
プロジェクト 25 ( P25またはAPCO-25 ) は、相互運用可能な陸上移動無線(LMR) システムの標準規格スイートであり、主に公共安全ユーザー向けに設計されています。この規格では、アナログ従来型、デジタル従来型、デジタルトランク、または混合モードのシステムが許可されています。P25 はもともと米国の公共安全ユーザー向けに開発されましたが、セキュリティ、公共サービス、および一部の商用アプリケーションでも世界中で受け入れられています。[ 1 ] P25 無線はアナログUHF (通常はFM ) 無線の代替品であり、音声だけでなくデータも転送できるため、暗号化とテキスト メッセージングをより自然に実装できます。P25 無線は一般に、警察、消防、救急車、緊急救助サービスなどの派遣組織で、車載無線機を中継器や携帯用トランシーバーと組み合わせて使用して実装されています。
2012年頃から、新しいフェーズII変調プロトコルを搭載した製品が登場しました。P25として知られていた旧プロトコルはP25フェーズIとなりました。P25フェーズII(またはP25II)製品は、より高度なAMBE2+ボコーダを使用しています。これにより、音声はより圧縮されたビットストリームを通過でき、同じRF帯域幅(12.5kHz)で2つのTDMA音声チャネルを提供します。一方、フェーズIは1つの音声チャネルしか提供できません。しかし、P25フェーズIIインフラストラクチャは、必要に応じてフェーズIとフェーズII間を変換する「ダイナミックトランスコーダ」機能を提供できます。さらに、フェーズII無線機は、規格に基づき、フェーズI変調およびアナログFM変調との下位互換性を備えています。(フェーズI無線機はフェーズIIトランクシステムでは動作しません。ただし、フェーズII無線機はフェーズIシステムまたは従来のシステムでは動作可能です。)欧州連合(EU)は、プロジェクト25と同様の役割を果たす、 地上トランク無線(TETRA)および デジタル移動無線(DMR)プロトコル規格を策定しました。
公共安全無線は、GPS 位置情報、トランキング、テキスト メッセージ、計測、さまざまなレベルのセキュリティによる暗号化などの機能のために無線システムでのデータの使用が増加したため、1990 年代以降、アナログFMからデジタルにアップグレードされてきました。
さまざまなユーザープロトコルとさまざまな公共安全無線スペクトルにより、公共安全機関は相互運用性と広範な受け入れを実現することが困難でした。しかし、過去数十年間に米国が直面した災害から得られた教訓により、機関は基本的なインフラストラクチャが機能しなくなった災害時の要件を評価する必要に迫られました。公共安全デジタル無線通信の高まる需要を満たすために、米国連邦通信委員会(FCC) は米国議会の指示により、1988年にユーザーとメーカーから既存の通信システムを改善するための推奨事項の調査を開始しました。[ 2 ] [ 3 ]この推奨事項に基づき、公共安全管理のニーズに最適なソリューションを見つけるために、1989年10月に以下の団体との連合でAPCOプロジェクト25が発足しました。[ 2 ] [ 4 ]
P25の技術開発の優先順位と範囲を決定するために、上記機関の代表者とFPIC(国土安全保障省の相互運用可能な通信のための連邦パートナーシップ)、沿岸警備隊、商務省の国立標準技術研究所(NIST)、法執行標準局から構成される運営委員会が設立されました。[ 4 ]
相互運用可能な緊急通信は、初期対応、公衆衛生、地域の安全、国家安全保障、経済の安定に不可欠です。災害発生時に経験するあらゆる問題の中で最も深刻なものの 1 つは、重要な情報をタイムリーに収集、処理、送信するための適切かつ効率的な手段がないため、コミュニケーションが不十分になることです。場合によっては、無線通信システムは、管轄区域内だけでなく、同じコミュニティ内の部門や機関内であっても互換性がなく、操作不能になります。[ 6 ]操作不能は、旧式の機器の使用、無線周波数の可用性が限られていること、孤立した独立した計画、機関間の調整と協力の欠如、リソース、資金、所有権、通信システムの制御をめぐるコミュニティの優先事項の競合が原因で発生します。[ 7 ]この必要性を認識して理解したプロジェクト 25 (P25) は、緊急通信システムの問題に対処するために、公安機関とメーカーが共同で開始しました。 P25 は、双方向無線の相互運用性を確保するための共同プロジェクトです。 P25の目標は、公衆安全対応者が互いに通信できるようにし、それによって強化された調整、タイムリーな対応、通信機器の効率的かつ効果的な使用を実現することです。[ 8 ]
