Способ защиты акустической информации

Способ защиты акустической информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации (КИ) и может быть использовано для защиты акустической КИ в подлежащем защите помещении (ПЗП).

Для обеспечения защиты акустической (речевой) КИ важное значение имеет выявление и последовательное перекрытие всех каналов утечки, отходящих из ПЗП во внешнюю среду. Примерами ПЗП являются помещения (служебные кабинеты, переговорные комнаты и кабины, конференц-залы), предназначенные для работы с КИ при проведении совещаний, переговоров, конференций и т.п. Примерами каналов утечки речевой КИ являются прямой акустический, акустовибрационный (виброакустический), акустоэлектрический, акустоэлектромагнитный и акустооптический каналы [1-2]. Из уровня техники известно, что для защиты речевой КИ от утечки по данным каналам в настоящее время применяются как пассивные (использующие эффекты экранирования, поглощения, переотражения и т.п. звуковых волн), так и активные способы. Идея активной защиты КИ основана на применении сигналов специального вида (преднамеренных помех), призванных энергетическим способом (для маскирующих шумовых помех) или путем нанесения максимального информационного ущерба (для имитирующих помех) «подавить» КИ-сигналы в каналах утечки, чтобы затруднить злоумышленнику перехват и обработку КИ с помощью имеющихся у него технических средств перехвата (ТСП) [3-4]. Известны варианты реализации активной защиты КИ с применением генераторов низкочастотных сигналов разной физической природы - звукового, электрического, электромагнитного (ЭМ) и т.д. шума.

Наиболее близким по технической сущности является способ пространственного зашумления, реализованный в устройстве [5] (прототип предлагаемого изобретения), которое обеспечивает активную защиту КИ по прямому акустическому и виброакустическому каналам утечки с помощью излучателя (генератора в комплекте с излучающим элементом) звукового шума. Очевидными достоинствами известного способа-прототипа являются его простота и универсальность, неочевидным недостатком, как это будет показано ниже - возможность компенсации шумового сигнала в ТСП, существенно снижающая эффективность защиты речевой КИ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности защиты акустической КИ путем устранения возможности компенсации в ТСП сигнала, создаваемого излучателем звукового шума, которое предлагается осуществлять тремя следующими способами:

- с помощью дополнительного излучателя (генератора в комплекте с антенной) ЭМ шумового сигнала, статистически независимого от звукового шума и побочного ЭМ шумового сигнала;

- путем применения нелинейного преобразователя побочного ЭМ шумового сигнала;

- путем применения нелинейного переизлучателя-преобразователя побочного ЭМ шумового сигнала, находящегося под воздействием генератора, осуществляющего интермодуляционное (ИМ) преобразование побочного ЭМ шумового сигнала.

Сущность предлагаемого способа защиты акустической информации, включающего размещение в подлежащем защите помещении вблизи источника акустического информационного сигнала излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала, состоит в том, что в помещении:

- в первом случае располагается дополнительный излучатель (генератор с антенной) ЭМ шумового сигнала, статистически независимого от звукового шума и побочного ЭМ шумового сигнала, с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала;

- во втором случае в непосредственной близости от излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного ЭМ шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, располагается нелинейный преобразователь побочного ЭМ шумового сигнала;

- в третьем случае вблизи от излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного ЭМ шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, располагается нелинейный переизлучатель-преобразователь побочного ЭМ шумового сигнала, на который воздействует генератор, осуществляющий ИМ-преобразование побочного ЭМ шумового сигнала.

Фиг. 1 демонстрирует схему реализации прототипа - известного способа пространственного зашумления ПЗП, где 1 - источник речевой КИ; 2 - генератор звукового шума; 3 - излучатель звукового шума; 4 - излучатель побочного ЭМ шумового сигнала; 5 - внешняя среда распространения речевого КИ-сигнала, звукового и ЭМ шумовых сигналов; 6 - устройство для приема речевого КИ-сигнала и звукового шума; 7 - устройство для приема ЭМ шумового сигнала; 8 - блок обработки сигналов с двумя входами и одним выходом; причем элементы схемы 3 и 4 конструктивно объединены в одном общем устройстве, а элементы 6; 7 и 8 входят в состав ТСП, как это показано штриховыми контурными линиями; первый вход блока 8 подключен к выходу устройства 6, второй вход блока 8 подключен к выходу устройства 7.

