Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации

1.4 Особенности спектров речевых сигналов

Акустический сигнал от первичного источника звука, как правило, имеет непрерывно изменяющиеся форму и состав спектра. Эти спектры могут быть дискретными, сплошными и смешанными, высокочастотными и низкочастотными [1].

В практике часто приходится иметь дело с энергетическим спектром сигнала. Под ним подразумевается огибающая квадратичных значений амплитуд частотных составляющих сигнала (для дискретных спектров) или плотности спектра квадрата амплитуд А2(х) (для сплошных спектров). Последняя будет представлять собой спектральную плотность по интенсивности

J() = kA2(), (1.2)

т. е. спектральной плотностью называют интенсивность звука в полоске частот равной 1 Гц, т. е. спектральная плотность

J = If / f, (1.3)

где If - интенсивность, измеренная в узкой полоске частот f = 1Гц.

Для удобства введена логарифмическая мера оценки плотности спектра аналогично оценке по уровню интенсивности. Эта мера называется уровнем спектральной плотности, или спектральным уровнем. Спектральный уровень

B = 10lg (J / I0) = 10lg JВт + 120 ,(1.4)

где I0 = 10 -15 Вт / м2 - условное (нормированное) значение, аналогичное для оценки уровня интенсивности. Размерность J выражается в единице на герц (Гц -1).

Часто для представления спектра вместо спектральной плотности пользуются интенсивностью или звуковым давлением, измеренными в октавной, полуоктавной или третьоктавной полосе частот (октава представляет собой частотный интервал, для которого отношение крайних частот равно 2), и соответственно определяют уровни в этих полосах. В этом случае спектральный уровень

B = 10lg (Iокт / fоктI0) = 20lg (pокт / p0) - 10lg fокт, (p0 = 210-5 Па) ,(1.5)

а уровень в октавной полосе

Lокт = 10lg (Iокт / I0) = 20lg (pокт / p0), (1.6)

где fокт - ширина соответствующей октавной полосы. Вычитая (1.6) из (1.5), имеем

Lокт - B = 10lg fокт ,(1.7)

то есть разность между линейным и октавным анализом определяется, логарифмом от октавной полосы.

1.5 Способы анализа спектральных характеристик

В настоящее время существует несколько различных способов анализа спектральных характеристик речевого сигнала. Остановимся на линейном, октавном и третьоктаном анализе [1].

Линейный анализ - это исследование спектра с полосой пропускания одинаковой ширины во всем диапазоне частот. Октавный и третьоктавный анализ - исследование спектра с полосой пропускания, имеющей одинаковую относительную ширину полосы пропускания, то есть отношение f/f0 постоянно во всем диапазоне частот (f - полоса пропускания, f0 - средняя частота полосы). Это означает, что абсолютная ширина полосы пропускания для октавного и третьоктавного анализа тем выше, чем выше средняя частота. Международными рекомендациями и ГОСТ 17168-71 установлены номиналы средних частот:

- для октавного анализа средние частоты определяются по формуле

fср.п = 103n / 10 (Гц), (1.8)

где -1 n 14, то есть всего 16 полос;

нижние частоты октавной полосы - ;

верхние частоты октавной полосы - .

для третьоктавного анализа средние частоты определяются по формуле

fср.п = 10 n / 10 (Гц), (1.9)

где -4 n 43, то есть всего 48 полос;

нижние частоты октавной полосы - ;

верхние частоты октавной полосы - .

Исследование спектральных характеристик в октавных полосах используется для определения эффективности принятых мер защиты информации в соответствии с требованиями Гостехкомиссии России.

Линейный и третьоктавный анализы предназначены для более детального исследования спектра сигналов и помех.

1.6 Основные критерии защищенности каналов утечки речевой информации

Защита речевой информации является одной из важнейших задач в общем комплексе мероприятий по обеспечению информационной безопасности объекта или учреждения.

