Radiotelefonia Final PDF

Grau en Enginyeria Electrònica Industrial i Automàtica RADIOTELEFONIA Comunicacions i seguretat de la informació Hamza Choulli Samadi Víctor Gimeno Benavente PROFESSOR: Toni Sànchez Rifà NOVEMBRE 2023 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ ÍNDEX pàg. 1. INTRODUCCIÓ ................................................................................... 3 2. HISTÒRIA DE LA RADIOTELEFONIA ............................................... 4 2.1 El naufragi del Titanic com a punt d'inflexió. ..................... 5 2.2 L'època del desenvolupament ............................................. 6 2.3 Millores en el sistema ...,...................................................... 7 2.4 La irrupció dels telèfons cel·lulars ....................................... 8 2.5 L'expansió de les xarxes troncals ........................................ 10 2.6 La radiotelefonia en els nostres dies ................................... 11 3. COM FUNCIONA ................................................................................. 13 3.1 Conceptes fonamentals ....................................................... 13 3.2 Tècniques de modulació analògica .................................... 14 3.3 Modulació digital .................................................................. 15 3.4 Canals i freqüències ........................................................... 17 4. SEGURETAT ....................................................................................... 21 4.1 Seguretat específica en radiotelefonia: la criptofonia ........ 22 4.2 Els criptòfons ...................................................................... 23 4.3 Història de la criptofonia ...................................................... 25 4.4 Seguretat en la radiofonia moderna ................................... 28 5. CONCLUSSIONS ................................................................................. 29 6. BIBLIOGRAFIA ................................................................................. 30 2 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 1. INTRODUCCIÓ La radiotelefonia ha estat un component fonamental en l'evolució de les comunicacions des de la seva invenció, a finals del segle XIX. La unió dels tres conceptes que formen la paraula –"ràdio", "tele" i "fonia"– no només fa al·lusió a la seva funció original de transmetre veu a llargues distàncies mitjançant ones electromagnètiques, que és el que vol dir, sinó també a la seva capacitat per connectar i permetre treballar en equip a les persones, cosa que resulta essencial per al desenvolupament d'una societat. Aquest treball, en el context de l'assignatura de "Comunicacions i seguretat de la informació", intentar resumir les claus que expliquen la seva importància i significació, així com els elements i processos que fan possible aquesta tecnologia. Per això hem dividit el document en tres apartats: un per explicar l'evolució històrica de la radiofonia, un altre per presentar els conceptes bàsics que permeten entendre com funciona, i un últim per analitzar quins sons els procediments utilitzats per aconseguir transmetre informació de forma segura. 3 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 2. HISTÒRIA DE LA RADIOTELEFONIA La història de la radiotelefonia arrenca a finals del segle XIX amb els descobriments fets pel físic alemany Heinrich Hertz sobre la creació i propagació d'ones electromagnètiques. Aquestes primeres investigacions i experiments servirien de base perquè altres científics arreu del món comencessin a explorar dins d'aquest camp. En aquest sentit, tot i que hi ha molta discussió sobre qui ha de ser considerat com a inventor de la radio, el primer que va aconseguir la patent d'un emissor capaç de transmetre senyals de telegrafia sense fils va ser l'enginyer italià Guglielmo Marconi, motiu pel qual és a ell a qui s'ha adjudicat tradicionalment l'autoria de l'invent. L'enginyer Guglielmo Marconi, amb el seu primer tranmissor i receptor de ràdio telegràfica. Una de les fites més reconegudes de Marconi en el camp de la comunicació sense fils va ser demostrar que es podien transmetre senyals a llarga distància. L'any 1901, el que poc anys després seria guardonat amb el Premi Nobel de Física, va aconseguir transmetre la lletra "S" en codi Morse, des d'Anglaterra a Canadà, a 3.000 km de distància. Durant les primeres dècades del segle XX, però, molts altres científics van contribuir al desenvolupament d'aquesta nova forma de comunicació. Així, per exemple, Reginald Fessenden, un inventor canadenc, va ser el responsable l'any 1900 de la primera transmissió de veu i música utilitzant ones de radio. I una mica més tard, l'any 1906, l'enginyer nord-americà Alexander Lee De 4 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Forest va inventar un aparell essencial per al món de la radiofonia, el tríode, una vàlvula que permetia amplificar el senyal sonor. 