Виброакустические каналы

Как только что было показано, строительные конструкции совершают значительные колебания под воздействием акустических волн. Чтобы перехватить информацию, переносимую этими колебаниями, не обязательно регистрировать акустические колебания, переизлученные этими конструкциями, достаточно зафиксировать колебания собственно строительных конструкций. Так, например, под воздействием звука Р_ак = 70 дБ кирпичная стена толщиной 0, 5 м совершает вибрационные колебания с ускорением а≈ 3· 10^-5g. При таких условиях современными средствами может быть прослушан даже шепот. При этом переизлученный акустический сигнал будет Рак.пр < 10 дБ, что практически исключает возможность съема информации. Таким образом, вибрационные колебания ограждающих конструкций под воздействием звуковых волн образуют один из наиболее опасных виброакустических каналов утечки информации.

Современные строительные материалы и конструкции (монолитный железобетон, сборные железобетонные конструкции, кирпичная кладка) обладают весьма низкими показателями затухания механических колебаний в области звуковых частот. Это обеспечивает возможность распространения колебаний на значительные расстояния и создает возможность перехвата информации, регистрируя вибрации не только ограждающих конструкций выделенного помещения, но и регистрируя колебания значительно удаленных (1-3 стыка) элементов здания. Например, существует реальная возможность перехвата информации по несущей стене из выделенного помещения, расположенного через 1, 2 этажа от места установки аппаратуры съема информации. В общем случае, в зависимости от конструкции здания и качества выполнения стыков между его элементами, затухание на стыках варьируется в пределах от 1...3 дБ до 10...15 дБ. Отсюда следует важная тактическая особенность и повышенная опасность виброакустического канала утечки информации - перехват информации возможен не только из смежных помещений, но и из помещений, значительно удаленных от источника информации.

Некоторые элементы строительных конструкций, как и в случае рассмотрения акустического канала, представляют собой волноводы вибрационных колебаний. К ним относятся трубы различных коммуникаций (отопления, водоснабжения, электропитания и пр.). Как и в случае воздушных волноводов, значительная разница в величинах акустического сопротивления материала труб и окружающей среды составляет

Создаются условия волноводного распространения сигналов на значительные расстояния. Данный канал становится особенно опасным, если трубопровод соединен с какой-то жесткой и развитой поверхностью, которая играет роль согласующего элемента при передаче энергии из воздуха в трубопровод. Таким согласующим элементом, например, являются современные легкие радиаторы отопления. Таким образом, учитывая высокую важность речевой информации и рассмотренные возможности ее несанкционированного съема, необходимо рассмотреть всесторонние меры и средства защиты речевой информации.

# 5. Словесная разборчивость речи. Факторы, влияющие на словесную разборчивость речи. Классификация методик оценки разборчивости речи.

Введение в теорию разборчивости речи.

Разборчивость речи основана на оценке биологического сигнала, генерируемого человеком и воспринимаемого органами слуха. Важными факторами ее оценки являются условия, в которых воспроизводится и воспринимается речь. Наиболее объективной оценкой разборчивости речи является метрологическая. При метрологической оценке разборчивости речи возникают дополнительные факторы, которые необходимо учитывать. Важнейшими факторами, влияющими на точность оценки разборчивости речи, являются искусственные помехи. Присущие же акустическому речевому сигналу реверберационные помехи обусловлены переотражениями речевого сигнала в замкнутом объеме. Кроме того, акустический речевой сигнал искажается резонансными явлениями внутри замкнутого пространства. С учетом влияющих факторов должно быть установлено соответствие между величиной, характеризующей качество восприятия речевого сигнала, и полученным результатом ее измерения.

Речевой сигнал сложен по звуковому составу. Он включает гармонические и шумовые составляющие. Для метрологической оценки разборчивости речи важно обосновать выбор измерительного си гнала.

Измерительный сигнал формируют и генерируют, используя элементы речевого сигнала (слова, слоги). Из слов или слогов сформированы артикуляционные таблицы (таблицы разборчивости речи) по ГОСТ 7153-68. В таблице учтены статистические свойства русской речи подбором слов или слогов [2]. Измерительный сигнал, генерируемый с использованием артикуляционных таблиц, непосредственно реализуется артикуляционными бригадами [2].

Метод оценки разборчивости речи артикуляционными бригадами - сложный и трудоемкий. Неоспоримая ценность этого метода заключается в том, что установлены основные зависимости для получения аналитической модели оценки разборчивости речи.

В аппаратуре связи для контроля качества передачи речевого сигнала используют гармонический сигнал по ГОСТ 7153-68. Белый шум в полосе речевого сигнала для оценки качества передачи речевого сигнала используют при разбиении его на октавные либо третьоктавные полосы частот.