Фиг. 2 иллюстрирует схему реализации первого варианта предлагаемого способа защиты акустической КИ, где элементы 1-8 соответствуют схеме Фиг. 1, элемент 9 - дополнительный генератор электрического шумового сигнала; 10 - излучатель дополнительного ЭМ шумового сигнала, воздействующий на внешнюю среду 5 распространения речевого КИ-сигнала, звукового и ЭМ шумовых сигналов.

Фиг. 3 демонстрирует схему реализации второго варианта предлагаемого способа защиты акустической КИ, где элементы 1-8 соответствуют схеме Фиг. 1, элемент 11 - нелинейный преобразователь побочного ЭМ шумового сигнала, расположенный между излучателем 4 побочного ЭМ шумового сигнала и внешней средой 5 распространения речевого КИ-сигнала, звукового и ЭМ шумовых сигналов.

Фиг. 4 иллюстрирует схему реализации третьего варианта предлагаемого способа защиты акустической КИ, где элементы 1-8 соответствуют схеме Фиг. 1, элемент 12 - нелинейный переизлучатель-преобразователь побочного ЭМ шумового сигнала, расположенный между излучателем 4 побочного ЭМ шумового сигнала и внешней средой 5 распространения речевого КИ-сигнала, звукового и ЭМ шумовых сигналов; элемент 13 - генератор, осуществляющий ИМ-преобразование побочного ЭМ шумового сигнала, воздействующий на нелинейный переизлучатель-преобразователь 12.

Фиг. 5 показывает фрагмент экспериментальной установки для определения уровня побочного ЭМ шумового сигнала, воздействующего на ТСП, иллюстрирующий взаимное расположение двух ее элементов: а) - виброизлучателя ВИ-45 аппаратуры СОНАТА-АВ [5]; б) - активной антенны АИ5-0, принимающей шумовой ЭМ-сигнал, создаваемый виброизлучателем ВИ-45 и соединительными проводами.

Фиг. 6 показывает совмещенные спектрограммы уровня ЭМ фона в лаборатории (нижняя кривая) и побочного ЭМ шумового сигнала, принимаемого антенной АИ5-09 (верхняя кривая), демонстрирующие наличие побочного ЭМ шумового сигнала, создаваемого виброизлучателем ВИ-45 аппаратуры СОНАТА-АВ [5] (элементами 3 и 4 в составе ТСП на схемах Фиг. 1-4) и соединительными проводами.

Фиг. 7 показывает совмещенные осциллограммы электрических сигналов, соответствующих звуковому шуму и побочному ЭМ шумовому сигналу на входе блока 8 обработки сигналов в составе ТСП, которые доказывают возможность их взаимной компенсации с целью снижения эффективности активной защиты акустической КИ.

Фиг. 8 иллюстрирует результат ИМ-преобразования частотного спектра побочного ЭМ шумового сигнала (нижняя кривая) за счет взаимодействия с ним интенсивного гармонического сигнала от генератора 13 - спектрограмма преобразованного побочного ЭМ шумового сигнала соответствует верхней кривой.

Фиг. 9 демонстрирует вариант простейшей реализации преобразователя 11 (см. схему фиг. 3) в виде рамочной антенны РА, нагруженной на нелинейный элемент НЭ, условно показанный в виде диода.

Фиг. 10 демонстрирует два возможных варианта реализации переизлучателя-преобразователя 12 (см. схему фиг. 4):

- в виде рамочной антенны РА, нагруженной на нелинейные элементы НЭ 1-2, подключенные через трансформатор TP к генератору 13, сигнал от которого взаимодействует с побочным ЭМ шумовым сигналом при ИМ-преобразовании последнего на НЭ 1-2;

- в виде рамочной антенны РА, нагруженной на нелинейный элемент НЭ 1-4 в виде четырехэлементного моста, который подключен к генератору 13, сигнал от которого взаимодействует с побочным ЭМ шумовым сигналом при ИМ-преобразовании последнего на НЭ 1-4.

Известный способ-прототип осуществляется следующим образом.

При отсутствии активной защиты источник речевой КИ 1 на схеме Фиг. 1 через внешнюю среду 5 воздействует на приемник 6 КИ-сигнала, электрический сигнал с уровнем мощности P_с с выхода которого поступает на первый вход блока обработки сигнала 8 и далее к злоумышленнику, выступающему в роли несанкционированного потребителя КИ - причем в зависимости от свойств внешней среды 5, схема Фиг. 1 может соответствовать как прямому акустическому, так и виброакустическому, и другим каналам утечки КИ. Для предотвращения этого в схему Фиг. 1 вводятся генератор 2 и излучатель 3 звукового шума - в результате чего на выходе приемника 6, одновременно с электрическим сигналом P_с, соответствующим речевому КИ-сигналу, присутствует электрический сигнал, соответствующий звуковому шуму, с дисперсией D_ш, поэтому величина отношения «помеха-сигнал» χ=D_ш/P_с в ТСП резко возрастает, разборчивость речи и пропускная способность канала перехвата КИ падают. Благодаря своей простоте, универсальности и эффективности данный способ защиты акустической КИ находит в настоящее время широкое применение.

