Материал: Защита речевой акустической информации. Гончаров И.В

1. Звукоизоляция помещений

Звукоизоляция помещений направлена на локализацию источников акустических сигналов внутри них и проводится с целью исключения перехвата акустической (речевой) информации по прямому акустическому (через щели, окна, двери, вентиляционные каналы и т.д.) и вибрационному (через ограждающие конструкции, трубы водо-, тепло-, газоснабжения, канализации и т.д.) каналам.

Звукоизоляция оценивается величиной ослабления акустического сигнала, которое для сплошных однослойных или однородных ограждений на средних частотах приближенно рассчитывается по формуле:

К_ог= , дБ,

где q_п – масса 1м² ограждения, кг;

f – частота звука, Гц.

Звукоизоляция помещений обеспечивается с помощью архитектурных и инженерных решений, а также применением специальных строительных и отделочных материалов.

Одним из наиболее слабых звукоизолирующих элементов, ограждающих конструкции выделенных помещений, являются окна и двери. Увеличение звукоизолирующей способности дверей достигается плотной подгонкой полотна двери к коробке, устранением щелей между дверью и полом, применением уплотняющих прокладок, обивкой или облицовкой полотен дверей специальными материалами и т. д. Если применение обивки двери недостаточно для обеспечения звукоизоляции, то в помещении устанавливаются двойные двери, образующие тамбур. Внутренние поверхности тамбура также облицовываются поглощающими покрытиями.

Звукоизолирующая способность окон, как и дверей, зависит от поверхностной плотности стекла и степени прижатия притворов. Звукоизоляция окон с одинарным остеклением соизмерима со звукоизоляцией одинарных дверей и недостаточна для надежной защиты информации в помещении. Для обеспечения необходимой степени звукоизоляции применяется двойное или тройное остекление. В случаях, когда необходимо обеспечить повышенную звукоизоляцию, применяют окна специальной конструкции (например, двойное окно с заполнением оконного проема органическим стеклом толщиной 20…40 мм). Разработаны конструкции окон с повышенным звукопоглощением на основе стеклопакетов с герметизацией воздушного промежутка между стеклами и заполнением его различными газовыми смесями или создание в нем вакуума.

Для повышения звукоизоляции помещения применяют акустические экраны, устанавливаемые на пути распространения звука на наиболее опасных (с точки зрения разведки) направлениях. Действия акустических экранов основаны на отражении звуковых волн и образовании за экраном звуковых теней.

Звукопоглощающие материалы могут быть сплошными и пористыми. Обычно пористые материалы используют в сочетании со сплошными. Один из распространенных видов пористых материалов – облицовочный звукопоглощающий материал.

Пористые звукопоглощающие материалы малоэффективны на низких частотах. Отдельные звукопоглощающие материалы составляют резонансные поглотители. Они подразделяются на мембранные и резонаторные.

Мембранные поглотители представляют собой натянутый холст (ткань) или тонкий фанерный (картонный) лист, под которым располагают хорошо демпфирующий материал (материал с большой вязкостью, например, поролон, губчатая резина, строительный войлок и т.д.). В такого рода поглотителях максимум поглощения достигается на резонансных частотах.

Перфорированные резонаторные поглотители представляют собой систему воздушных резонаторов (резонатор Гельмгольца), в устье которых расположен демпфирующий материал. Повышение звуковой изоляции стен и перегородок помещений достигается применением однослойных и многослойных (чаще - двойных) ограждений. В многослойных ограждениях целесообразно подбирать материалы слоев с резко отличающимися акустическими сопротивлениями (бетон - поролон). Уровень акустического сигнала за ограждением можно приближенно оценить по формуле /5/:

где R_c – уровень речевого сигнала в помещении (перед ограждением), дБ;

S_ог – площадь ограждения, дБ;

К_ог – звукоизоляция ограждения, дБ.

Между помещениями, зданиями и сооружениями проходит много технологических коммуникаций (тепло-, газо-, водоснабжение, кабельные сети энергоснабжения). Для них в стенах и перекрытиях делают соответствующие отверстия и проемы. Их надежная звукоизоляция обеспечивается применением специальных гильз, коробов, прокладок, глушителей, вязкоупругих заполнителей и т.д. Обеспечение требуемой звукоизоляции вентиляционных каналов достигается использованием сложных акустических фильтров и глушителей. Следует иметь в виду, что в общем случае звукоизоляции ограждающих конструкций, содержащих несколько элементов, должна оцениваться звукоизоляция наиболее слабого из них.

Для ведения конфиденциальных разговоров разработаны специальные звукоизолирующие кабины. В конструктивном отношении они делятся на каркасные и бескаркасные. В первом случае на металлический каркас крепятся звукопоглощающие панели. Кабины с двухслойными звукопоглощающими плитами обеспечивают ослабление звука до 35…40 дБ.

Более высокой акустической эффективностью (большим коэффициентом ослабления) обладают кабины бескаркасного типа. Они собираются из готовых многослойных щитов, соединенных между собой через звукоизолирующие упругие прокладки. Такие кабины дороги в изготовлении, но снижение уровня звука в них может достигать 50 … 55 дБ.

