Методические подходы к оценки эффективности защиты речевой информации

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 12:59, 24 марта 2015.

Некоторые методические подходы к оценке эффективности защиты речевой информации

Одним из нормированных показателей оценки качества трактов (аппаратуры) телефонном проводной и радиосвязи, в которых используется аналоговый речевой сигнал, является разборчивость речи W, под которой понимается относительное количество (в процентах) правильно принятых элементов (слогов, слов, фраз) артикуляционных таблиц, переданных по тракту .

В соответствии с оценка разборчивости речи должна проводиться методом артикуляционных измерений бригадой операторов (дикторов и аудиторов), не имеющих явных дефектов речи и слуха, в возрасте от 18 до 30 лет, в составе которой должно быть не менее трех дикторов (двух мужчин и одной женщины) и трех аудиторов. Учитывая, что время работы бригады должно быть не более 4 часов за один день, оценка качества трактов связи занимает несколько недель.

Очевидно, показатель словесной разборчивости речи можно использовать и для оценки эффективности закрытия технических каналов утечки речевой информации, но при этом метод артикуляционных измерений из-за сложности и длительности проведения в практической деятельности не приемлем.

Наиболее целесообразно для оценки разборчивости речи использовать инструментально-расчетный метод, основанный на результатах экспериментальных исследований, проведенных Н.Б. Покровским , и не требующий проведения артикуляционных измерений.

Суть этого метода заключается в следующем:

Спектр речи разбивается на N частотных полос (например, октавных, третьоктавных, равноартикуляционных и т.п.), в общем случае произвольных.

Для каждой i-й (i= 1...N) частотной полосы на среднегеометрической (средней) частоте определяется формантный параметр , характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала

где -средний спектральный уровень речевого сигнала в мосте измерения в 1-й спектральной полосе, дБ;
-средний спектральный модальный уровень формант (под формантой понимаются максимумы огибающей спектра определенного звука ) в i-й спектральной полосе, дБ.

Значения формантных параметров определяются по графику рис. 1 , при условиях , или из соотношения (аппроксимация графика):

Рис.1.Разность между спектральными уровнями речи и формант.

Для каждой i-й частотной полосы определяется весовой коэффициент , характеризующий вероятность наличия формант речи в данной полосе:

где и - значения весового коэффициента для верхней и нижней граничной частот i-й частотной полосы спектра речевого сигнала.

Значения весовых коэффициентов и определяются по графику рис. 2 (функции распределения формант, характеризующей вероятность встречаемости формант в различных участках речевого спектра) [2], при условиях и или из соотношения (аппроксимация графика):

Рис.2.Формантное распределение.

Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте по графику рис. 3 или из аналитического соотношения (аппроксимация графика) определяется коэффициент восприятия формант слуховым аппаратом человека, , представляющий собой вероятное относительное количество формантных составляющих речи, которые будут иметь уровни интенсивности выше порогового значения:

где
- уровень шума (помехи) в месте измерения в i-й спектральной полосе, дБ;
-отношение «уровень речевого сигнала/уровень шума», дБ.

С учетом и определяется спектральный индекс артикуляции (понимаемости) речи (информационной вес i-й спектральной полосы частотного диапазона речи):

Рис.3.Зависимость коэффициента восприятия формант p от относительного уровня интенсивности формант Q.

Рассчитывается интегральный индекс артикуляции речи:

По графику рис. 4 или из аналитического соотношения (аппроксимация графика) определяется слоговая разборчивость S:

Зависимость словесной разборчивости речи W от слоговой S представлена на рис. 5 [2]. График для русской речи аппроксимируется аналитическим соотношением:

Рис.4.Зависимость слоговой разборчивости S от интегрального индекса артикуляции речи R.

Рассчитанные числовые значения формантного параметра спектра речевого сигнала и весовых коэффициентов октавных полос представлены в табл. 3.

