Протокол безопасной связи SCIP: Стандарт США

Введение

Стандарт США для защищённой связи

Протокол обеспечения совместимости защищённых коммуникаций (SCIP) — это стандарт США для защищённой голосовой и передачи данных, предназначенный для организации соединений с коммутацией каналов типа «один к одному», а не для пакетных сетей. SCIP был разработан на основе проекта правительства США Future Narrowband Digital Terminal (FNBDT). SCIP поддерживает различные режимы работы, включая национальные и многонациональные, использующие различные методы криптографии. Многие страны и отрасли промышленности разрабатывают устройства SCIP для поддержки многонациональных и национальных режимов SCIP. SCIP должен функционировать в широком спектре систем связи, включая коммерческие стационарные телефоны, военные радиостанции, спутники связи, Voice over IP и различные стандарты сотовой связи. Поэтому при его разработке не делалось никаких предположений об используемом канале, за исключением минимальной полосы пропускания в 2400 Гц. Принцип его работы аналогичен принципу работы dial-up модема: после установления соединения два телефона SCIP сначала согласовывают необходимые параметры, а затем обмениваются данными наилучшим образом. Системы SCIP или FNBDT США используются с 2001 года, начиная с защищённого сотового телефона CONDOR. Стандарт предназначен для обеспечения безопасности как широкополосной, так и узкополосной голосовой и передаваемой информации. SCIP был разработан Консорциумом цифровых голосовых процессоров Министерства обороны (DDVPC) в сотрудничестве с Агентством национальной безопасности США и призван решить проблемы, связанные с более ранними системами шифрования голоса АНБ, такими как STU III и Secure Terminal Equipment (STE), которые основывались на предположениях об используемых системах связи, что препятствовало их совместимости с более современными беспроводными системами. Оборудование STE может быть модернизировано для работы с SCIP, но STU III — нет. Это вызвало определённое сопротивление, поскольку различные государственные учреждения уже владеют более чем 350 000 телефонами STU III стоимостью в несколько тысяч долларов каждый. Стандарт SCIP включает в себя несколько компонентов: управление ключами, сжатие голоса, шифрование и план сигнализации для голосовых, данных и мультимедийных приложений.

The Secure Communications Interoperability Protocol (SCIP) is a US standard for secure voice and data communication, for circuit switched one to one connections, not packet switched networks. SCIP derived from the US Government Future Narrowband Digital Terminal (FNBDT) project. SCIP supports a number of different modes, including national and multinational modes which employ different cryptography. Many nations and industries develop SCIP devices to support the multinational and national modes of SCIP. SCIP has to operate over the wide variety of communications systems, including commercial land line telephone, military radios, communication satellites, Voice over IP and the several different cellular telephone standards. Therefore, it was designed to make no assumptions about the underlying channel other than a minimum bandwidth of 2400 Hz. It is similar to a dial up modem in that once a connection is made, two SCIP phones first negotiate the parameters they need and then communicate in the best way possible. US SCIP or FNBDT systems were used since 2001, beginning with the CONDOR secure cell phone. The standard is designed to cover wideband as well as narrowband voice and data security. SCIP was designed by the Department of Defense Digital Voice Processor Consortium (DDVPC) in cooperation with the U. S. National Security Agency and is intended to solve problems with earlier NSA encryption systems for voice, including STU III and Secure Terminal Equipment (STE) which made assumptions about the underlying communication systems that prevented interoperability with more modern wireless systems. STE sets can be upgraded to work with SCIP, but STU III cannot. This has led to some resistance since various government agencies already own over 350,000 STU III telephones at a cost of several thousand dollars each. There are several components to the SCIP standard: key management, voice compression, encryption and a signalling plan for voice, data and multimedia applications.

Управление ключевыми данными (120)

Для установления защищенного соединения необходимо согласовать новый ключ шифрования трафика (TEK). Для обеспечения безопасности типа 1 (конфиденциальные соединения) в плане сигнализации SCIP используется усовершенствованная система обмена сообщениями FIREFLY для обмена ключами. FIREFLY – это система управления ключами АНБ, основанная на криптографии с открытым ключом. По крайней мере одна коммерческая реализация использует протокол обмена ключами Диффи — Хеллмана. STEs используют токены безопасности для ограничения использования функции защищенной голосовой связи авторизованными пользователями, в то время как другие устройства SCIP требуют только PIN-код: 7 цифр для безопасности типа 1 и 4 цифры для неклассифицированной информации.

