Оценка эффективности систем виброакустической защиты информации инструментально-расчетным методом Покровского

1.5 Параметрические каналы утечки речевой информации.

В результате воздействия акустического поля меняется давление на все элементы ВЧ генераторов ТСПИ и ВТСС. При  этом изменяется взаимное расположение элементов схем, проводов в катушках индуктивности, что может привести к изменениям параметров ВЧ сигналов, например, к модуляции его информационным сигналом. Поэтому этот канал утечки называется параметрическим. Наиболее часто наблюдается паразитная модуляция  информационным сигналом излучений, гетеродинов  радиоприемных и телевизионных  устройств, которые находятся в  помещениях, где ведутся конфиденциальные разговоры. Параметрический канал  может быть реализован и путем  ВЧ облучения помещения, где установлены  ЗУ, параметры которых изменяются под действием акустического  речевого сигнала. При облучении  мощным ВЧ сигналом в таком ЗУ происходит образование вторичных радиоволн, т.е. переизлучение электромагнитного  поля. А специальное устройство   закладки   (например,    объемный    резонатор)   обеспечивает

амплитудную, фазовую или частотную модуляцию  переотраженного сигнала по закону изменения речевого сигнала. Для  реализации такого канала необходим  специальный передатчик с направленным излучением и приемник.

 

2 РАЗРАБОТКА  ТЕХНИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ  ЗАЩИТЫ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ В  ВЫДЕЛЕННОМ ПОМЕЩЕНИИ

2.1 Исходные  данные

Задача Исполнителя: Необходимо защитить речевую информацию в помещении, предназначенном для проведения конфиденциальных переговоров.

Общие сведения о помещении: Помещение № 11

Назначение помещения: Рабочий кабинет Генерального директора (Руководителя), с которого осуществляется управление предприятием, для проведения переговоров и рабочих совещаний.

Заявляемая степень  конфиденциальности  информации: строго конфиденциально

Этаж: 3-й этаж трехэтажного здания

- длинна (м), ширина (м), высота потолков (м): кабинет – 5х6х3,20

Потолок:

- подшитый (ДВП)

Перекрытия (потолок, пол), толщина (мм):

- бетон, 250 мм

- паркет дубовый  на специальном клее

Стеновые перегородки:

- древесностружечная плита (25 мм)

- гипсовые  акустические плиты

Стены наружные:                               

-    деревянные (25 см)

-    акустическая  штукатурка

Окна:

- количество окон: 4

- размер: 200x80 см

- одинарный стеклопластиковый пакет 3 мм

- с защитной  пленкой

 

Двери:

- одностворчатые, деревянные

- размер: 220x90 см

Описание смежных  помещений:

- сверху: слабо контролируемый чердак

- снизу: бухгалтерия

- север: внешняя  стена

- юг: общий корридор

- запад: кабинет главного инженера

- восток: приемная

Уровень речи в помещении:

- 76 дБ

Система электропитания:

- сеть: 220В/50Гц

-  от аккумуляторов

- автономная  трансформаторная подстанция

Тип электроприборов:

- светодиодные  потолочные светильники (8 шт)

- настольная  лампа

Система заземления: имеется общий заземленный контур, с сопротивлением заземления 4 Ом

Система сигнализации (тип):

- пожарная (фотооптические  детекторы) – 2шт.

- охранная (акустические  детекторы) – 6шт.

Система вентиляции (тип):

- приточно-вытяжная, с механическим побуждением

- проем 250x160 мм

Система отопления:

-    центральное водяное, три стояка, проходящие транзитом снизу-вверх

-    наличие  экранов на батареях

 

Телефонные линии:

-    Panasonic - KX-ТS2361RUB -1шт.

-    Panasonic - КХ-ТCD540RUM (с удлинителем 900 МГц) - 1 шт.

Сети (двухпроводные  линии):

- городская сеть (два параллельных аппарата - обычный и беспроводный)

- местная  АТС (1 шт.)

Прочие проводные  линии:

- городская  радиотрансляция (система городского  трехпрограммного вещания)

Средства связи:

-  мобильный радиотелефон Sony Ericsson Xperia™ ion (LT28h)

-  смартфон HTC Desire V  с поддержкой 2 SIM-карт

Оргтехника:

-  ПЭВМ  (подключенная к ГВС по беспроводной  схеме WiMAX)  - 1 шт.

