Средства активной защиты

Условия, исключающие возможность перехвата речевой информации, могут быть созданы с помощью средств активной акустической маскировки. В отличие от звукоизоляции помещений, обеспечивающей требуемое ослабление интенсивности звуковой волны за их пределами, использование активной акустической маскировки снижает отношение "сигнал/помеха" на входе технического средства разведки за счет увеличения уровня помехи.

Громкость звука, воспринимаемого человеком, зависит не только от его собственной интенсивности, но и от других звуков, действующих одновременно на барабанную перепонку уха. В силу психофизиологических особенностей восприятия звука человеком интенсивность маскирующих звуков обладает асимметричностью. Она проявляется в том, что маскирующий звук оказывает относительно небольшое влияние на тоны маскируемого звука ниже его собственной частоты, но сильно затрудняет восприятие более высоких звуков. Поэтому для маскировки акустических сигналов эффективны низкочастотные акустические шумовые сигналы. Причем речеподобными помехами обеспечивается более эффективное зашумление, чем «белым» шумом. Это объясняется большей восприимчивостью слухового анализатора к речеподобным звукам, чем к акустическому шуму с равномерным спектром.

Следует отметить, что акустическое зашумление помещения обеспечивает эффективную защиту информации в нем, если акустический генератор расположен к акустическому приемнику злоумышленника ближе, чем источник информации. Например, когда подслушивание возможно через дверь или открытое окно, то акустический.генератор целесообразно разместить возле двери или на подоконнике окна. Если неизвестно местонахождение акустического приемника злоумышленника, например закладного устройства, то размещение акустического генератора между говорящими людьми, как рекомендуют некоторые фирмы, не гарантирует надежную защиту информации. Кроме того, повышение уровня шума вынуждает собеседников к более громкой речи, что создает дискомфорт и снижает эффект от зашумления.

Снижение дискомфорта, вызванного акустическими шумами в помещении, достигается использованием специальных переговорных телефонов и акустических приемников, в которых устраняется акустический шум.

Более эффективным и активным универсальным способом защиты информации, передаваемым структурным звуком, является вибрационное зашумление. Шум в звуковом диапазоне в твердых телах создают пьезокерамические вибраторы акустического генератора, прикрепляемые (приклеиваемые) к поверхности зашумляемого ограждения (окна, стены, потолка и др.) или твердотельного звукопровода (батареи отопления, трубы и др.). Так как уровень структурного шума, создаваемого генератором, выше уровня речевого сигнала в твердых телах, но ниже уровня слышимости, то вибрационное зашумление целесообразно применять во всех случаях, когда существует возможность утечки с помощью структурного звука.

Пассивное энергетическое скрытие акустической информации от подслушивания лазерным микрофоном заключается в ослаблении энергии акустической волны, воздействующей на оконное стекло. Оно достигается использованием штор и жалюзей, а также двойных оконных рам. Активные способы энергетического скрытия акустической информации предусматривают применение генераторов шумов в акустическом диапазоне, датчики которых приклеиваются к стеклу и вызывают его колебание по случайному закону с амплитудой, превышающей амплитуду колебаний стекла от акустической волны.

Активная защита применяется в ситуациях, когда начальная эффективность каналов утечки превышает некоторое требуемое нормативное значение, и заключается в создании дополнительных мешающих помех N_i, независимых статистически от существующих шумов. Очевидно, что активная защита должна использоваться только для случаев, когда собственные помехи имеют недостаточный уровень мощности или неудачное спектральное распределение, то есть аппаратура должна генерировать помехи в местах возможного расположения датчиков негласного контроля в случаях слабых естественных помех или наличия мощного речевого сигнала в канале. Преимуществом использования активной защиты по сравнению с ориентацией на защищенность помещения по собственным помехам канала является возможность создания помех с требуемым спектральным распределением и высокой степенью стационарности (постоянства) во времени.

Однако указанными аспектами не ограничиваются проблемы практического применения методов и аппаратуры активной защиты. Появление в каналах утечки дополнительных вибрационных и акустических помех существенно изменяет ситуацию шумовой обстановки в защищаемом и смежных помещениях. Помехи проникают обратно по виброакустическим каналам утечки (ВАКУ) в исходное помещение, приводя к появлению в нем дополнительных мешающих акустических шумов N_o. Эти же шумы по паразитным виброакустическим каналам (ПВАК) проникают в смежные помещения, в том числе посторонние, создавая в них шум N_пi.