Для ее перехвата предполагаемый «противник» (лицо или группа лиц, заинтересованных в получении информации) может использовать широкий арсенал портативных средств акустической речевой разведки, позволяющих перехватывать речевую информацию по прямому акустическому, вибрационному, акустоэлектрическому и оптико-электронному каналам, к основным из которых относятся [3]:

- портативная аппаратура звукозаписи (малогабаритные диктофоны, магнитофоны и устройства записи на основе цифровой схемотехники);

- направленные микрофоны;

- электронные стетоскопы;

- электронные устройства перехвата речевой информации (закладные устройства) с датчиками микрофонного и контактного типов с передачей перехваченной информации по радио, оптическому (в инфракрасном диапазоне длин волн) и ультразвуковому каналам, сети электропитания, телефонным линиям связи, соединительным линиям вспомогательных технических средств или специально проложенным линиям;

- оптико-электронные (лазерные) акустические системы и т.д. Портативная аппаратура звукозаписи и закладные устройства с датчиками микрофонного типа (преобразователями акустических сигналов, распространяющихся в воздушной и газовой средах) могут быть установлены при неконтролируемом пребывании физических лиц («агентов») непосредственно в выделенных (защищаемых) помещениях. Данная аппаратура обеспечивает регистрацию речи средней громкости при удалении микрофона на расстояние до 10-15 м от источника речи [3].

Электронные стетоскопы и закладные устройства с датчиками контактного типа позволяют перехватывать речевую информацию без физического доступа «агентов» в выделенные помещения. При этом датчики закладных устройств наиболее часто устанавливаются вблизи мест возможной утечки речевой информации:

- микрофонного типа (в выходах кондиционеров и каналах систем вентиляции);

- контактного типа (преобразователи виброакустических сигналов, распространяющихся по строительным конструкциям зданий, инженерным коммуникациям и т. п.) (на наружных поверхностях зданий, на оконных проемах и рамах, в смежных (служебных и технических) помещениях за дверными проемами, ограждающими конструкциями, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения, коробах воздуховодов вентиляционных и других систем).

Экспериментальные исследования показали, что с использованием данных средств разведки обеспечивается перехват речевой информации с высоким качеством через ограждающие конструкции в железобетонных зданиях через 1-2 этажа, по трубопроводам через 2-3 этажа и по вентиляционным каналам на расстоянии до 20-30 м [4].

Применение для ведения разведки направленных микрофонов и оптико-электронных (лазерных) акустических систем не требует проникновения «агентов» не только в выделенные и смежные с ними помещения, но и на охраняемую территорию объекта. Разведка может вестись из соседних зданий или автомашин, находящихся на автостоянках, прилегающих к зданию.

С использованием направленных микрофонов возможен перехват речевой информации из выделенных помещений при наличии открытых оконных проемов (форточек или фрамуг) в условиях города (на фоне транспортных шумов) на расстояниях до 50 м [I]. За городом при оптимальных условиях дальность разведки может составлять до 80-100 м днем и до 200 м в ночное время.

Максимальная дальность разведки с использованием оптико-электронных (лазерных) акустических систем, снимающих информацию с внутренних стекол, составляет 150-200 м в городских условиях (наличие интенсивных акустических помех, запыленность атмосферы) и до 500 м в загородных условиях [5].

Защита речевой информации достигается проектно-архитектурными решениями, проведением организационных и технических мероприятий, а также выявлением электронных устройств перехвата информации.

Использование тех или иных методов и средств определяется характеристиками объекта защиты и аппаратуры разведки, условиями ее ведения, а также требованиями, предъявляемыми к эффективности защиты акустической (речевой) информации.

Для оценки защищенности каналов утечки информации используются два критерия: энергетический и смысловой.

Энергетическим показателем является распределение отношений "сигнал / шум", дБ, в октавных полосах частот в контрольных точках для нормированного энергетического спектра речевого сигнала.

Смысловым критерием является словесная разборчивость речи - относительное или процентное количество принятых специально тренированными слушателями (артикулянтами) слов из общего количества переданных по тракту.

Для оценки разборчивости речи целесообразно использовать инструментально-расчетный метод, основанным на результатах экспериментальных исследований, проведенных Н. Б. Покровским. [3] Суть этого метода заключается в следующем.

Энергетический спектр речи разбивается на N частотных полос, в общем случае произвольной ширины f = fBi - fHi (fBi - -верхнее значение частоты i-й полосы, fHi - нижнее значение частоты i-й полосы).

Для каждой i-й (i = 1... N) частотной полосы инструментальным методом измеряются уровень сигнала Lc.i, дБ и уровень шума (помехи) Lшi., дБ.