2.1 El naufragi del Titanic com a punt d'inflexió La tragèdia del transatlàntic Titanic, que va tenir lloc la matinada del 14 al 15 d'abril de 1912 en el seu viatge inaugural, té molt a veure i per diverses raons amb la història de la radiotelefonia. El buc de passatgers més gran i luxós mai construït anava equipat amb un sistema de comunicacions Marconi format per dos transmissors i un receptor. Quan el buc va xocar contra un iceberg i es va començar a enfonsar, però, ningú tenia del tot clar quin era el procediment per actuar en casos d'emergència, cosa que va impedir que alguns vaixells que hi havia per la zona acudissin al rescat – a un d'ells, per exemple, se li va dir que canvies de freqüència per no molestar les transmissions del Titanic, motiu pel qual no va rebre mai el senyal d'auxili–. A banda, el sistema Marconi no podia comunicar-se amb aparells que no fossin del mateix fabricant, molts radioaficionats van interferir missatges i, per acabar d'embolicar la troca, no estava clar quin senyal de socors universal s'havia d'utilitzar –uns empraven SOS i altres CQD–. Segurament, si s'hagués fet un bon ús de la ràdio, s'haurien pogut salvar molts més passatgers. Com va publicar el diari The New York Times: "Es van perdre mil sis-centes vides que podrien haver-se salvat si la comunicació sense fils hagués funcionat com cal" Per impedir que aquesta situació es tornés a repetir, el Govern dels EUA va tirar endavant la Llei de Ràdio de 1912, aprovada exactament quatre mesos després del naufragi, el 13 d'agost de 1912. Aquesta llei preveia l'establiment de freqüències de ràdio, sancions contra la interferència de les comunicacions en cas d'emergència, definia SOS com a senyal única de socors i obligava a que els aparells de ràdio es poguessin comunicar amb altres independent de quin fos el fabricant. 5 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 2.2 L'època del desenvolupament La popularització de la radiotelefonia comercial, al llarg dels anys 20, va suposar un gran impuls per a les telecomunicacions. L'any 1920, tot just començar la dècada, va néixer a Pittsburgh (EUA) la primera emissora de ràdio del món, la KDKA, a la que aviat se sumarien moltes més per tota Amèrica i Europa. Aquestes emissores emetien bàsicament música i programes locutats. La ràdio es va convertir així, fins a l'arribada de la televisió en els anys 50, en el mitjà d'informació i entreteniment preferit per a la majoria de famílies, que es reunien al voltant dels transistors per escoltar-la. A Espanya, el fenomen també va arribar en aquesta dècada. L'any 1924 es va inaugurar la primer emissora, Ràdio Barcelona. Un dels primers receptors de radiotelefonia instal·lats en els cotxes de policia dels EUA. Fins als anys 40 les seves ràdios no van ser de dues vies. Però la radiotelefonia també es va mostrar aviat un sistema útil per a les comunicacions privades. L'any 1920, el departament de policia de Detroit va efectuar les primeres proves de transmissió unidireccional en la banda de 2 MHz des d'una estació base cap als cotxes patrulla. Era només el punt de partida. A partir d'aquest moment es va produir una contínua millora dels sistemes de ràdio, buscant l'estabilitat dels emissors i receptors, i en 1940 pràcticament tots els sistemes de la policia dels EUA eren de freqüència modulada. A banda, durant la Segona Guerra Mundial van aparèixer els primers dispositius sense fils de dues vies, els anomenats walkie-talkie. 6 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Paral·lelament, aquest tipus de sistemes van començar a ser utilitzats per altres tipus d'usuaris i organitzacions que també necessitaven una comunicació sense fils en casos d'emergència. Així la radiotelefonia va arribar als serveis de manteniment de gas i electricitat, a les ambulàncies i als mitjans de transport terrestres, entre molts altres àmbits. 2.3 Millores en el sistema Un cop que la radiotelefonia va entrar a formar part de la societat, els enginyers van haver de resoldre un problema derivat de l'èxit d'aquesta tecnologia: la limitació de les freqüències assignades dins l'espai radioelèctric en comparació al nombre cada cop més gran d'usuaris i àmbits d'us. Diagrama on es mostra com funciona el sistema de radiofonia amb CTCSS. En el cas de la radiotelefonia mòbil, donat el seu caràcter més professional, es va exigir inicialment una separació de freqüències de 25 KHz, la qual cosa suposava fins a 40 canals per cada MHz disponible. Per millorar l'aprofitament, es van presentar dues fórmules complementàries. D'una banda disminuir la separació de canals –de 25 KHz es va passar a 12,5 KHz–, cosa que va permetre doblar els canals disponibles per MHz. I de l'altra, desenvolupar 7 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ tecnologies que permetessin la compartició de la freqüència portadora a diversos grups d'usuaris. D'aquesta manera es va implantar l'ús de subtons, amb freqüències per sota dels 300 Hz (els CTCSS o Continuous Tone Code Squelch Signaling). El procés de transmissió de la veu utilitzant subtons s'explica en el diagrama de la pàgina anterior. Només els terminals d'un grup (per exemple, la policia) poden escoltar el senyal que envia el seu emissor (la comissaria). La resta de grups no l'escolten (per exemple, els bombers i les ambulàncies). La freqüència radioelèctrica està en ús i la resta de terminals d'altres grups no la poden utilitzar, havent d'esperar que finalitzi l'ús de la freqüència per l'equip emissor. Amb el pas del temps, però, van aparèixer noves necessitats, com per exemple la de poder identificar automàticament l'emissor o la d'establir comunicacions privades entre dos membres d'un mateix grup. Així es va arribar a noves soluciones tecnològiques com la selectivitat per cinc tons, que assigna seqüències de cinc tons als usuaris d'un mateix grup per identificar-los. Tots aquests avanços van permetre, ja a la dècada dels anys 60, que l'ús de la radiotelefonia s'ampliés enormement i es comencés a parlar de la possibilitat de crear xarxes públiques que permetessin obrir la comunicació sense fils a totes les persones. Aquesta idea encara tardaria una mica en convertir-se en realitat. Però no gaire. 