2. Виброакустическая маскировка

В случае, если используемые пассивные средства защиты помещений не обеспечивают требуемых норм по звукоизоляции, необходимо использовать активные меры защиты. Активные меры защиты заключаются в создании маскирующих акустических помех средствам разведки, т.е. в использовании виброакустической маскировки информационных сигналов. В отличии от звукоизоляции помещений, обеспечивающей требуемое ослабление интенсивности звуковой волны за их пределами, использование активной акустической маскировки снижает отношение с/ш на входе технического средства разведки за счет увеличения уровня шума (помехи).

Виброакустическая маскировка эффективно используется для защиты речевой информации от утечки по прямому акустическому, виброакустическому и оптико-электронному каналам утечки информации.

Для формирования акустических помех применяются специальные генераторы, к выходам которых подключены звуковые колонки (громкоговорители) или вибрационные излучатели (вибродатчики). Временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к шумовым колебаниям, может быть получен и с помощью цифровых генераторов шума, формирующих последовательность двоичных символов, называемую псевдослучайной.

Наряду с шумовыми помехами в целях активной акустической маскировки используют и другие помехи, например, «одновременный разговор нескольких человек», хаотические последовательности импульсов и т.д. При организации акустической маскировки необходимо помнить, что акустический шум может создавать дополнительный мешающий фактор для сотрудников и раздражающее воздействие на нервную систему человека, вызывая различные функциональные отклонения и приводить к быстрой и повышенной утомляемости работающих в помещении. Степень влияния мешающих помех определяется санитарными нормативами на величину акустического шума. В соответствии с нормами для учреждения величина мешающего шума не должна превышать суммарный уровень 45 дБ.

3. Акустическое зашумление

В отличии от пассивного метода звукоизоляции, метод акустического зашумления требует электропитания, технического обслуживания и периодического контроля работоспособности реализующих их устройств. Метод акустического зашумления целесообразно применять:

• при несоответствии нормы акустической защиты после принятия доступных мер по повышению их звукоизоляции;

• при установленном аппаратным путем (в ходе инструментального контроля) неполного соответствия нормам акустической защиты помещений, специально спроектированных и сооруженных с учетом требований акустической защиты.

В свою очередь системы акустического зашумления должны отвечать следующим требованиям:

• система акустического зашумления на расстоянии до 1 м от внешних поверхностей ограждающей конструкции выделенных помещений должна создавать шум с параметрами, соответствующими по нормам для каждой октавной полосы 0-500Гц, 500-1000Гц, 1000-2000Гц, 2000-4000Гц;

• уровни акустического шума не должны превышать действующих санитарных норм, не нарушать нормальной работы людей.

Функциональная схема технической реализации средств зашумления представлена на рис. 4.

Рис. 4. Функциональная схема технической реализации

средств зашумления

Функциональная схема состоит из источника шума, усилительного оборудования, излучающего устройства. В качестве источника шума используют генератор белого или розового шума. Для излучения шума обычно используют громкоговоритель, работающий от сети. Доступ посторонних лиц к органам управления системой зашумления должен быть исключен. Установленная система зашумления в выделенном помещении должна быть аттестована в составе этого помещения.

3. Способы и средства противодействия подслушиванию

Способы и средства противодействия подслушиванию направлены, прежде всего, на предотвращение утечки информации в акустическом (гидроакустическом, сейсмическом) каналах. Кроме того, для повышения дальности подслушивания применяются составные каналы утечки информации, содержащие наряду с акустическими также радиоэлектронные (с использованием закладных устройств) и оптические (с лазерными микрофонами). Поэтому защита информации от подслушивания включает способы и средства блокирования любых каналов, с помощью которых производится утечка акустической информации.

В соответствии с общими методами защиты информации для защиты от подслушивания применяются следующие способы:

1) информационное скрытие, предусматривающее:

• техническое закрытие и шифрование семантической речевой информации в функциональных каналах связи;

• дезинформирование;

2) энергетическое скрытие путем:

• звукоизоляции акустического сигнала;

• звукопоглощения акустической волны;

• глушения акустических сигналов;

• зашумления помещения или твердой среды распространения другими широкополосными звуками (шумами, помехами), обеспечивающими маскировку акустических сигналов;

3) обнаружение, локализация и изъятие закладных устройств.

1. Способы и средства информационного скрытия речевой информации от подслушивания

Информационное скрытие речевой информации обеспечивается техническим закрытием (аналоговым скремблированием) и шифрованием сигналов речевой информации, передаваемых по кабелям и радиоканалам.

При аналоговом скремблировании изменяются характеристики исходного речевого сообщения таким образом, что преобразованное сообщение становится нераспознаваемым «на слух», но занимает ту же частотную полосу. Это позволяет передавать скремблированные сигналы по обычным коммерческим телефонным каналам связи..

Классификация способов технического закрытия приведена на рис. 5.

