Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации

Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации

5

РЕФЕРАТ

В настоящем дипломном проекте разработан лабораторный стенд по исследованию прямых акустических, вибрационных, и акустоэлектрических каналов утечки речевой информации. С помощью данной установки можно получить оценку по защите каналов по различным критериям. Для прямого акустического и вибрационного каналов оценка защищенности проводится по энергетическим и смысловым критериям. Стенд позволяет проводить измерения величины наведенного в линию сигнала при воздействии акустического поля на исследуемый образец. Кроме того стенд позволяет производить проверку средств защиты и снятие их характеристик подавления.

В настоящее время, в связи с резким повышением интереса к проблемам технической защиты информации, возникла необходимость в подготовке специалистов, способных квалифицированно решать вопросы в данной области.

На сегодняшний день существует множество технических каналов утечки информации, разновидностью которых являются каналы утечки речевой информации, подразделяющиеся на воздушные, вибрационные, акустоэлектрические, параметрические и др.

В данном дипломном проекте нас будут интересовать воздушные, вибрационные, акустоэлектрические каналы утечки речевой информации.

Одним из условий анализа свойств данных каналов является развитие звукового давления с большим уровнем, поэтому встает вопрос о разработке необходимого набора аппаратуры, способной развить требуемое звуковое давление.

Для исследования выше перечисленных каналов в лабораторных условиях возникает необходимость в создании конструкции, способной сымитировать данные каналы.

В результате получаем - цель дипломного проекта: разработать лабораторный стенд по исследованию акустических, вибрационных и акустоэлектрических каналов утечки речевой информации и методики проведения экспериментов.

1.АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Классификация каналов утечки речевой информации

Человеческая речь является одним из древнейших, самым естественным и наиболее распространенным способом обмена информации между людьми [1]. Попытки услышать слова, сказанные для чужих ушей, существуют, наверное, столько же времени, сколько и членораздельная, информационно насыщенная речь. Хорошо известно, что еще в античные времена применялись системы подслушивания, представляющие собой проложенные в стенах домов полые звуководы и соединяющие апартаменты, предназначенные для важных гостей, с помещениями хозяев.

Достижения технического прогресса позволяют сегодня использовать широкий спектр методов и устройств передачи и хранения информации. Тем не менее, и в настоящее время особый интерес вызывает контроль речевой информации, живого разговора. Это связано с рядом специфических особенностей, присущих именно речевой информации и связанных с некоторыми чертами человеческой психики:

- конфиденциальностью, предполагающей, что устно делаются сообщения или отдаются распоряжения, которые не могут быть доверены никакому носителю информации или средству передачи;

- оперативностью, заключающейся в том, что информация может быть перехвачена в момент ее озвучивания;

- виртуальностью, состоящей в том, что, исследуя живую речь человека, можно сделать заключение о его эмоциональном состоянии, личном отношении к сообщению, составить психологический портрет и т. д.

Нелишне также напомнить о том, что перехваченная речевая информация, особенно так называемый первичный сигнал (речь, не прошедшая никакой обработки), является, по существу, документом с личной подписью человека, озвучившего сообщение, так как современные методы анализа речи позволяют однозначно идентифицировать его личность.

Перечисленные уникальные особенности, присущие речевой информации, объясняют ее исключительную ценность, а следовательно, и высокую заинтересованность возможного противника в ее перехвате.

Кроме речевой информации к акустическим, относятся также сигналы образующиеся в результате работы технических средств предназначенных для обработки конфиденциальной информации (принтер, телетайп и т.д.)

Перехват акустической информации заключается в приеме, обработке и регистрации акустических и вибрационных сигналов, в восстановлении и анализе речи с целью выявления содержащихся в ней разведывательных сведений. Функционально-техническую структуру канала перехвата речевой информации (технического канала утечки речевой информации) показанную на рис. 1.1 образуют источник первичного сигнала (говорящий человек или устройство звуковоспроизведения), соответствующий тип аппаратуры акустической речевой разведки и физическая среда между ними.