Далее для каждой 1-й частоты расчетным методом определяются:

- отношение «уровень речевого сигнала / уровень акустического шума (помехи);

. (1.10)

- формантный параметр Аi, на среднегеометрической частоте полосы, характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала в полосе, по формуле (1.11):

(1.11)

- весовой коэффициент полосы кi, характеризующий вероятность наличия формант речи в данной полосе, по формуле (1.12):

,(1.12)

где к() и к() - значения весового коэффициента для верхней и нижней граничных частот, рассчитываемые по формуле (1.13):

(1.13)

- спектральный индекс артикуляции (понимаемости) речи Ri (информационной вес i-й спектральной полосы частотного диапазона речи), по формуле (1.14):

, (1.14)

где коэффициент рi определяется по формуле (1.15):

(1.15)

Далее для общей частотной полосы спектра речевого сигнала рассчитываются:

- интегральный индекс артикуляции речи R, по формуле ()1.16:

.(1.16)

- зависимость словесной разборчивости от интегрального индекса артикуляции речи по формуле (1.17):

 (1.17)

Критерии эффективности защиты акустической (речевой) информации во многом зависят от целей, преследуемых при организации защиты, например:

- скрыть смысловое содержание ведущегося разговора;

- скрыть тематику ведущегося разговора и т.д.

1.7 Основные принципы оценки защищенности каналов утечки речевой информации

1.7.1 .Воздушный и вибрационный каналы

Оценка защищенности воздушного и вибрационного каналов основывается на инструментально-расчетном способе определения отношений "речевой сигнал / акустический (вибрационный) шум" (далее "сигал / шум") в контрольных точках в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц с последующим сравнением полученных отношений "сигнал / шум" с нормированными значениями, или с последующим пересчетом полученных значений "сигнал / шум" в числовую величину словесной разборчивости речи и сравнения ее с нормированным значением.

Для проведения инструментального контроля с использованием аппаратуры общего применения должны быть сформированы передающий и приемный измирительные комплексы. Структура измерений показана на рис.1.3

Рис. 1.3. Структура измерений параметров каналов утечки речевой информации

Передающий измерительный комплекс должен содержать:

- генератор шума;

- усилитель мощности;

- акустический излучатель;

- измерительный микрофон;

- шумомер;

- полосовые октавные фильтры со среднегеометрическими частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц.

В качестве тестового (контрольного) сигнала рекомендуется использовать акустический шумовой сигнал с нормальным распределением плотности вероятности мгновенных значений в пределах каждой октавной полосы частот. В зависимости от технических возможностей используемых генераторов шума контрольный сигнал может излучаться одновременно во всех октавных полосах (в полосе частот 175…5600 Гц), либо в последовательно в каждой отдельно взятой полосе. С целью сокращения времени на проведение контроля рекомендуется использовать тестовый (контрольный) сигнал, излучаемый одновременной во всех октавных полосах.

Допускается также использование гармонических (тональных сигналов) со среднегеометрическими частотами октавных полос. В этом случае в контрольной точке необходимо провести не менее трех измерений на частотах fсрi f,

где fсрi - среднегеометрическая частота i - октавной полосы;

f - частотная поправка, равная (10…15) % от fсрi.

В качестве исследуемых элементов могут выступать различные преграды, воздуховоды, инженерные коммуникации и т.п.

Приемный измерительный комплекс должен содержать:

- измерительный микрофон;

- виброприемник (акселерометр);

- шумомер;

- полосовые октавные фильтры со среднегеометрическими частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц.

Вместо шумомера в измерительных комплексах могут быть использованы спектральные анализаторы.

В передающем измерительном комплексе рекомендуется использовать генераторы шума, обеспечивающие возможность независимой регулировки уровня шумового сигнала в каждой из пяти октавных полос со среднегеометрическими частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц.

Усилитель мощности и акустический излучатель должны обеспечивать уровень звукового давления излучаемого акустического шумового сигнала на расстоянии 1 м от апертуры акустического излучателя не менее 110 дБ.

В качестве акустического излучателя целесообразно использовать малогабаритные акустические системы с неравномерностью АЧХ звукового давления в полосе частот 175…5600 Гц, не превышающей 6дБ.

Шумомер, используемый в передающем и приемном комплексах, должен соответствовать классу 1 или 2 по ГОСТ 17168-82.

Страницы: 1, 2, 3