2.4 La irrupció dels telèfons cel·lulars "A què no saps des d'on parlo?". El 3 d'abril de 1973, fa just 50 anys, l'enginyer de Motorola Martin Cooper va fer una trucada que canviaria per sempre el món de les comunicacions. Estava telefonant un dels seus principals rivals, el Dr. Joel Engel, d'AT&T, però no des de el seu despatx o des d'un cotxe, sinó des del carrer. Més concretament, des de davant de l'hotel Hilton de Manhattan, que en aquell moment tenia l'única antena per a tecnologia cel·lular del planeta. Cooper acabava de fer la primera trucada de la història des de un telèfon mòbil. 8 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Martin Cooper, en el moment de fer la primera trucada de la història amb un telèfon cel·lula. Durant la primera etapa de desenvolupament, la telefonia cel·lular va ser un luxe limitat a poques persones, amb equips molt grans i pesats –el prototip del model Motorola DynaTAC 8000x que va utilitzar Cooper, per exemple, pesava més d'un quilo–. Aquest seria el mateix model que es va posar a la venda pel gran públic l'any 1984, després de 10 anys de millores i optimitzacions. Però a partir de llavors, tot va evolucionar molt ràpid. Les xarxes públiques van començar a desplegar-se i a oferir una cobertura cada cop més àmplia, al mateix temps que els dispositius es feien més petits i assequibles. Als anys 90, la revolució digital va permetre que la telefonia cel·lular es fes encara més accessible. Els aparells es van compactar i diferents marques van iniciar una competició per oferir models cada cop més econòmics i amb millors prestacions. Així va néixer, l'any 1992, el Nokia 1011, el primer telèfon GSM (2G) fabricat en sèrie. Si l'any 1990 es calculava que hi havia uns 11 milions d'usuaris de mòbil a tot el món, en el 1999 ja n'hi havia més de 500 milions. Però la irrupció de la tecnologia cel·lular no va posar fi a la radiotelefonia clàssica. Tot el contrari. Aquesta també va seguir evolucionant per satisfer les necessitats de sectors i serveis concrets dins de la societat. 9 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 2.5 L'expansió de les xarxes troncals Paral·lelament al desenvolupament de la telefonia mòbil, en les dècades dels 80 i els 90 la radiotelefonia va seguir investigant fórmules per optimitzar l'aprofitament de les bandes de freqüència. Així van néixer les primeres xarxes troncals o "trunking", amb les quals es possible que diferents grups d'usuaris puguin compartir les mateixes freqüències portadores. El sistema troncal implica l'existència d'un centre de control intel·ligent que selecciona canals de freqüències lliures –anomenats canal de trànsit–, per establir les comunicacions entre terminals. Una vegada finalitzada una d'aquestes comunicacions, els terminals abandonen el canal de trànsit i el tornen a deixar lliure. El centre de control, per aquest motiu, ha de saber en tot moment la situació dels diferents terminals connectats a la xarxa, quins canals estan lliures i quins no, etc. A mida que es va desenvolupar la tecnologia digital, les xarxes troncals també van començar a treballar amb dades, a banda de amb veu. Així es van poder incorporar noves capacitats per millorar el sistema, com la possibilitat d'enviar estats a una central d'entrades i sortides dels terminals, introduir informació externa a partir de ports sèries, enviar les posicions GPS dels usuaris, etc. La gestió de les trucades, a més, es va perfeccionar amb automatismes que feien més senzill i ràpid els seu ús: trucades de grup, establir nivells de prioritat, trucades en espera, etc. Òbviament, aquests sistemes avançats de radiotelefonia van quedar reservats per a empreses i serveis públics amb una gran capacitat d'inversió, ja que el seu cos operatiu resultava molt elevat. Les noves xarxes troncals asseguraven poder gaudir d'un gran volum de comunicacions segures i instantànies, cosa que en alguns àmbits de la societat resulta imprescindible, però a un alt preu. Per això, en molts països, l'administració es va fer càrrec de bona part de la inversió en infraestructures, cobrant a les corporacions i organismes una mena de "tarifa plana" pel seu aprofitament. 