P25は、緊急対応要員および国土安全保障/緊急対応専門家のための共通デジタル公共安全無線通信規格の必要性に応えるために設立されました。米国電気通信工業会(TIA)のTR-8技術委員会は、ANSI認定の標準開発組織(SDO)としての役割を通じて、こうした作業を促進しており、P25規格群をTIA-102シリーズ文書として発行しています。このシリーズには現在、公共安全のための陸上移動無線およびTDMA技術の実装に関する49の個別パートが含まれています。[ 9 ]
プロジェクト 25 (P25) は、国際公衆安全通信責任者協会(APCO)、全米州電気通信局長協会 (NASTD)、選ばれた連邦機関、および国家通信システム (NCS) の共同作業によって作成され、電気通信工業会(TIA) の下で標準化された一連の標準です。P25 の一連の標準には、地方、州/省、および国 (連邦) の公安組織および機関向けのデジタル陸上移動無線 ( LMR ) サービスが含まれます。
P25 は、米国において NTIA または FCC の規則および規制に基づいて認可またはライセンスされた LMR 機器に適用されます。
P25の技術と製品は主に北米の公共安全サービス向けに開発されましたが、公共安全だけに限定されず、世界中の他の民間システムアプリケーションにも選択され、導入されています。[ 10 ]
P25準拠システムは、米国のみならず他の国々でも導入・展開が進んでいます。無線機は、従来の無線機とはアナログモードで、また他のP25無線機とはデジタルモードまたはアナログモードで通信できます。さらに、P25準拠システムの導入により、機器間の高度な相互運用性と互換性が実現します。
P25規格は、Digital Voice Systems, Inc.がアナログ音声信号のエンコード/デコード用に開発した独自のIMBE(Improved Multi-Band Excitation )およびAMBE+2( Advanced Multi-Band Excitation)音声コーデックを使用しています。P25規格対応機器で使用される音声コーデックのライセンス費用が、P25対応機器の価格を高くしている主な理由であると噂されています。[ 11 ]
P25 は、2 つの無線機の間に介在する機器のない「トーク アラウンド」モード、2 つの無線機がトランキングなしでリピーターまたはベース ステーションを介して通信する従来モード、またはリピーターまたはベース ステーションによってトラフィックが 1 つ以上の音声チャネルに自動的に割り当てられるトランキングモードで使用できます。
このプロトコルは、データ暗号化規格(DES)暗号化(56ビット)、2鍵トリプルDES暗号化、3鍵トリプルDES暗号化、最大256ビットの鍵長を持つ高度暗号化規格(AES)暗号化、 RC4(40ビット、モトローラ社ではAdvanced Digital Privacyとして販売)、または暗号化なしをサポートしています。RC4 Advanced Digital Privacyは、一般的な攻撃者にも耐えることができます。これは40ビットのセキュリティを提供するとされており、攻撃者は正しい鍵を見つけるために2の40乗個の可能な鍵をテストする必要があります。このレベルの暗号化では実質的な保護は提供されず、鍵を見つけるためのソフトウェアが存在します。[ 12 ]
このプロトコルは、ACCORDION 1.3、BATON、Firefly、MAYFLY、およびSAVILLEタイプ 1暗号もサポートしています。
P25ユーザーを代表するP25ユーザーニーズワーキンググループ(UNWG)は、P25規格に対するユーザーニーズを特定し、P25運営委員会に伝達します。P25運営委員会は、特定されたP25ユーザーニーズをP25ユーザーニーズステートメント(SPUN)文書に追加します。その後、P25業界のメーカーを代表するTIA TR-8エンジニアリング委員会とその小委員会は、特定されたP25ユーザーニーズを満たすTIA-102規格を策定することが期待されています。[ 13 ]