Бытовая техника:

- абонентское оборудование спутникового телевидения «Триколор ТВ» (спутниковая антенна, ресивер, кабель), телевизор, DVD-видеоплеер, музыкальный центр Panasonic SC-PM 500 EPK; цифровая видео камера Canon PSA520

Бытовая техника:

- рабочий стол руководителя

- стол для  совещаний на 12 посадочных мест

- стол для  телефонных аппаратов

- тумбочка  для телевизора

Специальные технические  средства защиты информации: отсутствуют

Описание обстановки вокруг объекта: Объект расположен в центре города, окружен со всех сторон постройками различного назначения и ведомственной принадлежности. На расстоянии 25 м от здания с южной стороны размещена стоянка легковых автомобилей. С северной стороны расположено высотное

административное  здание, в котором размешены различные  государственные организации. Расстояние между зданиями составляет 20-30 м. С восточной стороны от объекта на расстоянии 30 м расположен 9-ти этажный жилой дом. Прямо перед зданием через проезжую часть улицы на удалении 100 м расположены административные здания средней этажности. Окна проверяемого помещения выходят на жилой дом и на северную сторону.

2.2 Оценка эффективности  систем виброакустической защиты  информации инструментально-расчетным  методом Покровского

Для того чтобы рассчитать возможность существования акустического канала утечки информации за пределами помещения, воспользуемся методом Покровского (толщина наружных стен помещения 2,5 кирпича, в помещении говорят со средней громкостью в 80 дБ).

Суть этого метода Покровского заключается в следующем: спектр речи разбивается на N частотных полос и для каждой i-й частотной полосы на среднегеометрической частоте определяется формантный параметр ∆А_i, характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала:

                                 (1)

где – средний спектральный уровень речевого сигнала в месте измерения

в i-й спектральной полосе, дБ

 – средний спектральный модальный уровень формант (под формантой понимается область частот, характерная для определенного звука) в i-й спектральной полосе, дБ

Для каждой i-й частотной полосы определяется  весовой коэффициент , характеризующий вероятность наличия формант речи в данной полосе:

,

где и - значения весового коэффициента для верхней и нижней граничной частот i-й частотной полосы спектра речевого сигнала.

Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте f_cp.i определяется коэффициент восприятия формант слуховым аппаратом человека р_i, представляющий собой вероятное относительное количество формантных составляющих речи, имеющих уровни интенсивности выше порогового значения, которое зависит от отношения сигнал/шум q_i.

С учетом (3) и (4) определятся спектральный индекс артикуляции (понимаемости) речи R_i. и рассчитывается интегральный индекс артикуляции речи R:

                                                                                                            (  3)

                                                                                                      (4)

 Далее  по интегральному индексу артикуляции речи определяются слоговая S и словесная W разборчивости речи.

Зависимости определены Н.Б.Покровским экспериментально и представлены в виде графиков. Данные графики можно аппроксимировать следующими аналитическими соотношениями (ошибка аппроксимации менее 1 %):

	(5)
	(6)
	(7)

где

- уровень шума (помехи) в i-й спектральной полосе, дБ.

 — отношение "уровень речевого сигнала/уровень шума", дБ.

	(8)
	(9)

С учетом (8) и (9) легко получить зависимость словесной  разборчивости от интегрального  индекса артикуляции речи:

(10)

Анализ формул (1) – (10) показывает, что для оценки разборчивости речевой диапазон целесообразно разбивать на спектральные полосы, вносящие одинаковый вклад в разборчивость речи, то есть, имеющие одинаковый весовой коэффициент . Покровским Н.Б. было предложено речевой диапазон разбить на двадцать равноартикуляционных полос со значением весовых коэффициентов = 0,05.

Сначала рассчитаем возможность прямого подслушивания  за пределами помещения по методу Покровского с вышеуказанными данными  и ограничениями (в помещении  уровень речи составляет 76дБ). Рассчитаем уровень речевого сигнала после прохождения через стены и дверь.

