Системы виброакустической маскировки..
Хорев Анатолий Анатольевич, доктор технических наук, профессор
СИСТЕМЫ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ МАСКИРОВКИ
В статье рассматриваются принципы построения, основные характеристики и методические рекомендации по установке систем виброакустической маскировки.
Защита акустической (речевой) информации является одной из важнейших задач в общем комплексе мероприятий по обеспечению информационной безопасности объекта или учреждения и осуществляется использованием пассивных и активных методов.
Пассивные методы защиты информации, как правило, реализуются при строительстве или реконструкции зданий на этапе разработки проектных решений, что позволяет заранее учесть типы строительных конструкций, способы прокладки коммуникаций, оптимальные места размещения выделенных (защищаемых) помещений.
В случае технической невозможности использования пассивных средств защиты помещений, или если они не обеспечивают выполнение требуемых норм по звукоизоляции, используются активные меры защиты, заключающиеся в создании маскирующих акустических и вибрационных помех средствам акустической речевой разведки.
Акустическая маскировка эффективно используется для защиты речевой информации от утечки по прямому акустическому каналу путем подавления акустическими шумами микрофонов средств разведки, установленных в таких элементах конструкций защищаемых помещений как: дверной тамбур, вентиляционный канал, за подвесным потолком и т.п.
Виброакустическая маскировка используется для защиты речевой информации от утечки по виброакустическому и акустооптическому (оптико-электронному) каналам и заключается в создании вибрационных шумов в элементах строительных конструкций и в инженерных коммуникациях. Виброакустическая маскировка эффективно используется для подавления таких средств перехвата информации, как электронных и радиостетоскопов, а также лазерных акустических систем разведки.
Процесс восприятия речи в шуме сопровождается потерями составных элементов речевого сообщения. В качестве показателя оценки эффективности систем виброакустической маскировки используется словесная разборчивость речи, характеризующаяся количеством правильно понятых слов и отражающая качественную область понятности, которая выражена в категориях подробности составляемой справки о перехваченном с помощью технических средств разведки разговоре. Критерии эффективности защиты речевой информации во многом зависят от целей, преследуемых при организации защиты, например: скрыть смысловое содержание ведущегося разговора, скрыть тематику ведущегося разговора и т.д.
Практический опыт показывает, что составление подробной справки о содержании перехваченного разговора невозможно при словесной разборчивости менее 60 – 70%, а краткой справки-аннотации – при словесной разборчивости менее 40 – 50%. При словесной разборчивости менее 20 30 % значительно затруднено установление даже предмета ведущегося разговора, а при словесной разборчивости менее 10% это практически невозможно даже при использовании современных методов шумоочистки.
В состав типовой системы виброакустической маскировки входят: генератор шума, комплект виброизлучателей, комплект акустических излучателей (звуковых колонок), а также оборудование, необходимое для регулировки и настройки системы.
К основным характеристикам генераторов шума, влияющих на эффективность защиты речевой информации, относятся: вид и диапазон частот генерируемых помех, их амплитудно-частотная характеристика и коэффициент качества шума, количество линейных выходов, максимальное количество и типы вироизлучателей, подключаемых к ним, а также возможность регулировки мощности и огибающей спектра помехи в каждом канале.
Роль оконечных устройств в системах виброакустической маскировки, осуществляющих преобразование электрических шумовых колебаний в акустические колебания речевого диапазона частот, обычно выполняют малогабаритные широкополосные громкоговорители, а осуществляющих преобразование электрических шумовых колебаний в вибрационные — виброизлучатели, как правило электромагнитного или пъезоэлектрического типов.
На практике широкое применение нашли аналоговые, цифровые и комбинированные генераторы шума.
Большую группу генераторов аналогового шума составляют устройства, принцип действия которых основан на усилении колебаний первичных источников шумов, в качестве последних используются электровакуумные, газоразрядные, полупроводниковые и другие электронные приборы и элементы.
Временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к шумовым колебаниям, может быть получен и с помощью цифровых генераторов шума, формирующих хаотические (псевдослучайные) последовательности двоичных символов и преобразующих их в последовательности хаотических импульсов.
