Luận văn: THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI pdf

Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 1 Luận văn THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của nghành Điện Tử, sự ra đời của nhiều cơng nghệ mới được ứng dụng vào nghành Kỹ Thuật Viễn Thơng đã giúp cho nghành Viễn Thơng có sự tiến bộ đáng kể. Hệ thống thơng tin liên lạc đã được nâng cao, sử dụng đa năng, hiệu quả và chính xác, nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu phục vụ đời sống con người. Nhưng một vấn đề được đặt ra cho việc thơng tin liên lạc là việc bảo mật thơng tin truyền đi Được sự giúp đỡ và hướng dẫn của bạn bè, thầy cơ em đã tìm hiểu về vấn đề thơng tin liên lạc trong điện thoại để từ đó tìm ra phương pháp bảo mật thơng tin. Đây là lý do để em thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI“ Do khả năng kiến thức còn hạn chế và khả năng thực tiễn chưa sâu nên tập luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em mong sự góp ý chân thành cuả qúy Thầy Cơ và bạn bè để đề tài ngày càng hồn thiện hơn. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Sinh Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 3 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cơ trong khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đặc biệt là các Thầy Cơ trong bộ mơn Điện Tử đã truyền thụ những kiến q báo cho em trong những năm học qua. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tạ Cơng Đức, giảng viên Trường Đại Học Kỹ Thuật TP. HCM đã hết lòng quan tâm giúp đỡ, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hồn thành tập luận văn này. Xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người thân đã giúp đỡ và động viên trong q trình làm luận văn. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Sinh viên thực hiện Nguy ễn Văn Sinh Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 4 I . ĐẶT VẤN ĐỀ: Với xu thế hiện đại hóa và định hướng phát triển nền KH-KT nước nhà, chúng tơi những sinh viên ngành Điện – Điện Tử phải có nhiệm vụ hồn thiện về mọi mặt, đặc biệt về kiến thức chun mơn. Theo xu thế chung đó, sự phát triển của ngành Điện Tử đã cho ra đời nhiều cơng nghệ mới được áp dụng vào ngành Viễn Thơng, đã giúp cho ngành Viễn Thơng có sự tiến bộ đáng kể. Hệ thống thơng tin liên lạc đã được nâng cao, sử dụng đa năng, hiệu qủa và nhanh chóng chính xác để đáp ứng nhu cầu đời sống con người. Trong qúa trình liên lạc thơng tin thì một vấn đề quan trọng được đặt ra đó là việc thơng tin truyền đi có được an tồn và giử kín hay khơng. Đây chính là ngun nhân để người thực hiện đề tài thiết kế BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI. II. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ: Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hình thức truyền thơng tin như: thư từ, phát thanh, truyền hình, báo chí, điện thoại, điện tín, fax, … Hệ thống thơng tin bằng diện thoại là phương thức thơng tin liện lạc tiện lợi, hữu hiệu nhất và sử dụng Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 5 rộng rãi nhất. Cho nên, trong luận văn, người thực hiện đề tài chỉ chọn việc bảo mật thơng tin giữa hai máy điện thoại Bảo mật điện thoại là cách thức bảo vệ cuộc đàm thoại giữa hai th bao, ngăn cản người nghe lén trên hệ thống mạng điện thoại cơng cộng. Mạch bảo mật điện thoại khơng thể phát hiện đường dây có an tồn hay khơng nhưng có tác dụng biến đổi tín hiệu thoại thành một tín hiệu khác hồn tồn. Chỉ có th bao bị gọi với thiết bị khơi phục thích hợp mới nghe được. Như vậy an tồn thơng tin trên đường dây điện thoại sẽ được bảo đảm . Vì thời gian thực hiện đề tài có 6 tuần nên người thực hiện đề tài chia đề tài làm các phần sau: PHẦN A : DẪN NHẬP PHẦN B : LÝ THUYẾT PHẦN C : THIẾT KẾ PHẦN D : MỤC LỤC –TÀI LIỆU THAM KHẢO –KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Thơng qua việc thực hiện đề tài “THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI” đã giúp cho người thực hiện đề tài hiểu rõ một lĩnh vực mới về Viễn Thơng, đó là ngun lý và cách thức hoạt của tổng đài điện thoại để từ đó người thực hiện mới tìm ra phương pháp cho việc bảo mật trong điện thoại. Cũng như củng cố và hiểu sâu hơn về kiến thức đã học như:  Các phương pháp điều chế – giải điều chế.  