Защита информации
.pdfего частотных составляющих и многократного наложения принимаемых переотраженных акустических сигналов.
Хотя формирование таких помех представляет технически сложную задачу, связанную с обработкой и преобразованием защищаемых сигналов в реальном масштабе времени, подобные системы уже разработаны.
Ослабление звуковых информативных сигналов
непреднамеренными шумами и помехами
Работа различных механических машин и технических средств в по мещении, шум шагов, разговоры в помещении, помехи, создаваемые авто мобильным протектором, шумом листвы и т.п., создают шумовой фон - Рш, в ряде случаев маскирующий информативный акустический сигнал и существенно усложняющий задачу его перехвата. Наибольший маскирую щий эффект имеют широкополосные помехи с “гладким” спектром. Узко полосные помехи даже высокого уровня не обеспечивают требуемой степе ни зашумления речи, так как их периодический характер позволяет ком пенсировать их с помощью системы фильтров, настроенных на требуемые частоты или адаптированными фильтрами типа ADAP или DAG.
Средние значения акустических шумов на улице составляют, в зависи мости от интенсивности движения автотранспорта в районе расположения объекта, 6 0 - 7 5 дБ. Разница в уровне шумов в районе расположения объек та может составлять до 30 дБ. При этом существуют нормативы допусти мого уровня акустических шумов в рабочем помещении, который должен быть не более 50 дБ. Эта цифра может использоваться в качестве расчет ной, если нет данных измерений в конкретных помещениях (Л.83).
Средние значения вибрационных шумов изменяются от 10 - 20 дБ на внутренних конструкциях днем и до 15 - 30 дБ ночью. На внешних конст рукциях шумы, как правило, на 5 - 10 дБ выше.
Вибрационные помехи на окнах составляют 10 - 15 дБ на внутреннем стекле и 25 - 30 дБ - на внешнем, в трубопроводах помехи изменяются от 10 - 15 дБ при отсутствии воды и до 15 - 20 дБ при ее наличии.
Подобные естественные шумы и помехи влияют также и на выбор ха рактеристик TCP, в данном случае микрофонов, стетоскопов, альтиметров. Учитывая нестационарность подобных шумов и помех, характеристики ус тройств перехвата акустической информации могут быть различными для дневного и ночного времени. Так, например, для дневного времени, харак теризуемого большим уровнем шумов, могут быть использованы датчики с меньшей чувствительностью.
Ожидаемое значение разборчивости речи при различных уровнях шума приведено в таблице 4.3.
161
|
|
|
|
Таблица 4.3 |
ОЖИДАЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ |
|
|||
|
|
|
|
|
Тип конструкции |
Вид канала |
Уровень шумов |
Ожидаемая разборчивость |
|
|
|
|
|
|
кирпичная стена |
акустика в здании |
слабый |
формант, % 15 |
слогов, % 25 |
(1 кирпич) |
|
сильный |
0 |
0 |
гипсолитовая |
акустика в здании |
слабый |
65 |
90 |
стена |
|
сильный |
0 |
0 |
деревянная стена |
акустика в здании |
слабый |
98 |
99 |
пластиковая стена |
акустика в здании |
сильный |
35 |
63 |
слабый |
93 |
99 |
||
перекрытия |
акустика в здании |
сильный |
30 |
55 |
слабый |
0 |
0 |
||
дверь обычная |
акустика в здании |
сильный |
0 |
0 |
слабый |
100 |
100 |
||
филенчатая |
|
сильный |
43 |
43 |
дверь двойная |
акустика в здании |
слабый |
83 |
95 |
окно с одним |
акустика на улице |
сильный |
20 |
36 |
слабый |
67 |
90 |
||
стеклом 3 мм |
|
сильный |
18 |
33 |
окно с одним |
акустика на улице |
слабый |
60 |
87 |
стеклом 6 мм |
|
сильный |
10 |
15 |
оконный блок |
акустика на улице |
слабый |
56 |
82 |
2 х 3 мм |
|
сильный |
0 |
0 |
вентканал |
акустика в здании |
слабый |
65 |
90 |
20 метров |
|
сильный |
3 |
2 |
вентканал |
акустика в канале |
слабый |
100 |
100 |
20 метров |
акустика на улице |
сильный |
50 |
80 |
оконный |
слабый (выкл) |
80 |
95 |
|
кондиционер |
|
сильный (вкл) |
35 |
63 |
бетонная стена |
вибрации на улице |
слабый |
63 |
88 |
перегородка |
вибрации в здании |
сильный |
0 |
0 |
слабый |
80 |
96 |
||
внутренняя |
|
сильный |
50 |
80 |
стекло окна |
вибрации на улице |
слабый |
35 |
63 |
наружное |
|
сильный |
20 |
36 |
стекло окна |
вибрации лазер |
слабый |
80 |
96 |
внутреннее |
|
сильный |
60 |
87 |
трубопровод |
вибрации за стеной |
слабый (без воды) |
70 |
95 |
|
|
сильный (с водой) |
30 |
55 |
трубопровод |
вибрации через этаж |
слабый |
60 |
87 |
|
|
сильный |
20 |
36 |
|
|
|
|
|
162
Эти данные помогут специалистам по защите информации определить степень опасности утечки информации из выделенного помещения и при необходимости принять соответствующие меры защиты.