В системах акустической и виброакустической маскировки, как правило, используются шумовые помехи следующих видов:
1 – “белый” шум (шум с постоянной спектральной плотностью в речевом диапазоне частот);
2 – “розовый” шум (шум с тенденцией спада спектральной плотности 3 дБ на октаву в сторону высоких частот);
3 – шум с тенденцией спада спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот;
4 – шумовая “речеподобная помеха (шум с огибающей амплитудного спектра подобной речевому сигналу).
В соответствии с требованиями Государственной технической комиссии при Президенте Российской Федерации генератор помех должен формировать шумовые колебания в диапазоне частот от 175 до 5600 Гц. На рис. 1 представлены расчетные зависимости словесной разборчивости W от интегрального отношения сигнал/шум q, измеренного в полосе частот от 175 до 5600 Гц при различном виде шумовых помех [2].
Как видно из графика, наибольшей эффективностью обладают “речеподобные” помехи и помехи типа “розового” шума (шум с тенденцией спада спектральной плотности 3 дБ на октаву в сторону высоких частот). Однако при этом необходимо помнить, что данный вид огибающей спектра должен создаваться не на выходе генератора шума, на выходе виброизлучателя, который имеет свою амплитудно-частотную характеристики.
Рис. 1. Зависимость словесной разборчивости W от интегрального отношения сигнал/шум q в полосе частот от 175 до 5600 Гц:
1 – “белый” шум;
2 – “розовый” шум;
3 – шум со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот;
4 – шумовая “речеподобная” помеха
В качестве примера в табл. 1 и на рис. 2 приведены средние в октавных частотных полосах уровни вибрационного шумового сигнала, создаваемые виброизлучателями VN-GL, VN и VNТ-2 при подаче на их вход шумового напряжения типа белого” шума [2].
Как видно из табл. 1 средние уровни ускорений, измеренные в октавных частотных полосах, для различных виброизлучателей могут отличаться на 20 – 30 дБ и более. Следовательно, возможность регулировки спектра шумового сигнала является немаловажной характеристикой генератора шума.
Таблица 1. Средние в октавных частотных полосах уровни вибрационного шумового сигнала, создаваемые виброизлучателями VN-GL, VN и VNТ-2
|
Тип виброизлучателя |
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
||||
| 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |
| «VN-GL» | 132 ± 3 | 132 ± 3 | 132 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 |
| «VN» | 112 ± 3 | 142 ± 3 | 142 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 |
| «VNТ-2» | 102 ± 3 | 122 ± 3 | 117 ± 3 | 117 ± 3 | 112 ± 3 |
Рис. 2. Средние в октавных частотных полосах уровни вибрационного
шумового сигнала, создаваемые виброизлучателями VN-GL, VN и VNТ-2
Важной характеристикой генератора шума является коэффициент качества шума Кш, показывающий меру сходства генерируемого помехового сигнала с “белым” шумом. Чем выше значение коэффициента качества шума, тем меньше регулярных составляющих в его спектре и, следовательно, тем труднее выделить скрываемый речевой сигнал при использовании различных методов шумоочистки.
В соответствии с требованиями нормативно-методических документов по противодействию акустической речевой разведке коэффициент качества шума систем виброакустической маскировки должен быть не менее 0,8.
Расчет нормированного коэффициента качества шума производится в соответствии с нормативным документом “Средства активной защиты объектов ЭВТ от утечки информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам. Основные технические требования (Минрадиопром, 1987° г.) на основе значений коэффициентов асимметрии и эксцесса плотности вероятностей распределения генерируемого шума, полученных с использованием прибора для исследования корреляционных характеристик Х6-4.
На рис. 3 приведена типовая плотность распределения напряжения шума на выходе генератора системы виброакустической маскировки.
