STU-III: Защищённый телефонный аппарат третьего поколения

Введение

Телефон STU III (Secure Telephone Unit третьего поколения) – это семейство защищенных телефонов, представленное в 1987 году АНБ для использования правительством Соединенных Штатов, его подрядчиками и союзниками. Настольные аппараты STU III выглядят как обычные офисные телефоны, подключаются к стандартной телефонной розетке и могут совершать звонки любому обычному абоненту (однако такие звонки не имеют специальной защиты). При вызове на другой правильно настроенный аппарат STU III один из абонентов может попросить другого включить защищенную передачу. Затем они нажимают кнопку на своих телефонах, и после 15-секундной задержки их разговор шифруется для предотвращения прослушивания. Существуют портативные и милитаризованные версии, и большинство аппаратов STU III содержат встроенный модем и порт RS 232 для передачи данных и факсов. Производителями были AT&T (позже переданная компании Lucent Technologies), RCA (в настоящее время L 3 Communications, East) и Motorola. Аппараты STU III больше не используются правительством США, срок действия последних криптографических ключей для них истек 31 декабря 2009 года. Они были заменены STE (Secure Terminal Equipment) и другим оборудованием, использующим более современный протокол взаимодействия защищенных систем связи (SCIP).

Безопасность

Большинство устройств STU III были разработаны для работы с шифрованием типа 1, как его классифицирует АНБ. Это позволяет им защищать переговоры на всех уровнях секретности, вплоть до "Совершенно секретно", при этом максимальный уровень защиты во время разговора определяется наименьшим уровнем допуска двух участников. В период расцвета Коммерческой программы сертификации COMSEC производились STU III типов 2, 3 и 4, однако они не получили широкого коммерческого распространения. Два ключевых фактора, обеспечивших успех STU III, – это Система электронного управления ключами (EKMS) и использование сменного модуля памяти в пластиковом корпусе в форме ключа от дома, известного как KSD 64A. Считается, что EKMS является одним из первых масштабных применений асимметричной криптографии. Она значительно упростила сложную логистику и учет, связанные с обеспечением каждого шифрующего устройства правильными ключами, а также с защитой и учетом всего ключевого материала. KSD 64A содержит 64-килобитный чип EEPROM, который можно использовать для хранения различных типов ключей и другой информации. Новое (или обнуленное) устройство STU III должно быть сначала оснащено "ключом-затравкой". Этот ключ доставляется из АНБ заказным письмом или службой курьерской доставки Министерства обороны. После получения ключа-затравки, пользователь звонит по бесплатному номеру в АНБ для преобразования ключа-затравки в рабочий ключ. В этот момент в STU III загружается список скомпрометированных ключей. Рабочий ключ должен обновляться не реже одного раза в год. Затем рабочий ключ разделяется на два компонента, один из которых заменяет информацию на KSD 64A, после чего он становится Ключом криптографического запуска (CIK). При извлечении CIK из телефона STU III ни один из блоков не считается секретным. Только при вставке CIK в STU III, для которого он был создан, можно принимать и передавать секретную информацию. Когда соединение "становится защищенным", два устройства STU III генерируют уникальный ключ, который будет использоваться для шифрования только текущего разговора. Каждый блок сначала проверяет, не использует ли другой отмененный ключ, и если у одного из них есть более актуальный список отзыва ключей, он передает его другому. Предположительно, списки отзыва защищены цифровой подписью, сгенерированной АНБ. Несмотря на отсутствие сообщений о взломе шифрования STU III, поступали утверждения о том, что иностранные спецслужбы могут идентифицировать линии, на которых установлены STU III, и что незашифрованные разговоры по этим линиям, особенно те, которые велись в ожидании завершения команды "Go Secure", предоставляли ценную информацию.