Для определения максимально допустимого уровня шума в помеще ниях в соответствии с санитарными нормами, применяются предельные спектры (ПС), обозначающие уровень шума в октавной полосе со средне геометрической частотой 1000Гц. Так как санитарные нормы ограничи вают максимальное значение уровня шума для различных типов помеще ний, то предельные значения ПС можно использовать для расчета раз борчивости речи в конкретных помещениях ( Л.З). Уровни интенсивнос ти речи в октавных полосах и значения предельных спектров шумов при ведены в табл. 5.3.
Создание искусственных акустических
и виброакустических помех для защиты несущих
конструкций и объема защищаемого помещения
Воздействие информативного акустического сигнала на различные ограждающие конструкции приводит к появлению вибрационных механи ческих колебаний в этих конструкциях (JI.37, 104). На рис. 4.3а показаны кривые ускорения, возбуждаемые акустическим сигналом 75 дБ на кирпич ной стене толщиной 0,5 м и на бетонном перекрытии толщиной 0,22 м (рис.
4.3б.).
Прием информационных вибрационных сигналов происходит на фоне помех, имеющих естественное или искусственное происхождение, либо сум марных.
Если естественные шумовые помехи не препятствуют приему инфор мационного сигнала, то подобный опасный информативный сигнал может быть подавлен за счет создания на несущих конструкциях специальных подавляющих (шумоподобных и речеподобных сигналов). В этом случае мы получаем уменьшение соотношения Рос/Рш за счет увеличения Рш.
При подавлении информативного вибрационного сигнала могут быть достигнуты различные степени защиты (глава 2). В (Л.37) предложены кри терии:
-минимальная, когда даже при многократном прослушивании фо нограммы невозможно восстановить смысл сообщения,
-максимальная, когда невозможно установить сам факт проведения беседы или наличие речи в сигнале.
Минимальная степень защиты достигается при превышении уровня интенсивности помехи над уровнем сигнала во всем частотном диапазоне при соблюдении соотношения сигнал/помеха минус 10 дБ.
Максимальная степень защиты достигается, когда в каждой третьоктавной полосе речевого сигнала соотношения сигнал/помеха составляет минус 20 дБ.
Подобные требования по подавлению информативного сигнала мо
163
гут быть обеспечены при оптимальном построении электроакустических преобразователей систем зашумления, выбора вида подавляющего сигна ла и его мощности.
Электроакустические преобразователи преобразуют электрическую энергию подавляющего сигнала в энергию упругих колебаний, воздейству ющих на несущую конструкцию. Подобные преобразователи должны иметь широкую полосу частот (соответствующую полосе речевого сигнала) и поэтому вопросы согласования этих преобразователей со средой несущей конструкции имеют большое значение.
В предлагаемых на современном рынке системах зашумления исполь зуются электромагнитные и пьезоэлектрические датчики.
При выборе типа датчика необходимо учитывать вид ограждающей конструкции. Так, например, при возбуждении конструкций, имеющих высокое акустическое сопротивление (кирпичные стены, бетонные перекры тия) согласование в широком частотном диапазоне, по мнению некоторых источников, лучше осуществляется с устройствами, имеющими высокий механический импеданс подвижной системы (пьезоэлектрического преоб разователя).