Рис. 3. Плотность распределения напряжения шума на выходе генератора шума
В настоящее время создано большое количество различных систем активной виброакустической маскировки, успешно используемых для подавления средств перехвата речевой информации. К ним относятся: системы Барон”, “Заслон-2М”, “Кедр”, “Кабинет”, Равнина-2К”, “Скит-АР”, “Скит-МВА”, Соната-АВ”, “Шелест-4К”, “Шорох-1 (2)”, “ВВ 301”, ЛГШ-401”, ANG-2000, “SI-3001”, “SI-3002”, “SI-3030”, “VNG-006”, VNG-012GL” и др. Основные характеристики некоторых из них приведены в табл. 2 и 3 [1, 4, 5].
Рассмотрим принципы построения генераторов шума на примере генератора шума системы виброакустической маскировки VNG-012GL (рис. 4) [1].
Рис. 4. Структурная схема генератора шума системы VNG-012GL
В блоке аналоговых генераторов шума формируются электрические сигналы со случайными параметрами (шумы), которые поступают в блок цифрового сигнального процессора, где осуществляется их аналого-цифровое преобразование, регулировка уровня и формирование амплитудно-частотной характеристики шума по четырем каналам. Предусмотрена возможность регулировки спектра шумового сигнала по каждому из четырех выходов в отдельности в октавных или 1/3 октавных частотных полосах. Это позволяет оптимальным образом формировать амплитудно-частотную характеристику помехи.
Из блока цифрового сигнального процессора сформированные шумовые сигналы поступают на четыре цифроаналоговых преобразователя (ЦАП1 — ЦАП4), а затем на высоковольтные усилители, к выходам которых подключаются пьезоэлектрические виброизлучатели. Параллельно высоковольтному усилителю первого канала подключен усилитель низких частот УНЧ 1, к выходу которого могут быть подключены акустические системы или электромагнитные виброизлучатели.
Усилитель низкой частоты УНЧ 2 подключен к блоку аналоговых генераторов шума через электронный регулятор уровня. Амплитудно-частотная характеристика шума в этом канале сформирована с помощью аналоговых фильтров и не регулируется.
Для выходов с 1 по 4 специальная программа позволяет установить ширину частотных полос регулировки спектра: 1/3 или 1/1 октавы (общую для всех каналов), а также осуществлять регулировку интегрального уровня сигнала и уровней его спектральных составляющих по заданным полосам в каждом канале индивидуально. Для выхода 5 программа позволяет установить только интегральный уровень.
Таким образом, генератор шума имеет пять независимых выходов шумовых сигналов, позволяющих в каждом из них регулировать не только амплитуду сигнала, но и его амплитудно-частотную характеристику.
Регулировка параметров помех производится после монтажа системы на этапе пусконаладочных работ с помощью персонального компьютера (рис. 5), подключаемого к генератору по интерфейсу RS-232 через блок сопряжения с компьютером. Установленная, в зависимости от предъявляемых требований по защите, характеристика помех запоминается и хранится в энергонезависимой памяти генератора, что позволяет генератору работать автономно (без компьютера).
Наряду с шумовыми помехами в системах виброакустической маскировки используют речеподобные помехи, например, речевой хор” (одновременный разговор нескольких человек).
Рис. 5. Интерфейс пользователя программы в режиме регулировки амплитудно-частотной характеристики помехи:
1 — кнопка переключения регулировок режимов работы генератора из третьоктавных в однооктавные частотные полосы и обратно;
2 — “Установка максимального уровня”;
3 — номер канала;
4 — индикация состояния всех настроек генератора;
5 — регулятор уровня выходного сигнала;
6 — регулятор уровня выходного сигнала в полосе
На рис. 6 приведена структурная схема генератора шума системы виброакустической маскировки “Барон-2”, в котором кроме обычного аналогового генератора шума для формирования помехи включены три радиоприемника (РМ1 – РМ 3), независимо настраиваемые на различные радиовещательные станции FM (УКВ-2) диапазона [4]. В генераторе шума системы виброакустической маскировки “Барон-U” вместо радиоприемных устройств используются специальные “фонемные клонеры”, синтезирующие речеподобные помехи путем клонирования основных фонемных составляющих речи конкретных лиц.
