Criar uma "radio frequência" criptografada

[caique_]

Bom dia, pessoal, tudo bem?

Não tenho certeza se este assunto se refere a este tópico, peço desculpas caso esteja contra.

 

Recentemente surgiu uma curiosidade na empresa em que trabalho, a possibilidade de criar uma rede de radio frequência criptografada para uns 'walkie talkie', e este assunto me interessou d++. Pesquisei algumas formas de criar, mas não pude localizar nada sobre. Vi que existem dispositivos específicos para realizar a transmissão, assim como os que os recebem, posso sim realizar a compra destes dispositivos, mas não acredito que seja somente instalar e usar, deve sim existir algum trabalho a ser feito para de fato criptografar a rede/radio, nem que seja pura programação, gosto de poder criar algo e falar que fui eu quem criou, caso tenha de programar, e espero que tenha, programarei.

 

Conseguem me indicar livros/PDFs referente a este assunto?

 

Fico no aguardo.

 

[aphawk]

Assunto muito complicado ....

 

Primeiro, você tem de passar o audio para a forma digital, usando um conversor Adc. Depois, você tem de mudar os bytes usando um algoritmos de criptografia, e transmitir de maneira digital esses bytes modificados. Quem recebe tem de saber a chave da criptografia, e assim consegue devolver os bytes originais, que serão aplicados a um conversor DAC, gerando o áudio normal.

 

Isso implica em largura de banda, e como existe norma para isso, o audio resultante sempre terá uma pequena diferença do original. Mas existem sistemas para radioamador que já fazem isso, por exemplo o DSTAR e o DMR. Sugiro uma boa pesquisa ...

 

http://www.dstarinfo.com/home.aspx

 

https://www.motorolasolutions.com/pt_xl/solutions/what-is-dmr.html

 

Ambos os sistemas são audio digitalizado, só faltaria a camada de criptografia.

 

Paulo 

[Sérgio Lembo]

@aphawk Não tenho domínio sobre rádio mas fico pensando se não seria possível usar o LORA nessa solução. A frequência dele possui uma boa penetração em paredes mas sobre fazer cripto nem imagino como.

[.if]

De fato pode não ficar nada simples fazer isso do zero mesmo que com muito conhecimento em programação. Além do + o sistema deve ser bem veloz, com muita capacidade de processamento pra codificar/decodificar em tempo real e tal

Minha contribuição.. (óbvia)

Basta estar numa rede wifi ou dados móveis qualquer e um smartphone que roda watz pra cada: + barato com zero de complicação

[Andreas Karl]

Não sei se acrescenta alguma coisa. Mas a divisão da indústria onde fiz meu estágio em 85  tinha por objetivo substituir os sistemas de interceptação telefônica da época baseados em fitas cassete "sem fim" por sistemas computadorizados com voz gravada em memória, o projeto se  chamava "anunciador digital".  O sistema se baseava numa técnica de conversão digital chamado modulação delta onde a voz ou áudio era convertida em um trem de pulsos de apenas 1 bit por pulso de clock  que produzia um resultado semelhante a um PWM em termos de "conteudo harmónico", o áudio é recuperado jogando o trem de pulsos num filtro passa baixas. 

Basicamente o comparador compara a tensão de capacitor com o sinal de entrada, se for maior é gerado um bit 1 que vai carregar ligeiramente o capacitor e se for menor vai produzir um bit 0 e uma pequena descarga. Essa taxa de carga e descarga é chamado de "Step" e deve ser ajustada de forma a diminuir o ruído de quantização.

 

 

Obviamente ao iniciar o processo muitos bits 1 vão ser produzidos até que a carga do capacitor chegue num ponto onde o sistema comece a responder à variação do sinal de áudio. Mas como a frequência de amostragem tende a ser alta essa "falha' costuma durar frações de segundo.  Diferente do sistema PCM onde, pelo famoso teorema de Niquist a frequência de amostragem necessita ser apenas ligeiramente superior ao dobro da resposta em frequência de audio desejada, na modulação delta ela precisa ser quatro vezes maior. Mas como as amostras são de apenas um bit a taxa de dados acaba sendo bem menor.  Acredito que criar algoritmos de encriptação para trem de pulsos de 1 bit sejam mais simples do que para conjuntos ou "palavras" de 4 bits do ADPCM ou  dos 8 bits ou  muito mais  dos sistemas PCM. Outra vantagem é que trens de pulsos de um bit estão prontos para serem jogados numa portadora, se não for necessário armazená-los em memória já elimina  eventuais shift registers. Se não me falha a memória a degradação do áudio por bits  errados na transmissão / recepção é menor que a dos sistemas PCM. Se for interessante existem melhoras no desempenho como o "Variable Slope Delta Modulation" e o "Continuos Variable Slope Delta modulation".

 

 

[caique_]

Em 31/01/2023 às 12:42, aphawk disse:

Assunto muito complicado ....

 

Primeiro, você tem de passar o audio para a forma digital, usando um conversor Adc. Depois, você tem de mudar os bytes usando um algoritmos de criptografia, e transmitir de maneira digital esses bytes modificados. Quem recebe tem de saber a chave da criptografia, e assim consegue devolver os bytes originais, que serão aplicados a um conversor DAC, gerando o áudio normal.

