DMR

Интерфейс DMR определяется следующими стандартами ETSI:

• TS 102 361-1: Протокол радиоинтерфейса
• TS 102 361-2: Голосовые и общие сервисы и функции
• TS 102 361-3: Протокол передачи данных
• TS 102 361-4: Транкинговый протокол

Стандарт DMR работает в рамках существующей ширины полосы канала 12,5 кГц, принятой для земляных мобильных радиосетей по всему миру, но обеспечивает два голосовых канала, используя двухслотовый TDMA, организованный в структуру по 30 мс. Применяется ЧМ (4-FSK), которая формирует 4 возможных символа в эфире со скоростью 4800 символов/с (9600 бит/с). После учёта служебной информации, коррекции ошибок и деления на два канала для одного голосового потока в DMR остаётся 2450 бит/с, в то время как в P25 — 4400 бит/с, а в классической телефонной линии — 64 000 бит/с.

Стандарты продолжают дорабатываться (по состоянию на конец 2015 года), новые версии выходят регулярно по мере внедрения систем и выявления новых возможностей для улучшения^[3]. Вероятно, будущее развитие стандарта потребует обновления прошивок терминалов и инфраструктуры для поддержки новых функций, в противном случае могут возникать проблемы совместимости.

Диапазон частот для DMR — от 30 МГц до 1 ГГц.

Также (по состоянию на начало 2016 года) существуют реализации DMR, работающие с частотами от 66 МГц (в ЕС, диапазон 'Lo-Band VHF' 66-88 МГц).

Оборудование уровня I предназначено для работы без лицензии в европейском диапазоне PMR446. Использование разрешено только без инфраструктуры (без ретрансляторов); этот уровень подходит для потребительских и маломощных коммерческих приложений с максимальной мощностью передачи 0,5 Вт^[4].

Следует отметить, что лицензионное освобождение в этом диапазоне действует только в Европе, поэтому радиостанции PMR446, в том числе DMR Tier I, в других странах могут использоваться только при наличии соответствующей лицензии.

Некоторые радиостанции китайских производителей (например, Baofeng) ошибочно маркируются как DMR Tier I. Реальные DMR Tier I работают только на частотах PMR446 и имеют ограничение по мощности в 0,5 Вт согласно законодательству^[5].

Хотя стандартом DMR допускается использование режима непрерывной передачи для Tier I, на практике все известные радиостанции используют TDMA, как и Tier II, вероятно из-за 40 % экономии заряда батареи — при передаче только половину времени^[6].

DMR уровня II охватывает лицензируемые обычные радиосистемы, мобильные и портативные станции в диапазонах PMR от 66 до 960 МГц. Стандарт ETSI DMR Tier II ориентирован на пользователей, которым требуются высокая спектральная эффективность, расширенные голосовые функции и интеграция IP-сервисов передачи данных в лицензированных диапазонах. Несколько производителей выпускают совместимое оборудование уровня II; предусматривается использование двухслотового TDMA в каналах по 12,5 кГц как для уровней II, так и III^[7].

DMR уровня III описывает работу в транкинговых режимах на частотах 66-960 МГц. Уровень III поддерживает, аналогично TETRA, функции передачи голоса, коротких сообщений и статусов (до 128 символов), а также коротких сообщений до 288 бит в различных форматах. Предусмотрена поддержка пакетной передачи данных, включая IPv4 и IPv6. Первые изделия появились в 2012 году. В апреле 2013 года компания Hytera участвовала в завершении тестов на совместимость Tier III^[8].

В 2005 году был подписан меморандум о взаимопонимании (MOU) между производителями — Tait Communications, Fylde Micro, Selex, Motorola, Hytera, Sanchar Communication, Vertex Standard, Kenwood и Icom — с целью согласования стандартов и обеспечения совместимости продукции. Хотя стандарт DMR не задаёт используемый вокодер, участники соглашения договорились применять вокодер DVSI AMBE с половинной скоростью (half rate) для обеспечения совместимости. В 2009 году на базе участников меморандума была создана Ассоциация DMR для работы по вопросам совместимости и информирования о стандарте^[9]. Формальные тестирования на совместимость ведутся с 2010 года, результаты публикуются на сайте организации. В Ассоциации DMR состоит около 40 членов.

Стандарт позволяет производителям реализовывать дополнительные функции, выходящие за рамки спецификаций, что на практике приводит к несовместимости решений разных брендов и нарушению принципов меморандума DMR.

