Способ защиты речевой информации по виброакустическому каналу

Способ защиты речевой информации по виброакустическому каналу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике создания искусственных помех, и может быть использовано для защиты информации от утечки по виброакустическому каналу из помещений.

Известны способы защиты информации от несанкционированного съема по виброакустическому каналу (см., например, Хореев А.А. Способы и средства защиты информации. - М.: МО РФ, 2000, стр.62, стр.80-83; С1 2130697 RU 6 Н 04 М 1/68. Способ защиты речевой информации от прослушивания и записи. /Ратников А.Ю., Юрьев Д.Н., Капралов Г.Н. - №98103645/09; заявл. 24.02.98), которые направлены на защиту информации в выделенных помещениях, посредством воздействия шумовой помехи на элементы строительной конструкции, на основе которых собрано это помещение.

Известные способы имеют следующие недостатки. При защите информации шумовой помехой возникают эффекты, мешающие ведению переговоров в выделенном помещении. Кроме того, возникает излучение в окружающую среду, которое влияет на работу близлежащих радиоэлектронных средств, а также раскрывает структуру шумовой помехи, что может позволить ее отфильтровать (см., например, Убогов С.А. Виброакустические излучатели электромагнитного типа. - М.: Защита информации. Конфидент, №1, 2003, стр.54).

Наиболее близким по своей технической сущности предлагаемому способу является С1 2130697 RU 6 Н 04 М 1/68 - способ защиты акустической информации от прослушивания и записи, включающий определение амплитудочастотных характеристик голосов лиц, участвующих в обмене информацией, и генерирование акустической помехи с определенными амплитудочастотными характеристиками. Способ-прототип предусматривает применение анализатора акустической обстановки в выделенном помещении, а также формирователя, адаптированного к данной обстановке шума, усилителя и излучателя.

Данный способ имеет следующие недостатки. Непосредственное подавление шумом речевых сигналов в условиях осуществления разведки мало эффективно и требует обеспечения действующего отношения "сигнал/шум" в октавных полосах до 20 дБ. Это приводит к тому, что переговоры в помещении становятся сложно осуществимыми.

Важным отличием предлагаемого способа от способа-прототипа является отсутствие необходимости специального анализа амплитудочастотных характеристик голосов лиц, участвующих в обмене информацией, для выбора параметров помехи с целью обеспечения требуемого эффекта защиты. Кроме того, для технического решения реализации предлагаемого способа используются требуемые пьезоустройства, которые не позволяют обеспечить в полной мере реализацию типа С1 2130697 RU 6 Н 04 М 1/68 (см., например, Убогов С.А. Виброакустические излучатели электромагнитного типа. - М.: Защита информации. Конфидент, №1, 2003, стр.54).

Важным отличием предлагаемого способа от способа типа С1 2130697 RU 6 Н 04 М 1/68 является использование пьезоустройств не для формирования помехи в виде шумового сигнала из набора гармоник, а для формирования помехи, преобразуемой в вибрационные ударные сигналы.

Изобретение решает проблему повышения эффективности технических средств защиты информации и уменьшения мешающего излучения на людей, ведущих переговоры в выделенном помещении, а также излучений, влияющих на работу близлежащих радиоэлектронных средств и раскрывающих структуру шумовой помехи, тем самым снижая возможность ее фильтрации.

Предлагаемый способ защиты информации использует новый подход в реализации искусственных помех по виброакустическому каналу. Этот подход основан на мультипликативном сложении маскируемого речевого и помехового сигналов. Для этого помеху формируют в виде М-последовательности импульсов с последующим преобразованием, причем М-последовательность импульсов преобразуют в вибрационные ударные сигналы, воздействие которых приводит к уменьшению амплитуды речевого сигнала на входе приемника акустической разведки, что сопутствует повышению эффективности технических средств защиты информации с качественным и количественным уменьшением их недостатков. Кроме того, М-последовательность импульсов период от периода формируют по случайному закону, тем самым сохраняя не только требуемые статистические характеристики помехи, но и минимизируя возможность ее фильтрации при ведении разведки в идеальных условиях (когда разведчику априорно известны не только сопутствующие факторы, но и закон формирования маскируемого речевого сигнала). Иначе говоря, для учета проявления мультипликативности помехи, формируемой предлагаемым способом, необходимо учитывать факторы не только стационарные, динамически меняющиеся, но и определяемые случайными функциями, что при современном развитии технологических реализаций ведения разведки потребует в реальных условиях времени, превышающего время актуальности защищаемой информации. Предлагаемая помеха непосредственно не фильтруется, особенно при выборе ее уровня таким, при котором за счет мультипликативности уровень маскируемого речевого сигнала на входе приемника акустической разведки близок к нулю.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:

фиг.1 - блок-схема реализации способа;

фиг.2 - реализация формирования вибрационных ударных сигналов.