Акустический шум, проникающий в защищаемое помещение, нарушает комфортность работы защищаемого лица (группы лиц), особенно если уровень шумов N_о превышает собственные шумы помещения N_ш. Причем ситуация усугубляется сравнением начальной и получившейся после установки аппаратуры защиты шумовой акустической обстановки не в пользу последней. Для объективной оценки степени воздействия мешающих акустических шумов на человека можно ориентироваться на действующие в стране санитарные нормы, на допустимые уровни акустических шумов в помещениях различных типов и времени их воздействия на человека. Однако необходимо помнить, что субъективная негативная оценка человеком мешающего влияния шума наступает при уровнях, меньших, чем регламентированных нормативами, особенно при длительном их воздействии. Аналогично шумы, проникающие в смежные помещения, снижают комфортность работы в них, а учитывая, что эти помещения могут не принадлежать к организации, осуществляющей защиту, ситуация может привести к более серьезным мерам воздействия со стороны сторонних организация или государственных надзорных структур. Практической проблемой является невозможность измерения уровня дополнительных шумов в помещениях посторонней организации без согласования с ними.

Следовательно, возможности активной защиты ограничены принципиально и полностью определяются свойствами вибрационных и акустических каналов утечки и паразитных каналов распространения сигналов и шумов. Задача комплексной защиты рассматриваемых каналов может быть сформулирована следующим образом: необходимо обеспечить некоторое минимальное требуемое значение функционала, характеризующего показатель защиты

 [L_ci(t, f), N_ш(t, f), N_i(t, f), N_ci(t, f)] <_

при условии, что побочные остаточные шумы в защищаемом и смежном помещениях не превышает санитарных нормативов

N_o(t, f) < N_сан(t, f), N_п(t, f) < N_сан(t, f),

где f – частота;  ₀ - предельный нормативный параметр на показатель защиты;
N_сан(t, f) - санитарные нормативы.

В качестве показателя защиты могут рассматриваться различные функционалы от простых - типа отношения сигнал/помеха, до сложных - типа расчетной разборчивости речи, более адекватных решаемой задаче.

Учитывая, что каждый из сигнальных и шумовых процессов зависит от акустических свойств защищаемого помещения, каналов утечки и паразитных каналов, то задача реализации мер защиты выглядит достаточно сложной. Причем общая степень выполнения указанных выше требований зависит от величин, определяющих ослабление сигналов и помех, в большей степени, чем от величины дополнительных защитных помех.

Это можно увидеть на простом примере. Пусть величина ослабления речевого сигнала в канале утечки равна A, тогда уровень помех, который требуется создать в канале, равен величине N = L_c*A/q, где L_c – уровень речевого сигнала в защищаемом помещении; q - требуемое для защиты отношение сигнал/помеха. Уровень помех, проникающих обратно в помещение, в первом приближении можно определить, считая канал утечки симметричным, по формуле N_п = N*A. Тогда допустимый уровень помех, который можно создавать в канале утечки должен удовлетворять условию N_д = L_cA²/q < N_сан. Отсюда следует, что аппаратурные возможности генераторов вибрационных и акустических помех ограничены двумя типами нормативов (q, N_сан), уровнем исходного речевого сигнала (L_c) и амплитудно-частотными характеристиками каналов утечки (A) во второй степени. Следовательно, увеличение пассивной защиты в 2 раза (3 дБ) приводит к ослаблению требований в 4 раза (6 дБ), а изменение мощности помех приводит только к соответствующему пропорциональному изменению показателя защиты.

Из рассмотрения обобщенной схемы каналов утечки можно сделать следующие важные выводы, необходимые для совершенствования аппаратуры формирования вибрационных и акустических помех:

- в комплект аппаратуры должны входить излучатели как вибрационного, так и акустического типов, рассчитанные на установку в типовых условиях;

- общее количество излучателей обеих типов должно быть достаточным для оптимального решения некоторой типовой задачи защиты с учетом конструктивных элементов помещения (трубопроводов, окон, дверей, перекрытий и пр.);

- помеховые сигналы в каналах излучения должны быть независимы для исключения возможности снижения защитных свойств при использовании коррелированности помех в системах негласного контроля информации;

- каналы излучения должны позволять регулировать уровни мощности излучения и спектры помеховых сигналов раздельно по различным каналам излучения, что позволяет минимизировать энергетические затраты;

- аппаратура должна допускать установку и контроль по основному параметру защиты;

- аппаратура должна позволять устанавливать уровень защищенности с учетом требований на допустимый уровень остаточных акустических шумов;

- разработчик должен предлагать комплекс мер пассивной защиты, который применим к различным ситуациям с учетом особенностей разработанной аппаратуры.

Акустические генераторы шума используются для зашумления акустического диапазона в помещениях и в линиях связи. В широком смысле под шумом понимают помехи, представляющие собой смесь случайных и кратковременных периодических сигналов. В узком смысле под шумом понимают так называемый белый шум, характеризующийся тем, что его амплитудный спектр распределен по нормальному закону, а спектральная плотность мощности постоянна для всех частот.

Главными достоинствами генераторов белого шума являются их простота и, соответственно, дешевизна. К сожалению, минусов у них гораздо больше. Самый главный из них исходит из самого принципа действия прибора. Дело в том, что многие материалы и строительные конструкции обладают различным акустическим сопротивлением на разных частотах. А это значит, что для действительно надежной защиты нужно устанавливать достаточно значительную интенсивность шума. Нужно ли говорить, что это вряд ли порадует людей, ведущих переговоры. Тем более что генераторы белого шума работают постоянно, останавливаясь только при выключении.