Обосновано и рекомендовано использование гармонического сигнала в качестве измерительного [2]. Предложены параметры и характеристики, необходимые для расчета разборчивости речи:

уровень спектральной плотности речевого сигнала, дБ;

уровень спектральной плотности фонового шума в речевом диапазоне частот, дБ.

Учитывая, что спектральная характеристика речевого сигнала частот зависима [2], кривая чувствительности уха неравномерна в полосе речевого сигнала [19], спектральная плотность фонового шумового си гнала экспоненциально спадает от нижних частот [8, 20], распространение речевого си гнала зависит от затухания среды распространения. Среда распространения включает прохождение речевого си гнала через элементы конструкций и помещения [8] (окна, двери), инженерные элементы (воздуховоды, системы отопления, газо-, водоснабжения и др.). Полосу речевого си гнала разбивают нал полос равной разборчивости. В каждой n-й полосе излучается от 1 до т полос. Этим компенсируется погрешность, обусловленная неравномерностью АЧХ канала утечки информации. Преимущества метода, применяющего п гармонических измерительных частот для оценки разборчивости речи, рассматривается ниже.

Шумовые сигналы в полосе речевого сигнала либо в октавных, третьоктавных полосах измеряются шумомером [21]. Шумомеры, предназначенные для оценки характеристики шума, градуируются гармоническими сигналами. В отличие от гармонического измерительного сигнала, речевой сигнал, а также искусственные помехи, являются нестационарными.

Использование шумового си гнала в октавных полосах не исключает влияния на результаты измерений нестационарных искусственных помех окружающего пространства. Информативность канала утечки информации необходимо оценивать по единому критерию. Таким критерием является порог минимальной разборчивости речи. В этой связи измерительным сигналом должен использоваться гармонический сигнал, который легко выделять из шумов. Обоснованный выбор элементов системы информационной автоматизированной (СИЛ) исключает влияние на результаты измерений факторов (реверберация, резонансные явления в помещении).

Основной формой автоматизации является разработка специального программного обеспечения, аппаратного анализа случайных процессов. При автоматизированном аппаратурном анализе случайных процессов разборчивость речи оценивается в шумах высокого уровня при слабом сигнале (т. е. при отношении сигнал/шум «1) возникает погрешность аппаратурной аппроксимации.

Структурная схема акустической информационной системы приведена на рис. 3.1. Акустические и вибрационные поля, ослабленные средой распространения, распространяются за пределы контролируемой зоны и могут быть перехвачены акустическим приемником. Те же поля одновременно могут воздействовать на электрические цепи и из-за параметрической модуляции наводят информационные токи (напряжения), образуя, таким образом, электроакустический канал утечки. Кроме того, поля, воздействуя на ВЧ-генераторы сложной системы, параметрически модулируют ВЧ-колебания, которые образуют электромагнитные ВЧ-поля. Предметом теории разборчивости речи является раздел теории информации, представленный в форме научных знаний, дающий целостное представление о свойственных данному языку закономерностях истолкования речевых сообщений и существующих связей речевой информации при ее передаче окружающей средой.

Исходные положения теории:

основы корреляционной теории разборчивости речи для линейных и нелинейных каналов утечки речевой информации при слабых сигналах в шумах высокого уровня;

способы и средства защиты речевой информации, включая локализацию си гнала в каналах утечки информации пассивными, активными и компенсационными методами;

формирование маскирующих шумов для защиты речевой информации и оперативной оценки качества шума, метод снижения информативности демаскирующих признаков речи, метод диагностировали я каналов утечки информации в речевом диапазоне частот, теоретическое обоснование и практическая реализация совокупности научных положений и рекомендаций по созданию автоматизированной измерительной системы разборчивости речи и оценку ее погрешности; обоснование нормативного информационного показателя разборчивости речи для количественной оценки степени защищенности речи с учетом особенностей различных каналов утечки информации.

Принцип защиты информации заключается в снижении разборчивости речи в канале утечки информации ослаблением уровня излучаемого сигнала, увеличении затухания среды распространения, увеличении уровня маскирующих шумов, скрытности функционирования информационной системы. Для речевых сигналов критерием защищенности следует считать установленную величину разборчивости речи на выходе канала утечки информации. Факторами, учитываемыми при анализе защищенности акустических речевых сигналов, следует считать неравномерность спектральной плотности речевого сигнала [2], предельную бинауральную чувствительность уха в диапазоне речевого сигнала [19], затухание в элементах ограждающих конструкций [8], спектральную плотность фонового акустического шума [8, 20], исключая искусственные акустические шумы и реверберационные помехи.