10 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 2.6 La radiotelefonia en els nostres dies Els canvis tecnològics que s'estaven succeint en la dècada dels 90 i l'exigència de més confidencialitat en les comunicacions demanada pels usuaris de les xarxes professionals, especialment en el camp de les emergències i la seguretat, va portar a desenvolupar noves normes i sistemes. Així, per exemple, de les xarxes troncals analògiques es va passar a les digitals. A banda, es va seguir optimitzant encara més l'aprofitament de canals i freqüències amb tecnologies com la TDMA (Time Division Multiple Access), que permetia fins a quatre comunicacions de veu en un sol canal. A partir de llavors, a Europa es va començar a utilitzar l'anomenat sistema TETRA (Terrestrial Trunked Radio), que avui dia es considera com l'estàndard mundial per a la radiotelefonia professional, tot i les reticències dels EUA. Cossos de seguretat, serveis d'emergència, transports i serveis portuaris, entre d'altres, són els principals usuaris d'aquest tipus de xarxes. Airbus, el principal fabricant d'avions del món, és avui també un referent en sistemes de comunicació avançats. Entre les capacitats d'aquest sistema destaca: • La comunicació directa entre terminals sense necessitat d'infraestructura, per poder seguir treballant quan no hi ha cobertura. • La possibilitat d'utilitzat els equips com a repetidors. • Doble escolta: es poden rebre missatges alhora del grup amb qui s'està treballant i del centre de control del sistema. 11 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ • Connexió amb centraletes i xarxes IP • Comunicacions dúplex (emissió i transmissió simultània). Finalment, l'any 2005 va aparèixer un nou element que ha esdevingut fonamental en la radiofonia moderna: la DMR o Radio Mòbil Digital. Aquest estàndard internacional és el que fa possible que ràdios de dues vies de diferents fabricants puguin treballar en una mateixa xarxa. Gràcies a la qualitat i seguretat de les seves transmissions, la radiotelefonia continua sent un sistema de comunicació molt utilitzat en l'àmbit privat. L'estàndard va ser creat per l'Institut Europeu d'Estàndards de Telecomunicacions (ETSI), que és qui s'encarrega també del seu manteniment –va ser actualitzat per última vegada al novembre de 2018–. 12 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 3. COM FUNCIONA En un sistema de radiotelefonia, la veu es converteix en senyals de ràdio que es transmeten a través de l'aire. Això s'aconsegueix mitjançant un procés anomenat modulació, que ofereix nombrosos avantatges. • Permet comunicar-se a grans distancies. Si no s'utilitzés la modulació, els senyals d'àudio tindrien una potència massa baixa per a ser transmesos per l'aire. La modulació augmenta la potència d'un senyal. • La modulació ajuda a regular també l'espectre electromagnètic. Com l'ús de les freqüències està ordenat, això permet que molts emissors puguin transmetre de forma simultània sense que els senyals s'interfereixin. • Fa possible que es puguin utilitzar antenes més petites. Una radiació eficient d'energia electromagnètica requereix que les antenes siguin com a mínim 1/10 més grans que la seva longitud d'ona. Gràcies a la modulació, però, es poden transmetre senyals amb freqüències altres – és a dir, d'ona curta–, cosa que redueix la mida d'antena necessària. • Protegeix la informació de la degradació del soroll i les interferències. Alguns tipus de modulació permeten reduir o suprimir aquestes pertorbacions. Generalment, però, això exigeix disposar d'una amplada de banda de transmissió més gran que la de del senyal original. 3.1 Conceptes fonamentals Modular consisteix en modificar certs paràmetres d’un senyal, normalment una ona sinusoïdal que rep el nom de portadora, per aconseguir que pugui transportar informació;; en el cas de la radiotelefonia, la veu. Un cop modulada, aquesta ona és enviada pel transmissor a través d'una antena a un o diferents receptors del sistema. Desmodular implica el procés invers;; és a dir, extreure la informació que conté l'ona portadora un cop arriba al receptor. Les tècniques utilitzades per desmodular dependran del sistema de modulació que s'hagi emprat. 13 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Els dispositius més habitualment utilitzats en radiofonia, les ràdios de dues vies, poden emetre i rebre informació, però a diferència dels telèfons mòbils no solen fer-ho de forma simultània (dúplex complet) sinó en alternança (semidúplex). Si s'utilitza un únic canal, els dos participants en la comunicació es tornen a l'hora de transmetre. Aquest sistema de doble freqüència divideix la comunicació en dos canals separats, però només utilitza un per transmetre cada vegada. L'usuari ha de prémer un botó quan desitja parlar i quan acaba acostuma a dir que es disposa a escoltar amb la paraula "canvi" – "over" en anglès"–. 3.2 Tècniques de modulació analògica Existeixen tres tècniques de modulació fonamentals, en base a la característica modificada de l'ona portadora: l'amplitud modulada (AM), la freqüència modulada (FM) i la fase modulada (PM), respectivament. Amplitud modulada (AM) - Bàsicament es tracta d'utilitzar una ona portada d'altra freqüència, a la qual se li modifica l'amplitud en funció de la informació transmesa. Aquesta informació queda registrada com a envolupant del senyal. L'AM s'utilitza per transmetre senyals de baixa freqüència. En el cas concret de la radiofonia comercial, un dels seus principals camps d'aplicació, acostuma a ser senyal de veu o musical de baixa qualitat, l'amplada de banda de la qual se situa entre els 3,5 kHz i 4 kHz. Diagrama de la modulació per amplitud. 