TIA-102規格は、開発されると、その後P25運営委員会によってP25規格として採用され、ANSIによって米国国家規格として採用されることもあります。ただし、TIA-102規格が自動的にP25規格になるわけではなく、一部のTIA-102規格はANSIに採用されていません。[ 14 ] TIA-102規格、P25規格、および関連するANSI規格は、 ISOによってデジュール国際規格として採用されていません。ただし、P25システムは83か国で展開されているため、 TETRAやDMRなどの他の国際的な陸上移動無線(LMR)規格と並んで、事実上の国際規格として機能しています。[ 15 ]
P25の標準規格群は、陸上移動無線システムの様々なコンポーネント間の8つのオープンインターフェースを規定しています。これらのインターフェースは以下のとおりです。

P25 準拠のテクノロジーは 2 つの主要なフェーズにわたって展開されており、将来のフェーズはまだ確定していません。
フェーズI無線システムは、1チャネルあたり1ユーザのアクセス方式を採用した12.5kHzデジタルモードで動作する。フェーズ1無線は、4,800ボー、シンボルあたり2ビットのデジタル伝送に、 4FSK変調の特殊なタイプである連続4レベルFM (C4FM)変調[ 17 ]を使用し、チャネルスループットは合計9,600ビット/秒となる。この9,600ビットのうち、4,400ビットはIMBEコーデックによって生成される音声データ、2,800ビットは前方誤り訂正、2,400ビットはシグナリングおよびその他の制御機能である。C4FM規格向けに設計された受信機は、「互換4位相偏移変調」(CQPSK)規格も復調できる。これは、CQPSK信号のパラメータがC4FMと同じシンボル時間での信号偏移を生成するように選択されているためである。フェーズIではIMBE音声コーデックが使用される。
これらのシステムには、標準化されたサービスおよび設備仕様が含まれており、メーカーの準拠した加入者無線機は、これらの仕様で規定されたサービスにアクセスできます。これらのシステムには、システムの境界を越え、システムインフラストラクチャに関わらず、他のシステムとの後方互換性と相互運用性が備わっています。さらに、P25規格群は、無線周波数(RF)サブシステムへのオープンインターフェースを提供し、異なるベンダーのシステム間の相互接続を容易にします。
スペクトル利用効率を向上させるため、2スロットTDMA方式を用いたトランキングシステム向けにP25フェーズIIが開発され、現在では700MHz帯のすべてのトランキングシステムに必須となっています。[ 18 ]フェーズIIでは、 AMBE+2音声コーデックを使用して必要なビットレートを削減し、1つの音声チャネルに必要なビットレートを6,000ビット/秒(誤り訂正とシグナリングを含む)に抑えています。フェーズIIはフェーズ1との下位互換性がありません(TDMA動作のため)。ただし、マルチモードTDMA無線機およびシステムは、必要に応じてフェーズIモードで動作可能です(有効になっている場合)。加入者無線機は同期ソースなしではTDMA伝送を使用できません。そのため、無線機間の直接通信では、従来のFDMAデジタル動作が使用されます。マルチバンド加入者無線機は、ほぼすべての双方向無線機間の最小公分母として、狭帯域FMでも動作できます。そのため、アナログ狭帯域FMはしばらくの間、事実上の「相互運用性」モードとなっています。
当初、フェーズIIの実装では、12.5kHzチャネルを2つの6.25kHzスロットに分割する、いわゆる周波数分割多元接続(FDMA)方式が計画されていました。しかし、既存の12.5kHz周波数割り当てを時分割多元接続(TDMA)モードで利用する方が、いくつかの理由からより有利であることが判明しました。これにより、加入者無線は送信時間を半分に抑えることでバッテリー寿命を延ばすことができ、送信と送信の間にシステム要求を受信・応答する能力も得られます。