Рис. 1.1. Структура канала перехвата речевой информации.

В процессе ведения акустической речевой разведки добывание разведывательных данных, в зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, среды распространения акустических колебаний и способов перехвата, может осуществляться по следующим техническим каналам утечки речевой информации:

- воздушный (прямой акустический);

- вибрационный;

- оптико-электронный;

- акустоэлектрический;

- параметрический.

Под воздушным каналом утечки речевой информации понимается технический канал перехвата информации, в котором в качестве приемного устройства аппаратуры разведки используются микрофоны различных типов и конструкций (в том числе специальные направленные микрофоны), регистрирующие акустическое поле защищаемого речевого сигнала.

Вибрационный канал утечки речевой информации - технический канал перехвата информации, в котором в качестве приемного устройства аппаратуры акустической речевой разведки используются контактные виброприемники (вибродатчики) различных типов и конструкций, регистрирующие вибрационное поле защищаемого речевого сигнала непосредственно на ограждающих конструкциях объектов защиты (стены, потолки, полы) и на элементах их инженерно-технических систем (трубы водоснабжения, отопления, канализации и другие твердые тела).

Оптико-электронный (лазерный) канал утечки речевой информации - технический канал перехвата информации, в котором используется аппаратура дистанционного лазерного зондирования отражающих поверхностей объектов защиты, попадающих в акустическое поле речевого сигнала.

Акустоэлектрический канал утечки речевой информации - технический канал перехвата информации, возникающий за счет преобразования акустических сигналов в электрические, включает перехват акустических колебаний через вспомогательные технические средства и системы (ВТСС), обладающих "микрофонным эффектом".

Параметрический канал утечки речевой информации - в результате воздействия акустического поля меняется давление на все элементы высокочастотных генераторов технических средств приема, обработки, хранения и передачи информации (ТСПИ) и ВТСС. При этом меняется (незначительно) взаимное расположение элементов схем, проводов в катушках индуктивности, дросселей и т.п., что может привести к изменениям параметров высокочастотного сигнала, например, к модуляции его информационным сигналом.

Классификация технических каналов утечки акустической (речевой) информации приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Классификация технических каналов утечки речевой информации

1.2 Физические характеристики и особенности распространения речевого сигнала

Звуковое поле характеризуется следующими характеристиками: линейные, энергетические[2].

К линейным характеристикам звукового поля относят звуковое давление, скорость колебаний и акустическое сопротивление среды.

Звуковое давление представляет силу, действующую на единицу поверхности, и измеряется в Па. Скоростью колебаний называют скорость движения частиц среды под действием проходящей звуковой волны (м/с). Удельным акустическим сопротивлением называется отношение звукового давления к скорости колебаний (Пас/м).

К энергетическим характеристикам звукового поля относят интенсивность звука.

Интенсивностью звука или силой звука называют количество энергии, проходящее в секунду через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны (Вт/м2).

В акустике за уровень параметра принимают величину, пропорциональную логарифму относительного значения этого параметра. Таким образом, при использовании десятичных логарифмов для параметра К уровень

N = alg (K/K0),

где а - коэффициент пропорциональности, определяемый размером выбранных логарифмических единиц. Как правило пользуются единицей измерения децибел (дБ), и поэтому пользуются следующими выражениями для определения уровней: для энергетических параметров NЭ = 10lg (KЭ/K0Э) и для линейных

NЛ = 20lg (KЛ/K0Л). К0

- условное значение параметра, к которому относят величину этого параметра.

За условное (нормированное) значение нулевого уровня электрической мощности Р0 принимают 1 мВт. Абсолютный уровень электрической мощности

NР = 10lg (Р/Р0) = 10lg (РВт/10-3),

РВт - мощность в ваттах. Этот уровень мощности измеряется в децибелах мощности (дБм).