Các vấn đề về mạch dao động.  Các vấn đề về mạch lọc. IV. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU: Việc thực hiện “BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI” có 2 phương pháp:  Bảo mật kiểu tương tự.  Bảo mật kiểu số. IV.1 Bảo mật kiểu tương tự: * Ưu điểm: Mạch hoạt động hồn tồn tự động. Sau khi th bao gác máy, mạch bảo mật ln hoạt động ở chế độ bình thường sẵn sàng nhận cuộc gọi hay thực hiện cuộc gọi. * Khuyết điểm: - Thiết kế mạch phức tạp vì cần mạch Hybrid và mạch điều khiển. - Máy mắc song song có thể nghe được tín hiệu thoại nếu điều chỉnh sóng mang thích hợp. IV. Bảo mật kiểu số: *Ưu điểm: Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 6 - Lắp ráp đơn giản. - Mạch gọn nhẹ. - Khơng dùng mạch điều khiển Relay. *Khuyết điểm: - Do tần số lấy mẫu phải lớn hơn hai lần tần số âm thanh cao nhất và tần số trung tâm khi đảo phổ bằng ¼ tần số lấy mẫu nên: + Nếu tần số lấy mẫu lớn hơn kéo theo tần số trung tâm lớn điều này làm phổ sau khi đảo có biên trên loại ra ngồi băng thơng thoại, kết quả là âm thanh sau khi giải điều chế bị mất thành phần tần số thấp. + Nếu tần số lấy mẫu nhỏ thì tần số tín hiệu âm thanh cao nhất phải nhỏ để khơng bị méo, nghĩa là tần số âm thanh cao bị xén. - IC CODEC rất hiếm trên thị trường và giá thành cao. Qua các ưu điểm và khuyết điểm của từng mạch bảo mật người thực hiện đề tài chọn BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI KIỂU TƯƠNG TỰ. PHẦN B LÝ THUYẾT Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 7 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BẢO MẬT THƠNG TIN I.1 Mục đích bảo mật thơng tin: Trong xã hội lồi người, thơng tin liên lạc ln giữ vai trò quan trọng. Đó là nhu cầu thiết yếu khơng thể thiếu được của đời sống con người. Thơng tin liên lạc bao trùm mọi lãnh vực hoạt động của xã hội. Xã hội càng tiến bộ nhu cầu về thơng tin liên lạc càng gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng. Cùng với đà phát triển của xã hội và sự tiến bộ phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và nhất là cơng nghệ điện tử tin học thì thơng tin được truyền đi với nhiều hình thức như: truyền thanh, truyền hình, thơng tin thoại, số liệu, fax, … Việc nghiên cứu để truyền thơng tin đi đã là một cơng việc khó nhưng để đảm bảo thơng tin truyền đi được an tồn bí mật càng khó hơn. Trước đây việc bảo mật thơng tin chỉ được ứng dụng trong qn sự, an ninh quốc gia. Xã hội càng tiến bộ nhu cầu về đời sống tinh thần ngày cao, con người đòi hỏi cần phải được bảo mật thơng tin liên lạc cá nhân với nhau. Việc bảo mật được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào hình thức truyền khác nhau. Trong luận văn tốt nghiệp chỉ xét đến việc bảo mật thơng tin giữa hai máy điện thoại với nhau. Hai điện thoại liên lạc với nhau thơng qua tổng đài. Nếu là tổng đài tự động thì thơng tin được bảo mật còn nếu việc thơng thoại được thực hiện thơng qua thơng thoại viên thì thơng tin liên lạc khơng còn bảo mật nữa. Mặt khác, mỗi điện thoại đều được cấp một đơi dây từ tổng đài đến. Cho nên khi mắc một máy điện thoại song song thì thơng tin liên lạc bị nghe lén. Như vậy vấn đề được đặt ra là phải bảo mật thơng tin cho dù có bị nghe lén. Điều này được thực hiện bằng bộ bảo mật: Điện thoạ i A Bộ bảo mật Điện thoại B Bộ bảo mật TỔNG ĐÀI Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 8 I.2 Giới