Представленные результаты экспериментальных измерений (см. Фиг. 5 и Фиг. 6) показывают, однако, что одновременно с электрическим шумовым сигналом D_ш на ТСП воздействует электрический шумовой сигнал с дисперсией D_э, соответствующий побочному ЭМ шумовому сигналу, создаваемому излучателем 4 на схеме Фиг. 1 - поскольку элементы 3 и 4 неразрывно объединены в одной общей конструкции, подключенной к генератору звукового шума 2 (излучатель акустического сигнала с соединительными проводами создает во внешней среде побочное «паразитное» ЭМ поле со спектром, полностью соответствующим частотам акустического сигнала). Если в составе ТСП присутствует приемник ЭМ-шума 7, как это показано на схеме Фиг. 1, а блок 8 реализует простейшую операцию линейной обработки сигналов, то имеет место следующая ситуация (см. совмещенные экспериментальные графики Фиг. 7):

- на первый вход блока 8 с выхода устройства 6 поступает сигнал P_с+D_ш;

- на второй вход блока 8 с выхода устройства 7 поступает сигнал D_э;

- блок 8 осуществляет суммарно-разностное преобразование данных сигналов и формирует на выходе сигнал вида P_с+D_∑, где D Σ = D ш ± 2 R D ш D э + D э ; R - коэффициент корреляции между сигналом, соответствующим звуковому шуму, и сигналом, соответствующим ЭМ-шуму [6];

- так как статистические свойства указанных шумовых сигналов (близких к нормальному белому шуму, для реализаций которого коэффициент корреляции R является мерой взаимной независимости) с дисперсиями D_ш и D_э определяются одним и тем же генератором звукового шума 2 на схеме Фиг. 1, значение R≈1 и если блок 8 реализует разностное преобразование сигналов P_с+D_ш и D_э, то дисперсия шумового сигнала после преобразования будет равна D Σ = D ш − R D ш D э + D э ≈ 2 D ш ( 1 − R ) < < D ш , если дисперсии шумовых сигналов, принятых устройствами 6 и 7 в ТСП выровнены по мощности, то есть D_э≈D_ш;

- величина отношения «помеха-сигнал» χ=D_∑/P_с<<D_ш/P_с в ТСП падает, разборчивость речи и пропускная способность канала перехвата КИ возрастают, эффективность активной защиты речевого КИ-сигнала резко снижается: например, при R≥0,95 значение χ уменьшается в 10 и более раз (больше чем на 10 дБ).

Целью предлагаемого изобретения является устранение данного недостатка способа-прототипа.

Предлагаемый способ осуществляется в трех следующих вариантах.

1) В ПЗП, наряду с источником 1 речевой КИ, генератором 2 звукового шума, излучателями 3 звукового и 4 побочного ЭМ-шума, дополнительно размещаются генератор 9 электрического шумового сигнала и излучатель 10 ЭМ шумового сигнала, воздействующий на внешнюю среду 5, как это показано на схеме Фиг. 2, создающие в ТСП шумовой электрический сигнал с дисперсией D_n, статистически независимый от звукового шума. Ситуация в ТСП при этом выглядит следующим образом:

- на первый вход блока 8 с выхода устройства 6 поступает сигнал P_с+D_ш;

- на второй вход блока 8 с выхода устройства 7 поступают сигналы D_э и D_n;

- блок 8 осуществляет разностное преобразование данных сигналов и формирует на выходе сигнал вида P_с+D_∑, где D Σ = D ш − 2 R D ш D э + D э + D n ≈ 2 D ш ( 1 − R ) + D n ≥ D ш , поскольку дисперсии шумовых сигналов соответствуют условию D_э≈D_ш, дисперсия дополнительного шумового сигнала соответствует условию D_n≥D_ш, а коэффициент корреляции между сигналом, соответствующим звуковому шуму и ЭМ-шуму, с одной стороны, и дополнительным шумовым сигналом с другой стороны, равняется нулю;

- величина отношения «помеха-сигнал» χ=D_∑/P_с≥D_ш/P_с в ТСП возрастает до значения, определяемого уровнем мощности дополнительного шумового сигнала (значением дисперсии D_n), разборчивость речи и пропускная способность канала перехвата КИ снижаются, эффективность активной защиты речевого КИ-сигнала возрастает до любого необходимого уровня.