Второй тип шума - окрашенный. В принципе он очень похож на белый, который и составляет его основу. Просто в нем появляется "обратная связь". Суть ее заключается в следующем. У генератора есть собственный микрофон. С его помощью он воспринимает разговор и анализирует его, выделяя составляющие. Ну а после этого с помощью встроенного эквалайзера устройство самостоятельно автоматически повышает или понижает уровень шума в той или иной полосе речевого диапазона. Это позволяет генератору увеличить интенсивность шума с частотой голосов собеседников и уменьшить интенсивность остальных помех. Такая технология позволяет поддерживать оптимальное соотношение шум/полезный сигнал и уменьшить, таким образом, отрицательные моменты работы людей в защищенном помещении.

Но самую надежную защиту разговоров от прослушивания дает речеподобный шум. Суть его заключается в создании помех, представляющих собой беспорядочное смешение отрывков разговоров, музыки и т. д. Сегодня разработано немало типов речеподобного шума. Однако наибольшее распространение получили три из них. Первый создается путем смешения фрагментов вещания трех радиостанций с одинаковым уровнем сигнала. Генерация второго типа шума тоже осуществляется с помощью радио. Правда, в нем выделяется один доминирующий сигнал, который смешивается с дополнительными.

Самым же эффективным считается третий тип речеподобного шума. Он создается прямо из защищаемого разговора путем многократного наложения его фрагментов друг на друга с разными уровнями интенсивности сигнала. Для примера можно рассмотреть генератор речеподобного шума X. Это устройство помимо электронного блока имеет в своем составе микрофон и колонки и работает следующим образом. Первые же звуки, произнесенные участниками конфиденциальных переговоров, улавливаются генератором и отправляются в блок преобразования. Там они подвергаются обработке, в процессе которой происходит умножение и деление их частотных составляющих. Получившаяся в результате этого процесса помеха озвучивается колонками. Шум смешивается со смысловым сигналом, отражается от стен, потолка и предметов интерьера и через какой-то промежуток времени снова улавливается микрофоном. Затем он опять поступает в блок преобразования, превращается в помеху и т. д. Таким образом, получается непрерывный процесс генерации очень эффективного речеподобного шума. Получив запись защищенного разговора, злоумышленник ничего не сможет разобрать даже с помощью специального программного обеспечения. Кроме того, помимо высокой надежности у рассмотренного генератора есть еще один плюс. Дело в том, что он работает только тогда, когда ведется беседа. Если же в помещении тихо, то и шумы не создаются.

Для защиты переговоров от прослушивания используют генераторы акустической шумовой помехи - белого шума. Они позволяют замаскировать полезную информацию на фоне шума. В отличие от однотональной или многотональной периодической помехи, музыки, шума двигателя и т.п., которые путем специальной обработки сигнала могут быть отфильтрованы, помехи типа белого шума практически не поддаются полной фильтрации и поэтому являются наиболее эффективными для закрытия информации. Кроме того, акустические генераторы белого шума эффективны еще и тем, что воздействуют непосредственно на входные низкочастотные тракты подслушивающих систем независимо от особенностей их схемотехники и принципов передачи информации.

Под первичными источниками шума понимается задающий шумящий генератор, выходное напряжение которого в последующих каскадах может усиливаться и преобразовываться по частоте.

Источники шума, применяемые в качестве первичных, весьма многочисленны. Например, ими могут быть: активное сопротивление, электронная лампа, газонаполненный триод, неоновая лампа, лампа дневного света, полупроводниковый диод или триод, фотоумножитель и др.

Общие требования, которым должен удовлетворять источник шума, следующие:

1. Равномерная спектральная плотность мощности шума в заданном диапазоне (желательно, чтобы неравномерность была не больше 1-2 дБ).

2. Достаточно большое напряжение (мощность) шума в заданной полосе частот.

3. Неизменность и воспроизводимость характеристик шума во времени и при изменении внешних условий.

4. Взаимозаменяемость источников шума без необходимости перестройки всего генератора.

В связи с этими требованиями, наиболее важными характеристиками источника шума являются:

1. Диапазон частот, в которой спектральную плотность мощности можно считать равномерной.

2.Спектральная плотность мощности или же действующее значение напряжения в заданном диапазоне частот.

3.Воспроизводимость характеристик шума от одного источника шума к другому.

Цифровой шум представляет собой временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к процессу физических шумов и называется поэтому псевдослучайным процессом. Цифровая последовательность двоичных символов в цифровых генераторах шума называется псевдослучайной последовательностью, представляющей собой последовательность прямоугольных импульсов псевдослучайной длительности с псевдослучайными интервалами между ними. Период повторения всей последовательности значительно превышает наибольший интервал между импульсами. Наиболее часто применяются последовательности максимальной длины - М-последовательности, которые формируются при помощи регистров сдвига и сумматоров по модулю 2, использующихся для получения сигнала обратной связи.