14 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ El seu desavantatge principal és que li afecten els fenòmens atmosfèrics i les interferències generades per aparells elèctrics. A banda és molt sensible als sorolls. Per contra, té un gran abast i la seva desmodulació és molt simple. Freqüència modulada (AM) - En aquest cas, es modifica la freqüència de l'ona portadora en funció del senyal d'àudio que es vol transmetre. Presenta diversos avantatges sobre el sistema AM, com per exemple la seva major resistència a les interferències i la seva il·limitada fidelitat tonal, cosa que l'ha convertit en la tècnica més habitual per emetre música en alta fidelitat. Fase modulada (PM) - En el cas d'aquesta tècnica de modulació, el paràmetre de l'ona portadora que variarà d'acord amb el senyal que es vol transmetre és la fase. La PM no és molt utilitzada perquè la seva desmodulació és complexa, motiu pel exigeix equips de recepció molt sofisticats. Aquest tipus de modulació s'utilitza sovint en la transmissió de dades digitals, on s'utilitzen senyals binaris (0 i 1) per a transmetre la informació. La fase del senyal portador es modifica segons el valor del senyal binari, la qual cosa permet transmetre la informació de manera eficient. 3.3 Modulació digital En la modulació digital, les ones portadores modulades són adaptades al format digital abans de ser transmeses. A diferència del que succeeix en la modulació analògica, els senyals de modulació i desmodulació són polsos digitals. Bàsicament, hi ha tres tècniques de modulació digital que s'utilitzen en sistemes de radio digital: modulació per desplaçament de freqüència (FSK), modulació per desplaçament de fase (PSK) i modulació d'amplitud en quadratura (QAM). La modulació per desplaçament d'amplitud (ASK), que s'utilitza àmpliament en transmissors amb LED –com els comandaments a distància–, resulta en canvi poc eficaç en radiotelefonia, ja que té menys capacitat per transportar informació i de resistència al soroll. En la tècnica ASK, s'aplica una variació a la intensitat de la portadora. És a dir, s'emet quan la informació a transmetre és un 1 i no s'emet quan el que es vol transmetre és un 0. Això fa que no sigui una tècnica 15 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ estable per transmetre so, ja que en funció del soroll de fons i de l'estabilitat en l'amplitud de la portadora, el receptor podria tenir problemes per detectar la presència o absència de la portadora. Diagrama de la modulació per desplaçament de freqüència. Modulació per desplaçament de freqüència (FSK) - És similar a la modulació en FM, excepte pel fet que el senyal és un flux de polsos binaris. En aquest cas el que varia és la freqüència: s'utilitza una freqüència per indicar que la informació transmesa és un 0 i una altra diferent per indicar que es transmet un 1. És una modulació immune al sorolls, però necessita més amplada de banda. Diagrama de la modulació per desplaçament de fase. 16 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Modulació per desplaçament de fase (PSK) - En la tècnica PSK –veure el diagrama en la pàgina anterior– varia la fase de la portadora per representar els valors discrets del senyal digital. Es tracta d'un procediment similar a la modulació en fase convencional, excepte pel fet que en aquest cas, el senyal d'entrada és de tipus digital binari i hi ha un nombre limitat de fases de sortida. La tècnica PSK permet una alta velocitat de transmissió, però al mateix temps és més sensible a errors en la desmodulació si hi ha soroll o interferències. Modulació d'amplitud de quadratura (QAM) - En aquest cas, el missatge està contingut tant en l'amplitud com en la fase del senyal transmès. Té molts avantatges, com ara una major immunitat al soroll, una gran capacitat per transportar informació i compatibilitat amb serveis digitals de dades. A banda, pot transmetre fins a 8 bits per cicle, cosa que redueix notablement l'amplada de banda necessària per a transmetre un senyal de so d'alta qualitat. 3.4 Canals i freqüències Les bandes de freqüència són intervals de freqüències de l'espectre electromagnètic assignats a diferents usos dins de les radiocomunicacions. La divisió de l'espectre es fa segons la longitud d'ona (λ) –en divisions de 10M metres– o freqüències –de 3×10N hertzs–. L'espectre radioelèctric. En verd, l'espai on acostuma a transmetre la radiotelefonia privada. 17 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Les freqüències estan assignades i regulades per les autoritats de telecomunicacions per evitar interferències. Els canals són divisions d'aquestes bandes de freqüència que s'utilitzen per organitzar les comunicacions. La radiotelefonia utilitza diferents bandes de freqüència per operar, tot i que generalment són les situades entre els 60 i 900 MHz –25 i 960 MHz als EUA–. Els termes de llicència per a la concessió d'una banda generalment especifiquen també quin tipus de modulació s'ha de emprar. Per exemple, els radiotelèfons de banda aèria utilitzats per a la comunicació entre pilots i la torre de control operen en la banda de VHF 118,0-136,975 MHz i utilitza modulació AM. ALGUNS EXEMPLES DE BANDES DE FREQÜÈNCIA I ELS SEUS USOS Banda Freqüència Tipus de comunicació Superbaixa 30-300 Hz Amb submarins sota l'aigua Ultrabaixa 300-3000 Hz Amb mines sota terra Molt baixa 3-30 kHz Radionavegació Baixa 30-300 kHz Radioaficionats Mitja 300-3000 Hz Radiodifusió AM Alta 3-30 MHz Telefonia mòbil Molt alta 30-300 MHz Radiodifusió FM Ultraalta 300-3000 MHz Xarxes sense fils Superalta 3-30 GHz Comunicació via satèl·lit Extremadament alta 30-300 GHz Radioastronomia FONT: WIKIPEDIA/BANDAS DE FRECUENCIA Una altra de les tècniques que aprofita la radiotelefonia per optimitzar les transmissions és el multiplexatge per divisió de freqüència. Consisteix en dividir amb filtres l'espectre de freqüències del canal de transmissió i desplaçar el senyal a transmetre dins del marge de l'espectre corresponent gràcies a la modulació. Així cada usuari té possessió exclusiva d'una banda de freqüència (anomenada subcanal). 