 
Уровень сигнала рассчитывается по формуле:  
L = L0 + 10*lgSп – R – δп , (11) 
где L0 – уровень сигнала до преграды; 
Sп – площадь преграды; 
R – изоляция воздушного шума; 
δп – поправка в дБ учитывающая характер звукового поля при падении звука на преграду (при падении звука из помещения на преграду δп = 6 дБ). 
Площадь внешней стены равна: Sп = 6*3,20 = 19,2 м² 
Площадь стеновой перегородки равна: Sп = 5*3,20 = 16 м² 
Площадь пола и потолка (по отдельности): Sп = 5*6 = 30 м² 
Для передней малой стены обойдемся только дверью (наименее звукоизолированным звеном в стене): Sп = 2,20 * 0,9 = 1,98 м² 
А так же рассчитаем площадь для оставшихся трех окон (одно из наименее звукоизолированное звено) Sп = 2*0,8*4 = 6,4 м²  
Индексы изоляции для офисного помещения для стен, пола, потолка, окон и двери равны соответственно: 58,75, 79, 56, 31, 30 дБ.

 
Уровень сигнала: 
После прохождения внешней стены равен: 
L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76 + 12,83 – 58 -6 = 24,83 дБ. 
После прохождения стеновой перегородки рамен: 
L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76+ 12,04 – 75 -6 = 7,04 дБ. 
После прохождения пола равен: 
L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76 + 14,77 – 79 -6 = 5,77 дБ.

После прохождения потолка равен:

L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76 + 14,77 – 56 -6 = 28,77 дБ. 
После прохождения двери равен: 
L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76 + 2,96 – 31 -6 = 41,96 дБ. 
После прохождения трёх окон равен: 
L = L0 + 10lgSП – R – δ П = 76 + 8,06 – 30 – 6 = 48,06 дБ.

Воспользовавшись программным средством Microsoft Excel для расчета, получили следующие результаты (в таблицах скрыты некоторые несущественные промежуточные вычисления):

Таблица 1 - Расчет возможности существования акустического канала утечки информации за внешней стеной

(Продолжение таблицы 1)

Графическая зависимость уровня сигнала от частоты  с использованием данных, приведенных  в таблице 1, изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Соотношение уровней речевого сигнала и шума

Вывод: так как словесная разборчивость речи W ≈ 0,09%, то при прослушивании практически невозможно установить предмет ведущегося разговора даже при использовании современных технических возможностей разведки. Применение технических средств для защиты внешней стены не требуется.

 

 

Расчет возможности  прямого прослушивания за внутренней стеной без использования технических  средств защиты представлен в таблице 2.

 

Таблица 2 –  Расчет возможности прослушивания  за внутренней стеной

(Продолжение  Таблицы 2)

 

 

 

 

 

 

Графическая зависимость уровня сигнала  от частоты с использованием данных, приведенных в таблице 2, изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Соотношение уровней речевого сигнала и шума

Вывод:  исходя из шкалы оценок качества перехваченного речевого сообщения, имея словесную разборчивость менее 10% ( w(s) =0,0000000219%) при прослушивании практически невозможно установить предмет ведущегося разговора даже при использовании современных технических возможностей разведки. Применение технических средств для защиты стеновых перегородок не требуется.

Расчет  возможности прямого прослушивания  за полом без использования технических  средств защиты представлен в  таблице 3.

Таблица 3 – Расчет возможности прямого  прослушивания за полом

(Продолжение таблицы 3)

Графическая зависимость уровня сигнала от частоты  с использованием данных, приведенных  в таблице 3, изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Соотношение уровней речевого сигнала и шума

 

Вывод:  исходя из шкалы оценок качества перехваченного речевого сообщения, имея словесную разборчивость менее 10% ( w(s) =0,0000000464%) при прослушивании практически невозможно установить предмет ведущегося разговора даже при использовании современных технических возможностей разведки. Применение технических средств для защиты пола не требуется.

 

Расчет  возможности прямого прослушивания  за потолком без использования технических  средств защиты представлен в  таблице 4.

 

Результаты  вычислений для потолка приведены в таблице 4

(Продолжение  таблицы 4)

 

 

Графическая зависимость уровня сигнала от частоты  с использованием данных, приведенных  в таблице 4, изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Соотношение уровней речевого сигнала и шума

Вывод:  исходя из шкалы оценок качества перехваченного речевого сообщения, имея словесную разборчивость менее 10% ( w(s) =0,38%) при прослушивании практически невозможно установить предмет ведущегося разговора даже при использовании современных технических возможностей разведки. Применение технических средств для защиты потолка не требуется.