Рис. 6. Структурная схема генератора шума системы виброакустической маскировки “Барон”
Формирование помеховых сигналов проходит два этапа. На первом этапе с помощью компьютера и специального программного обеспечения из записи голоса одного или нескольких человек путём клонирования основных фонемных составляющих их речи синтезируется псевдоречь”, представляющая собой некоторую последовательность сигналов. На втором этапе синтезатор помехи, в памяти которого содержится псевдоречь”, по случайному закону берет из этой последовательности сигналов случайные фрагменты, которые и поступают на вход тракта помехового канала [4].
В генераторе также предусмотрена регулировка спектра помеховых сигналов в четырех независимых каналах в частотных диапазонах: 60 – 350 Гц; 350 – 700 Гц; 700 – 1400 Гц; 400 – 2800 Гц; 2800 – 16000 Гц.
Эффективность системы виброакустической маскировки во многом определяется правильным выбором мест установки и способов крепления виброизлучателей.
Требуемое количество виброизлучателей определяется исходя из мест их расположения, конструкции и материалов ограждающих поверхностей, оконных проемов и инженерных коммуникаций, а также эффективного радиуса подавления виброизлучателей на соответствующих поверхностях.
Обычно под эффективным радиусом подавления виброизлучателя понимается максимальное расстояние по поверхности от места его установки до места установки датчика (контактного микрофона) средства разведки (например, стетоскопа), на котором при максимальном уровне подводимого к датчику шумового сигнала и расположении источника скрываемого речевого сигнала (тестового генератора) на минимально возможном расстоянии от места установки датчика средства разведки обеспечивается требуемая эффективность подавления средства разведки (т.е. на котором значение отношения сигнал/шум хотя бы в одной из октавных полос становилось равным предельно допустимому значению, приведенному в нормативно-методических документах по противодействию акустической речевой разведке (НМД АРР) Гостехкомиссии России).
Эффективный радиус подавления зависит не только от характеристик самого виброизлучателя, но и во многом – от характеристик зашумляемых поверхностей и поэтому определяется экспериментально. При удалении от места установки виброизлучателя на 1 м, уровень создаваемого им шума уменьшается примерно на 3 – 6 дБ.
Обычно при установке виброизлучателей пользуются следующими рекомендациями.
Для зашумления стен виброизлучатели устанавливаются на средней линии между полом и потолком. Расстояние между ними должно быть не более 2 х ri, где ri – эффективный радиус подавления виброизлучателя на соответствующем типе поверхности (бетонной, кирпичной и т.п.). Виброизлучатели целесообразно устанавливать как можно ближе к местам возможной установки датчиков средств разведки. Если при установке требуется только один виброизлучатель, то он, как правило, устанавливается по центру стены.
При зашумлении потолка или пола требуемое количество виброизлучателей N выбирается из условия:
, где S – площадь зашуляемого перекрытия (пола, потолка), м2.
Расстояние между виброизлучателями также не должно превышать 2 х ri,.
Монтаж виброизлучателей на поверхности строительных конструкций проводится, как правило, с использованием специального шипа, закрепляемого в перекрытии с помощью эпоксидной шпатлевки (рис. 7 [1]). Виброизлучатель навинчивается на шип после полимеризации шпатлёвки, обычно через 2 – 3 часа после ее нанесения.
При зашумлении окон виброизлучатели крепятся либо по центру оконной рамы, либо по одному на каждом элементе остекления окна, либо на оконной раме. Для крепления виброизлучателей на поверхность стекол используют специальный клей для склейки металла со стеклом (рис. 8 [1]).
Рис. 7. Пример монтажа виброизлучателя на стене
Рис. 8. Примеры крепления виброизлучателей на стекло
При зашумлении инженерных коммуникаций виброизлучатели устанавливаются на каждую входящую/выходящую трубу. Монтаж виброизлучателей на инженерных коммуникациях (трубах) осуществляется с помощью хомута (рис. 9 [1]).