18 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Diagrama del concepte de multiplexatge aplicat a la radiotelefonia. Al final de la línia i de forma transparent als usuaris, el multiplexor encarregat de rebre les dades desmodula el senyal, obtenint de forma separada cada subcanal. Aquest procés només és factible si l'amplada de banda del mitjà de transmissió excedeix la del senyal a transmetre. Es poden transmetre diversos senyals simultàniament si cadascun es modula amb una portadora de freqüència diferent, i les freqüències de les portadores estan prou separades com perquè no es produeixin interferències. . 19 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 4. SEGURETAT El concepte de seguretat en les telecomunicacions inclou nombrosos àmbits i aspectes que cal tenir en compte. N'hi ha tres, però, que hom considera fonamentals: la confidencialitat, la integritat i la disponibilitat. Confidencialitat: que només puguin accedir a la informació les persones autoritzades i aquestes no la puguin passar a altres sense consentiment. L'amenaça més comuna en aquest àmbit és la intercepció, és a dir, quan una persona no autoritzada aconsegueix accedir a la informació. Integritat: que la informació només pugui ser modificada per les persones autoritzades i de forma controlada. La integritat ha de garantir l'exactitud de la informació contra l'alteració, pèrdua o destrucció, ja sigui de forma accidental o intencionada. S'inclou, dins d'aquest àmbit, l'amenaça de la falsificació, que és quan es substitueix o transforma la informació original per una similar, però alterada. Aquesta amenaça ha agafat especial rellevància en els últims anys amb el desenvolupament de la Intel·ligència Artificial. Disponibilitat: la informació ha de romandre accessible per a les persones autoritzades quan i com aquestes requereixin. La ciència que tracta els problemes teòrics relacionats amb la seguretat en l'intercanvi de missatges entre un emissor i un receptor a través d'un canal es diu criptologia, del grec krypto (el que està amagat) i logos (estudi), ja que, en la major part de casos, la forma més habitual de garantir la confidencialitat i integritat de la comunicació és encriptant o xifrant amb una clau el missatge. 20 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Diagrama on es mostra el procés de xifrar o encriptar la veu. 4.1 Seguretat específica en radiotelefonia: la criptofonia La criptofonia és la branca de la criptologia que estudia la manera de fer inintel·ligibles els senyals de veu quan es transmeten. Existeixen, però, altres mesures que complementen i incrementen la seguretat que proporciona el xifratge dels senyals de veu a partir d'algoritmes. Segons el Centre Criptològic Nacional, que és l'organisme estatal encarregat de realitzar investigacions tecnològico-criptogràfiques i desenvolupar al nostre país la tecnologia de seguretat dins d'aquest àmbit, l'estimació de risc que tenen els diferents sistemes de transmissió de veu és la següent: ESTIMACIÓ DEL RISC A QUÈ ESTÀ SOTMESA LA INFORMACIÓ Sistema de transmissió de veu Risc Telefonia cel·lular analògica Alt Telefonia cel·lular digital Mig Telefonia fixa Alt Bústies de veu Mig Radiotelefonia analògica Alt Radiotelefonia digital Mig Radiotelefonia digital (encriptada) Baix Internet Alt Guia/norma de seguretat de les TIC (CCN-STIC-400). Maig de 2013 21 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 4.2 Els criptòfons L'equip utilitzat per al xifratge de la veu se'l coneix com criptòfon o secràfon, diferenciant tots dos termes en el sentit que el primer se sol utilitzar quan la seva sortida és un senyal de veu xifrada digital i el segon quan es tracta d'un senyal de veu xifrada analògica. En el cas dels secràfons o criptòfons analògics, el senyal de veu xifrada es continua en el temps i manté l'amplada de banda del senyal original. En aquests equips, però, el procés de xifratge del senyal es pot fer de manera analògica o digital. Si és digital, primer es xifra el senyal en digital i després es passa a format analògic abans de la seva transmissió. La qualitat i l'amplada de banda del senyal de veu reconstruïda, en el cas dels criptòfons analògics, és similar a la de la veu real, per la qual cosa es pot a utilitzar en canals amb amplada de banda limitada. En el cas dels criptòfons digitals, el senyal de veu xifrada està format per una seqüència binària modulada convenientment en funció del canal de transmissió, pràcticament de la mateixa manera a la que es transmeten les dades. El principal desavantatge dels criptòfons digitals és la limitació