ASELSAN Sayfa Dönüş

Sayısal Kriptolu Telsiz Haberleşmesi

Telsiz kullanıcılarının önemli ihtiyaçlarından olan haberleşme gizliliği 80'li yıllardan başlayarak çeşitli tekniklerin kullanılmasıyla sağlanmaya çalışılmıştır. Önceleri analog tekniklerle sağlanmaya çalışılan haberleşme gizliliği, gerçek anlamda ancak sayısal tekniklerin geliştirilmesi ile sağlanabilmiştir.

Analog teknikler, ses işaretinin eşit süreli çerçevelere bölünmesi ve her çerçevenin zaman ve/veya frekans ekseninde dilimlere ayrılarak bu dilimlerin bir kripto algoritmasıyla karıştırılması prensibine dayanmaktadır. Karıştırılmış halde iletilen dilimler almaç biriminde yerlerine oturtularak orjinal ses işareti çerçevesi elde edilir. Ne yazık ki bu yöntemlerde çerçeve uzunluğu yeterince uzun tutulmadığı için, kelimelerin kendini ele vermesi ya da iyi eğitilmiş bir kulakla çözülebilmesi mümkün olmaktadır. Aynı zamanda senkronizasyon için analog işaretlerin arasına sıkıştırılan sayısal işaretler kısa tutulmaları gerektiğinden düşük RF seviyelerinde kesilmeler ve hatalı çözümlemelerle karşılaşılmaktadır.

Sayısal tekniklerde, sesin kriptolanması için ses kodlama teknikleri kullanılmaktadır. İlk geliştirilen kodlama teknikleri 1 saniyelik ses işaretini 12000-16000 bit ile kodlayabilmekteydi. Bu şekilde kodlanan ses işaretinin kanal hatalarına karşı koruma yapılarak 25kHz genişliğindeki telsiz kanallarından aktarılması mümkün olmamaktadır. Bu yüzden bu teknikler analog tekniklere göre daha güvenilir olsalar da düşük RF seviyelerinde almaçta parazitli ses duyulmasına yol açmaktadırlar. Son yıllarda ortaya çıkan gelişmiş ses kodlama teknikleri ile 1 saniyelik ses 4800 bit ile kodlanarak oldukça iyi kalitede sayısal ses iletimi sağlanabilmektedir. Bu yeni tekniklerin kullanımı ile düşük RF seviyelerinde dahi güvenilir ve net sayısal ses iletimi mümkün hale gelmiştir.

ASELSAN SK4000 Sayısal Kripto Telsizi ile Türkiye'de ilk kez konvansiyonel telsizlerde 4800 bps hızında telefon kalitesine yakın kalitede ses verebilen bir sayısal ses kodlama tekniği gerçekleştirilmiştir. SK4000 telsizinde son teknikler kullanılarak sesin konvansiyonel FM kanal genişliğinde (12.5 kHz ve 25 kHz) sayısal işaret olarak aktarılması ve düşük RF işaret seviyelerinde dahi net ve anlaşılır düzeyde ses haberleşmesi yapılabilmesi sağlanmıştır. SK4000'de ses haberleşmesine ilave olarak veri haberleşmesi de kriptolu olarak yapılabilmektedir. 1994'ün son yarısında başlayan SK4000 projesi, 1995 sonunda tamamlanmıştır. 1996'ın ilk yarısında testleri tamamlanarak ASELSAN ürünlerinin arasına katılacaktır.

SK4000 projesinde en gelişmiş donanım teknolojileri kullanılmış, işlem gereksinimi çok fazla olan ses kodlama ve hata düzeltme fonksiyonları saniyede 20 milyon işlem yapabilen sayısal işaret işlemcisi (DSP, Digital Signal Processor) üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, entegrasyonu kolaylaştırmak, güç tüketimini en aza indirmek ve sayısal haberleşme başarımını arttırmak için uygulamaya yönelik entegre devre (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) tasarımı yaptırılmıştır. ASELSAN'da tanımlanan entegre devrenin tasarımı Ankara TÜBİTAK Bilgi Teknolojileri ve Elektronik Araştırma Enstitüsü (BİLTEN) tarafından yapılmıştır. Bu çalışma ile Türkiye'de tasarlanan bir ASIC ilk kez sivil telsizlerde kullanılacaktır.

