TETRA

TETRA использует многоканальный доступ с разделением по времени (TDMA) с четырьмя пользовательскими каналами на одном радиочастотном несущем с интервалом между несущими 25 кГц. Поддерживаются как точка-точка, так и точка-многим передачи. В стандарт включена передача цифровых данных, однако скорость передачи невысока.

Мобильные станции TETRA могут работать в режиме прямой связи (Direct Mode Operation, DMO) или в транкинговом режиме (Trunked Mode Operation, TMO), используя сеть коммутаторов и управляющую инфраструктуру (SwMI), состоящую из базовых станций TETRA (TBS). DMO также позволяет использовать последовательность из одного или более терминалов в качестве ретрансляторов (режим DMO gateway или DMO repeater), что особенно полезно при экстренной связи в отсутствие покрытия.

Кроме голосовых и диспетчерских функций, система поддерживает обмен сообщениями о состоянии и короткими данными (SDS) по основному управляющему каналу, а также передачу данных по выделенным каналам (как в пакетном, так и в канальном режиме).

Стандарт предусматривает взаимную аутентификацию терминалов и инфраструктуры. Для защиты от перехвата поддерживается шифрование на воздушном интерфейсе и сквозное шифрование.

Основным режимом эксплуатации является групповая связь (group call), позволяющая соединить абонента с группой избранных пользователей и/или диспетчером простым нажатием кнопки. Возможна и индивидуальная связь («walkie-talkie» без ограничения дальности). Терминалы TETRA также работают как мобильные телефоны с полной дуплексной связью. Через аварийные кнопки пользователи могут посылать экстренные сигналы, имеющие приоритет над другой текущей передачей.

Основные преимущества TETRA по сравнению с технологиями типа GSM:

• Работа на более низких частотах обеспечивает большую дальность связи, что позволяет покрывать большие территории меньшим количеством передатчиков и снижает затраты.
• Вызовы не обрываются при переходе пользователя между зонами покрытия (handover), поддерживаются различные резервные сценарии для повышения надёжности.
• В отсутствии сети возможен прямой режим (DMO), позволяющий радиостанциям связываться между собой напрямую.
• В режиме шлюза мобильный терминал может быть связан с сетью и ретранслировать трафик для других радиостанций вне зоны покрытия.
• Реализована функция «точка-точка», отсутствовавшая в аналоговых системах — возможно соединение двух абонентов без участия диспетчера.
• Помимо индивидуальных соединений, поддерживаются режимы один-ко-многим и многие-ко-многим, важные для аварийных служб.
• Безопасность: регистрация терминала, аутентификация, шифрование интерфейса и сквозное шифрование.
• Существуют переносимые (быстроразворачиваемые) сетевые решения для временных нужд или ликвидации ЧС.
• Решения реализуются на традиционных телефонных и новых IP-архитектурах.

Дополнительная информация доступна на сайте TETRA Association (ранее TETRA MoU), стандарты свободно доступны на ETSI.

Основные недостатки:

• Обнаружены серьёзные проблемы с безопасностью, включая сознательное ослабление шифра TEA1, что позволяет дешифровать сигнал менее чем за минуту (см. ниже).
• Для соблюдения жёстких требований к излучениям требуется использование линейных усилителей.
• Низкая (по современным меркам) скорость передачи данных: до 7,2 кбит/с на таймслот для соединений точка-точка и 3,5 кбит/с на таймслот для IP-инкапсуляции, при использовании от одного до четырёх таймслотов.
• Более поздние версии поддерживают до 115,2 кбит/с на канал 25 кГц и до 691,2 кбит/с на расширенном 150 кГц канале. Для передачи больших объёмов данных используются гибридные решения с 3G/LTE^[5].

В модуляции TETRA используется дифференциальная квадратурная фазовая модуляция с сдвигом фазы π/4; скорость передачи составляет 18 000 бод (символов в секунду), каждый символ — это 2 бита, то есть 36 000 бит/с на выходе.

Из-за особенностей фильтрации побочных частот требуется использование линейных усилителей, иначе возникает интерференция на соседних каналах.

Базовые станции передают и принимают непрерывно на разных частотах, поэтому система реализует дуплекс с частотным разделением (FDD) и комбинированный FDMA/TDMA (аналогично GSM). Мобильные станции передают/принимают обычно на 1 таймслоте из 4.

Голосовые сигналы оцифровываются с частотой 8 кГц и сжимаются с помощью вокодера ACELP до потока 4,567 кбит/с, который после кодирования с защитой от ошибок увеличивается до 7,2 кбит/с.

Один таймслот состоит из 255 символов; кадр включает 4 таймслота; мультимкадр длится 1,02 с и составляет 18 кадров. 18-й кадр предназначен для служебных сообщений и синхронизации.

Для обеспечения конфиденциальности радиоинтерфейс TETRA шифруется одним из алгоритмов TETRA Encryption Algorithm (TEA). Сейчас стандартизировано 7 разных алгоритмов: TEA1—TEA4 (набор A) и TEA5—TEA7 (набор B), различие между ними связано с экспортным контролем^[9] и ограничениями использования^[10]. TEA1 и TEA4 обеспечивают базовый уровень безопасности и предназначены для коммерческого применения; TEA2 доступен только государственным структурам ЕС; TEA3 — для аналогичных, но не подпадающих под TEA2 случаев^[11].

В июле 2023 года группа Midnight Blue провела независимую экспертизу стандартов TETRA и опубликовала выявленные уязвимости, объединённые под названием «TETRA:BURST» — всего в базу CVE было заявлено 5 проблем:^[12][13]

• Генератор ключевой последовательности воздушного интерфейса (AIE) уязвим к атакам на основе данных о времени, что позволяет повторно использовать поток ключей для некоторых типов сообщений.
• В алгоритме TEA1 реализована скрытая процедура, снижающая криптостойкость с 80 до 32 бит, что позволяет раскрыть шифр менее чем за минуту на обычном потребительском ноутбуке^[14].
• Отсутствует аутентификация данных, допускающая атаки на изменяемость зашифрованных сообщений.
• Уязвимость системы анонимизации позволяет частично идентифицировать и отслеживать пользователей.
• Алгоритм аутентификации, теоретически, позволял устанавливать Derived Cipher Key (DCK) в 0.

Вплоть до 2023 года алгоритмы шифрования TETRA не были опубликованы, что стало примером принципа «безопасность через сокрытие».

Project 25 и TETRA используются для государственных и корпоративных сетей связи во всём мире, но различаются по техническим возможностям^[15].

• TETRA оптимизирована для работы в регионах с высокой плотностью населения, обеспечивает спектральную эффективность (4 канала на 25 кГц), поддерживает полный дуплекс голоса/данных/сообщений.
• Project 25 предназначен для сетей с низкой плотностью населения и большой зоной покрытия, поддерживает режимы симулькаста, но ограничен по части передачи данных.

По состоянию на конец 2009 года системы TETRA эксплуатировались в 114 странах Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Карибского бассейна и Латинской Америки^[16].

Системы TETRA применяются госструктурами во множестве стран. Ниже — примеры внедрений (отрывок):

В последние годы наблюдается рост популярности TETRA среди радиолюбителей, благодаря качеству передачи голоса, поддержке передачи данных, режиму DMO (ретрансляторы на одной частоте) и близости любительского диапазона UHF (430—440 МГц)^[17].

Большинство старых моделей требуют модификации для работы в любительском диапазоне; при этом шифрование в любительских сетях не используется.