Однако при разработке и совершенствовании ряда конструкций (на пример, “Порог-2М” (Л.33) разработчики, проанализировав возможные варианты использования как пьезоэлектрических, так и электротехничес ких датчиков, пришли к выводу, что:
а) по пьезоэлектрическим датчикам - пьезоэлектрики обладают ярко выраженными резонансными свойствами (необходима достаточно сложная корректировка амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителей - масса подвижной системы при использовании пьезоэлектриков относи тельно мала, что снижает эффективность датчиков в области низких частот (менее 200 Гц):
-пьезоэлектрические пластины имеют большой технологический раз брос по АЧХ (особенно по частотам основных резонансов), что еще более усложняет коррекцию работающих на них усилителей;
-невозможно создать пьезоэлектрический датчик с нужными пара
метрами за приемлемую цену на основе одной пластины. б) по электромеханическим датчикам:
-электромагнитные датчики обладают достаточно большой массой для эффективной работы с большими поверхностями;
-число собственных резонансов у электромагнитного датчика обыч но меньше, чем у пьезоэлектрического, а их АЧХ имеет более глад кий вид, что упрощает коррекцию АЧХ усилителя;
-необходимые параметры электромагнитного датчика подобрать проще из-за его конструктивных и технологических особенностей;
-надежность электромеханических датчиков несколько ниже.
В результате подобных сопоставительных исследований в рабочей конструкции применяется электромеханический датчик, в котором исполь зование редкоземельных магнитов позволило сделать устройства компакт ными и по приемлемой цене.
164
Рис.4.3. Спектральные характеристики систем на кирпичной стене толщиной 0,5 м (а) и бетонном перекрытии толщиной 0,22 м
(б) при расстоянии от вибратора до точки контроля 3 м.
Рис.4.4. Спектры паразитных шумов различных систем зашумления.
165
Рис.4.5. Уровни помех, создаваемые системами виброзашумления
При решении задачи активной защиты помещения необходимо учи тывать, что при работе датчиков создается определенный дискомфорт в защищаемом помещении из-за “паразитных” излучений датчика, которые вызываются:
а) датчиком, генерирующим акустические колебания, б) переизлученными вибрирующей стеной в воздух акустическими
колебаниями.
Как показали проведенные исследования (Л.37), основным источни ком паразитных акустических помех является датчик. Амплитудно-частот ные характеристики для ряда систем зашумления, измеренные на расстоя нии 1 м от работающего преобразователя приведены на рис 4.4.
Из этих кривых следует, что установка ряда зашумляющих систем, без учета особенностей “паразитных” акустических излучений может су щественно увеличить шумовой фон в защищаемом помещении и создавать дискомфортные условия для работающего в этих условиях персонала.
Эти кривые свидетельствуют также о том, что:
а) чем больше амплитуда собственных колебаний вибратора, тем выше уровень создаваемых им паразитных помех,
б) пьезокерамический датчик имеет меньший уровень паразитных аку стических помех (при равной величине вибрационных колебаний).
Из возможных способов устранения влияния “паразитных” шумов можно отметить следующее:
а) располагать вибраторы не на поверхности стен, а в специальных нишах в стенах;
б) располагать датчики на окнах с внешней стороны рамы, что позво лит уменьшить уровень акустических паразитных колебаний в помещении за счет акустической защиты внутренней рамы (стекла);
166
в) при использовании подвесного потолка размещать датчики выше подвесного потолка (например, в нишах основного потолка);
г) осуществлять включение зашумляющего сигнала только в случае появления в помещении информативного акустического сигнала.
Для этих целей, например, в системе “Порог-2М” используется дат чик голоса - в “тихом” помещении система себя не проявляет (включение системы от музыкального сопровождения или песни не происходит). При появлении речевого сигнала определенного уровня система включается автоматически;
д) использовать устройства, позволяющие производить настройку дат чиков с учетом свойств зашумляемой поверхности с установкой оптимально го уровня шума в нескольких полосах спектра зашумляемого сигнала (таб лица 4.2, 4.3).
Однако даже при оптимальном размещении датчиков для ряда зашум ляющих систем, трудности применения связаны с неравномерностью амп литуды частотной характеристики системы (рис 4.5). Кроме того необхо димо также учитывать вопросы согласования датчика с зашумляемой сре дой (кирпичные, бетонные, деревянные перекрытия).
Оптимальное зашумление конструкций связано с величиной радиуса эффективного зашумления вибродатчиков, используемых в комплекте и качеством их крепления к зашумляемым поверхностям.
Для обеспечения качественного крепления вибродатчика к поверхно сти, гарантирующего требуемое зашумление последней, используются раз личные виды креплений. Например;
а) для твердых поверхностей, б) для стен сухой кладки, штукатурка,
в) для плоских гладких поверхностей (стекло, пластик), г) для элементов технических конструкций (батареи, трубы).
Для обеспечения оперативной установки могут быть использованы системы с обеспечением плотного прижима вибродатчиков к зашумляемым конструкциям. Примером являются мобильные системы виброакустического зашумления “Фон-В” и “Фон-В-3”. В этих системах используется генератор ANG-2000, крепление вибродатчиков которого (TRN-2000 и TRN-2000m) осуществляется с помощью специальных металлоконструкций, входящих в состав системы.