SK4000 SAYISAL KRİPTOLU TELSİZ

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsizin blok yapısı Şekil 1'de verilmiştir. Ses işareti 8 kHz sıklığında örneklenir ve her örnek doğrusal olarak 13-bit sayısal değere çevrilir. Elde edilen sayısal örnek dizisi, ses kodlama algoritması tarafından analiz edilerek 1/22 oranında daha az bit ile gösterilebilen ses parametrelerine dönüştürülür. Kripto algoritmasından geçirilen bu dizi kapatılır. Telsiz kanallarında aktarım yapılırken oluşabilecek hatalara karşı koruma yapılabilmesi için kodlama yapılır. Kodlama çıkışı sayısal modülatöre, sayısal modülatörün çıkışında elde edilen analog semboller de telsiz göndermecine verilir. Almaç tarafında bu işlemlerin tersi yapılarak analog ses işareti sayısal/analog çeviricinin çıkışında elde edilir.

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsiz ile ortalama 2400 bps paket veri aktarımı da yapabilmektedir. Paket uzunluğu en fazla 1920 byte olabilir. Terminal üzerinden aktarılan veriler kripto algoritmasından geçirilerek kapatılır ve sayısal ses aktarımında olduğu gibi gönderilirler. Almaçta ise kripto algoritması tarafından açılan veri daha sonra terminale aktarılır. Alınan pakette hata bulunursa veya bütünü alınamazsa terminal uyarılır.

Kripto, telsizlerde menü kontrolündedir. İstendiğinde menüden kriptosuz görüşme seçilerek ses ve veri haberleşmesi kriptosuz olarak yapılabilir.

Aşağıda SK4000'in temel blokları açıklanmıştır.

• Sayısal Ses Kodlama

SK4000'de kullanılan 4800bps ses kodlama algoritması, 1997'de yürürlüğe girmesi öngörülen ve TETRA olarak bilinen Avrupa Sayısal Trunk Telsiz Sistemi Standartı için tasarlanmıştır. Telefon sesi kalitesine yakın olacak şekilde sesi kodlayan algoritma telsiz haberleşmesine uygun olacak şekilde optimize edilmiştir.

Algoritma, standart olarak bilinen CELP (Code Excited Linear Prediction) yönteminin bir çeşididir (ACELP, Algebraic CELP). Birkaç yıl öncesine kadar tek işlemciyle gerçekleştirilemeyen CELP algoritması, işlemcilerin hızlanması ve algoritma üzerinde ses kalitesini düşürmeden işlem sayısını azaltma uğraşlarının sonuç vermesiyle telsizlerde uygulanabilir duruma gelmiştir.

• Kripto

Kripto algoritması gizli anahtar yöntemine dayalıdır. Göndermeç tarafında kullanılan anahtar ile kapatılan açık bilgiler almaçta sadece aynı anahtar kullanılarak açılır. Algoritma, standart olarak bilinen DES (Data Encryption Standard) algoritmasıyla karşılaştırılmayacak kadar çok güvenlidir. Şu anki teknolojide dahi çözülmesi hemen hemen imkansız olan anahtarlar, telsiz çalınması veya anahtarın dışarıya sızmasından dolayı güvenliği sağlamak için kullanıcının öngördüğü düzenli aralıklarda değiştirildiğinde tartışılmaz ölçüde güvenli gizli haberleşme sağlanmış olur.

• Sayısal Haberleşme

Sayısal bilgiler 1 saniyelik aktarma çerçevelerinde gönderilirler. Şekil 2'de görüldüğü gibi her aktarma çerçevesi 19 alt çerçeveye bölünmüştür. İlk çerçeve, bit ve çerçeve eşzamanlama dizileri ile kontrol verisini içeren başlık paketidir. Sonraki alt çerçeveler veri paketlerini içerir. Son aktarma çerçevesinde 18 veya daha az veri paketi bulunabilir.

Hem başlık hem de veri paketleri, içerdikleri bilgilerin almaç tarafında hatalı alınıp alınmadıklarının anlaşılması için ek bilgiler (CRC) içerirler. Daha sonra ìconvolutionalî kodlama ve ìinterleavingî teknikleri kullanılarak kanalda oluşabilecek hatalara karşı korumaya alınırlar. Almaç tarafında Viterbi algoritmasıyla çözülürler.

Sayısal modülasyon tekniği olarak dar spektruma sahip olan GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) kullanılmıştır. Aktarma hızı 7875bps'dir. 25kHz ve 12.5kHz kanal aralıklı sistemlerde BT (Band Genişlişi/Aktarma Hızı) sırasıyla 0.5 ve 0.3 olarak seçilir.

