происходить с частотой не менее 6 кГц, так как верхняя частотная составляющая телефонного сигнала ограничивается верхним частотным пределом телефонного канала, равным всего 3 кГц.

Максимальное расстояние между точками tl, t2, t3,... на временной оси не должно превышать T=1/2F, где F — максимальная частотная составляющая непрерывного сигнала (рис. 2.4.21). В этом случае непрерывная кривая полностью описывается последовательностью значений [Ai] и временным интер-

Рис. 2.4.21. Пример временной дискретизации непрерывного сигнала

валом At. Если мы представим эти значения в виде набора чисел, то переведем сигнал в цифровую форму. Теперь эти числа можно будет легко зашифровать любым известным способом. В этом плане способ цифрового шифрования является более универсальным, и на рынке предлагаются такие типы скремблеров, которые могут шифровать все виды передаваемой информации: от буквенно-цифровой до изображений. При этом все виды сигналов предварительно преобразуются в цифровую форму. В канал связи выдается набор дискретных знаков (как правило, нулей и единиц).

Однако при реализации этого способа кодирования возникают и некоторые особенности.

Первая особенность — это необходимость обеспечить довольно быструю выработку огромного объема символов шифра, естественно, если мы хотим сохранить высокое качество сигнала. Если надо передать минимально необходимые 6000 мгновенных значений сигнала в секунду, а его динамический диапазон равен, скажем, 20 дБ (это означает, что максимальная амплитуда сигнала в 10 раз больше его минимального значения), то в 1 с нужно сформировать не менее 60004=24 000 двоичных знаков шифра (дело в том, что для представления числа 10 в двоичной системе счисления требуется 4 двоичных знака), т. е. скорость формирования шифра и передачи кодированной информации в линию в этом случае должна быть не менее 24 кбит/с, что достаточно проблематично осуществить при использовании стандартного телефонного канала.

Следовательно, второй особенностью при цифровом шифровании речевого сигнала является требование о наличии гораздо более широкой полосы частот для передачи сигнала в зашифрованном виде, чем имеется у стандартного телефонного канала. Это сильнейшее ограничение на применение метода цифрового шифрования, работающего по такой схеме. Только использование специфичных характеристик речевого сигнала и применение различных сложных технических и математических алгоритмов позволяет резко сузить требуемую полосу и передать зашифрованный цифровым способом речевой сигнал по стандартному телефонному каналу.

Обычно для преобразования речевого сигнала используется так называемый вокодер — устройство, выделяющее существенные параметры речи и преобразующее их в цифровую форму. Однако в этом случае, хотя речь и сохраняет требуемую смысловую разборчивость, опознать собеседника по тембру голоса часто бывает затруднительно, так как голос синтезируется речевым синтезатором и имеет однообразный «металлический» оттенок. Правда.

если для сигнала, зашифрованного цифровым способом, использовать канал с широкой полосой (ВОЛС или радиорелейную связь), то можно сделать качество речевого сигнала достаточно высоким.

Практика показала, что для обеспечения более-менее нормальной работы телефона с устройством защиты, при использовании стандартных отечественных телефонных каналов, скорость передачи информации на выходе блока шифрации, а значит и вокодера, не должна превышать 4800 бит/с. При этом слоговая разборчивость достигает 99 % при вполне удовлетворительной узнаваемости голоса абонента. Кстати, обычный телефонный канал считается каналом среднего качества, если обеспечивает слоговую разборчивость порядка 85... 88 %.

По результатам ряда исследований на московских телефонных линиях получены следующие данные: нормальную работу на скорости передачи 2400 бит/с обеспечивают почти 90 % каналов связи, на скорости 4800 бит/с — уже только 60 % и на скорости 9600 бит/с — всего 35 %. Следовательно, наиболее надежную работу обеспечит аппаратура со скоростью передачи информации 2400 бит/с. В идеале слоговая разборчивость должна быть не хуже, чем в обычном телефонном канале.

При цифровом шифровании речевого сигнала сложной проблемой (вследствие высоких скоростей передачи информации) является и проблема ввода ключей, а также проблема синхронизации. Необходимо добиться того, чтобы шифраторы на приемном и передающем концах линии связи начинали работать строго одновременно и не уходили ни на один такт во время всего сеанса. При этом должно сохраниться такое ценное качество телефонной связи, как удобство ведения разговора и быстрота вхождения в связь. Это удается достичь только за счет существенного усложнения аппаратуры, зачастую с введением в ее состав комплексов компьютерного типа. Поэтому пусть покупателя не удивляет очень высокая стоимость хорошего цифрового скремблера: поверьте, это совсем не прихоть продавца. Зато к несомненным достоинствам систем с цифровым шифрованием можно отнести высокую надежность закрытия информации, особенно при использовании стандартизированных на государственном уровне алгоритмов шифрования, таких, как DES (США) и ГОСТ 28147—89 (Россия).

Другим преимуществом этих систем является возможность применения открытого распределения ключей: в такой аппаратуре перед каждым сеансом связи передатчик и приемник автоматически обмениваются открытыми ключами, на основе которых вычисляется секретный сеансовый ключ. Использование этого метода снимает проблему изготовления и рассылки ключей, а также исключает утечку информации из-за недобросовестного хранения и обращения с ключевыми носителями. Недостатками устройств этого класса помимо высокой стоимости является техническая сложность, неустойчивая работа в каналах с большим затуханием и низкая узнаваемость голоса абонента.

Сравнительная характеристика двух принципов закрытия речевого сигнала (аналогового и цифрового) приведена в табл. 2.4.2.

Таблица 2.4.2. Сравнительная характеристика аналогового и цифрового принципов закрытия речевого сигнала

Наличие переговоров в линии связи /Есть отчетливые признаки /Нет никаких признаков, т.к. при отсутствии переговоров в линию идет чистый шифр

Распределение амплитуды сигнала /Есть ритм и громкость. /Однородная двоичная последовательность

Остаточная разборчивость /Есть признаки начала слова и фразы, паузы /Постоянный однородный шум

Кратковременный спектр сигнала /Спектральные характеристики неоднородны /Однородный

При ведении переговоров работа генератора псевдослучайной последовательности происходит по заданному алгоритму, причем начальная установка для каждого нового разговора вырабатывается и устанавливается в шифраторе заново сразу после ввода ключа. В по-настоящему хорошем скремблере синхронизация осуществляется настолько быстро, что собеседники этого просто не замечают. Выпускаются также универсальные телефонные шифраторы, которые могут работать с различными видами линий связи. При этом степень закрытия остается одинаково высокой, а качество речи тем выше, чем шире полоса пропускания канала. Такая универсальность достигается с помощью модемов и дополнительных связных устройств (рис. 2.4.22).

Преимущества цифрового метода шифрования над аналоговым хорошо видны из таблицы. Однако они достигаются за счет отказа в большей части случаев от стандартного телефонного канала или за счет применения сложной и очень дорогостоящей аппаратуры. Ясно, что когда интенсивность переговоров невысока, применение таких устройств может стать экономически неоправданным. Основной характеристикой цифровых шифраторов является применение того или иного криптографического алгоритма. При этом надежность алгоритма считается высокой, если количество ключевых комбинаций более 1025. Следует помнить, что длина ключа у таких устройств порядка 30 цифр, это