Компрессия голоса с использованием голосовых кодеров (вокодеров)

SCIP может работать с различными вокодерами. Стандарт требует, как минимум, поддержки кодера линейного предсказания с возбуждением смешанным сигналом (MELP), а также усовершенствованного алгоритма MELP, известного как MELPe, с дополнительными возможностями предварительной обработки, анализа и синтеза для повышения разборчивости и устойчивости к шумам. Старые MELP и новый MELPe совместимы и оба работают на скорости 2400 бит/с, передавая 54-битный кадр данных каждые 22,5 миллисекунды, однако MELPe имеет дополнительные необязательные скорости 1200 бит/с и 600 бит/с. MELPe со скоростью 2400 бит/с является единственным обязательным голосовым кодером для SCIP. Другие голосовые кодеры могут поддерживаться в терминалах. Их можно использовать, если все терминалы, участвующие в вызове, поддерживают один и тот же кодер (определенный на этапе согласования при установке соединения), и сеть способна обеспечить необходимую пропускную способность. G.729D является наиболее широко поддерживаемым необязательным голосовым кодером в терминалах SCIP, поскольку он обеспечивает хороший компромисс между более высоким качеством голоса и умеренным увеличением требуемой пропускной способности.

Шифрование (SCIP 23x)

Защита, используемая в многонациональных и национальных режимах SCIP, определяется семейством документов SCIP 23x. SCIP 231 определяет криптографию на основе AES, которая может применяться в многонациональном масштабе. SCIP 232 определяет альтернативное многонациональное криптографическое решение. Ряд стран определили или находятся в процессе определения собственных национальных режимов безопасности для SCIP.

Национальный режим США (SCIP 230)

SCIP 230 определяет криптографию национального режима SCIP США. Остальная часть этого раздела относится к SCIP 230. Для обеспечения безопасности SCIP использует блочный шифр, работающий в режиме счетчика. Для каждого вызова согласовывается новый ключ шифрования трафика (TEK). Блочный шифр получает на вход 64-битный вектор состояния (SV). Если размер блока шифра превышает 64 бита, добавляется фиксированный дополнение. Выход блочного шифра складывается по модулю XOR с фреймами данных MELP для создания зашифрованного текста, который затем передается. Два младших бита вектора состояния зарезервированы для приложений, в которых фрейм данных длиннее выходного блока шифра. Следующие 42 бита представляют собой счетчик. Четыре бита используются для представления режима передачи. Это позволяет одновременно работать в нескольких режимах, например, голосовом и передаче данных, с использованием одного и того же TEK. Старшие 16 бит являются идентификатором отправителя. Это позволяет нескольким отправителям на одном канале использовать один и тот же TEK. Важно отметить, что поскольку шифрование SCIP в целом эффективно является потоковым шифром, необходимо, чтобы одно и то же значение вектора состояния никогда не использовалось дважды для данного TEK. При скорости передачи данных MELP, 42-битный счетчик обеспечивает возможность проведения вызова в течение более трех тысяч лет до повторения шифрования. Для безопасности типа 1 SCIP использует BATON, 128-битный блочный шифр. С этим или другими 128-битными шифрами, такими как AES, SCIP определяет, что два фрейма данных шифруются каждым выходным блоком шифра, первый начинается с бита 1, второй – с бита 57 (то есть следующей границы байта). По крайней мере одна коммерческая реализация использует шифр Triple DES.

План сигнализации (210)

План сигнализации SCIP является общим для всех национальных и многонациональных режимов SCIP. SCIP предусматривает два обязательных типа передачи. Для обеспечения надежной передачи обязательная служба передачи данных использует протокол ARQ с прямой коррекцией ошибок (FEC). Принимающая станция подтверждает точный прием блоков данных и может запросить повторную передачу блока, если это необходимо. Для передачи голоса SCIP просто отправляет поток голосовых кадров данных (обычно кадры MELPe, но возможно также G.729D или другой кодек, если это было согласовано между терминалами). Для экономии энергии во время голосовых вызовов SCIP прекращает передачу при отсутствии голосового ввода. Вместо кадра данных примерно два раза в секунду отправляется синхронизирующий блок. 14 младших битов счетчика шифрования передаются с каждым синхронизирующим блоком. Этих 14 бит достаточно для компенсации пропадания сигнала длительностью более шести минут. Также передается часть остального вектора состояния, так что после приема трех синхронизирующих блоков весь вектор состояния восстанавливается. Это позволяет компенсировать более длительные провалы связи и обеспечивает возможность станции, оснащенной соответствующим TEK, присоединиться к многостанционной сети и синхронизироваться в течение 1,5 секунд.

Доступность

С 2011 года ряд документов SCIP, включая стандарт сигнализации SCIP 210, находятся в открытом доступе на веб-сайте IAD. До этого спецификации SCIP не были широко распространены и были труднодоступны. Это делало протокол, используемый правительством, довольно непрозрачным для сторонних лиц, не связанных с государственными структурами или оборонной промышленностью. Общедоступных реализаций протоколов безопасности и передачи данных типа 1 не существует, что не позволяет публично проверить их безопасность.