a l'hora d'utilitzar un canal de comunicació donat, ja que el senyal xifrat té una amplada de banda superior al del senyal de veu original. D'altra banda, la qualitat del senyal d'àudio depèn de la freqüència de digitalització: com més gran sigui aquesta, major serà la qualitat en el senyal de veu, encara que l'amplada de banda també serà major. Malgrat això, avui en dia són els més utilitzats, ja que proporcionen un nivell de seguretat molt més elevat que els analògics. A continuació es poden veure els diagrames de blocs simplificats dels sistemes criptofònics analògics i digitals, que en realitat són molts semblants. La principal diferència és que, en el cas del xifratge digital, cal un convertidor A/D (analògic/digital) en els extrems del sistema. A banda, les transformacions que 22 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ es realitzen sobre el senyal original de veu en tots dos tipus de sistemes també segueixen principis diferents. Diagrama de blocs d'un sistema criptofònic analògic. En el cas d'un sistema criptofònic analògic, el xifrador transforma el senyal de veu original en un altre senyal analògic, que posteriorment serà enviat pel transmissor;; en l'altre extrem, l'equip receptor realitza el procediment invers, obtenint com a resultat una reconstrucció del senyal de veu original. Diagrama de blocs per incorporar xifrat digital en un sistema criptofònic analògic.. Si l'encriptació es fa de forma digital, caldrà un adaptador a l'entrada i la sortida tant del xifrador com del desxifrador. 23 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Diagrama de blocs d'un sistema criptofònic digital. En el cas d'un sistema criptofònic digital, només caldrà adaptadors a l'inici i al final del propi sistema. Per un correcte funcionament, els dos sistemes necessiten emprar les mateixes claus i la mateixa sèrie de xifrat. La selecció de la clau es pot fer de manera manual o automàtica, de forma transparent a l'usuari. Per aconseguir que les sèries de xifrat coincideixin, els criptòfons han d'utilitzar un procediment que determini un origen comú de temps. A aquest procediment se'l denomina sincronització i s'aconsegueix mitjançant uns senyals coneguts com a sincronismes, que normalment precedeixen a la transmissió xifrada. 4.3 Història de la criptofonia El desenvolupament de la criptofonia va tenir lloc fonamentalment durant els anys 20 i 30 del segle XX, alhora que la telefonia i les radiocomunicacions es consolidaven i popularitzaven. És en aquesta època quan s'estableixen les bases teòriques i es creen els primers equips analògics d'encriptació, com els que va aplicar al seu sistema la companyia telefònica nord-americana AT&T (invertint la freqüència) i els laboratoris Bell Telephone (BTL) (dividint la freqüència en subbandes i canviant el seu ordre). 24 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ La criptofonia va fer un enorme salt endavant durant la Segona Guerra Mundial, ja que mantenir en secret les comunicacions es va convertir en una obsessió tant per l'exèrcit alemany com pels aliats. Tots dos bàndols van dedicar enormes quantitats de diners i esforços en millorar tant la seguretat de les seves comunicacions com la criptoanàlisi, que és la branca de la criptologia que estudia com trencar codis i criptosistemes, El criptòfon digital SIGSALY. Fruit d'aquesta competició, l'any 1943, va néixer la criptofonia digital. SIGSALY, que és com s'anomenava el projecte, va ser un sistema de xifratge digital de veu ideat per BTL i desenvolupat per la Western Electric a Nova York (EUA). El sistema va entrar en servei l'abril de 1943, només dos mesos abans de la invasió d'Itàlia, i es va utilitzar almenys fins al 1946. SIGSALY es va utilitzar molt, especialment per a converses confidencials entre el primer ministre britànic Winston Churchill i el president dels Estats Units, Franklin D. Roosevelt. El sistema utilitzava l'encriptació d'alta seguretat One Time Pad (OTP) i es coneix amb diversos noms, inclòs The Green Hornet. 25 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ One Time Pad (en català "llibreta d'un sol ús") és un mètode d'encriptació basat en una clau completament aleatòria que només s'utilitza una vegada i que, teòricament, és impossible de desxifrar. La tècnica sembla molt senzilla, però alhora costa molt de dur-la a la pràctica, ja que exigeix tenir una clau de xifrat totalment aleatòria, el que no es fàcil de crear. Tot i l'aparició de projectes específics com SIGSALY, la gran majoria de criptòfons van continuar sent analògics fins a la dècada dels 70, el que va impedir disposar de sistemes realment fiables. L'evolució de la tecnologia, especialment en el camp del tractament digital de senyal, va capgirar la situació. Així, l'any 1975 va aparèixer a EUA el Motorola STU-I, el primer criptòfon digital amb una certa qualitat en la veu reconstruïda. Altres projectes digitals anteriors, com el HY-2, creat l'any 1961, havia hagut de recórrer a veu sintètica, no natural. El president dels EUA, George Bush, utilitzant un telèfon Motorola STU-III després dels atacs a les torres bessones, l'11 de setembre de 2001. FOTO: ERIC DRAPER Posteriorment, el STU-I va ser reemplaçat per dos nous models encara més avançats, el STU-II i el STU-III, respectivament. Aquest últim va entrar en funcionament l'any 1983 i es va fer servir fins al 2009. A partir dels anys 80, a 26 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ banda, van aparèixer també els primers criptòfons digitals creats per fabricants europeus, creats primer per a la xarxa digital fixa (RDSI) i posteriorment per a la mòbil (GSM). Des de llavors, els dos tipus de criptòfons, analògics i digitals, han coexistit, tot i que els segons són avui dia els grans dominants gràcies a les millors prestacions que ofereixen en qüestió de seguretat. 