thiệu các phương pháp bảo mật: Việc bảo mật thơng tin được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau như: I.2.1 Phương pháp trải phổ: Trải phổ là một kỹ thuật biến điệu và phân đường nhằm phân phối tín hiệu cùng dãy tần số của chúng trên một dãy tần số rất rộng. B RF : băng thơng trước khi trải. B D : băng thơng sau khi trải. Có 2 loại trải phổ cơ bản: - FH (Fequency Hopping) : Tần số sóng mang của máy phát được thay đổi một cách ngẫu nhiên ở tốc độ cao hơn tần số của dữ liệu nhị phân nối tiếp dùng biến điệu sóng mang. - DS (Direct Sequence): Dữ liệu nhị phân nối tiếp được trộn với mã nhị phân giả ngẫu nhiên với tần số hơn rồi đem biến điệu pha một sóng mang. Ứng dụng: - Truyền dữ liệu vơ tuyến. - LAN vơ tuyến. - Modem máy tính cá nhân. Ưu điểm: khó có thể nhận biết sự tồn tại của tín hiệu vì tín hiệu lẫn dưới nền nhiễu, dù biết sự tồn tại của tín hiệu nhưng vẫn khơng thu được tín hiệu nếu khơng biết qui luật trải phổ. I.2.2 Phương pháp dời, đảo pho: Phương dời, đảo phổ được thực hiện bằng hai cách: I.2.2.1 Điều chế biên độ: Tín hiệu tin tức: e m = E m cos m t Sóng cao tần được truyền đi trong khơng gian gọi là sóng mang e c = E c sin c t Khi được điều chế biên độ thì: e AM = E c (1+mcos m t)sin c t BW B RF B D f Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 9 Trong đó m = E m / E c :hệ số điều chế e AM = E c sin c t + mE c /2.sin( c + m )t + mE c /2.sin( c - m )t  Sóng mang : E c sin c t Sóng biên trên : (mE c /2)sin( c + m )t Sóng biên dưới : (mE c /2)sin( c - m )t I.2.2.2 Đảo phổ bằng phương pháp số: Trình tự xử lý: Ở đầu phát tín hiệu âm thanh được đưa qua bộ lọc thơng dải tích cực để loại đi các thành phần tần số lớn hơn 3400Hz và các thành phần tần số nhỏ hơn 300Hz. Kế tiếp các tín hiệu âm thanh này được lấy mẫu với tấn số lấy mẫu F s (F s >2 tần số âm thanh cao nhất). Tần số phải thỏa mãn điều kiện của định lý lấy mẫu để tín hiệu khơi phục khơng bị méo, cơng việc được thực hiện bằng bộ CODEC. Sau khi lấy mẫu ta được những chuỗi 8 xung nối tiếp nhau, thực hiện đảo xung dấu (Xung đầu trong chuỗi 8 xung) ln phiên ở các mẫu có nghĩa là theo sau 7 mẫu xung số trước đó khơng bị đảo dấu và cứ tiếp tục như thế, … Ở đầu máy thu tín hiệu số được biến đổi nhờ bộ CODEC và đưa qua mạch lọc thơng dải tái tạo âm thanh giống như ở đầu máy đài phát dải. Kết quả: sau khi làm như thế sẽ được tín hiệu có phổ đảo ngược với tần số trung tâm bằng F s /4. I.2.2.3 Phương pháp chèn bit: Đây là phương pháp chèn thêm một số bit vào bộ mã kí tự được truyền đi. Nhằm mã hố bộ mã kí tự được truyền theo phương pháp nào đó. Cơng việc này được thể hiện ở nơi phát tín hiệu.  e m  mmin  mmax  c +  mmin  c -  mmin  c -  mmax  c +  mmax  c  e AM Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 10 Ngược lại ở nơi thu sẽ cắt bỏ những bit chèn vào làm cơng việc mã hóa tín hiệu truyền đi, để còn lại bộ mã kí tín hiệụ cơ bản để rồi giải mã lấy lại tín hiệu thực giống như tín hiệu cần truyền ở nơi phát. Đường dây xoắn đơi 22 đi từ tổng đài đến máy điện thoại khá dài nếu tại một điểm bất kỳ trên đường dây này ta mắc một máy điện thoại song song (paralell) với th bao thì kết quả sẽ ra sao? Kết quả là máy paralell sẽ nghe được tồn bộ thơng tin của th bao trong khi đang liên lạc với bất kỳ th bao nào đó. Như vậy vấn đề đặt ra là làm sao bảo mật được thơng tin khi đường dây bị mắc paralell. Điều này thực hiện bởi mạch BẢO MẬT MÁY ĐIỆN THOẠI. Mạch bảo mật máy điện thoại ta dùng phương pháp lập mã và giải mã tự động có thể thực hiện bằng cách điều chế và giải điều chế SSB để có được hai biên tần như đã nói, biên tần dưới có phổ đảo ngược. Ta loại bỏ biên tần trên để lấy biên tần dưới. Muốn tái tạo ở đầu thu ta giải điều chế SSB. Hay nói một cách khác bảo mật máy điện thoại là làm cơng việc dời tất cả các tần số cao của