Таблица 1. Характеристики октавных полос
Номер полосы
Частотные границы полос, Гц
Средняя частота
полосы , Гц
Ширина полосы , Гц
1
175...350
250
175
2
330...700
500
350
3
700... 1400
1000
700
4
1400...2800
2000
1400
5
2800...5600
4000
2800
Таблица 2. Уровни речевого сигнала , дБ в октавных полосах
Номер
полосы
речевого
сигнала

Типовые интегральные уровни речи , намеренные
на расстоянии 1 м от источника сигнала, дБ

= 64
(тихая речь)

= 70
(речь со
средним
уровнем)

= 76
(громкая
речь)

= 84
(очень
громкая речь,
усиленная
техническими
средствами)

1
60
66
72
80
2
60
66
72
80
3
55
61
67
75
4
50
56
62
70
5
47
53
59
67
Таблица 3

Наименование параметров


Среднегеометрические частоты
октавных полос , Гц
250
500
1000
2000
4000
Числовое значение
формантного параметра
спектра речевого сигнала
в октавной полосе дБ

18
14
9
6
5
Числовое значение
весового коэффициента
в октавной полосе .

0,03
0,12
0,2
0,3
0,26

Таким образом, для оценки разборчивости речи необходимо измерить уровни скрываемого речевого сигнала и шума (помехи) в месте возможного размещения приемных датчиков аппаратуры акустической разведки или в месте возможного прослушивания речи без применения технических средств. При этом считается, что перехват речевой информации возможен, если рассчитанное по результатам измерения значение словесной разборчивости речи W превышает установленные нормы.

Контроль выполнения норм защищенности речевой информации от акустической речевой разведки

Контроль выполнения норм защищенности речевой информации от акустической речевой разведки осуществляется инструментально-расчетным методом, который реализуется с использованием аттестованной измерительной аппаратуры общего применения и аналитических соотношений ... .

Контроль выполнения норм защищенности речевой информации включает:

  • определение характера месторасположения источника речевой информации;
  • определение вида речи и интегрального уровня речевого сигнала;
  • выбор опасных средств речевой разведки, в отношении которых необходимо осуществить контроль выполнения норм;
  • выбор аппаратуры контроля (метода контроля);
  • выбор мест (контрольных точек) размещения аппаратуры контроля;
  • проведение необходимых измерений и расчетов;
  • оформление результатов контроля.

Определение характера месторасположения источника речевой информации

Определение характера месторасположения источника речевой информации предполагает установление типа места речевой деятельности (закрытый помещения или открытое пространство) и его обследование.

Для закрытых помещений

Для закрытых помещений оцениваются:

  • наличие и реальные границы контролируемой (охраняемой) зоны;
  • архитектурные и планировочные решения;
  • характер проводных и инженерных коммуникаций;
  • оснащений помещений техническими средствами обработки информации и связи, техническими системами общего назначения;
  • особенности оборудования интерьера и другие характерные особенности помещений.

Для открытых помещений

Для открытых мест речевой деятельности оцениваются:

  • наличие и реальные границы контролируемой зоны;
  • удаленность места речевой деятельности от границы контролируемой зоны;
  • наличие на прилегающей территории экранирующих препятствий и другие характерные особенности открытого пространства.

Определение вида речи и ее интегрального уровня осуществляется в соответствии с данными табл. 2.

Рис.5.Зависимость словесной разборчивости W от разборчивости слогов S.

С учетом рис. 4 и 5 легко получить график зависимости словесной разборчивости от интегрального индекса артикуляции речи, который можно аппроксимировать аналитическим соотношением:

Проведенные исследования показали, что с достаточной для инженерных расчетов точностью измерение уровней речевого сигнала и шума необходимо проводить в пяти октавных полосах, характеристики которых приведены в табл. 1.

Различным видам речи соответствуют типовые интегральные (в полосе частот 170...5600 Гц] уровни речевых сигналов, измеренные на расстоянии 1 м от источника речи (говорящий человек, звуковоспроизводящее устройство): = 60 дБ - тихая речь; = 64 дБ - речь средней громкости; = 70 дБ -громкая речь; = 84 дБ - речь, усиленная техническими средствами.