Уровень по звуковому давлению в децибелах для воздуха определяют относительно звукового давления по величине, соответствующей нулевому значению уровня интенсивности для удельного акустического сопротивления равного 400 кг/м2с, то есть уровень определяется выражением

LР = 20lg (Р/Р0) = 20lg (РПа/210-5),

где Р0 = 210-5 Па - условное действующее значение для нулевого уровня по звуковому давлению, РПа - действующее значение звукового давления, Па.

Человеческая речь представляет собой шумоподобный акустический сигнал, несущий амплитудную и частотную модуляцию [1]. Основная энергия акустических колебаний речевого сигнала заключена в диапазоне 70 Гц - 7 кГц, причем более 95% смысловой информации размещается в более узком диапазоне - 200 Гц - 5 кГц. Акустические колебания выше и ниже этих частот несут информацию об эмоциях и личности говорящего (устный почерк), способствует узнаваемости и несколько повышают разборчивость речи в условиях повышенных шумов.

Динамические характеристики разговорной речи весьма различны и во многом зависят от внешних условий, в которых находится говорящий. Так, спокойный, доверительный разговор, ведущийся собеседниками, находящимися рядом друг с другом, происходит обычно с уровнем порядка 55 дБ (звуковое давление); выступление в зале, а нередко и разговор по телефону около 75 дБ. При этом динамический диапазон речи также меняется в довольно широких пределах 25-45 дБ.

Акустические колебания, распространяющиеся в помещении, падают на ограждающие конструкции, в основном отражаются от них, а частично взаимодействуют с ними, вызывая соответствующие колебания конструкций, и распространяются далее в виде вибрационных колебаний. Вследствие добротности большинства строительных материалов, вибрационные колебания, вызванные речевым сигналом, могут быть приняты на значительном удалении от места проведения разговора. В этой связи следует отметить два важных аспекта. Во-первых, степень проникновения акустической энергии из воздушной среды в твердое тело зависит от соотношения акустических сопротивлений этих сред:

??~????C1????2C2, (1.1)

где ?1 и ?2 - плотность материала строительной конструкции и воздуха;

C1 и C2 - скорость звука в материале строительной конструкции и воздухе.

Это положение имеет простое и практически важное следствие, которое получило в строительной акустике название «закон массы» - чем больше масса единицы площади конструкции, тем меньше вибрационные колебания, вызванные звуком, или, проще говоря, чем толще стена, тем выше звукоизоляция.

Высокие акустические характеристики строительных конструкций создают хорошие условия для распространения вибраций, вызванных прочими источниками, такими как уличные шумы, протекание воды в системах отопления, шаги, хлопки дверей, работа бытовой аппаратуры и т. д., что создает при приеме речевой информации, распространяющейся по строительным конструкциям, комплекс так называемых структурных помех.

Следует отметить, что спектры структурных помех имеют, как правило, спадающий в сторону высоких частот характер и близки к спектрам вибраций речевых сигналов.

Уровень структурных помех в здании и величина звукоизоляции выделенного помещения являются основными факторами, определяющими возможность перехвата информации по акустическому и виброакустическому каналу.

1.3 Сущность электроакустического канала утечки речевой информации

Некоторые элементы ВТСС, в том числе электромагниты вторичных электрочасов, звонков телефонных аппаратов, дроссели ламп дневного света и т.п., обладают свойством изменять свои параметры (емкость, индуктивность, сопротивление) под действием акустического поля, создаваемого источником акустических колебаний. Изменение параметров приводит к появлению на данных элементах электродвижущей силы (ЭДС), изменяющейся по закону воздействующего информационного акустического поля. Например, акустическое поле, воздействуя на якорь электромагнита вызывного телефонного звонка, вызывает его колебание. В результате чего изменяется магнитный поток сердечника электромагнита. Изменение этого потока вызывает появление ЭДС самоиндукции в катушке звонка, изменяющейся по закону изменения акустического поля.