Рис. 9. Примеры установки виброизлучателей на трубных коммуникациях
Определение необходимого количества акустических излучателей производится из расчета – по одному излучателю на каждый вентиляционный канал или дверной тамбур или 25 – 30 м2 подвесного потолка (при этом акустические колонки устанавливаются за подвесным потолком вблизи возможных мест установки микрофонов средств разведки).
Система виброакустической маскировки, установленная в выделенном (защищаемом) помещении сама не должна создавать дополнительных технических каналов утечки информации, например, за счет электроакустических преобразований акустических сигналов или паразитной генерации. Поэтому после установки системы необходимо провести ее проверку на соответствие “Нормами защиты речевой информации, обрабатываемой техническими средствами, от утечки за счет побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН)” (Гостехкомиссия России, 1998 г.).
Настройка и оценка эффективности системы виброакустической маскировки проводится в процессе ее аттестации с использованием аттестованной измерительной аппаратуры контроля общего применения [3].
Выбор мест (контрольных точек) размещения элементов аппаратуры контроля зависит от типа аппаратуры речевой разведки, в отношении которой осуществляется защита речевой информации.
При известном месте расположения источника речевого сигнала (рабочий стол, место беседы и пр.) точка установки источника тестовых акустических сигналов располагается в месте расположения источника речевого сигнала. При невозможности определения конкретного месторасположения источника речевого сигнала источник тестовых акустических сигналов располагается на расстоянии 1 м от ближайшей ограждающей конструкции на разведопасном направлении и на таком же расстоянии от других ограждающих конструкций и предметов.
Контрольными точками установки акустического датчика (измерительного микрофона) являются места возможного размещения аппаратуры речевой разведки (стоянки автомобилей, автобусные остановки, скамейки для отдыха, окна близлежащих зданий и т.п.). При невозможности установки измерительного микрофона в реальных местах возможного расположения аппаратуры речевой разведки контрольные точки размещают на границе контролируемой (охраняемой) зоны.
При контроле защищенности речевой информации от виброакустической аппаратуры речевой разведки контрольными точками установки измерительного контактного микрофона (виброакустического датчика) являются внешние по отношению к источнику речевого сигнала поверхности различных ограждающих конструкций, инженерных коммуникаций и других предметов, которые находятся на разведопасных направлениях, а также возможные места на инженерных коммуникациях (строительных конструкциях и т.п.), доступных посторонним лицам.
Для контроля выполнения норм защищенности речевой информации от оптико-электронной аппаратуры речевой разведки используется также контактный виброакустический датчик, который крепится с помощью специальной пасты или клея на внешних поверхностях стекол окон или других отражающих пластин, колеблющихся под действием речевых акустических сигналов, и нормаль к их поверхности совпадает с разведопасным направлением.
После проведения измерений для каждой точки контроля рассчитывается словесная разборчивость речи W. Если в результате расчетов окажется, что W > Wп (где Wп нормативное (пороговое) значение) производится настройка соответствующего канала системы (или увеличение уровня сигнала в соответствующем канале, или в соответствующей октавной полосе). При W Ј Wп фиксируются установленные уровни сигнала в соответствующих каналах и спектральных полосах и система может приниматься в эксплуатацию.
Литература
1. Аппаратура виброакустической защиты помещений “VNG-012GL: Руководство пользователя. М.:ИКМЦ-1, 2003. 25 с.
2. Аппаратура виброакустической защиты помещений VNG-012GL: Технические условия. М.:ИКМЦ-1, 2003. 50 с.
3. Железняк, В.К., Макаров Ю.К., Хорев А.А. Некоторые методические подходы к оценке эффективности защиты речевой информации//Специальная техника. 2000, № 4, с. 39 – 45.
4. Комплексы виброакустической защиты серии Барон”: Информационные материалы. М:НПЦ Нелк”, 2003. 18 с.
5. Современные технологии безопасности: Каталог. М.: ЦБИ “Маском”, 2003. 52 с.
Таблица 2. Технические характеристики генераторов шума систем виброакустической маскировки
Таблица 3. Технические характеристики виброизлучателей