tín hiệu tiếng nói xuống tần số thấp và ngược lại tất cả các tần số thấp của tín hiệu tiếng nói lên tần số cao. Việc dời tần số này dựa vào tần số trung tâm của tín hiệu (tần số gốc của tín hiệu), ở đây tần số trung tâm là 1790Hz. Ví dụ phần tiếng nói có tần số ở 2290Hz (500Hz cao hơn tần số trung tâm), tần số này sẽ được dời lui tới 1290Hz (500Hz cao hơn tần số trung tâm). Nếu giọng nói thay đổi, có tần số 2790Hz (1000Hz cao hơn tần số trung tâm), thì sẽ dời lui tới 790Hz (1009Hz thấp hơn tần số trung tâm). Kết quả, tín hiệu đã được làm sai lệch, để nghe được tín hiệu ban đầu ở máy phát ta phải làm cơng việc ngược lại như trên. I.3 Lựa chọn phương pháp thi cơng: Phương pháp số: *Ưu điểm:. - Lắp ráp đơn giản. - Mạch gọn nhẹ. - Khơng dùng mạch điều khiển Relay. *Khuyết điểm: - Do tần số lấy mẫu phải lớn hơn hai lần tần số âm thanh cao nhất và tần số trung tâm khi đảo phổ bằng ¼ tần số lấy mẫu nên: + Nếu tần số lấy mẫu lớn hơn kéo theo tần số trung tâm lớn điều này làm phổ sau khi đảo có biên trên loạt ra ngồi băng thơng thoại, kết quả là âm thanh sau khi giải điều chế bị mất thành phần tần số thấp. + Nếu tần số lấy mẫu nhỏ thì tần số tín hiệu âm thanh cao nhất phải nhỏ để khơng bị méo, nghĩa là tần số âm thanh cao bị xén. - IC CODEC rất hiếm trên thị trường và giá thành cao nên trong luận án này ta kiểu thi cơng là tương tự. Ở phương pháp tương tự ta dùng điều chế SSB [...].. .Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TỔNG ĐÀI ĐIỆN THOẠI II.1 Tổng đài điện thoại: II.1.1 Định nghĩa: Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi (Calling side) đến thiết bị cuối (Called side) II.1.2 Cấu trúc mạng điện thoại: Các thành phần chính cuả mạng điện thoại chuyển mạch... động điều khiển có thể gồm có nghe xen vào các cuộc đàm thoại, hội nghị điện thoại Tổng đài điện tử cũng có thể được điều khiển bởi một máy điện tốn nếu như tổng đài được thiết kế liên kết với máy điện tốn Chính điều này giúp làm tăng khả năng khai thác và sử dụng hệ thống điện thoại lên rất nhiều SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 20 Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức CHƯƠNG III : ĐIỀU BIẾN – GIẢI ĐIỀU... Vmrs/16–25Hz Trang 15 Bảo mật điện thoại Thanh áp ống nói Nhiễu GVHD Tạ Công Đức 70 –90 dB SVTH : Nguyễn Văn Sinh O Do đó, điện áp sẽ là : VoAoVdAo(V+-V-) (IV.1) Nếu V- 0 thì VoAoV+, lúc này điện áp ra đồng pha với điện. .. đài điện tử: Trong các tổng đài điện tử,các bộ chuyển mạch gồm các linh kiện bán dẫn, vi mạch dùng với các relay, analog switch được điều bởi các mạch điện tử, vi mạch Trong tổng đài điện tử, các bộ chuyển mạch bằng bán dẫn thay thế các bộ chuển mạch cơ khí của tổng đài cơ điện làm cơ cấu của tổng đài gọn nhẹ đi nhiều,thời gian kết nối thơng thoại nhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn Tổng đài điện. .. Vòng nội bộ: SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 17 Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức T CO 48 VDC R Ring Tip (geen) (red) H II.5 Đường Tip và Ring của vùng nội bộ Vòng nội bộ của th bao là một đường hai dây cân bằng nối với đất với đài cuối, một nguồn chung của đài cuối cung cấp 48VDC cho mỗi vòng th bao Hai dây dẫn được nối với Tip và Ring (thuật ngữ dùng để mơ tả Jack điện thoại) Đường Ring có điện thế . Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 1 Luận văn THIẾT KẾ BỘ BẢO MẬT ĐIỆN THOẠI Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công. Điện thoạ i A Bộ bảo mật Điện thoại B Bộ bảo mật TỔNG ĐÀI Bảo mật điện thoại GVHD Tạ Công Đức SVTH : Nguyễn Văn Sinh Trang 8 I.2 Giới thiệu các phương pháp bảo mật: . việc bảo mật thơng tin giữa hai máy điện thoại Bảo mật điện thoại là cách thức bảo vệ cuộc đàm thoại giữa hai th bao, ngăn cản người nghe lén trên hệ thống mạng điện thoại cơng cộng. Mạch bảo