フェーズIIは、6.25kHzの「帯域幅相当」と呼ばれるもので、FCCの音声伝送の帯域幅占有要件を満たしています。フェーズIIシステムの音声トラフィックは、フェーズ1システムと同様に、周波数割り当てごとに12.5kHzの帯域をフルに活用して伝送しますが、12kbit/sというより高速なデータレートで伝送するため、2つの音声伝送を同時に行うことができます。そのため、加入者無線機も12.5kHzの帯域をフルに活用して伝送しますが、オン/オフを繰り返しながら伝送するため、伝送量は半分になり、各無線機あたり6.25kHz相当となります。これは、フェーズ1のIMBE音声コーダの半分のレートを使用するAMBE音声コーダによって実現されます。[ 19 ]
2000年から2009年にかけて、欧州電気通信標準化機構(ETSI)とTIAは、公共安全パートナーシッププロジェクトまたはプロジェクトMESA(緊急時および安全アプリケーションのためのモビリティ)に共同で取り組んでいました。[ 20 ]このプロジェクトは、公共安全機関が展開する広域の複数機関ネットワークで音声、ビデオ、高速データを送受信するために使用できる次世代の航空および地上デジタルワイドバンド/ブロードバンド無線規格の統一された要件セットを定義することを目的としていました。[ 21 ] [ 22 ]
最終的な機能的・技術的要件はETSI [ 23 ]によって発表され、アメリカのプロジェクト25とヨーロッパのDMR、 dPMR 、TETRAの次の段階を形作ることが期待されていましたが、要件が市販の既製技術では満たすことができなかったため業界からの関心は得られず、プロジェクトは2010年に終了しました。
2008年の米国無線周波数オークションにおいて、FCCはデジタルテレビへの移行で解放された700MHz帯UHF無線周波数のうち20MHzを公共安全ネットワークに割り当てました。FCCは、通信事業者が高速データおよびビデオアプリケーションにLTEを採用することを期待しています。 [ 24 ]
P25システムでは、アクセス制御のためにCTCSS(連続トーン符号化スケルチシステム)トーンやDCS(デジタル符号化スケルチ)コードなどの帯域内信号を使用する必要がありません。代わりに、デジタル音声フレームの外側に含まれるネットワークアクセスコード(NAC)を使用します。これは、音声伝送を含むすべての送信データパケットの先頭に付加される12ビットのコードです。
NACは、アナログ無線のCTCSSやDCSに似た機能です。つまり、正しいNACを受信した場合にのみ音声を通過させるように無線機をプログラムすることができます。NACは、送信されるデジタル信号と共に送信される3桁の16進コードとしてプログラムされます。
NAC は 3 桁の 16 進数 (12 ビット) であるため、プログラミング可能な NAC は 4,096 個あり、これはすべてのアナログ方式を合わせた数よりもはるかに多くなります。
考えられる NAC のうち 3 つには特別な機能があります。
米国では、予算の問題によりこれらの規格の採用が遅れているが、国土安全保障省からの通信アップグレード資金は通常、プロジェクト 25 への移行を必要とする。プロジェクト 25 は、オーストラリア、ニュージーランド、ブラジル、[ 25 ]カナダ、インド、ロシアなど世界各国でも使用されている。[ 26 ] 2004 年半ばの時点で、54 か国に 660 のネットワークが P25 を導入していた。[ 26 ]同時に、2005 年には、欧州地上幹線無線(TETRA) が 60 か国で導入され、欧州、中国、その他の国では好まれる選択肢となっている。[ 26 ]これは主に、当時 TETRA システムが P25 システムよりも数倍安価だった (無線機 1台あたり 900 ドル対 6,000 ドル) ことに基づいていた。[ 26 P25ネットワークの大部分は北米に拠点を置いており、P25システムは以前使用されていたアナログシステムと同じカバレッジと周波数帯域幅を備えているため、チャンネルを一つずつ簡単にアップグレードできるという利点があります。[ 26 ]一部のP25ネットワークでは、同一ネットワーク内でアナログ無線からデジタル無線へのインテリジェントな移行も可能です。P25とTETRAはどちらも、利用可能な無線スペクトル、地形、プロジェクト予算に応じて、さまざまなレベルの機能を提供できます。