DMR применяется в любительских радиосетях в диапазонах VHF и UHF, начиная примерно с 2010 года (движение DMR-MARC). Федеральная комиссия по связи США (FCC) официально одобрила использование DMR радиолюбителями в 2014 году^[10]. В радиолюбительском сообществе идентификационные номера (DMR ID) выдаются и курируются организацией RadioID Inc.; их база данных может быть загружена в радиостанции для отображения имени, позывного и местоположения других операторов^[11]. Связь через интернет позволяет абонентам общаться по всему миру через ретрансляторы или DMR-«хотспоты», часто построенные на базе Raspberry Pi. В системе BrandMeister по всему миру действует свыше 5500 ретрансляторов и 16 000 «хотспотов»^[12]. Доступная цена и рост количества таких систем способствовали популяризации DMR среди радиолюбителей^[13]. Некоторые DMR-хотспоты на основе Raspberry Pi (например, с ПО Pi-Star или WPSD) позволяют одновременно подключаться к нескольким DMR-сетям^[14]. Многие из них работают на открытом ПО Multimode Digital Voice Modem (MMDVM) с прошивкой от Джонатана Нэйлара^[15][16].

В первых версиях стандарта DMR шифрование не было предусмотрено, поэтому производители реализовывали собственные, несовместимые между собой протоколы шифрования. Например, шифрование Hytera Basic Encrypt не совместимо с аналогичными решениями от Motorola или Tytera.

В настоящее время Ассоциация DMR поддерживает совместимую схему шифрования голоса и данных: 40-битный ARC4, 64-битный DES, 128- и 256-битный AES. Эти методы работают между устройствами разных производителей, предоставляют поддержку позднего присоединения (late entry), работу с множественными ключами и не ухудшают качество голоса^[17].

Опубликованы некоторые алгоритмы шифрования DMR, например PC4, выпущенный в 2015 году с доступным исходным кодом^[18]. Это блочный шифр, специально разработанный для радиосистем DMR: 253 раунда, длина ключа — от 8 до 2112 бит, блок — 49 бит (размер кадров AMBE+ в DMR).

Прошивка с поддержкой PC4 реализована для Tytera MD-380 и MD-390^[19].

В Motorola Basic Encryption кадры AMBE шифруются операцией XOR с одним из 255 возможных статических ключей^[20].

В Basic Encrypt других производителей длина ключа 10, 32 или 64 символа, генерируется 882-битная последовательность, которая комбинируется по XOR с кадрами AMBE. При этом зашифровывается не каждый отдельный кадр, а вся суперструктура (superframe) из 18 кадров (882 бита).

В режиме PC4 каждый 49-битный кадр шифруется в режиме ECB; изменение одного бита в исходном тексте полностью меняет блок.

В режимах Enhanced (ARC4) и Advanced (AES) каждой суперструктуре добавляется 32-битный вектор инициализации (IV), что делает шифротекст разным даже при одинаковом ключе.

В самом стандарте DMR не предусмотрено место для хранения IV, поэтому он (с дополнительным кодом коррекции ошибок — всего 72 бита) занимает по 4 младших бита в каждом 49-битном кадре AMBE, ухудшая тем самым качество голоса, чего не происходит при фиксированных шифрах Basic mode. Эти 72 бита распределяются по всем 18 кадрам.

Motorola реализовала 40-битный ARC4 (так называемый RC4) с устойчивостью к простым атакам, но его уровень защиты низок, поскольку подобрать 1 из 2^40 ключей при нынешних технологиях не составляет большого труда, и для этого даже существует программное обеспечение^[21].

RC4 — потоковый шифр, который требует уникального IV для каждого шифрования; слишком короткий IV (как в 24-битном WEP) уже приводил к компрометации защиты.

Motorola использует несколько более длинный IV — 32 бита (MI, Message Indicator), но он всё равно недостаточно велик.

По словам производителя программного обеспечения DSD-FME, на самом деле реализовать пользовательский фрейм с длинным IV (128 бит и более) было возможно^[22].

Выявлены устройства (например, Anytone 878), где IV был константой (0x12345678) при каждом включении передачи в ARC4; эта ошибка устранена в прошивке AnyTone D878UVII V3.03 (18 декабря 2023): «модифицирована прошивка, теперь AES использует переменный IV»^[23].

Архитектурно технология Motorola ARC4 DMRA предусматривает до 4 миллиардов уникальных IV (2^32). Однако обнаружено, что для генерации IV используется непримитивный РСЛОС, что ограничивает количество разных IV лишь 294 903 (то есть эквивалентно 18 битам, а не 32), что даже хуже, чем у WEP^[24].

Нельзя исключать, что это было сделано намеренно, в качестве закладки.

Если закладка присутствует в ARC4 DMRA, остаются вопросы и к безопасности стандарта AES256 DMRA, хотя никаких доказательств наличия закладок в нём нет.

Криптограф Эрик Филиоль отмечал, что, вероятно, во всех экспортируемых продуктах с длиной ключа свыше 56 бит есть закладки, так как это предусмотрено Вассенаарским соглашением^[25][26].