Числовые значения типовых уровней речевого сигнала в октавных полосах в зависимости от их интегрального уровня представлены в табл. 2.

Выбор опасных средств речевой разведки.

Выбор опасных средств речевой разведки производится по результатам обследования мест речевой деятельности. Для каждого типа аппаратуры речевой разведки устанавливается разведопасное направление и его особенности:

  • расстояние до контролируемой зоны;
  • возможные места установки аппаратуры разведки за границей контролируемой зоны;
  • временные и другие факторы, влияющие на возможность использования аппаратуры речевой разведки (дневное время или ночное время, метеоусловия и другие).

Выбор аппаратуры контроля осуществляется по результатам определения опасных средств речевой разведки.

Выбор мест (контрольных точек) размещения элементов аппаратуры контроля зависит от типа аппаратуры речевой разведки, в отношении которой осуществляется защита речевой информации. При известном месте расположения источника речевою сигнала (рабочий стол, место беседы и пр.) точка установки источника тестовых акустических сигналов располагается и месте расположения источника речевого сигнала. При невозможности определения конкретного месторасположения источника речевого сигнала истопник тестовых акустических сигналов располагается на расстоянии 1 м от ближайшей ограждающей конструкции на разведопасном направлении и на каком же расстоянии от других ограждающих конструкций и предметов.

Контрольными точками установки акустического датчика (измерительного микрофона) являются места возможного размещения аппаратуры речевой разведки (стоянки автомобилей, автобусные остановки, скамейки для отдыха, окна близлежащих зданий и т.п.). При невозможности установки измерительного микрофона в реальных местах возможного расположения аппаратуры речевой разведки контрольные точки размещают на границе контролируемой (охраняемой) зоны. При этом в оформлении результатов контроля об этом делается оговорка.

При контроле защищенности речевой информации от виброакустической аппаратуры речевой разведки контрольными точками установки измерительного контактного микрофона (виброакустического датчика) являются внешние по отношению к источнику речевого сигнала поверхности различных ограждающих конструкций, инженерных коммуникации и других предметов, которые находятся на разведопасных направлениях, а также возможные места на инженерных коммуникациях (строительных конструкциях и т.п.), доступных посторонним лицам.

Для контроля выполнения норм защищенности речевой информации от оптико-электронной аппаратуры речевой разведки используется также контактный виброакустический датчик, который крепится с помощью специальной пасты или клея на внешних поверхностях стекол окон или других отражающих пластин, колеблющихся под действием речевых акустических сигналов, и нормаль к их поверхности совпадает с разведопасным направлением.

Рис.6.Состав измерительной установки при контроле норм защищенности речевой информации с использованием спектроанализатора.
Рис.7.Состав измерительной установки при контроле норм защищенности речевой информации с использованием шумомера.

При проведении измерений с использованием аппаратуры общего применения в каждом конкретном случае из контрольно-измерительной аппаратуры создается измерительная установка, состоящая из генератора тестовых сигналов (Г), усилителя мощности (УМ), акустического излучателя или акустической системы (АС), измерительного датчика (Д) (микрофон или виброакустический преобразователь и спектроанализатора или шумомера (рис. 6 и 7).

При прочих равных условиях предпочтение необходимо отдавать измерительной установке со спектроанализатором. В качестве генератора тестовых сигналов (Г) могут использоваться генераторы стандартных сигналов (ГСС) или генераторы «белого» шума (ГШ).

В случае использования в качестве генератора тестовых сигналов генераторов стандартных сигналов частоты тестовых сигналов должны соответствовать средним частотам октавных полос. При прочих равных условиях предпочтение необходимо отдавать измерительной установке со спектроанализатором и генератором «белого» шума.

