Программное обеспечение для расчета утечки звука из помещения

Минобрнауки России Федеральное государственное автономное образовательное Учреждение высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

технологический институт в г. Таганроге

(ТТИ Южного федерального университета) Факультет информационной безопасности Кафедра безопасности информационных технологий

«К защите допустить»

Зав. Кафедрой БИТ О.Б. Макаревич

«____» «_____________» 20__ г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

на тему: Программное обеспечение для расчета утечки звука из помещения

Руководитель дипломного проекта: В. М. Федоров Консультанты: Б. И. Марченко, А. А. Кокорев Нормоконтролер: Е. П. Тумоян Дипломник: Бокарев Сергей Игоревич Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2011

Аннотация Дипломный проект содержит страницы, рисунков, таблиц, приложений и источников.

Объектом разработки и исследования является методика специальных исследований на наличие каналов утечки акустической информации в выделенных помещениях.

Результатом работы являются программы, значительно упрощающие проведение расчета параметров защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам. Программы реализованы на языках программирования С и С++ с использованием библиотек Qt 4SDK, что позволяет использовать данный программный продукт на персональных ЭВМ под управление операционных систем семейства Window, Linux, а также MacOS. Результаты расчетов, выдаваемые программами, проверены на соответствие результатам, представленным в учебно-методической литературе. Данные, полученные при использовании программ, полностью совпали с результатами, представленными в учебно-методической литературе.

Выполнен анализ безопасности и экологичности программ для расчета параметров защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам, а также произведено технико-экономическое обоснование проекта.

Summary

The Diploma work has pages, figures, tables, applications and sources.

The object of research and development is methodology of special investigations for the presence of acoustic information leakage channels in allocated areas.

The working result is software greatly simplifying calculation of parameters of speech in formation protection from leakage through technical channels. Program are realized on programming languages C and C+ +with Qt 4SDK, which allows usage of this soft ware on personal computer sunder the control of operating systems Window, Linux, and Mac OS. The results of calculations issued by the programs checked for compliance with the results presented in educational literature. Data obtained by program fully coincided with the results presented in educational literature.

The analysis of safety and ecological compatibility of software for calculationsound leakage from the room was complete. Also was made technical and economic substantiation of the project.

Реферат Дипломный проект содержит страницы, рисунки, таблицы, приложения и источники.

МЕТОД РАСЧЕТА АКУСТИЧЕСКОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ, ПЕРСОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА, СЛОВЕСНАЯ РАЗБОРЧИВОСТЬ, ОС WINDOWS, ОС LINUX, СПЕЦИАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ, ПРОГРАММА РАСЧЕТА Объектом разработки и исследования является методика специальных исследований позволяющая определить числовое значение словесной разборчивости на границе контролируемой зоны.

Цель работы — разработка программ для расчета утечки звука из помещения.

Результатом работы являются программы позволяющие обрабатывать результаты контрольных замеров, полученные в ходе специального исследования в области акустики. Программный комплекс реализован на языках программирования C и C++ с использованием QtSDK, что позволяет производить его запуск на ПЭВМ с установленной ОС Windowsили Linux.

В теоретической части работы были описаны основные методы съема акустической (речевой) информации, методы защиты от съема акустической (речевой) информации, а также представлена методика оценки словесной разборчивости.

Программа для расчета утечки звука из помещения — результат практической части работы — была экспериментально проверена на корректность выдаваемых результатов. Результаты показали, что разработанная программа для расчета утечки звука из помещения позволяет получить результат расчетов с максимально возможной скоростью. Результаты практической эксплуатации разработанных программ полностью совпадают с результатами, представленными в учебно-методической литературе.

В качестве необходимого дополнения к практической части дипломной работы было представлено полное руководство. Данное руководство включает в себя: полное описание программы для расчета утечки звука из помещения, пошаговые инструкции по эксплуатации данной программы в среде ОС Windows, а также сведения, необходимые для сборки данной программы.

Разработка указанных программных тестов-аналогов осуществлялась непосредственно автором дипломной работы по заказу лаборатории ТСЗИ кафедры БИТ. Разработанные программы были протестированы на корректность выдаваемых результатов, и в дальнейшем будут использоваться сотрудниками в лаборатории ТСЗИ кафедры БИТ.

В данной дипломной работе представлен исходный код одной из разработанных программ — программы для расчета утечки звука из помещения при представлении сигнала семью октавными полосами.

Также готовые исполняемые программные модули разработанного комплекса тестов переданы кафедре БИТ ФИБ ТТИ ЮФУ для дальнейшей эксплуатации в лаборатории ТСЗИ.

