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デジタル移動無線（DMR）は、非公開無線ネットワークでの音声およびデータ伝送のためのデジタル無線規格です。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ボコーダーを使用して6.25kHz相当の帯域幅を実現する主要な競合技術です。DMRとP25 II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離散的な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つの階層で設計されました。DMRの階層I（非ライセンス）とII（従来ライセンス）は2005年に初めて公開され、DMR III（トランキングバージョン）[ 2 ]は2012年に公開され、メーカーはそれぞれの公開から数年以内に製品を製造しました。
この規格の主な目的は、複雑性が低く、低コストで、ブランド間での相互運用性を備えたデジタルシステムを規定することであり、無線通信機器の購入者が特定の独自ソリューションに縛られないようにすることである。
DMRインターフェースは、以下のETSI規格によって定義されています。
DMR規格は、世界中の陸上移動周波数帯で使用されている既存の 12.5kHzチャネル間隔内で動作しますが、30ms構造を中心とした2スロットTDMA 技術によって2つの音声チャネルを実現します。変調方式は4状態FSKで、4,800シンボル/秒のレートで4つのシンボルを無線で生成し、これは9,600 ビット/秒に相当します。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を使用した場合、1つの音声チャネルに残るのは2,450ビット/秒です。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 と比較すると大幅に少ない値です。
規格は（2015年末現在）まだ開発中で、より多くのシステムが展開され、改善点が発見されるにつれて定期的に改訂されています。[ 3 ]規格にはさらなる改良が加えられる可能性が非常に高く、将来的にこれらの新しい改善点を活用するために端末や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となり、そうしないと互換性の問題が発生する可能性があります。
DMRは30MHzから1GHzまでの無線周波数帯域をカバーします 。
DMRの実装には、66MHzという低い周波数帯（欧州連合内では「ローバンドVHF」66～88MHz ）で動作するものもある。 [ 4 ]
DMR Tier I 製品は、ヨーロッパのPMR446 バンドでライセンスなしで使用できます。Tier I 製品は、非インフラストラクチャでの使用のみ (つまり、リピーターを使用しない) 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に対応しています。[ 5 ]
なお、この周波数帯はヨーロッパ以外では免許不要の割り当てがないため、DMR Tier I無線機を含むPMR446無線機は、オペレーターが適切な無線免許を取得した場合に限り、他の国で合法的に使用できます。
中国メーカー（特にBaofeng）が販売する一部のDMR無線機は、DMR Tier Iと誤ってラベル付けされている。DMR Tier I無線機は、PMR446ライセンスフリー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ワットである。[ 6 ]
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認められているが、現在知られているTier I無線機はすべてTier IIと同様にTDMAを使用している。これはおそらく、連続送信ではなく送信時間を半分にすることでバッテリー消費を40%削減できるためだろう。[ 7 ]
DMR Tier II は、66 ～ 960 MHzの PMR 周波数帯域で動作するライセンス取得済みの従来型無線システム、移動無線機、携帯無線機を対象としています。ETSI DMR Tier II 規格は、高出力通信用のライセンス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 準拠製品を市場に出しています。ETSI DMR は、 Tier II および Tier III 用に 12.5 kHz チャネルで 2 スロット TDMA を規定しています。[ 8 ]
DMR Tier III は、66〜960 MHz の周波数帯域でのトランキング動作をカバーしています。Tier III は、 TETRA と同様の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 ビットのデータを持つショート メッセージングを内蔵しています。また、IPv4および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。[ 9 ]
2005 年、共通規格と相互運用性を確立するために、Tait Communications、Fylde Micro、Selex、Motorola、Hytera、Sanchar Communication、Vertex Standard、Kenwood、Icomなどの潜在的な DMR サプライヤーとの間で覚書(MOU ) が締結されました。DMR 規格ではボコーダーは指定されていませんが、MOU のメンバーは相互運用性を確保するためにハーフ レート DVSI Advanced Multi-Band Excitation (AMBE) ボコーダーを使用することに合意しました。2009 年、MOU のメンバーは、ベンダーの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に DMR Association を設立しました。[ 10 ]正式な相互運用性テストは 2010 年以降実施されています。結果は DMR Association の Web サイトで公開されています。DMR Association には約 40 社のメンバーがいます。
この規格では、DMRメーカーが規格に加えて追加機能を実装することを認めているため、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る。