На блок-схеме фиг.1 обозначено:

1 - генератор М-последовательность импульсов;

2 - усилитель (согласующее устройство);

3 - формирователь вибрационных ударных сигналов;

4 - элемент строительной конструкции.

Устройство, с помощью которого реализуют способ, состоит из последовательно включенных генератора М-последовательности импульсов - 1, усилителя (согласующего устройства) - 2, формирователя вибрационных ударных сигналов - 3.

Была проверена осуществимость предлагаемого способа защиты речевой информации по виброакустическому каналу. Для этого разрабатывалось описанное устройство, у которого выходной сигнал формировался формирователем (3) вибрационных ударных сигналов, закрепленным на элементе строительной конструкции. Усилитель (2) использовался для согласования выходных параметров генератора (1) М-последовательности импульсов с входными параметрами формирователя (3) вибрационных ударных сигналов.

Формируемыми вибрационными ударными сигналами элементу строительной конструкции сообщались быстроменяющиеся (неравноускоренные) виброколебания (в "Вибрации в технике. Справочник. Том 6 / Под редакцией К.В.Фролова. - М.: Машиностроение, 1981, стр.129" - "большие виброскорости").

Согласно теории колебаний и вибраций выражение для динамической характеристики упругодиссипативного элемента (строительной конструкции) - результирующего сигнала (на входе приемника акустической разведки) имеет вид:

F(х, х', t)=F_в(х, t)-F_y(х)-F_д(х', t),

где F_в(x, t) - воздействующий (формируемый маскируемый речевой и вибрационный ударный) сигнал, сообщающий прогиб элементу строительной конструкции на величину х во времени t; F_y(x) - линейная упругая составляющая сигнала (которую формируют путем воздействия на элемент строительной конструкции), зависящая от значения величины смещения (деформации) х (при колебательном воздействии F_y(х)=F_y(x, t), то есть наблюдается ее временная зависимость), причем

F_y(x, t)=c·x(t),

здесь с - жесткость элемента; F_д(x', t) - диссипативная (неупругая) составляющая сигнала (которую формируют путем воздействия на элемент строительной конструкции), зависящая от наличия воздействия вибрационных ударных сигналов, определяемая нелинейным перераспределением энергии колебательной системы (включающей воздействующие сигналы и объект их приложения - элемент строительной конструкции) в целом.

Нелинейность формировалась в виде квадратичной зависимости диссипативной составляющей сигнала от скорости изменения координаты х (деформации элемента строительной конструкции). Выражение, описывающее эту зависимость, выглядит следующим образом:

F_д(x', t)=b₂·x'²(t)·sgn x'(t).

Здесь b₂ - некоторая постоянная.

Такую диссипативную составляющую сигнала формировали воздействием многократных вибрационных ударных сигналов, преобразованных из коротких фронтов импульсов М-последовательности.

Кроме того, для сравнения эффективности предлагаемого способа защиты речевой информации по виброакустическому каналу по отношению к эффективности способа типа С1 2130697 RU 6 Н 04 М 1/68 диссипативную составляющую сигнала формировали воздействием помехи в виде шумового сигнала из набора гармоник.

Диссипативная составляющая сигнала формировалась в виде ее линейной зависимости от скорости изменения координаты х (деформации элемента строительной конструкции). Выражение, описывающее эту зависимость, выглядит следующим образом:

F_д(x', t)=b₁·x'(t).

Здесь b₁ - некоторая постоянная.

При формировании диссипативной составляющей сигнала в виде ее линейной зависимости от скорости деформации элемента строительной конструкции не наблюдалось проявление мультипликативности формируемой помехи. Наблюдались только традиционные известные ее свойства аддитивности (аддитивное сложение маскируемого речевого и помехового сигналов).

При проверке осуществимости предлагаемого способа защиты речевой информации по виброакустическому каналу и сравнении его эффективности с эффективностью известного способа формировались:

маскируемый речевой сигнал звуковым давлением 80 дБ;

помеховые сигналы, значение уровней эффективного напряжения которых не превышало 5 В на выходе генератора.

При соблюдении условий одинаковости эксперимента для сравнения эффективности способов мультипликативность формируемой помехи позволяла добиваться уменьшения амплитуды сигнала помехи (не менее 10 дБ) за счет (с учетом) уменьшения (вследствие мультипликативности формируемой помехи) уровня маскируемого речевого сигнала.

Для формирования помехи, преобразуемой в вибрационные ударные сигналы, применялось пьезоустройство - формирователь вибрационных ударных сигналов. На фиг.2 показана реализация формирования вибрационных ударных сигналов.

