Материал: Защита речевой акустической информации. Гончаров И.В

Для передачи речи в цифровой форме по стандартному телефонному каналу необходимо резко сократить полосу речевого сигнала. Эта проблема решается в устройстве, называемом вокодером. В передающей части вокодера из речевого сигнала выделяются медленно изменяющиеся информационные параметры спектра речи, основной тон вокализованных (звонких) звуков и переходы тон-шум глухих звуков.

Вокодеры различаются в зависимости от выделяемых параметров. Распространены полосные вокодеры и вокодеры с линейным предсказанием.

В полосном вокодере анализируется форма речевого сигнала с периодом анализа 10-30 мс, выделяются и передаются по телефонному каналу в цифровом виде: значения амплитуд ограниченного числа частотных полос спектра речевого сигнала, величины периода основного тона для вокализованных звуков и решение тон/шум, соответствующее наличию или отсутствию вокализованного участка в речевом сигнале. В приемном вокодере синтезируются звуки с переданными параметрами.

В большинстве практических случаев анализ речевых сигналов проводится с периодом 20 мс для 16-20 частотных полос, выделяемых полосовыми фильтрами, а параметры речи по телефонному каналу передаются со скоростью 2400 бит/с. При снижении требований к качеству синтезированной речи скорость передачи речевой информации может быть уменьшена до 1200-1800 бит/с.

В вокодерах с линейным предсказанием исходный речевой сигнал аппроксимируется кусочно-линейной функцией, каждый текущий отчет которой является линейной функцией n предыдущих отчетов. В этих вокодерах речевая информация передается величиной амплитуды, значениями коэффициентов линейного предсказания, периодом основного тона и решением о тоне или шуме. Скорость передачи речевой информации в широко распространенных вокодерах с линейным предсказанием для n=10 составляет 2400 бит/с, но существует возможность снижения ее до 800 бит/с и менее с допустимой потерей качества речи.

Вокодеры для телефонной закрытой связи со скоростью передачи 4800 бит/с обеспечивают слоговую разборчивость до 93% (словесная разборчивость достигает 99%) при удовлетворительной узнаваемости абонента. В телефонных каналах низкого качества скорость информационного потока на выходе вокодера снижают до 2400 бит/с при сохранении хорошей разборчивости, но низкой узнаваемости голоса абонента.

Шифрование речевой информации в цифровой форме производится известными методами (заменой, перестановками, аналитическими преобразованиями, гаммированием и др.).

Алгоритм DES, применяемый в США с 1976 года, является суперпозицией шифров, состоящего из 16-ти последовательных циклов, в каждом из которых сочетаются подстановки и перестановки. Он реализуется программно, обеспечивает скорость передачи 10-200 кБ/с и криптостойкость 10 операций при длине ключа 56 бит.

Алгоритм криптографического преобразования, определяемый ГОСТ 28147-89, обладает криптостойкостью, оцениваемой 10 операций (длина ключа 256 бит), обеспечивает скорость шифрования 50-70 кБ/с и реализуется в основном аппаратно.

Основным достоинством систем цифрового шифрования речевого сигнала является высокая надежность закрытия информации, так как перехваченный сигнал представляет из себя случайную цифровую последовательность. Для восстановления из нее исходного сообщения необходимо знать криптосхему шифратора и устройство вокодера.

Недостатком устройств цифрового шифрования речи являются необходимость использования модемов, техническая сложность и относительно большие габариты шифраторов, неустойчивая работа устройств в каналах с большим затуханием сигнала и с высоким уровнем помех.

Сравнительные возможности различных методов закрытия речи указаны на рис.10.

Под тактическим (низким или закрытием с временной стойкостью) понимается уровень, обеспечивающий защиту информации от подслушивания посторонними лицами в течение от минут до нескольких дней. Для дешифрования перехваченных сообщений со стратегическим (высоким, с гарантированной стойкостью) уровнем защиты информации высококвалифицированному, технически хорошо оснащенному специалисту потребуется от нескольких месяцев до многих лет.

Рис. 9. Уровни защиты различных методов закрытия речевой информации

Характеристики отечественных образцов скремблеров, обеспечивающих тактическую стойкость, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Например, закрытие речевой информации скремблером тактической стойкости с наиболее высокими показателями «Орех-А» достигается за счет временных перестановок, инверсии спектра сигнала и преобразования временного масштаба, разрушающего непрерывность речевого сигнала.

Криптографическая стойкость обеспечивается трехуровневой ключевой системой, включающей в себя:

• - пароль, известный абонентам, входящим в связь;

• - мастер-ключ, используемый при формировании ключевой информации в процессе установления соединения;

• - сеансовый ключ, генерируемый с использованием физического датчика случайных чисел.

Характеристики средств гарантированной защиты приведены в табл. 3.

Таблица 3

При использовании алгоритмов DES или ГОСТ 28147-89 на получение исходного сообщения потребуется до нескольких десятков лет.

Скремблеры выпускаются в виде подставок под телефонный аппарат («Орех-А, «Opex-IV») или отдельных блоков. Телефонный скремблер «Уза» размещается в чемодане типа «кейс» и подключается к телефонной линии напрямую или через акустический соединитель.

При применении скремблеров необходимо иметь ввиду, что скремблер должен иметь 2 сертификата: от Министерства связи - на средство связи и от ФАПСИ - на средство обеспечения безопасности информации. НТЦ ФАПСИ созданы аппараты для гарантированной защиты информации, передаваемой средствами стационарной и подвижной связи:

-- «Альфа» - аппарат шифрования речевой факсимильной и документальной информации для подвижной радиосвязи (скорость передачи 2400, 4800, 9600 бит/с, 360х280х100 мм, 8.5 кг);

- «Эпсилон» - носимый аппарат шифрования информации (4800 бит/с, 232х263х113 мм, 5.6 кг);

- «Сигма» - малогабаритный аппарат шифрования речевой информации (1200 бит/с, 156х65х261 мм, 2 кг);

- «Омега» - малогабаритный аппарат шифрования речевой, факсимильной и документальной информации (1200, 2400 бит/с, 150х74х256 мм. 3.5 кг).

Эти аппараты применяют ключ длиной 256 бит.

Дезинформирование возможно как в акустическом, так и составном каналах утечки информации. Например, после обнаружения закладки можно ее не изымать, а использовать для дезинформирования злоумышленников.

2. Способы и средства энергетического скрытия акустического сигнала

Энергетическое скрытие акустических сигналов в соответствии с рассмотренными методами защиты информации обеспечивается путем применения способов и средств, уменьшающих энергию носителя или увеличивающих энергию помех.

Простейшим способом первого метода является уменьшение громкости речи во время разговора на конфиденциальные темы. Однако это возможно, если количество собеседников мало. В иных случаях применяют звукоизоляцию, звукопоглощение и глушение звука. Второй метод предусматривает применение активных средств — генераторов акустических помех.

Звукоизоляция направлена на локализацию источников акустических сигналов в замкнутом пространстве внутри контролируемых зон. Основное требование к ней - за пределами этой зоны соотношение сигнал/помеха не должны превышать максимально-допустимые значения, исключающие добывание информации злоумышленниками. Учитывая, что средняя громкость звука говорящего в помещении составляет около 50-60 дБ, то в зависимости от категории помещения его звукоизоляция должна быть не менее норм, приведенных в табл. 4.

Таблица 4

При этих значениях звукоизоляции уровни звука вне помещений на фоне акустических шумов не обеспечивают подслушивание разговоров.

Звукоизоляция обеспечивается с помощью архитектурных и инженерных конструкций: ограждений, экранов, кабин, кожухов (рис. 10).