DMRはアマチュア無線のVHF帯とUHF帯で使用されており、初期の導入ネットワーク開発は2010年頃にDMR-MARCによって主導されました。[ 11 ] FCCは2014年に米国でアマチュアによるDMRの使用を正式に承認しました。[ 12 ]アマチュア無線空間では、調整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。調整データベースはDMR無線機にアップロードして、他のオペレーターの名前、コールサイン、および位置を表示できます。[ 13 ]インターネット接続システムにより、ユーザーは接続されたリピーターまたはDMR「ホットスポット」（多くの場合Raspberry Piシングルボードコンピュータに基づく）を介して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以上のリピーターと16,000の「ホットスポット」がBrandMeisterシステムに接続されています。[ 14 ]インターネット接続システムの低コスト化と利用可能性の向上により、アマチュア無線帯でのDMRの使用が増加しています。[ 15 ] Raspberry Pi ベースの DMR ホットスポットの中には、Pi-Star や WPSD ソフトウェアを実行しているものが多く、ユーザーが同時に複数のインターネット接続された DMR ネットワークに接続できるものもあります。[ 16 ] DMR ホットスポットは、多くの場合、Jonathan Naylor が開発したファームウェアを備えたオープンソースのマルチモードデジタル音声モデム (MMDVM) ハードウェアに基づいています。 [ 17 ] [ 18 ]
インターネットに接続されたDMRネットワークを使用して実施される組織的なアマチュア無線活動の例としては、BrandMeisterネットワークのトークグループ91で運用されている毎週の国際ネットであるWorld Wide Check-Inが挙げられる。[ 19 ]
DMR規格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無線機メーカーが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換性がありません。例えば、HyteraのBasic Encrypt暗号化は、MotorolaのBasic Encrypt暗号化やHyteraのBasic Encrypt暗号化とは全く互換性がありません。
DMRAは現在、DMR用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ビットおよび256ビットAESの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、音声通話の遅延入力、複数のキーをサポートし、音声品質の目立った劣化はありません。[ 20 ]
DMR暗号化アルゴリズムの中には、ソースコードが公開されているPC4など、2015年にリリースされたものもあります。[ 21 ] PC4は、DMR無線通信システム向けに特別に設計されたブロック暗号で、253ラウンドを使用し、鍵サイズは8ビットから2112ビットまでです。ブロックサイズは49ビットで、これはAMBE+ DMR音声フレームのサイズと同じです。
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。[ 22 ]
Motorola Basic Encryptionでは、AMBEフレームは255個の静的キーのうちの1つを使用して単純なXORで暗号化されます。[ 23 ]
他社製のベーシックモードでは、10文字、32文字、または64文字の鍵を使用して、AMBEフレームとXOR演算で結合される882ビットの固定ランダム文字列を生成します。個々のAMBEフレームではなく、スーパーフレーム全体がこの長い固定鍵とXOR演算されます。スーパーフレームは18個のAMBEフレーム、つまり882ビットで構成されており、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をECBモードで暗号化します。1ビットでも異なると、暗号化されたブロック全体が全く異なるものになります。
拡張モード（ARC4）または高度モード（AES）では、各スーパーフレーム全体が32ビットのIV（初期化ベクトル）で暗号化されます。その結果、暗号化方式は同じ鍵で固定されるのではなく、スーパーフレームごとに変化するため、セキュリティが向上します。
DMR規格ではこのIVを格納する余地がないため、IV（誤り訂正符号を追加して合計72ビット）は、49ビットAMBEフレームごとに下位4ビットを置き換えます。そのため、これらの4ビットは失われ、音声品質が低下します。これは、ベーシックモードの固定暗号では発生しない問題です。したがって、72ビットでエンコードされたIVは、スーパーフレーム内の18個のAMBEフレームすべてに分散されます。
モトローラは、40ビットARC4（いわゆるRC4）が一般的な攻撃者に耐えられるように独自の標準を作成しました。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 40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は実際には保護を提供せず、鍵を解読できるソフトウェアが存在します。[ 24 ]
RC4暗号化はストリーム暗号であり、暗号化を実行するたびにIV（初期化ベクトル）を使用する必要があります。このIVのサイズは、同じ鍵を使用する間、同じIVが繰り返されないように十分に大きくする必要があります。
RC4の脆弱なIV暗号化は、IVのサイズが短すぎる（24ビット）ため、WEP Wi-Fi暗号化システムにおいて既に脆弱性が露呈している。
モトローラは、WEPの24ビットIVよりもわずかに長い32ビットのIVサイズを採用したが、それほど大きな違いはない。モトローラはこのIVをMI（メッセージインジケータ）と呼んでいる。
モトローラは、DMR規格では暗号化パラメータを伝送する方法が定義されていないと報告した。同社のソリューションは、DMRボコーダフレーム内の選択された最下位ビットを置き換えることで、32ビットの初期化ベクトルとエラー保護データを埋め込むものである。これらのビットは、受信音声の劣化を最小限に抑えるために選択された。[ 25 ]
DSD-FMEソフトウェアの作者でありDMRの専門家である人物によれば、カスタムDMRフレームを作成することが可能であるため、この主張は誤りである。したがって、そのようなフレームには大きなIV（例えば128ビット）が含まれる可能性がある。[ 26 ]
一部のユーザーは、ARC4 を使用する Anytone 無線機 (Anytone 878 など) では、各送信の開始時に IV 定数 (0x12345678) があることを発見しました。[ 27 ]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 暗号化で固定の "12345678" の代わりに可変のベクトル (IV) を使用するようにします。
Motorola ARC4 DMRAは設計上、少なくとも40億種類の異なるIVを提供するはずなので、異なるIVを持つスーパーフレームは40億個存在するはずです（2<sup> 32 </sup>ビットの可能なIV）。
しかし、あるユーザーが、MotorolaがARC4でIVを生成するために非原始的なLFSRを使用していることを発見しました。40億種類のIVではなく、294,903種類のIVしかありません。そのため、32ビットIVではなく、24ビットWEP Wi-Fi IVよりもはるかに短い18ビットIVが得られます。[ 28 ]
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、鍵長が56ビットを超える輸出製品にはバックドアが存在する可能性が高い。これは法的要件である。[ 29 ] [ 30 ]