デジタル携帯ラジオ

デジタル移動無線（DMR）は、非公衆無線ネットワークにおける音声およびデータ伝送用のデジタル無線 規格です。これは、欧州電気通信標準化機構（ETSI）^[1]によって作成され、低コストで使いやすいように設計されています。DMRは、P25フェーズIIおよびNXDNとともに、独自のAMBE+2ボコーダを使用して6.25kHz相当の帯域幅を実現する主な競合技術です。DMRとP25IIはどちらも12.5kHzチャネルで2スロットTDMAを使用しますが、NXDNは周波数分割を使用して個別の6.25kHzチャネルを使用し、TETRAは25kHzチャネルで4スロットTDMAを使用します。

DMRは3つの層で設計されています。DMR層I（無認可）とII（従来型認可）は2005年に初めて公開され、DMR III（トランクバージョン）^[2]は2012年に公開され、メーカーは各公開から数年以内に製品を生産しました。

この規格の主な目的は、複雑さが少なく、コストが低く、ブランド間で相互運用可能なデジタル システムを指定し、無線通信の購入者が独自のソリューションに縛られないようにすることです。

DMR インターフェイスは、次の ETSI 標準によって定義されています。

• TS 102 361-1: エアインターフェースプロトコル
• TS 102 361-2: 音声および一般サービスと設備
• TS 102 361-3: データプロトコル
• TS 102 361-4:トランキングプロトコル

DMR 規格は、世界中の陸上移動周波数帯域で使用されている既存の 12.5 kHzチャネル間隔内で動作しますが、30 ms 構造に基づいて構築された 2 スロットTDMAテクノロジによって 2 つの音声チャネルを実現します。変調は 4 状態FSKで、4,800 シンボル/秒 (9,600 ビット/秒に相当) の速度で無線上に 4 つの可能なシンボルを作成します。オーバーヘッド、前方誤り訂正、および 2 つのチャネルへの分割の後、DMR を使用した単一の音声チャネルに 2,450 ビット/秒が残ります。これは、P25 を使用した場合の 4,400 ビット/秒、従来の電話回線を使用した場合の 64,000 ビット/秒と比較して大幅に少なくなります。

この規格はまだ（2015年末現在）開発中であり、より多くのシステムが導入され、改善が発見されるにつれて、定期的に改訂が行われています。^[3]この規格は今後さらに改良される可能性が高く、これらの新しい改善を活用するには、将来的に端末とインフラストラクチャのファームウェアのアップグレードが必要になります。これが行われない場合、潜在的な非互換性の問題が発生する可能性があります。

DMR は 30 MHz ～ 1 GHz の RF 範囲をカバーします。

2016年初頭現在、66MHz（欧州連合内では「Lo-Band VHF」66～88MHz）で動作するDMR実装があります。^{[引用が必要]}

DMR Tier I製品は、欧州PMR446帯域で免許不要で使用できます。Tier I製品は、非インフラストラクチャ用途（リピーターを使用しない）のみに指定されています。この規格のこの部分は、最大0.5ワットのRF電力を使用する消費者向けアプリケーションと低電力商用アプリケーションを対象としています。^[4]

ヨーロッパ以外ではこの周波数帯に免許不要の割り当てが存在しないことに注意してください。つまり、DMR Tier I 無線を含む PMR446 無線は、オペレータが適切な無線免許を取得した場合のみ、他の国で合法的に使用できます。

中国メーカー（特にBaofeng）が販売するDMR無線機の中には、DMR Tier Iと誤って表示されているものがあります。DMR Tier I無線機は、PMR446の免許不要周波数のみを使用し、すべてのPMR446無線機に法律で義務付けられているように、最大​​送信電力は0.5ワットになります。^[5]

DMR規格ではTier I DMR無線機が連続送信モードを使用することが許可されていますが、現在知られているすべてのTier I無線機はTier IIと同じTDMAを使用しています。これは、連続送信ではなく半分の時間だけ送信することでバッテリーを40%節約できるためと考えられます。^[6]

DMR Tier II は、66～960 MHz の PMR 周波数帯域で動作する、認可された従来の無線システム、モバイル、ハンドポータブルを対象としています。ETSI DMR Tier II 規格は、高出力通信用の認可帯域でスペクトル効率、高度な音声機能、統合 IP データ サービスを必要とするユーザーを対象としています。多くのメーカーが DMR Tier II 準拠製品を市場に提供しています。ETSI DMR は、Tier II および III 用に 12.5 kHz チャネルの 2 スロット TDMA を指定しています。^[7]

DMR Tier IIIは、 66～960 MHzの周波数帯域でのトランキング操作をカバーしています。Tier IIIは、 TETRAに似た音声およびショートメッセージング処理をサポートし、128文字のステータスメッセージングと、さまざまな形式で最大288ビットのデータを含むショートメッセージが組み込まれています。また、IPv4とIPv6のサポートを含むさまざまな形式のパケットデータサービスもサポートしています。Tier III準拠製品は2012年に発売されました。2013年4月、HyteraはDMR Tier III相互運用性（IOP）テストの完了に参加しました。^[8]