Система “Фон-В” обеспечивает защиту помещению площадью до 25 м2 и высотой от 2 до 3,75 м.
Системы предназначены для оперативной установки во временно ис пользуемых помещениях и последующего демонтажа без повреждения стро ительных конструкций и элементов отделки помещения.
167
Регулировка уровня зашумляющего
сигнала на вибродатчике
Действительный уровень шума, требуемый для гарантированной за щиты возможного структурного канала утечки информации зависит от размера зашумляемой площади, ее структуры, внешнего шума и макси мальной громкости маскируемого разговора.
На составляющих ограждающих конструкций (стены, двери, окна) величина наведенного вибрационного информативного сигнала при оди наковой мощности воздушного сигнала получается различной и поэтому для выполнения требований гарантированного подавления информатив ного сигнала требуется различная мощность зашумляющего. В реальных схемах этого достигают путем:
A)установки разработанных специально для конкретных зашумляе мых поверхностей вибраторов - для стен, для окон, для инженерных конст рукций;
Например, для крепления на стены, пол, потолок и систему отопления
-вибрационный излучатель “Молот” или КВП-2, КВП-6, КВП-8, для креп ления на рамувибрационный излучатель “Серп”, на стекло - вибрацион ный излучатель “Копейка” или КВП-7.
Б) установки требуемых делений на шкале напряжения входного гене ратора, с учетом схем соединения датчиков.
В зависимости от принимаемой схемы подключения вибродатчиков они подразделяются на полноуровневые, 1/2-уровневые, 1/3-уровневые (рис. 4.6), два обычных уровня и т.п. Например, в инструкции на систему ANG2000 даются рекомендации по установке для:
1) полноуровневых датчиков, установленных на деревянной поверх ности или стене сухой кладки,
2) 2/3 уровневых датчиков, установленных на стекле,
3) полноуровневых датчиков, установленных на деревянной поверх ности или стене сухой кладки.
B)3адача выравнивания уровня зашумляющего сигнала во всей поло се частот может быть решена при включении в генератор эквалайзера, по зволяющего производить подстройку системы зашумления по определен ным участкам частот и получать зашумляющий сигнал близкий к требуе мому, что не приводит к созданию паразитных сигналов в помещении.
Такая система зашумления реализована, например, в комплексах “Ба рон 1 и 2”, “Шорох 1 и 2” и др.
168
Последовательное соединение Рекомендуется для стекла. Не рекомендуется подключать более 3-х
излучателей, т.к. уровень сигнала будет низким. Используйте комбинацию параллельного и последовательного соединения. Диаграмма показывает использование двух дополнительных контактов основного блока прибора.
Параллельное соединение Параллельное соединение рекомендуется для стен, полов и потолков.
Не рекомендуется подключать больше 4-х излучателей параллельно, т.к. сопротивление будет слишком мало, что может привести к выходу генера тора из строя.
169
Как одно из новых направлений в создании систем виброакустической защиты следует отметить создание акустических излучателей со встро енным некоррелируемым цифровым генератором синтезированной рече подобной помехи. Такие устройства хорошо подходят для организации виброакустической защиты небольших помещений, а также при оперативном устранении локальных зон утечки конфиденциальной речевой информации. Излучатель для работы требует только питания постоянного тока 12В. Элек тромагнитный преобразователь изделия обеспечивает неравномерность АЧХ (не более +10 дБ) в диапазоне рабочих частот 150-6000 Гц. К подоб ным устройствам относится активный акустический излучатель VA-07.
Акустические волноводы в системах защиты речевой информации
В соответствии с физикой работы вибродатчики систем виброзащиты имеют форму зашумляемой поверхности в виде окружности, и гарантиро ванная зона зашумления задается в виде круга с определенным диаметром.
На практике, когда требуется организовать защиту прямоугольных и квадратных поверхностей, подобная форма зашумления вызывает опреде ленные трудности с равномерным и гарантированным их зашумлением.
На рис. 4.7,а показано распределение зон зашумления при использо вании «слабого» перекрытия зон зашумления соседних вибраторов. При этом, как видно из рисунка, между гарантированными зонами зашумления остаются области, где, в соответствии с предъявляемыми требованиями, защита не обеспечивается.
Рис. 4.7. Расположение датчиков на поверхности, применяемое на практике.
а) «слабое» перекрытие зон зашумления; б) взаимное перекрытие соседних зон (эффективный уровень зашумления в
соответствии с предъявляемыми требованиями к защите).
170