4.4 Seguretat en la radiofonia moderna Actualment, la radiofonia digital encriptada és l'únic entorn que garanteix la màxima confidencialitat i integritat a l'hora de transmetre veu i dades, motiu pel qual és la tecnologia més utilitzada en tots aquells àmbits on es requereix que les comunicacions siguin confiables i segures. Això inclou sistemes de comunicació militars, governamentals, de transport, de seguretat pública, d'emergència i molts altres també en el món comercial i civil. Els equips de radiofonia moderns, en aquest sentit, incorporen algoritmes d'encriptació d'última generació que augmenten la seguretat de les transmissions. De tots el existents, el més important és l'Advanced Encryption Standard (AES), o Estàndard de Xifratge Avançat, un xifratge de bloc simètric triat pel govern dels EUA per protegir informació classificada. Segons els seus creadors, l'objectiu és que es mantingui vigent fins a ben entrat el segle XXI. Actualment s'implementa en software i hardware a tot el món per encriptar dades confidencials. També, per exemple, en targetes intel·ligents. És considera un dels pilars actuals de la seguretat informàtica governamental, la ciberseguretat i la protecció de dades electròniques. Va ser desenvolupat en 1997 per l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) davant la necessitat de trobar una alternativa a l'estàndard de xifratge existent fins llavors, anomenat Data Encryption Standard (DES), que estava començant a tornar-se vulnerable a atacs de força bruta. 27 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ Els fabricants de dispositius de radiotelefonia també incorporen algoritmes d'encriptació propis. Un exemple és l'ADP, desenvolupat per Motorola. No és un xifratge que qualsevol fabricant pugui utilitzar, motiu pel qual no es pot emprar per comunicar-se de manera segura amb altres marques de ràdio si no són Motorola. El xifratge de software ADP no és tan segur com DES o AES, ja que un lladre podria arribar a conèixer la clau si roba un dels aparells. Si això succeís, s'hauria de reconfigurar completament el sistema. A banda dels algoritmes d'encriptació, els equips de radiofonia moderns també incorporen mètodes per canviar de forma remota i segura les claus utilitzades. Un dels més segurs és OTAR (Over The Air Rekeying), que permet actualitzar o canviar les claus sense necessitat de connectar físicament els dispositius. Aquest sistema va ser utilitzat per primer cop l'any 1988 pel departament de Defensa dels EUA i, gràcies a la seva eficàcia, en els nostres dies s'utilitza també en molts més àmbits, tant públics com privats. 28 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 5. CONCLUSSIONS La radiotelefonia s'erigeix en el segle XXI com un pilar fonamental en les comunicacions, mantenint la seva rellevància dins d'un món cada cop més digital. Malgrat el domini acaparador de la telefonia mòbil, la seva vigència perdura gràcies a la gran qualitat que tenen les seves transmissions i a les prestacions que ofereix en qüestions de seguretat. No ha d'estranyar doncs que, ara més que mai, sigui considerada com un dels sistemes més confiables que existeixen per a la transferència d'informació. En un entorn on la connectivitat és fonamental, a més, la radiotelefonia destaca per la seva fiabilitat, motiu pel qual continua sent una eina de gran valor en àmbits com els serveis d'emergències i les comunicacions professionals, per exemple. Com moltes altres tecnologies, però, la radiotelefonia té un ull posat també en la Intel·ligència Artificial, no tan sols per veure quins avantatges pot treure de la seva aplicació –a nivell de modulació i encriptació, per exemple–, sinó també per avançar-se als possibles problemes que pot generar el seu desenvolupament – major facilitat per desxifrar els codis de seguretat o per suplantar la personalitat d'un usuari gràcies a la clonació de la seva veu, etc.–. El futur de la radiotelefonia es presenta, doncs, realment apassionant, cosa que convida a seguir-lo amb atenció. 29 RADIOTELEFONIA. COMUNICACIONS I SEGURETAT DE LA INFORMACIÓ 6. BIBLIOGRAFIA EPEC (EMPRESA PROVINCIAL DE ENERGÍA DE CÓRDOBA). Historia de la electricidad / La invención de la radio (article). <https://www.epec.com.ar/docs/educativo/institucional/ficharadio.pdf> FRAILE, ENRIC. Evolución de las Comunicaciones Móviles (2ª parte) (article). <https://www.interempresas.net/Electronica/Articulos/195264-Evolucion-de-las- Comunicaciones-Moviles-(2-parte).html> HYTERA (EMPRESA DE TELECOMUNICACIONS). A brief history of two way radio (article). <https://hytera.ae/news/a-brief-history-of-t

Radiotelefonia Final PDF

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript

Upgrade to continue