2005年に、Tait Communications、Fylde Micro、Selex、Motorola、Hytera、Sanchar Communication、Vertex Standard、Kenwood、Icomなどの潜在的なDMRサプライヤと共通規格と相互運用性を確立するための覚書（MOU）が締結されました。DMR規格ではボコーダを指定していませんが、MOUメンバーは相互運用性を確保するためにハーフレートのDVSI Advanced Multi-Band Excitation（AMBE）ボコーダを使用することに合意しました。2009年に、MOUメンバーはベンダー機器間の相互運用性に取り組み、DMR規格に関する情報を提供するため、DMR協会を設立しました。^[9]正式な相互運用性テストは2010年から行われています。結果はDMR協会のWebサイトで公開されています。DMR協会には約40社の会員がいます。

この標準により、DMR メーカーは標準に加えて追加機能を実装できるようになり、DMR MOU に違反してブランド間で実質的な相互運用性の問題が生じています。

DMRはアマチュア無線のVHFおよびUHF帯域で使用され、2010年頃にDMR-MAR​​Cによって開始されました。^[要出典] FCCは2014年に米国のアマチュアによるDMRの使用を正式に承認しました。アマチュアの世界では、コーディネートされたDMR識別番号はRadioID Inc.によって割り当てられ、管理されています。そのコーディネートされたデータベースをDMR無線にアップロードして、他のオペレータの名前、コールサイン、場所を表示することができます。^[10] DV Scotland Phoenix Network、BrandMeister network、TGIF、FreeDMRなどのインターネットリンクシステム（以前はクローズドだったクラスターが現在はより大規模なネットワークに接続して広域アクセスを容易にしているものを含む）では、接続されたリピーター、または多くの場合Raspberry Pi シングルボードコンピュータをベースにしたDMR「ホットスポット」を介して、ユーザーが世界中の他のユーザーと通信できます。現在、世界中で5,500台以上の中継器と16,000の「ホットスポット」がBrandMeisterシステムにリンクされています。^[11]インターネットリンクシステムの低コスト化と可用性の向上により、アマチュア無線バンドでのDMRの使用が増加しています。^[12] Raspberry PiベースのDMRホットスポット（多くの場合、Pi-Starソフトウェアを実行しているもの）では、ユーザーが複数のインターネットリンクDMRネットワークに同時に接続できます。^{[13] DMRホットスポットは、多くの場合、Jonathan Naylorによって開発されたファームウェアを搭載したオープン}ソースのマルチモードデジタルボイスモデム（MMDVM）ハードウェアに基づいています。 ^{[14] [15]}

DMR 標準の初期リリースでは暗号化が定義されていなかったため、各 DMR 無線メーカーは独自の暗号化プロトコルを追加しました。そのため、これらの初期の暗号化プロトコルは互いに互換性がありません。たとえば、Hytera の Basic Encrypt 暗号化は、Motorola の Basic Encrypt 暗号化や Tytera の Basic Encrypt 暗号化とはまったく互換性がありません。

DMRAは現在、DMRの相互運用可能な音声およびデータ暗号化方式を管理しています。40ビットARC4、64ビットDES、128および256ビットAESオプションが定義されています。これらの暗号化方式はメーカー間で相互運用可能であり、音声通話の遅延エントリ、複数のキーをサポートし、音声品質の顕著な低下はありません。^[16]

いくつかのDMR暗号化アルゴリズムがリリースされており、2015年にソースコードが公開されたPC4などがその例です。^[17]これはDMR無線通信システム用に特別に設計されたブロック暗号です。253ラウンドを使用し、キーサイズは8ビットから2112ビットまで変化します。ブロックサイズは49ビットで、AMBE+ DMR音声フレームとまったく同じサイズです。

PC4暗号化を実装したファームウェアは、Tytera MD-380およびMD-390無線機で利用可能です。^[18]

DMR 暗号化プロトコルのほとんどは独自のものであり、公開されていませんが、存在するさまざまな暗号化モードを定義するために使用できる情報がいくつかあります。AMBE フレームは、アナログ信号をデジタル化した後、キーを使用して暗号化されます。受信時には、AMBE フレームが同じキーを使用して復号化され、その後に初めてデジタルとアナログの会話が行われます。

モトローラベーシックモードでは、実際には255個の固定キーがあります。これは1文字のキーです。たとえば、モトローラのベーシック暗号化の1番目のキーは1F001F001F0000です。これは、各49ビットAMBEフレームがキー1F001F001F0000でXORによって暗号化されることを意味します。^[19]