Рис. 5. Классификация способов технического закрытия

В скремблере, реализующем инверсию спектра и называемым также маскиратором, осуществляется преобразование речевого спектра путем поворота частотной полосы речевого сигнала вокруг некоторой средней точки спектра fo (рис. 6). В этом случае достигается эффект преобразования низких частот в более высокие и наоборот.

Этот способ обеспечивает невысокий уровень закрытия, так как при перехвате достаточно легко определяется значение частоты fo инверсии спектра речевого сигнала.

Рис. 6. Принципы инверсии частотного спектра речевого сигнала

В скремблере, выполняющего частотные перестановки, спектр исходного речевого сигнала разделяется на несколько частотных полос равной ширины (в современных моделях число полос может достигать 10-15), производится их перемешивание по некоторому алгоритму - ключу (рис. 7). При приеме спектр сигнала восстанавливается в результате обратных процедур.

Рис. 7. Принципы частотной перестановки

Изменение ключа в ходе сеанса связи в скремблерах с динамическим закрытием позволяет повысить степень закрытия, но при этом требуется передача на приемную сторону сигналов синхронизации, соответствующих моментам смены ключа.

Другие виды преобразования носителя речевой информации реализуют временные способы технического закрытия с более высоким уровнем защиты информации. Инверсия кадра обеспечивается путем предварительного запоминания в памяти передающего скремблера отрезка речевого сообщения (кадра) длительностью Тк и считывание его (с передачей в телефонную линию) с конца кадра - инверсно. При приеме кадр речевого сообщения запоминается и считывается с устройства памяти в обратном порядке, что обеспечивает восстановление исходного сообщения. Для достижения неразборчивости речи необходимо, чтобы продолжительность кадра была не менее 250 мс. В этом случае суммарная продолжительность запоминания и инверсной передачи кадра составляет примерно 500 мс, что может создать заметные задержки сигнала при телефонном разговоре.

В скремблерах с временной перестановкой кадр речевого сообщения делится на отрезки (сегменты) длительностью τc каждый. Последовательность передачи в линию сегментов определяется ключом, который должен быть известен приемной стороне (рис. 8).

Изменением ключа в ходе сеанса связи в скремблерах с динамическим закрытием можно существенно повысить уровень защиты речевой информации. Остаточная разборчивость зависит от длительности кадра и с увеличением последнего уменьшается.

Вследствие накопления информации в блоке временного преобразования появляется задержка между поступлением исходного речевого сигнала в передатчик и восстановлением его в приемнике. Эта задержка неприятно воспринимается на слух, если превышает 1-2 с. Поэтому Тк выбирают равной (4-16) τc.

Рис. 8. Принципы временной перестановки

Используя комбинацию временного и частотного скремблирования, значительно повышают степень закрытия речи.

В комбинированном (частотно-временном) скремблере исходное сообщение разделяется на кадры и сегменты, которые запоминаются в памяти скремблера. При формировании передаваемого сообщения производятся временные перестановки сегментов кадра и перестановки полос спектра речевого сигнала каждого сегмента, Если при этом обеспечить динамическое изменение ключа временной и частотной перестановки, то уровень защиты такого комбинированного технического закрытия может не уступать цифровому шифрованию. Однако сложность реализации такого способа и требования к качеству передачи синхроимпульсов между скремблерами телефонных абонентов также высоки.

К достоинствам наиболее широко используемых скремблеров относится простота технической реализации и, как следствие, низкая стоимость и малые габариты, а также возможность их эксплуатации практически на любых каналах связи, предназначенных для передачи речевых сообщений. Основной недостаток простых скремблеров - относительно низкая стойкость закрытия информации. Кроме того, скремблеры, за исключением простейшего (с частотной инверсией), вносят искажения в восстановленный речевой сигнал. Границы частотных полос и временных сегментов нарушают целостность исходного сигнала, что приводит к появлению внеполосных составляющих. Нежелательное влияние оказывают и групповые задержки составляющих речевого сигнала.

Однако, несмотря на указанные недостатки, методы временного и частотного скремблирования, а также их различные комбинации, исключают понимание речевой информации на «слух». Для восстановления речи требуется запись закрытого сообщения на аудиомагнитофон, длительная и трудоемкая работа с использованием дорогостоящей аппаратуры. Поэтому аналоговое скремблирование успешно используется в коммерческих каналах связи для защиты конфиденциальной информации.

Альтернативой скремблированию является цифровое шифрование речевых сигналов, предварительно преобразованных в цифровую форму. При аналого-цифровом преобразовании амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени, называемые шагом дискретизации. Для того чтобы цифровой речевой сигнал имел качество не хуже телефонного, шаг дискретизации не должен превышать 160 мкс, а количество уровней квантования амплитуды речевого сигнала - не менее 128. В этом случае один отсчет амплитуды кодируется 7 битами, скорость передачи превышает 43 кбит/с, а ширина спектра дискретного двоичного сигнала равна сумме полос 14 стандартных телефонных каналов.