63950 (Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации), страница 3

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

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

Далее для каждой 1-й частоты расчетным методом определяются:

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

. (1.10)

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

(1.11)

• весовой коэффициент полосы к_i, 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 R_i (информационной вес i-й спектральной полосы частотного диапазона речи), по формуле (1.14):

, (1.14)

где коэффициент р_i 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 f_срi f,

где f_срi – среднегеометрическая частота i – октавной полосы;

f – частотная поправка, равная (10…15) % от f_срi.

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.

Октавные фильтры приемной части измерительного комплекса должны соответствовать классу 1 или 2 по ГОСТ 17168-82.

Ряд элементов в приемном и передающем комплексе могут быть общими при их последовательном применении в процессе проведения соответствующих измерений.

1.7.2 Акустоэлектрический канал

Данный канал образуется за счет наличия в технических средствах акустоэлектрических преобразований. Если линии связи от технических средств выходят за пределы контролируемого пространства (доступ к ним не ограничен), то в этом случае данный канал может являться каналом утечки речевой информации.

Оценка защищенности данного канала сводится к определению уровня наведенного сигнала в техническом средстве за счет акустоэлектрических преобразований в последнем.

Структура измерений параметров акустоэлектрического канала аналогична рассмотренной в разделе 1.7.1 с той лишь разницей, что исследуемым элементом может являться устройство обладающее акустоэлектрическими преобразованиями. В приемном комплексе в качестве устройства регистрирующего уровень наведенного сигнала служит селективный микровольтметр или анализатор спектра.

2. РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

1. Цель лабораторных исследований акустических каналов утечки речевой информации

Целью лабораторных исследований является исследование частотных свойств элементов возможных каналов утечки речевой информации (стены, двери, воздуховоды, окна, помещения, в котором циркулирует конфиденциальная информация, устройства, обладающие акустоэлектрическими преобразованиями) при различных значениях звукового давления, развиваемого падающей на исследуемый элемент волной акустического колебания. Определение степени защищенности исследуемых каналов по энергетическому критерию и критерию словесной разборчивости речи.

В процессе проведения этих работ студенты должны определить степень защищенности каналов и предложить необходимые меры по его защите, в случае неудовлетворительных результатов.

1. Основные требования, предъявляемые к лабораторной установке

При построении функциональной схемы лабораторной установки по исследованию акустических, вибрационных и акустоэлектрических каналов утечки речевой информации возникают проблемы следующего характера:

Для возбуждения исследуемого элемента канала встает вопрос о развитии акустического поля с уровнем звукового давления до 120 дБА в месте расположения элемента, что создает определенный дискомфорт при проведении лабораторных работ. В качестве способа позволяющего решить данную проблему предлагается использовать звукопоглощающую негабаритную конструкцию (камеру). Внутри камеры устанавливается требуемое звуковое давление с помощью акустической системы. На выходе камеры ставим исследуемые образцы, имитирующие ограждающие конструкции и инженерные коммуникации, которые представляют собой каналы утечки информации.

При исследовании акустоэлектрических каналов утечки информации помимо развития поля с требуемым высоким уровнем звукового давления возникает проблема уменьшения больших внешних наводок, создаваемых электромагнитными полями, от работающих в зоне расположения исследуемых образцов технических средств, на фоне которых становится проблематично выловить наведенный на исследуемые образцы сигнал. Эту проблему можно решить с помощью экранированной камеры, позволяющей понизить уровень внешних помех, а также использованием заземления измерительных приборов.

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости создания экранированной звукопоглощающей камеры, являющейся основой лабораторной установки для проведения комплекса лабораторных работ связанных с исследованием воздушных, вибрационных и акустоэлектрических каналов утечки речевой информации.

