Защиты информации от утечки по акустическим каналам

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 23:37, 22 марта 2015.

Информационное скрытие речевой информации обеспечивается техническим закрытием (аналоговым скремблированием) и шифрованием сигналов речевой информации, передаваемой по кабелям и радиоканалу.

Скремблирование

При аналоговом скремблировании изменяются характеристики исходного речевого сообщения таким образом, чтобы преобразованное сообщение становится нераспознаваемым на слух, но занимает ту же частотную полосу. Это позволяет передавать сообщения по обычным коммерческим телефонным каналам связи.

В скремблере, реализующем инверсию спектра (маскиратор) осуществляется преобразование речевого спектра путем поворота частотной полосы сигнала вокруг некоторой средней точки спектра. Данный способ обеспечивает невысокий уровень защиты, т.к. при перехвате сигнала легко определяется средняя точка спектра.

В скремблере, выполняющем частотные перестановки, спектр исходного речевого сигнала разделяется на несколько частотных полос равной ширины производится их перемешивание по некоторому алгоритму – ключу. При приеме спектр сигнала восстанавливается в результате обратных процедур.

Рис. 2 Классификация способов технического закрытия
Рис. 3 Принцип инверсии частотного спектра речевого сигнала

Другие виды преобразования носителя речевой информации реализуют временные способы технического закрытия с более высоким уровнем защиты. Инверсия кадра обеспечивается путем предварительного запоминания в памяти передающего скремблера отрезка речевого сообщения (кадра) длительностью Тк и считывание его с конца инверсно. При приеме кадр запоминается и считывается с устройства памяти в обратном порядке, что обеспечивает его восстановление. Для достижения неразборчивости речи необходимо, чтобы продолжительность кадра была не менее 250 мс.

Рис. 4 Принцип частотной перестановки

В скремблерах с временной перестановкой кадр речевого сообщения делится на отрезки (сегменты) длительностью tс каждый. Последовательность передачи в линию сегментов определяется ключом, который должен быть известным приемной стороне. Тк выбирают равной (4-16)tс вследствие того, что в блоке временного преобразования из-за накопления информации может появиться задержка между поступлением речевого сигнала в передатчик и восстановлением его в приемник, которая воспринимается на слух, если превышает 1-2 сек.

Рис. 5 Принцип временной перестановки

Используя комбинацию временного и частотного скремблирования, значительно повышается степень защиты передаваемого речевого сообщения.

Достоинством скремблеров является простота реализации и, как следствие, низкая стоимость и малые габариты, а также возможность эксплуатации на любых каналах связи. Основной недостаток – относительно низкая стойкость закрытия информации.

Цифровое шифрование

Альтернативой скремблированию является цифровое шифрование речевой информации, предварительно преобразованной в цифровую форму. В цифровой форме амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени (шаг дискретизации).

Для того, чтобы цифровой речевой сигнал имел качество не хуже телефонного шаг дискретизации был не менее 160 мкс, а количество уровней квантования амплитуды - не менее 128. В этом случае 1 отсчет амплитуды кодируется 7 битами, скорость передачи превышает 43 кбит/сек, а ширина спектра дискретного двоичного сигнала равна сумме полос 14 стандартных телефонных каналов.

Для передачи речи в цифровой форме по стандартному телефонному каналу применяется устройство – вокодер (резко сокращает полосу речевого сигнала). В передающей части вокодера из речевого сигнала выделяются медленно изменяющиеся информационные параметры спектра речи, основной тон вокализованных звуков и переходы тон-шум глухих звуков.

Вокодеры различаются в зависимости от выделяемых параметров. Наиболее широко распространены полосные вокодеры и вокодеры с линейным предсказанием.

В полосном вокодере анализируется форма речевого сигнала с периодом анализа 10-30 мс, выделяются и передаются в цифровом виде: значения амплитуд ограниченного числа частотных полос спектра речевого сигнала, величины периода основного тона для вокализованных звуков и решение тон-шум, соответствующее наличию вокализованного участка в речевом сигнале. В приемном вокодере синтезируются звуки с переданными параметрами.