На фиг.2 обозначено:

2 - усилитель М-последовательности импульсов;

5 - пьезопластина (с металлизированной поверхностью) формирователя вибрационных ударных сигналов;

6 - металлическая подложка формирователя вибрационных ударных сигналов;

7 - крепежное приспособление пьезопреобразователя формирователя вибрационных ударных сигналов;

4 - элемент строительной конструкции.

В качестве пьезоустройства использовался отечественный пьезоизлучатель - аналог типа ЗП-3, представляющий собой пьезопреобразователь, построенный на основе пьезоэлектрика. Этот пьезопреобразователь применялся в качестве формирователя вибрационных ударных сигналов. Он состоит из дисковой пьезопластины - 5, поляризованной по толщине и жестко закрепленной на металлической подложке - 6. Внешняя поверхность пьезопластины металлизирована. Подложка и метализированная поверхность пьезопластины являются электродами, подключаемыми к выходу усилителя М-последовательности импульсов - 2. На поверхности пьезопластины отсутствует нормальная компонента электрической индукции. Внешняя поверхность пьезопреобразователя свободна от механических напряжений. Возможности подобных пьезопреобразователей описаны в некоторых источниках (см., например, Ивина Н.Ф., Тагильцев А.А. Анализ собственных колебаний дисковых изгибных пьезопреобразователей с произвольным соотношением размеров. - М.: Электронный журнал. Техническая акустика, №2, 2005, стр.2-9).

С помощью крепежного приспособления - 7, представляющего собой металлическую конструкцию, формирователь вибрационных ударных сигналов жестко крепили к поверхности элемента строительной конструкции - 4. Сам пьезопреобразователь формирователя вибрационных ударных сигналов крепился по контуру на крепежное приспособление механическим узлом.

Применение пьезопреобразователя в качестве составной части формирователя вибрационных ударных сигналов для реализации предлагаемого способа обусловлено возможностью пьезоустройств линейно преобразовывать электрический сигнал, формирующий напряженность электрического поля для пьезоустройства, в механический. Это свойство характерно, в частности, для применяемого обратного пьезоэффекта (см., например, Пьезокерамические преобразователи / Под редакцией Пугачева С.И. - Л.: Судостроение, 1984, 256 с.). Данный эффект описывается выражением

x=dE,

где Е - напряженность электрического поля; d - пьезомодуль (некоторая постоянная).

То есть, используя описываемое свойство линейности преобразования обратного пьезоэффекта, формировались ударные вибрационные сигналы, которые передавались на элемент строительной конструкции, повторяя во времени фронты сигналов формируемой М-последовательности импульсов.

Таким образом, использовался диапазон (см., например, Убогов С.А. Виброакустические излучатели электромагнитного типа. - М.: Защита информации. Конфидент, №1, 2003, стр.54) эффективно воспроизводимых частот (выше единиц кГц - с учетом того, что период М-последовательности импульсов соизмерим с интервалом корреляции речи - более 10 мс для исключения реализации алгоритмов оптимальной фильтрации маскируемых речевых сигналов, а количество импульсов в ее периоде - более 300, исходя из свойств фильтруемости помехи при цифровой генерации шума и принципа реализации рекуррентной формулы при формировании М-последовательности импульсов, см., например, Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т. 2. - М.: "Мир", 1986, стр.97-100) пьезоустройства для формирования ударных вибрационных сигналов.

При проверке осуществимости предлагаемого способа защиты речевой информации по виброакустическому каналу выделялись следующие основные аспекты его реализации:

1. Путем описанного применения формирователя вибрационных ударных сигналов использовалась мультипликативность помехи за счет формирования диссипативной составляющей сигнала с нелинейной характеристикой - ее квадратичной зависимостью от скорости деформации элемента строительной конструкции.

2. Кроме того, помеха в виде М-последовательности импульсов вибрационных ударных сигналов (с равномерным спектром в десятки кГц - см., например, Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т. 2. - М.: "Мир", 1986, стр.98-99) согласно описанному подавалась на элемент строительной конструкции как и маскируемый ею речевой сигнал с наименьшими искажениями. Причем элемент строительной конструкции выступал в роли механического резонансно-антирезонансного фильтра (то есть им формировали реальный спектр результирующего сигнала F(x, x', t), зависимого от маскируемого и помехового сигналов с учетом его мультипликативности).

3. Реализация изложенного способа не вызывает сомнений, так как он реализуется на элементах и узлах, выпускаемых промышленностью страны.

1. Способ защиты речевой информации по виброакустическому каналу, заключающийся в том, что формируют помеху для маскирования речевого сигнала, причем помеху формируют в виде М-последовательности импульсов с последующим преобразованием, отличающийся тем, что преобразование М-последовательности импульсов осуществляют в виде формирования вибрационных ударных сигналов, которыми мультипликативно маскируют речевой сигнал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что М-последовательность импульсов формируют от периода к периоду по случайному закону.