Для создания тестового сигнала, представляющего собой акустический шумовой сигнал с нормальным распределением плотности вероятности мгновенных значений в пределах каждой октавной полосы частот (175…5600 Гц), с уровнем звукового давления 90-110 дБ необходимо разработать датчик акустического поля, включающий в себя генератор шума, октавный эквалайзер, усилитель мощности звуковой частоты. Для более точного исследования каналов утечки информации рекомендуется проводить анализ в полосе частот (175…10000 Гц), с уровнем звукового давления 120 дБА.

В качестве исследуемых устройств акустоэлектрических каналов могут использоваться телефонные аппараты, электродинамические громкоговорители и другие технические средства, обладающие "микрофонным эффектом". Как правило их линии связи являются симметричными, что также необходимо учитывать при постановке экспериментов. В силу того, что большинство измерительных приборов имеет несимметричные входы, встает вопрос о создании согласующего усилителя с симметричным входом и несимметричным выходом, через который будут подключаться к измерительным приборам исследуемые устройства.

При проведении экспериментальных исследований необходим контроль уровня звукового давления, развиваемого в месте расположения исследуемого элемента. Решение этой задачи может быть осуществлено установкой в месте предполагаемого расположения исследуемого элемента высокочувствительного измерительного микрофона.

На основании вышесказанного схема лабораторной установки должна содержать набор стандартной (выпускаемой промышленностью) и нестандартной аппаратуры:

К стандартной аппаратуре относятся:

• генератор звуковой частоты типа Г4-103 или подобный генератор с аналогичными характеристиками;

• импульсный шумомер 00014 с набором октавных фильтров;

• селективный микровольтметр типа В6-9 или селективный усилитель У2-8, используемый для определения величины звукового давления внутри камеры и для измерения величины наведенного сигнала на исследуемое устройство. В качестве такого прибора может использоваться селективный нановольтметр Unipan 233, или ряд аналогичных устройств;

• генератор шума низкочастотный, или любой другой (нестандартный) с аналогичными характеристиками (например магнитофон, с записями испытательных шумов);

• акустическая система с мощностью не менее 10 Вт;

• измерительный микрофон электродинамического принципа действия любого типа;

• вибропреобразователь (акселерометр).

К нестандартной аппаратуре, которую необходимо изготовить относится:

• датчик акустического поля;

• экранированная звукопоглощающая камера;

• согласующий усилитель.

Функциональная схема лабораторной установки по исследованию воздушных и вибрационных каналов утечки речевой информации, на основании вышеизложенного, имеет вид представленный на рис.2.1.

Положение ключей:

• К1 в положении 1, К2 в положении 1, К3 в положении 2 – реализуется тональный метод исследования акустического канала утечки информации;

• К1 в положении 1, К2 в положении 2, К3 в положении 2 – реализуется тональный метод исследования вибрационного канала утечки информации;

• К1 в положении 2, К2 в положении 1, К3 в положении 2 – реализуется шумовой метод исследования акустического канала утечки информации;

• К1 в положении 2, К2 в положении 2, К3 в положении 2 – реализуется шумовой метод исследования вибрационного канала утечки информации;

• К1 в положении 1, К2 в положении 1, К3 в положении 1 – реализуется калибровка микрофона 1 при тональном методе исследования каналов утечки информации;

• К1 в положении 2, К2 в положении 1, К3 в положении 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при шумовом методе исследования акустического канала утечки информации;

Функциональная схема лабораторной установки по исследованию акустоэлектрических каналов утечки информации приведена на рис. 2.2

Положение ключей:

• К1 в положении 1, К2 в положении 1 – реализуется тональный метод исследования акустоэлектрического канала утечки информации;

• К1 в положении 2, К2 в положении 1 – реализуется шумовой метод исследования акустоэлектрического канала утечки информации;

• К1 в положении 1, К2 в положении 2, подключается измерительный микрофон 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при тональном методе исследования каналов утечки информации;

• К1 в положении 2, К2 в положении 2, подключается измерительный микрофон 2 – реализуется калибровка микрофона 1 при шумовом методе исследования каналов утечки информации;

Рис. 2.1. Функциональная схема лабораторной установки по исследованию воздушных и вибрационных каналов утечки информации