 

Isso implica em largura de banda, e como existe norma para isso, o audio resultante sempre terá uma pequena diferença do original. Mas existem sistemas para radioamador que já fazem isso, por exemplo o DSTAR e o DMR. Sugiro uma boa pesquisa ...

 

http://www.dstarinfo.com/home.aspx

 

https://www.motorolasolutions.com/pt_xl/solutions/what-is-dmr.html

 

Ambos os sistemas são audio digitalizado, só faltaria a camada de criptografia.

 

Paulo 

Cara, muito obrigado! Você me deu um 'norte' de como seguir com este projeto.

Pelo que pude perceber, codificar não seria tão 'complicado', devo encontrar alguma forma de fazer com que o dispositivo, que receberá a transmissão, possa decodificar o áudio recebido. Essa sim ficou sendo a parte complicada no caso.

Em 31/01/2023 às 13:22, .if disse:

De fato pode não ficar nada simples fazer isso do zero mesmo que com muito conhecimento em programação. Além do + o sistema deve ser bem veloz, com muita capacidade de processamento pra codificar/decodificar em tempo real e tal

Minha contribuição.. (óbvia)

Basta estar numa rede wifi ou dados móveis qualquer e um smartphone que roda watz pra cada: + barato com zero de complicação

Sim, essa realmente é uma alternativa para o meu caso, mas me interessei pelo assunto e estou em busca de conhecer um pouco mais sobre.

19 horas atrás, Andreas Karl disse:

Não sei se acrescenta alguma coisa. Mas a divisão da indústria onde fiz meu estágio em 85  tinha por objetivo substituir os sistemas de interceptação telefônica da época baseados em fitas cassete "sem fim" por sistemas computadorizados com voz gravada em memória, o projeto se  chamava "anunciador digital".  O sistema se baseava numa técnica de conversão digital chamado modulação delta onde a voz ou áudio era convertida em um trem de pulsos de apenas 1 bit por pulso de clock  que produzia um resultado semelhante a um PWM em termos de "conteudo harmónico", o áudio é recuperado jogando o trem de pulsos num filtro passa baixas. 

Basicamente o comparador compara a tensão de capacitor com o sinal de entrada, se for maior é gerado um bit 1 que vai carregar ligeiramente o capacitor e se for menor vai produzir um bit 0 e uma pequena descarga. Essa taxa de carga e descarga é chamado de "Step" e deve ser ajustada de forma a diminuir o ruído de quantização.

 

 

Obviamente ao iniciar o processo muitos bits 1 vão ser produzidos até que a carga do capacitor chegue num ponto onde o sistema comece a responder à variação do sinal de áudio. Mas como a frequência de amostragem tende a ser alta essa "falha' costuma durar frações de segundo.  Diferente do sistema PCM onde, pelo famoso teorema de Niquist a frequência de amostragem necessita ser apenas ligeiramente superior ao dobro da resposta em frequência de audio desejada, na modulação delta ela precisa ser quatro vezes maior. Mas como as amostras são de apenas um bit a taxa de dados acaba sendo bem menor.  Acredito que criar algoritmos de encriptação para trem de pulsos de 1 bit sejam mais simples do que para conjuntos ou "palavras" de 4 bits do ADPCM ou  dos 8 bits ou  muito mais  dos sistemas PCM. Outra vantagem é que trens de pulsos de um bit estão prontos para serem jogados numa portadora, se não for necessário armazená-los em memória já elimina  eventuais shift registers. Se não me falha a memória a degradação do áudio por bits  errados na transmissão / recepção é menor que a dos sistemas PCM. Se for interessante existem melhoras no desempenho como o "Variable Slope Delta Modulation" e o "Continuos Variable Slope Delta modulation".

 

 

Cara, tenho somente a te agradecer. Obrigado pelo incrível retorno.

Vou buscar conhecer mais sobre os 'trens de pulsos', 'Variable Slope Delta Modulation' e ao 'Continuos Variable Slope Delta modulation'.

[.if]

1 hora atrás, caique_ disse:

assunto e estou em busca de conhecer um pouco mais sobre

Neste caso me permita mais uma mini mensagem subliminar  ...

[aphawk]

@Sérgio Lembo ,

 

Também não sei se é possível fazer isso tudo utilizando LORA, mas pelo que o @caique_ citou, não basta isso, pois a finalidade é utilizar em um HT, que deve ter algo entre 1 a 5 Watts de potência, e tem de falar nas frequências homologadas para esse serviço, por exemplo nas faixas de 144 MHz e de 430 MHz com modulação FM. Por isso nem imagino o uso de LORA.

 

Tem mais uma complicação : a licença de uso de um sistema desse tipo, pois essas faixas são para uso de sistemas de uso PUBLICO, o que impede o uso de um sistema seguro, seja por qual método for.... mas vamos continuar como se fosse possível.

 

Um exemplo utilizado hoje pelas viaturas de polícia é o sistema TRUNK, o qual é criptografado.

 

Sobre a modulação Delta, lembro aqui o princípio de Nyquist, o que neste caso complica bastante devido à largura de banda utilizada nos sistemas de modulação FM dos HTS, que tem espaçamento de apenas 10 Khz entre dois canais adjacentes. Para passar um áudio de 3 Khz de largura de banda, precisamos de um sampling de 6 Khz, o que em uma modulação FM complica bastante.....

 

Parece simples, mas não é .....

 

Paulo