Из сравнения схем Фиг. 2 и Фиг. 1 видно, что первый вариант предлагаемого способа защиты акустической КИ существенно превосходит способ-прототип по эффективности, поскольку практически исключает возможность компенсации защитного (маскирующего) шумового сигнала в ТСП, что является существенным недостатком способа-прототипа.

Относительным недостатком первого варианта является необходимость размещения в ПЗП дополнительного генератора 9 и излучателя 10 ЭМ шумового сигнала, что может негативно повлиять на эколого-эргономическую безопасность рабочих мест персонала по фактору ЭМ-излучения внутри ПЗП.

2) В ПЗП, наряду с источником 1 речевой КИ, генератором 2 звукового шума, излучателями 3 звукового и 4 побочного ЭМ-шума, в непосредственной близости от излучателя 4 побочного ЭМ-шума располагается нелинейный преобразователь 11 побочного ЭМ-сигнала. За счет электромагнитного взаимодействия с преобразователем 11 нагрузка излучателя 4 побочного ЭМ шумового сигнала становится нелинейной, благодаря чему происходит преобразование частотного спектра и статистических свойств побочного ЭМ-шума, воздействующего на внешнюю среду 5 - в результате которого они приобретают существенные отличия от частотного спектра и статистических свойств звукового шума, используемого для защиты КИ.

Например, если характеристика совокупности элементов 4 и 11, аппроксимируется полиномом вида U в ы х = α 1 U в х + α 2 U в х 2 + α 3 U в х 3 … , а побочный ЭМ шумовой сигнал представлен суммой спектральных составляющих U в х = ∑ n = 1 N U n ( ω n ) , где N>>1, то различие между U_вых и U_вх по частотному спектру и статистическим свойствам является очевидным. Поэтому компенсация шумовых электрических сигналов, которую иллюстрирует Фиг. 7, на входе блока 8 в ТСП становится невозможной и снижения эффективности защиты акустической КИ не происходит. Реализацию нелинейного преобразователя 11 побочного ЭМ шумового сигнала в виде рамочной антенны РА, нагруженной на диодный нелинейный элемент НЭ, демонстрирует Фиг. 9. Сохраняя все преимущества первого варианта реализации предлагаемого способа перед прототипом, позитивным отличием от него в данном случае является отсутствие в ПЗП дополнительного генератора 9 и излучателя 10 ЭМ шумового сигнала, что не ухудшает эколого-эргономическую безопасность рабочих мест персонала по фактору ЭМ-излучения внутри ПЗП.

Относительным недостатком второго варианта может быть недостаточная эффективность нелинейного преобразования в элементах 4 и 11 побочного ЭМ шумового сигнала ввиду малых значений присущих им коэффициентов α₁; α₂; α₃…, из-за чего различие между шумовыми электрическими сигналами на входе блока 8 в ТСП, которое иллюстрирует Фиг. 7, может оказаться недостаточным для предотвращения их взаимной компенсации.

3) В ПЗП, наряду с источником 1 речевой КИ, генератором 2 звукового шума, излучателями 3 звукового и 4 побочного ЭМ-шума, между излучателем 4 побочного ЭМ-шума и внешней средой 5 располагается нелинейный переизлучатель-преобразователь 12 побочного ЭМ шумового сигнала, подключенный к генератору 13, который воздействует на него и осуществляет ИМ-преобразование побочного ЭМ шумового сигнала. Путем изменения уровня сигнала, поступающего на переизлучатель-преобразователь 12 от генератора 13, можно управлять эффективностью ИМ-преобразования - поэтому располагать элемент 12 в непосредственной близости от излучателя 4 побочного ЭМ шумового сигнала в данном случае необходимости нет.