В вокодерах с линейным предсказанием исходный речевой сигнал аппроксимируется кусочно-линейной функцией, каждый текущий отчет которой является линейной функцией n предыдущих отчетов. В этих вокодерах речевая информация передается величиной амплитуды, значениями коэффициентов линейного предсказания, периодом основного тона и решением о тоне или шуме.

Рис. 6

Энергетическое скрытие акустических сигналов(Звукоизоляция)

Энергетическое скрытие акустических сигналов обеспечивается путем применения способов и средств, уменьшающих энергию носителя или увеличивающего энергию помех.

Простейшее решение – уменьшение громкости речи во время конфиденциальных разговоров. Однако этот способ применим при малом количестве собеседников. В иных случаях применяют звукоизоляцию, звукопоглощение и глушение звука.

Звукоизоляция направлена на локализацию источников акустических звуков в замкнутом пространстве внутри контролируемых зон. Она обеспечивается с помощью архитектурных и инженерных конструкций: экранов, кабин, кожухов, ограждений. Звукоизоляция оценивается величиной ослабления акустической волны, прошедшей через средство. Самым слабым и звеньями в обеспечении являются дверь и окна. Для повышения звукоизоляции применяют дополнительные уплотняющие прокладки для дверей, а также специальные конструкции окон, обеспечивающих повышенное звукопоглощение. Также для обеспечения звукоизоляции применяют одно- и многослойные ограждения, которые на своих поверхностях имеют слой звукопоглощающего материала. Также имеют место акустические экраны, размещаемые на пути распространения звука. Для звукоизоляции в ограниченном пространстве применяются кожухи и кабины.


Звукопоглощение обеспечивается путем преобразования в звукопоглощающем материале кинетической энергии акустической волны в тепловую. Применение звукопоглощения имеет несколько особенностей по сравнению со звукоизоляцией. Основная из них – это необходимость создания непосредственно в помещении акустических условий для обеспечения разборчивости речи в различных его зонах. Чрезмерное звукопоглощение приводит к ухудшению уровня сигнала в различных точках помещения, а малое – к большому времени и ухудшению разборчивости речи в результате наложения звуков. Обеспечение оптимальных значений звукопоглощения определяется как общим количеством звукопоглощающих материалов в помещении, так и распределением звукопоглощающих материалов по ограждающим конструкциям с учетом конфигурации и геометрических размеров помещения.

Существуют следующие виды звукопоглощающих материалов:

  • рыхлые акустические материалы,
  • плитные материалы,
  • акустическая штукатурка,
  • резонансные поглотители и т.д.

Средства поглощения звука в помещениях, используемые для акустической обработки помещений подразделяют на:

  • звукопоглощающие облицовки в виде акустических плит мелкой зернистой или ячеечной структуры,
  • звукопоглощающие облицовки из слоя пористо-волокнистого материала в защитной оболочке из ткани или пленки с перфорированным покрытием.

Низкочастотные акустические шумовые сигналы

Для маскировки акустических сигналов эффективны низкочастотные акустические шумовые сигналы. Такие сигналы генерируются специальными генераторами, характеристики которых представлены ниже.


Тип генератора
Вид зашумления
Шумовая полоса, Гц
Габариты, мм
Примечание
«Заслон» вибрационное
100-6000
256х206х90
Защищает до 10 условных поверхностей
«Кабинет» вибрационное
100-6000
100х200х350
До 30 излучателей
ANG-2000
вибрационное,
акустическое
250-5000
43х152х254
До 18 излучателей
АД-23
акустическое
20-20000
220х160х100
Площадь зашумления до 25 м2
WNG 022
акустическое
199-12000
98х71х30
Площадь зашумления до 50 м2


Следует отметить, что акустическое зашумление действует эффективнее, если генератор, расположен к приемнику злоумышленника ближе, чем источник звука. Если место расположения злоумышленника невозможно определить, то размещение акустического генератора не приносит желаемого эффекта. Более эффективным и универсальным способом защиты является вибрационное зашумление.