Кроме того, разборчивость речи определяется отношением сигнал/ шум и шириной полосы речевого сигнала. Причем отношение сигнал /шум определяется на нескольких несовпадающих частотах для того, чтобы максимально учесть факторы, влияющие на величину разборчивости речи. Сужение полосы речевого сигнала снижает разборчивость речи. Качество передачи речи определяется величиной ее разборчивости. Корреляционный метод разборчивости речи учитывает: сужение полосы пропускания речевого сигнала; шумы высокого уровня и слабый сигнал; характеристики помещений;

неравномерности спектральной плотности речевого сигнала в диапазоне частот; чувствительность слуха в речевом диапазоне частот; затухание в диапазоне частот речевого сигнала элементами конструкции помещений; спектральную плотность шума и наличия искусственных составляющих шума.

Помещения искажают звуковые волны [22]. Акустическое поле определяется свойствами источника звука, геометрическими размерами помещений и их пропорциями, отражательными способностями элементов конструкции и фокусирующими способностями помещения. Многократные переотражения звуковых волн от элементов конструкции образуют сложное поле колебательного движения воздуха, которое затухает. Послезвучание, наблюдаемое в закрытых помещениях после выключения источника звука и обусловленное приходом в данную точку запоздавших или отраженных, или рассеянных звуковых волн, называют реверберацией [6]. В акустике принято измерять время реверберации как время с момента выключения источника до момента, когда уровень плотности звуковой энергии уменьшается на 60 дБ [23].

Плотность энергии определяется как отношение энергии Е, заключённой в элементе объема ДК, к величине этого объема [22]

Теория разборчивости речи построена в соответствии с физиологической особенностью человеческого уха по восприимчивости звуков различной тональности с различной интенсивностью. Метрологическая оценка разборчивости является наиболее объективной. Структура акустического сигнала весьма сложна по своему спектральному составу, поэтому при измерениях речь аппроксимируют совокупностью гармонических тонов и шумов различной интенсивности, оценка которых осуществляется в соответствии с артикулярной разборчивостью, в пределах октавных или треть-октавных полос.

Основным показателем эффективности оценивания речевого сигнала является порог минимальной разборчивости. Следовательно, основным критерием защищенности акустических каналов следует считать величину разборчивости речевого сигнала на выходе оцениваемого канала утечки информации. Помимо показателя разборчивости широко используется отношение сигнал/шум в заданной полосе. Очевидно, что сужение полосы анализа позволяет снизить абсолютное значение сигнал/шум, однако это ведь и к снижению общей разборчивости. Существенное значение на уровень разборчивости речи оказывает реверберация, обусловленная геометрическими особенностями замкнутых помещений. Корреляционные методы обработки лежат в основе теории оценивания речевых сигналов, поэтому основным показателем качества акустических сигналов, как правило, является коэффициент корреляционной разборчивости. Как правило оценка осуществляете я в 20 равноартикуляционных полосах, в крайнем случае - в 7 октавных полосах.

Показатель словесной разборчивости как производное общей разборчивости, служит основой методики оценки эффективности закрытия технических каналов утечки речевой информации. Для его расчета используется метод артикуляционных измерений на базе инструментально-расчетного подхода. Наиболее доступными, с точки зрения несанкционированного мониторинга, являются акустический, виброакустический и оптико-электронный каналы.

Выбор помехи при защите акустических каналов утечки осуществляется в соответствии с обеспечением минимума слоговой разборчивости речи. Следовательно, энергетический спектр оптимальной маскирующей помехи должен с точностью до постоянного множителя повторять спектр акустического сигнала.

# 6. Организация защиты речевой информации. Пассивные средства защиты выделенных помещений. Рекомендации и особенности установки.

При защите акустической информации необходимо выбирать максимально благоприятные условия расположения защищаемых помещений, установить длину контролируемой зоны, ограничить допуск сотрудников в защищаемые помещения, проводить специальные проверки как самих защищаемых помещений, так и технических средств расположенных в нем. Дополнительно можно применять системы защиты информации, звуко и виброизоляцию, экранирование, применение сертифицированных технических средств, локализацию соединительных линий в пределах контролируемой зоны, отключение технических средств от линии и питания.

К пассивным относятся:

· Средства звуко и виброизоляции

· Экранирующие конструкции

· фильтры

· Устройства гальванической развязки и размыкания цепей

При защите речевой информации от утечки за счет ВТСС, используют фильтрацию сигналов, зашумление и отключение цепи распространения сигнала.