Если характеристика элемента 12 по-прежнему аппроксимируется полиномом U в ы х = α 1 U в х + α 2 U в х 2 + α 3 U в х 3 … , а побочный ЭМ шумовой сигнал и сигнал генератора 13 могут быть представлены суммами спектральных составляющих, соответственно, U в х = ∑ n = 1 N U n ( ω n ) и U г е н = ∑ m = 1 M U m ( ω m ) , то продукты ИМ-преобразования порядка mn будут иметь вид U в ы х m n = α m n U в х U г е н - при этом различие между U в ы х m n и U_вх по частотному спектру и статистическим свойствам может быть существенно «усилено» путем рационального выбора U_ген. Графики Фиг. 8 показывают, что даже в самом простом случае: когда U_ген является гармоническим сигналом, преобразование частотного спектра побочного шумового сигнала является весьма заметным - причем с помощью изменения уровня сигнала U_ген эффективностью ИМ-преобразования можно управлять.

В результате такого управляемого ИМ-преобразования частотный спектр и статистические свойства побочного ЭМ-шума приобретают существенные отличия от частотного спектра и статистических свойств звукового шума, используемого для защиты КИ (см. Фиг. 8). Вследствие этого компенсация шумовых электрических сигналов U в ы х m n и U_вх на входе блока 8 в ТСП (см. Фиг. 7) становится невозможной и снижения эффективности защиты акустической КИ в данном случае не происходит.

Два варианта реализации нелинейного переизлучателя-преобразователя 12 побочного ЭМ шумового сигнала: в виде рамочной антенны РА, нагруженной на нелинейные элементы НЭ 1-2, подключенные через трансформатор TP к генератору 13, сигнал которого взаимодействует с побочным ЭМ шумовым сигналом при ИМ-преобразовании последнего на НЭ 1-2 (см. рис. 10а) и в виде рамочной антенны РА, нагруженной на нелинейный элемент НЭ 1-4 в виде четырехэлементного моста, который подключен к генератору 13, сигнал от которого взаимодействует с побочным ЭМ шумовым сигналом при ИМ-преобразовании последнего на НЭ 1-4 (см. рис. 10б), допускают возможность управления процессом ИМ-преобразования путем изменения уровня сигнала, поступающего на элемент 12 от генератора 13.

Практическая эффективность предлагаемого способа защиты акустической КИ подтверждается, с одной стороны, экспериментальными результатами, примеры которых представляют Фиг. 6-8, с другой стороны, теоретическими и расчетными данными публикаций [7-9]. Предлагаемый способ защиты акустической КИ не уступает способу-прототипу по универсальности и простоте, но существенно превосходит его по эффективности, поскольку исключает возможность устранения в блоке 8 ТСП защитного (маскирующего) сигнала, создаваемого излучателем звукового шума.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 416 с.

2. Хорев А.А. Техническая защита информации. Том 1. Технические каналы утечки информации. М.: НПЦ «Аналитика», 2008. - 436 с.

3. Соболев А.Н., Кириллов В.М. Физические основы технических средств обеспечения информационной безопасности. М.: Гелиос АРВ, 2004. - 224 с.

4. Зайцев А.П., Шелупанов А.А. Технические средства и методы защиты информации. Томск: В-Спектр, 2006. - 384 с.

5. Система виброакустической и акустической защиты «СОНАТА-АВ». Модель 1М. Руководство по эксплуатации АРЕМ.468781.003-02. РЭ. Москва, 2004. - 15 с.

6. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 1. М.: Сов. Радио, 1969. - 752 с.

7. Маслов О.Н. Низкоэнергетическая информационная защита случайных антенн // Электросвязь. №1, 2014. - С. 32-38.

8. Маслов О.Н., Щербакова Т.А. Комплексное моделирование систем активной защиты информации // Защита информации. №6, 2013. - С. 34-39.

9. Маслов О.Н. Случайные антенны: теория и практика. Самара: Изд-во ПГУТИ-ОФОРТ, 2013. - 480 с.

1. Способ защиты акустической информации, включающий размещение в подлежащем защите помещении вблизи источника акустического информационного сигнала излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного электромагнитного шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, отличающийся тем, что в непосредственной близости от излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного электромагнитного шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, располагается нелинейный преобразователь побочного электромагнитного шумового сигнала.

2. Способ защиты акустической информации, включающий размещение в подлежащем защите помещении вблизи источника акустического информационного сигнала излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного электромагнитного шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, отличающийся тем, что в непосредственной близости от излучателя шумового акустического сигнала с частотным спектром, соответствующим по ширине спектру акустического информационного сигнала, который одновременно является источником побочного электромагнитного шумового сигнала с такими же частотным спектром и статистическими свойствами, располагается нелинейный переизлучатель-преобразователь побочного электромагнитного шумового сигнала, подключенный к генератору, осуществляющему интермодуляционное преобразование побочного электромагнитного шумового сигнала.