Most STU III units were built for use with what NSA calls Type 1 encryption. This allows them to protect conversations at all security classification levels up to Top Secret, with the maximum level permitted on a call being the lower clearance level of the two persons talking. At the height of the Commercial COMSEC Endorsement Program, Type 2, 3, and 4 STU IIIs were manufactured, but they saw little commercial success. Two major factors in the STU III's success were the Electronic Key Management System (EKMS) and the use of a removable memory module in a plastic package in the shape of a house key, called a KSD 64A. The EKMS is believed to be one of the first widespread applications of asymmetric cryptography. It greatly reduced the complex logistics and bookkeeping associated with ensuring each encryption device has the right keys and that all keying material is protected and accounted for. The KSD 64A contains a 64 kbit EEPROM chip that can be used to store various types of keying and other information. A new (or zeroized) STU III must first have a "seed key" installed. This key is shipped from NSA by registered mail or Defense Courier Service. Once the STU III has its seed key, the user calls a toll free number at NSA to have the seed key converted into an operational key. A list of compromised keys is downloaded to the STU III at this time. The operational key is supposed to be renewed at least once a year. The operational key is then split into two components, one of which replaces the information on the KSD 64A, at which point it becomes a Crypto Ignition Key or CIK. When the CIK is removed from the STU III telephone neither unit is considered classified. Only when the CIK is inserted into the STU III on which it was created can classified information be received and sent. When a call "goes secure", the two STU III's create a unique key that will be used to encrypt just the call being placed. Each unit first makes sure that the other is not using a revoked key and if one has a more up to date key revocation list, it transmits it to the other. Presumably the revocation lists are protected by a digital signature generated by NSA. While there have been no reports of STU III encryption being broken, there have been claims that foreign intelligence services can recognize the lines on which STU IIIs are installed and that un encrypted calls on these lines, particularly what was said while waiting for the "go secure" command to complete, have provided valuable information.

Использование

Были произведены сотни тысяч комплектов STU III, многие из которых оставались в эксплуатации по состоянию на 2004 год. STU III заменил более ранние устройства шифрования голосовой связи, включая KY 3 (1960-е годы), STU I (1970) и STU II (1975). В STU II насчитывалось около 10 000 пользователей. Они, в свою очередь, заменили менее защищенные голосовые шифраторы. В отличие от предыдущих систем, электронная схема шифрования STU III полностью размещена в настольном аппарате. Кроме того, уменьшенная полоса пропускания, требуемая STU III, позволяла использовать его для зашифрованной голосовой связи даже по ограниченным каналам, таким как коммерческие морские спутниковые каналы связи того времени. STU III больше не используется, его заменили более современные системы STE (Secure Terminal Equipment) или OMNI – полностью цифровые системы, которые решают многие проблемы STU III, включая 15-секундную задержку. Оперативные трудности при использовании телефонов STU III затрудняли координацию между Федеральным управлением гражданской авиации и NORAD во время терактов 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке и Вашингтоне. Подробнее см. статью «Связь во время терактов 11 сентября». STE пришел на смену STU III в 1990-х годах. Как и STU III, устройство STE внешне напоминает обычный телефон. Помимо подключения к стандартной телефонной розетке (общей коммутируемой телефонной сети), STE изначально был разработан для подключения к линиям Integrated Services Digital Network (ISDN). В результате, помимо защищенных голосовых разговоров, пользователи могли также использовать устройство STE для передачи секретных данных и факсов. Скорость передачи данных STE также значительно выше (STU III: до 9 кбит/с; STE: до 128 кбит/с). Наконец, устройство STE обратно совместимо с устройством STU III при подключении обоих устройств к PSTN. Основным элементом STE является криптокарта Fortezza Plus (KOV 14), представляющая собой карту PCMCIA. Она содержит как криптографические алгоритмы, так и ключ(и), используемые для шифрования. Криптографические алгоритмы включают BATON, FIREFLY и алгоритм подписи SDNS. При извлечении криптокарты из устройства STE ни телефон, ни карта не считаются конфиденциальными. BATON – это блочный шифр, разработанный АНБ с размером блока 128 бит и размером ключа 320 бит. FIREFLY, в свою очередь, является протоколом распределения ключей, разработанным АНБ. Протокол FIREFLY использует криптографию с открытым ключом для обмена ключами между двумя участниками защищенного вызова. И STU III, и STE основаны на проприетарных технологиях, а детали криптографических алгоритмов (BATON и FIREFLY) засекречены. Хотя секретность алгоритмов не снижает безопасность устройства, она ограничивает его использование правительством США и его союзниками. В Министерстве обороны Voice over IP (VoIP) постепенно стал альтернативным решением STU III и STE. Высокая пропускная способность IP-сетей делает VoIP привлекательным, поскольку обеспечивает более высокое качество голоса по сравнению с STU III и STE. Для защиты VoIP-вызовов VoIP-телефоны подключаются к секретным IP-сетям (например, к Secret Internet Protocol Router Network – SIPRNET). STU III, STE и другие технологии защищенной голосовой связи, разработанные АНБ, представляют интерес как для союзников, так и для противников Соединенных Штатов. На сегодняшний день не сообщалось о криптоанализе алгоритмов шифрования, используемых в STU III и STE. Любые взломы этих алгоритмов могут поставить под угрозу национальную безопасность. Информация о STU III весьма ограничена, несмотря на то, что производство прекращено. Из-за чувствительности темы доступно немного соответствующих документов. Большая часть доступной информации поступает от производителей STU III и STE (например, L 3 Communications).