Уровень тестовых акустических сигналов устанавливается (подбирается) таким образом, чтобы на всех средних частотах октавных полос обеспечивалась бы четкая фиксация контрольного (тестового) сигнала соответствующим измерительным датчиком. При проведении измерений выбранный уровень этого тестового сигнала поддерживается постоянным. Измерения при контроле защищенности речевой информации от акустической аппаратуры речевой разведки аппаратурой контроля общего применения проводятся в следующей последовательности:

  1. Измеряются уровни акустических сигналов в месте установки источника тестовых акустических сигналов , дБ, и в месте возможного размещения аппаратуры речевой разведки (в точке контроля) ,дБ, в каждой i-й октавной полосе или но средней чистоте каждой i-й октавной полосы.
  2. Определяется коэффициент ослабления уровня речевого сигнала в i-й октавной полосе при его распространении и тракте «источник речи - приемник аппаратуры речевой разведки (датчик аппаратуры контроля)»  :
    ,дБ
  3. Измеряются уровни акустических помех , дБ, в точке возможного размещения аппаратуры разведки (в точке контроля) в каждой i-й октавной полосе.
  4. Рассчитываются уровни скрываемого речевого сигнала на входе приемника аппаратуры разведки в точке возможного ее размещения (в точке контроля) в каждой i-й октавной полосе:
где - средний спектральный уровень речевого сигнала в месте установки источника тестовых акустических сигналов в i-й октавной полосе (берется из табл. 2). дБ;
- коэффициент пространственной селекции микрофона аппаратуры акустической разведки в i-й октавной полосе, дБ;
, дБ;
- чувствительность микрофона аппаратуры акустической разведки, мВ/Па;
- чувствительность микрофона аппаратуры контроля, мВ/Па.

После проведения измерений по формулам (1)…(10) рассчитывается разборчивость речи. При проведении контроля защищенности речевой информации от виброакустической и оптикоэлектронной аппаратуры речевой разведки измерения проводятся в следующей последовательности.

  1. Измеряются уровни тестовых акустических сигналов , дБ, на расстоянии 1 м от акустической системы в каждой i-й октавной полосе или на средней частоте каждой i-й октавной полосы.
  2. Измеряются уровни тестовых виброакустических сигналов совместно с вибрационным шумом ,дБ, на внешней стороне ограждающей конструкции в точке возможного расположения вибродатчика аппаратуры разведки в каждой i-й октавной полосе или на средней частоте каждой i-й октавной полосы при включенном акустическом излучателе.
  3. Измеряются уровни виброакустических помех ,дБ, на внешней стороне ограждающей конструкции в точке возможного расположения вибродатчика аппаратура разведки в каждой i-й октавной полосе или на средней частоте каждой i-й октавной полосы при выключенном акустическом излучателе.Уровни тестовых акустических сигналов , дБ задается таким образом чтобы выполнялось условие:
  4. Рассчитываются уровни скрываемоего виброакустического сигнала , ( на входе приемника аппаратуры разведки в месте возможного ее размещения (в точке контроля) в каждой i-й октавной полосе или на средней частоте каждой i-й октавной полосы:
где

Рассчитывается отношение «уровень виброакустического сигнала/уровень виброакустической помехи»: .

После проведения измерений по формулам ... рассчитывается словесная разборчивость речи W. Оформление результатов контроля включает:

  • анализ полученных результатов;
  • принятие по результатам контроля решения о выполнении норм защищенности речевой информации относительно каждого опасного средства речевой разведки;
  • документальное оформление проведенного контроля (составление протокола контроля).

Анализ полученных результатов предусматривает определение достоверности проведенных измерений, выявление внешних факторов, оказывающих сущей венное влияние на результаты измерений. Например, если измеренные значения , то необходимо увеличить уровень контрольного сигнала провести измерения.

Если в результате расчетов в соответствии с ... окажется, что ,где - нормативное (пороговое) значение), то принимается решение о невозможности перехвата речевой информации и распознавания ее источника.

При , принимается решение о необходимости использования мер защиты для данного вида аппаратуры акустической речевой разведки.

Документальное оформление результатов контроля осуществляется путем составления протокола контроля с необходимыми таблицами.

Литература

  1. ГОСТ Р 50840-95 Методы оценки качества, разборчивости и узнаваемости.
  2. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости речи. Москва: Связьиздат, 1962.