Sayısal haberleşme düzeyinde aktarma çerçeveleri birbirinden bağımsızdır. Her birinin algılanması iki bağımsız parametre ile kontrol edilir: Yakalama ve bırakma. Telsiz sisteminin bulunduğu coğrafi yapıya ve kaplama alanına bağlı olarak bu parametrelerin değerleri belirlenebilir. Bu şekilde hareketli bir telsiz bulunduğu konuma göre kanal karakteristiği kötüleşip yanlışlıkla bırakma kararı almışsa veya başlangıçta dışındayken daha sonra kaplama alanına girmişse bir sonraki aktarma çerçevesiyle yeniden sayısal haberleşmeye başlayabilir.

Laboratuvar ve Alan Testleri

ASELSAN VHF SK4000 Sayısal Kriptolu Araç Telsizleriyle yapılan tüm laboratuvar ve alan testleri çok olumlu sonuçlar vermiştir. Yapılan laboratuvar testlerinde analog sesin almaç duyarlığının altında olan -122 dBm RF işaret seviyesinde dahi net anlaşılır sayısal ses aktarımı yapıldığı gözlenmiştir.

Yapılan alan testlerinde araç telsizlerinden biri röle antenine takılarak sabitlenmiştir. Diğer telsizle Ankara içinde Batıkent, Eryaman, Sincan, Etimesgut, Eskişehir yolu, Gölbaşı, Dikmen, Ayrancı, Kavaklıdere, Seyranbağları, İncesu, Kolej, Kurtuluş, Topraklık, Türközü, Cebeci, Dikimevi, Abidinpaşa, Samsun Yolu, Siteler, Havaalanı ve İstanbul Otoyolunda (gişelere kadar) denemeler yapılmıştır. Testlerde analog ses haberleşmesinin çok parazitli yapılabildiği noktalarda SK4000 ile anlaşılır kriptolu ses haberleşmesi yapılabildiği, analog ses haberleşmesinin normal yapılabildiği noktalarda ise analog sese göre çok daha net kriptolu ses haberleşmesi yapılabildiği kaydedilmiştir.

SK4000 KRİPTO SİSTEMİ

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsizlerin bir şebeke içinde kullanımını belirleyen temel kripto yönetimi bu kısımda anlatılmıştır. Telsiz ve Konsol Yazılımı ile bu altyapı kullanılarak müşteri gereksinimine uygun üst sistem oluşturulabilir. Şekil-3, temel sistem yapısını göstermektedir.

Sistem Yönetimi ve Elementleri

SK4000 Kripto Sistemi, Kripto Algoritması, Kripto Yönetimi ve Kripto Denetiminden oluşmaktadır. Kısım II'de anlatıldığı gibi kripto algoritması kullanılarak bir anahtar ile açık bilgiler kapatılır ve almaç tarafında aynı anahtar ile açılır.

Kripto yönetimi; anahtar üretimi ve testi; anahtar dağıtımı, sistem güvenliğinin sağanması ve telsizlerin yönetiminden oluşur. Anahtarların belirli aralıklarla değiştirilmesi veya özel durumlarda değiştirme kararı alınması bu yönetim tarafından yürütülür. Telsiz yönetimi, telsiz opsiyonları üzerinden gerçekleştirilir.

Kripto denetimi; telsizlerin izlenmesi, çalınan veya kuşkulanılan telsizlerin iptal edilmesi ve kripto yönetimi tarafından bildirilen anahtarların telsizlere aktarılmasını kapsar. Anahtarlar hem telsiz yayını hem de kripto anahtar taşıyıcılar aracılığıyla telsizlere programlanabilirler. Telsizlerin iptal edilmesi telsiz yayını aracılığıyla yapılır.

İşleyiş

Her kripto sistemine bir müşteri kodu ayrılır. Bu kod fabrikada verilir ve değiştirilemez. Bu yolla farklı iki müşteriye ait iki telsiz, aynı anahtara sahip olsalar da birbirlerini dinleyemezler.

Müşteri, kendine ait bir kripto yönetim merkezi ve birden fazla kripto denetim merkezi oluşturabilir. ASELSAN, bu merkezlere yönelik bilgisayar yazılımını sağlamaktadır.