Hundreds of thousands of STU III sets were produced and many were still in use as of 2004. STU III replaced earlier voice encryption devices, including the KY 3 (1960s), the STU I (1970) and the STU II (1975). The STU II had some 10,000 users. These, in turn, replaced less secure voice scramblers. Unlike earlier systems, the STU III's encryption electronics are completely contained in the desk set. Further, the reduced bandwidth required by a STU III permitted it to be used for encrypted voice communications even over limited conduits such as the commercial maritime communication satellites of the day. The STU III is no longer in use, having been replaced by the STE (Secure Terminal Equipment) or OMNI, more modern, all digital systems that overcome many of the STU III's problems, including the 15 second delay. Operational difficulties in using STU III phones hindered coordination between the Federal Aviation Administration and NORAD during the September 11, 2001 attacks on New York and Washington. See Communication during the September 11 attacks. STE succeeded STU III in the 1990s. Similar to STU III, an STE unit physically resembles an ordinary telephone. Besides connecting to a regular wall phone jack (Public Switched Telephone Network), the STE was originally designed to be connected to Integrated Services Digital Network (ISDN) lines. As a result, in addition to having secured voice conversations, users can also use an STE unit for classified data and fax transmissions. Transfer rate of an STE is also considerably higher (STU III: up to 9 kbit/s; STE: up to 128 kbit/s). Lastly, an STE unit is backward compatible with an STU III unit when both units are connected to the PSTN. The heart of an STE unit is the Fortezza Plus (KOV 14) Crypto Card, which is a PCMCIA card. It contains both the cryptographic algorithms as well as the key(s) used for encryption. Cryptographic algorithms include BATON, FIREFLY, and SDNS signature algorithm. When the Crypto Card is removed from the STE unit, neither the phone or the card is considered classified. BATON is a block cipher developed by the NSA with a block size of 128 bits and key size of 320 bits. FIREFLY, on the other hand, is a key distribution protocol developed by the NSA. The FIREFLY protocol uses public key cryptography to exchange keys between two participants of a secured call. Both STU III and STE are built on technologies that are proprietary, and details of the cryptographic algorithms (BATON and FIREFLY) are classified. Although the secrecy of the algorithms does not make the device less secure, it does limit the usage to within the U. S. government and its allies. Within the Department of Defense, Voice over IP (VoIP) has slowly emerged as an alternative solution to STU III and STE. The high bandwidth of IP networks makes VoIP attractive because it results in voice quality superior to STU III and STE. To secure VoIP calls, VoIP phones are connected to classified IP networks (e. g. Secret Internet Protocol Router Network – SIPRNET). Both allies and adversaries of the United States are interested in STU III, STE, and other secured voice technologies developed by the NSA. To date, there has not been any reported cryptanalysis on the encryption algorithms used by the STU III and STE. Any breaks in these algorithms could jeopardize national security. Information about STU III is very limited despite the fact that it is out of production. Because of the sensitive nature of the subject, there are few relevant documents available. The majority of the information available originates from the manufacturers (e. g. L 3 Communications) of STU III and STE.