相互運用性はP25の主要な目標ですが、多くのP25機能は相互運用性に関する課題を提示しています。理論上は、すべてのP25準拠機器は相互運用可能です。しかし実際には、効果的なガバナンス、標準化された運用手順、効果的な訓練と演習、そして管轄区域間の調整なしには、相互運用可能な通信は実現できません。デジタル音声、暗号化、トランキングなどの機能を用いたP25ネットワークの開発には、固有の困難が伴うため、機能に対する反発が生じ、組織はProject 25の移行要件を文字通り満たすだけの「機能のない」最小限のP25実装に後退してしまうことがありますが、そのメリットは認識されていません。さらに、技術的な問題そのものではありません。しかし、相互運用性の決定を調整するために、扱いにくい官僚的な機関間プロセスが構築される傾向があり、摩擦が生じることも少なくありません。
米国国土安全保障省のプロジェクト25コンプライアンス評価プログラム(P25 CAP)[ 32 ]は、P25規格に準拠したテストを実施することで、異なるベンダー間の相互運用性を確保することを目的としています。P25 CAPは任意のプログラムであり、サプライヤーは自社製品のコンプライアンスを公に証明することができます。[ 32 ]
独立した認定ラボは、 TIA-102規格に基づき、TIA-TR8試験手順に従い、ベンダーのP25無線機のP25規格への適合性を試験します。米国連邦政府の補助金を利用して購入できるのは、承認された製品[ 33 ]のみです。 [ 34 ] 一般的に、承認されていない製品は、性能、適合性、および相互運用性に関するP25規格を満たしているとは信頼できません。
P25製品のラベル表示は様々である。「P25」や「P25準拠」といった表記は意味をなさないが、ベンダーが製品が「P25 CAP準拠」または「P25要件ステートメント(P25 SOR)に準拠している」と主張するには高い基準が適用される[ 35 ]。
ロンドンで開催されたSecurecomm 2011カンファレンスで、セキュリティ研究者のスティーブ・グラス氏は、自身と共著者のマット・エイムズ氏が執筆した論文を発表し、DES-OFBとモトローラ独自のADP(RC4ベース)暗号がブルートフォース鍵復元に対して脆弱であることを説明した。[ 36 ]この研究はOP25プロジェクト[ 37 ]の成果であり、 GNU Radio [ 38 ]とEttus Universal Software Radio Peripheral (USRP) [ 39 ]を使用してオープンソースのP25パケットスニファーとアナライザーを実装している。OP25プロジェクトは、スティーブ・グラス氏が博士論文の一環として無線ネットワークの研究を行っていた2008年初頭に設立された。
この論文はNICTAのウェブサイトからダウンロードできる。[ 40 ]
2011年、ウォール・ストリート・ジャーナルは、システムのセキュリティ上の欠陥に関する研究記事を掲載した。その記事には、トランシーバーがセキュアモードで動作していることをユーザーが認識しにくいユーザーインターフェースが含まれていた。[ 41 ]記事によると、「ペンシルベニア大学の研究者らは、覆面捜査官や秘密情報提供者、今後の逮捕計画、監視活動に使用されている技術に関する情報を含む会話を耳にした」という。研究者らは、無線で送信されるメッセージはセグメントで送信されており、これらのセグメントの一部をブロックするだけで、メッセージ全体が妨害される可能性があることを発見した。研究チームはまた、高度に改造されたピンク色の子供用電子玩具を用いることで、これらの無線機(単一無線機、短距離)を効果的に妨害できること、そしてこれらの無線機に使用されている規格が、攻撃者が無線機の使用者の位置を継続的に追跡するための「便利な手段」を提供していることを明らかにした。他のシステムでは、妨害装置は通信を遮断するために多大な電力を消費する必要があるが、P25無線機は比較的低い電力で妨害が可能であるため、研究者たちは10代前半の子供向けに設計された30ドルのおもちゃのポケベルを用いて受信を阻止することができた。
この報告書は、2011年8月にサンフランシスコで開催された第20回USENIXセキュリティシンポジウムで発表されました。 [ 42 ]この報告書では、Project 25システムのセキュリティ上の欠陥が数多く指摘されており、その一部はシステムの実装方法に特有のものであり、一部はセキュリティ設計に固有のものでした。