他のメーカーのベーシック モードでは、10、32、または 64 文字のキーが提供され、AMBE フレームと XOR される 882 ビットの固定ランダム文字列が生成されます。ただし、各 AMBE フレームを固定キーで暗号化する代わりに、スーパーフレーム全体がこの固定文字列で暗号化されます。スーパーフレームには 18 個の AMBE フレーム (つまり 882 ビット) が含まれ、この 882 ビットが 882 ビットの固定文字列で暗号化されます。

PC4 暗号化モードでは、49 ビットのフレーム全体が ECB モードで暗号化されます。1 ビットが異なるだけで、暗号化されたブロック全体が完全に異なるものになります。

拡張 (ARC4) モードまたは高度 (AES) モードでは、完全なスーパーフレームも暗号化されますが、32 ビットの IV (初期化ベクトル) が追加されます。したがって、各スーパーフレームは異なる方法で暗号化されます。また、初期化のベクトルは 2^32 (2 の 32 乗) 通りあります。初期化ベクトルのおかげで、暗号化は同じキーに固定されなくなり、スーパーフレームごとに変わります。

DMR 規格では、この IV を保存する場所がなかったため、フレームあたり 4 ビット (下位ビット) のため、IV (エラー訂正コードを追加して合計 72 ビット) が各 49 ビットの AMBE フレームに挿入されます。この 4 ビットは失われ、音声品質が低下しますが、これは Basic モードの固定暗号では発生しません。49 ビットの AMBE フレームが 18 個あり、各フレームに 4 ビットが含まれている場合、72 ビット (18*4) になります。

モトローラは、40 ビットの ARC4 (疑わしいRC4 ) が一般的な攻撃者にも耐えられるように、独自の標準を作成しました。この標準は 40 ビットのセキュリティを提供するもので、攻撃者は正しいキーを見つけるために 2 の 40 乗の可能なキーをテストする必要があります。

RC4暗号化は、暗号化を実行するたびに IV ( Initialization_vector ) を使用する必要があるストリーム暗号です。この IV のサイズは、同じキーの使用中にこの IV が重複しないように十分に大きくする必要があります。

RC4 の弱い IV暗号化は、IV サイズが短すぎる (24 ビット) ため、WEP Wi-Fi 暗号化システムではすでに侵害されています。

Motorola は、わずかに長い IV サイズ (32 ビット) を使用することを選択しましたが、WEP の 24 ビット IV よりそれほど長くはありません。Motorola はこの IV を MI (メッセージ インジケーター) と呼んでいます。

この短い IV に関する Motorola の公式説明は、DMR 標準は元々暗号化を目的としていなかったため、IV を挿入するには音声フレームのビットを使用する必要があったというものです。音声の劣化を過度に避けるため、挿入できるのは 32 ビットのみです。

DMRの専門家であるDSD-FMEソフトウェアの作者によると、この主張は誤りであり、カスタムDMRフレームを作成する可能性があるとのことだ。そのため、そのようなフレームには大きなIV（たとえば128ビット）が含まれている可能性がある。^[20]

一部のユーザーは、ARC4を使用するAnytone無線機（Anytone 878など）が、各送信の開始時にIV定数（0x12345678）を持っていることを発見しました。^[21] この欠陥は、AnyTone D878UVIIファームウェアアップデートV3.03（2023-12-18）で修正されました。：5.ファームウェアを変更して、AES暗号化に固定の「12345678」ではなく可変ベクトル（IV）を使用するようにします。

Motorola ARC4 DMRA は設計上、少なくとも 40 億の異なる IV を提供する必要があるため、異なる IV (2^32 ビットの可能な IV) を持つ 40 億のスーパーフレームが存在するはずです。

しかし、あるユーザーが、モトローラがARC4でIVを生成するために非プリミティブLFSRを使用していることを発見しました。使用されるジェネレーターx^32 + x^4 + x^2 + 1は非プリミティブであり、短いサイクルを生成します。40億の異なるIVの代わりに、294903の異なるIVしかありません。つまり、32ビットのIVの代わりに18ビットのIVが得られ、これは24ビットのWEP Wi-Fi IVよりもはるかに短いです。^[22]

Motorola の標準規格で非プリミティブ IV を使用したのは間違いだったとは考えられないので、この間違いは意図的なものと思われます。バックドアである可能性もあります。

このようなバックドアが ARC4 DMRA 標準に導入された場合、現時点ではバックドアは公開されていないものの、AES256 DMRA 標準のセキュリティについて疑問が生じます。

暗号学者エリック・フィリオルによれば、ワッセナー協定により法的に義務付けられているため、鍵長が56ビットを超える輸出製品にはすべてバックドアが備わっている可能性が高いとのことである。^{[23] [24]}

• dPMR

• 「FCCがアマチュアサービス試験および放射規則を修正」連邦通信委員会。2015年12月10日。 2022年7月5日閲覧。

• DMR協会
• MNDMR - ミネソタ州初の社内DMRリピーターネットワークシステム
• Radio ID, Inc.、アマチュア無線の DMR 識別番号を調整