Но один пользователь обнаружил, что Motorola использует непримитивный LFSR для ARC4 для генерации IV. Генератор, используемый x^32 + x^4 + x^2 + 1, непримитивен 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 24-битного WEP Wi-Fi IV. [22]
Невозможно представить, что Motorola допустила ошибку, использовав непримитивный IV в своем стандарте, поэтому ошибка, похоже, была преднамеренной. Возможно, это бэкдор .
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 словам криптолога Эрика Филиоля, вполне вероятно, что все экспортируемые продукты с длиной ключа более 56 бит имеют бэкдор, поскольку это является юридическим требованием из-за Вассенаарских соглашений . [23] [24]