報告書ではP25暗号化に破綻は見られなかったものの、実装上の問題により、大量の機密トラフィックが平文で送信されていたことが確認された。セキュアモードとクリアモードのスイッチマーク(∅とo)の区別が困難であることも判明した。さらに、セキュアモードに設定されたP25無線機は、相手側がクリアモードに切り替えても警告を出さずに動作を継続するため、状況はさらに悪化している。さらに、報告書の著者らは、多くのP25システムが鍵を頻繁に変更するため、ネットワーク上の個々の無線機が適切に鍵設定されず、ネットワーク上のすべてのユーザーがその無線機との通信を維持するために平文で送信せざるを得なくなるリスクが高まっていると述べた。
設計上の選択肢の 1 つは、エンコードされた音声データのうち、明瞭度にとってそれほど重要でないと見なされる部分には、より低いレベルのエラー訂正を使用することでした。その結果、通常の送信でビット エラーが予想される場合があります。音声通信には無害ですが、そのようなエラーの存在により、ビット エラーを許容し、ストリーム暗号攻撃からメッセージの整合性を保護するための標準技術であるメッセージ認証コード(MAC)の使用を妨げられるストリーム暗号の使用が強制されます。さまざまなレベルのエラー訂正は、P25 メッセージ フレームをサブフレームに分割することによって実装されます。これにより、攻撃者は、フレーム全体の受信に重要な特定の短いサブフレーム間でのみ送信することにより、メッセージ全体を妨害できます。その結果、攻撃者は、通信に使用される電力レベルよりはるかに低い平均電力レベルで、Project 25 信号を効果的に妨害できます。このような攻撃は暗号化された送信のみをターゲットにすることができ、ユーザーはクリア テキストで送信せざるを得なくなります。
プロジェクト25の無線機は既存の双方向無線周波数チャネルで動作するように設計されているため、本質的に妨害耐性のあるスペクトラム拡散変調を使用できません。最適なスペクトラム拡散システムを実現するには、効果的な妨害装置が個々の通信機の1,000倍(30dB以上)の電力を必要とする場合があります。報告書によると、P25妨害装置は、通信中の無線機の25分の1(14dB以下)の電力で効果的に動作する可能性があります。著者らは、安価なおもちゃに使われていたテキサス・インスツルメンツ社製のCC1110シングルチップ無線機を用いて、概念実証用の妨害装置を開発しました。[ 42 ]
プロジェクト25プロトコルの特定のメタデータフィールドは暗号化されていないため、攻撃者はトラフィック分析を行い、ユーザーを特定することができます。プロジェクト25無線機は、自分宛ての不正なデータパケットに対して再送信要求で応答するため、攻撃者は意図的に不正なパケットを送信し、ユーザーが無線サイレンスを維持しようとしている場合でも、特定の無線機に強制的に送信させることができます。このような許可されたユーザーによる追跡は、P25の機能の一つであり、「プレゼンス」と呼ばれています。[ 43 ]
報告書の著者らは、「長年かけて開発され、機密性の高い重要なアプリケーションに使用されているこのプロトコルが、なぜこれほど使いにくく、攻撃に対して脆弱なのか疑問に思うのも無理はない」と結論付けている。著者らは、発見された問題のいくつかを軽減するためのP25ユーザー向けの一連の推奨事項を別途発表した。[ 44 ]これらには、セキュア/クリアスイッチを無効にすること、ネットワークアクセスコードを使用してクリアトラフィックと暗号化トラフィックを分離すること、そしてP25の無線による再鍵化の信頼性の低さを鍵の寿命を延ばすことで補うことなどが含まれる。
P25とTETRAは、世界53カ国以上で公共安全と民間部門の無線ネットワークに使用されています。機能と容量には若干の違いがあります。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]
25(P25)は、相互運用可能なデジタル双方向無線通信製品の設計および製造に関する規格です。北米で州、地方、連邦の代表者と電気通信工業会(TIA)のガバナンスの下で開発されたP25は、公共安全、セキュリティ、公共サービス、商用アプリケーションにおいて世界中で受け入れられています。…P25規格は、公共安全の専門家によって作成され、公共安全の専門家を対象としています。
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