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsiz ile ayrıca analog görüşme de yapılabilir. Analog görüşmede sayısal iletişim yapılmaz ve sayısal kriptolu olmayan telsizlerle görüşme olanağı sağlanır. Kriptolu görüşmeler için bir veya birden fazla grup oluşturulabilir. Bir telsiz birden fazla gruba dahil olabilir. Telsiz dahil olmadığı grubun görüşmesini dinleyemez ve o gruba yönelik konuşma yapamaz. Güvenlik nedeniyle gruplar sınıflandırılabilirler. Her sınıfa farklı anahtar verilir. Bir telsizin dahil olduğu gruplar farklı sınıflara ait olabilir. Telsizlerin çalınması veya kuşku durumlarıyla karşılaşma olasılığı, az sayıda telsiz içeren sınıflarda daha düşük olacaktır. Bu şekilde sistem güvenliğinin azalma riski kontrol altında tutulabilir.

SK4000 Sayısal Kripto Sisteminde iki farklı müşteriye isteğe başlı olarak aynı anahtar kullandırılarak kriptolu görüşme olanağı sağlanabilir. Bu durum ortak grup olarak adlandırılır. Buna ek olarak bir operasyona katılacak telsizler, geçici bir süre için anahtar değişikliği yaparak kapalı bir grup oluşturabilirler. Anahtar üzerinde yapılacak değişiklikler telsizlerin tuş takımından veya telsiz yayını ile aktarılabilir.

UYGULAMALAR

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsiz Haberleşmesi, tekrarlayıcıya takılan SK4000 Sayısal Veri Tekrarlama Modülü ile konvansiyonel telsiz sistemine uygulanabilir. SK4000 Sayısal Kriptolu Kovansiyonel Telsiz Sistemi Şekil 4'te gösterilmiştir.

SK4000 Sayısal Kriptolu Telsizler ile hem analog hem de sayısal görüşmeler yapılması mümkündür. Kriptolu modda bekleyen sayısal telsiz analog görüşmeleri dinleyebilir. Müşterinin isteğine bağlı olarak analog durumda bekleyen sayısal telsiz, kriptolu yayını çözebilir. Ton susturma opsiyonu kullanılarak sayısal olmayan telsizlerin ses çıkışlarının, sayısal telsizler göndermedeyken kapalı kalması sağlanır.

SK4000 Sayısal Veri Tekrarlama Modülü'nde kanal hataları düzeltilerek tekrar hata koruma yöntemi uygulanır. Bu şekilde kaplama alanı içinde bulunan ve röle üzerinden görüşen iki telsizin, birbirini iyi gören ve simpleks görüşme yapan iki telsiz kadar iyi haberleşmesi sağlanmaktadır.

Diğer bir uygulama ASELSAN Sayısal Kriptolu Trunk sistemidir. Bu sistem üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Bir merkez kontrolünde birden fazla siteden oluşacak sistemde sedece sayısal ses ve veri haberleşmesi yapılacaktır. Sistem, gizlilik derecesi tüm sistem içinde aynı düzeyde kalacak şekilde tasarlanmaktadır.
YAZARLARIN ÖZGEÇMİŞLERİ:

1965 Van doğumlu Aydın NERGİS, 9 Eylül Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1986 yılında lisans, ODTÜ Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1989 yılında yüksek lisans derecesi almıştır. Halen aynı bölümde doktora çalışmalarını sürdürmekte olan Aydın NERGİS, 1987 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.

1967 İstanbul doğumlu Yaşar KALAY, Hacettepe Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mü-hendisliği Bölümünden 1989 yılında lisans, ODTÜ Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1992 yılında yüksek lisans derecesi almıştır. 1989 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.

1969 Ankara doğumlu Burak GÜRTUNCA, ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1991 yılında lisans, 1994 yılında yüksek lisans derecesi almıştır. Halen aynı bölümde doktora çalışmalarını sürdürmekte olan Burak GÜRTUNCA, 1991 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.

1970 Çorlu doğumlu Bahadır CANPOLAT, ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1991 yılında lisans, 1994 yılında yüksek lisans derecesi almıştır. Halen aynı bölümde doktora çalışmalarını sürdürmekte olan Bahadır CANPOLAT, 1991 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.

1968 Ankara doğumlu Semih Koray EKEN, ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1991 yılında lisans, 1994 yılında yüksek lisans derecesi almıştır. Halen aynı bölümde doktora çalışmalarını sürdürmekte olan Semih Koray EKEN, 1991 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.

1973 Ankara doğumlu Ayşe Öznur ÖZDEMİR, ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden 1995 yılında lisans derecesi almış ve aynı bölümde yüksek lisans çalışmalarına başlamıştır. 1995 yılından beri ASELSAN'da araştırma ve geliştirme mühendisi olarak çalışmaktadır.