Перечень графических материалов

Перечень условных обозначений и сокращений программное обеспечение утечка звук ВТССвспомогательные технические средства и системы ОТСС — основные технические средства и системы ПЭМИ — побочное электромагнитное излучение СИ — специальные исследования ОС — опасный сигнал ОК — ограждающая конструкция ИК — инженерная конструкция ВП — выделенное помещение САЗ — система активной защиты

• Анализ технического задания
• Введение
• 1. Параметры звуковых колебаний
• 1.1 Уравнения, определяющие параметры звука
• 1.2 Особенности восприятия звука человеком
• 2. Методы защиты помещений от утечки акустической (речевой) информации
• 2.1 Методы съема акустической (речевой) информации
• 2.2 Методы защиты от перехвата акустической (речевой) информации
• 2.3 Обзор технических средств активной защиты информации
• 3. Методика расчета параметров звукоизоляции помещения
• 3.1 Специальные исследования. Общие положения
• 3.2 Типовое содержание протокола специального исследования
• 3.3 Методика проведения контрольных замеров в области акустики и виброакустики
• 3.4 Обзор технических средств для проведения акустических и виброакустических измерений
• 4. Расчет показателя защищенности акустической речевой информации
• 4.1 Пример расчета словесной разборчивости при представлении сигнала 20-равноартикуляционными полосами
• 4.2Пример расчета словесной разборчивости при представлении спектра речевого сигнала 7 октавными полосами
• 4.3 Программная реализация расчета утечки звука из помещения
• 4.4 Анализ работы программы
• 5. Безопасность и экологичность при эксплуатации программного обеспечения для расчета утечки звука из помещения
• 5.1 Анализ и оценка условий труда оператора ПЭВМ
• 5.2 Методы и средства улучшения условий труда
• 5.3 Пожарная безопасность
• 5.4 Защита окружающей среды
• 6. Технико-экономическое обоснование разработки программного обеспечения для расчета утечки звука из помещения
• 6.1 Обоснование необходимости и актуальности разработки
• 6.2 Обоснование выбора аналога для сравнения
• 6.3 Обоснование выбора критериев для сравнения
• 6.4 Стоимостная оценка аналога и разработки
• 6.4.1 Ожидаемый экономический эффект
• 6.4.2 Расчет затрат на этапе проектирования
• 6.4.3 Расчет эксплуатационных расходов
• 6.4.4 Экономия от увеличения производительности труда пользователя
• 6.4.5 Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования программного продукта
• 6.4.6 Определение цены программного продукта
• 6.5 Сопоставление технико-интегрального экономического показателя разработанной системы с аналогом
• 6.6 Прогнозирование необходимых объемов производства
• Заключение
• Список использованных источников
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б
• ПРИЛОЖЕНИЕ В
• ПРИЛОЖЕНИЕ Г
• ПРИЛОЖЕНИЕ Д
• ПРИЛОЖЕНИЕ Е
• ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Анализ технического задания

Основная цель работы — разработка программ для расчета утечки звука из помещения.

Вводимые ограничения и требования:

— программа должна выдавать корректные результаты при вводе минимального количества исходных данных;

— в программе должен быть реализован механизм, позволяющий осуществлять загрузку и сохранение введенных данных;

— в программе должна быть предусмотрена возможность корректировки исходных данных в любой момент выполнения программы;

— после выполнения расчетов должны быть представлены не только численное значение словесной разборчивости, но и все промежуточные результаты расчетов;

— программа должна корректно работать как в ОС Windows, так и в ОС Linux.

В данной дипломной работе будет разработана программа для расчета утечки звука из помещения. При этом запуск разработанной программы будет возможен как в ОС Windows, так и Linux. В данной дипломной работе будет рассмотрен вариант запуска и выполнения программных тестов исключительно для ПЭВМ под управлением ОС Windows, однако будут предоставлены помимо исполняемых файлов Windows, бинарные файлы позволяющие осуществить запуск программы в OCLinux.

В данной дипломной работе будет рассмотрен ряд вопросов, имеющих отношение к оценке параметров защищенности помещений от утечки акустической информации по техническим каналам. Будет произведен анализ существующих методов съема информации, а также существующих методов пассивной и активной защиты от утечки информации. Также будет рассмотрен один из существующих методов расчета словесной разборчивости за пределами объекта исследования с учетом уровня шума, полученного в результате контрольных замеров. Кроме того в данную работу будет включено технико-экономическое обоснование и анализ безопасности и экологичности программного продукта, разработанного в ходе написания данного дипломного проекта.

Основной причиной, по которой тема данного дипломного проекта является актуальной в наши дни по причине необходимости проведения аттестационных испытаний для получения лицензии рядом государственных, муниципальных и коммерческих предприятий имеющих доступ к информации считающейся государственной тайной. В случае несоответствия параметров защищенности предприятия существующим нормам, деятельность предприятия может быть приостановлена до тех пор, пока уровень защищенности не будет соответствовать существующим нормам. Одной из областей подлежащих проверке при получении лицензии является акустический канал утечки информации.

Разрабатываемый программный комплекс предназначен для упрощения процедуры проведения специальных исследований в области защиты акустической (речевой) информации от утечки по техническим каналам. В частности данный комплекс предназначен для упрощения расчета параметров защищенности объекта специального исследования, что позволит значительно ускорить процесс аттестации выделенных помещений. В то же время данный программный продукт должен предоставлять подробную информацию по каждому этапу проводимых расчетов.

1 Параметры звуковых колебаний

1.1 Уравнения, определяющие параметры звука

Громкость звучания определяется амплитудой звуковой волны, при этом, чем больше амплитуда (т.е. отклонение от некоторого среднего, устойчивого состояния колеблющегося тела), тем более резким является изменениедавления среды, и тем громче издаваемый звук. Тональность звучания определяется частотой колебания звуковой волны. Чем больше частота колебаний, тем более высоким считается воспроизводимый звук. Для представления звуковой волны удобно использовать график, сходный сизображенным на рисунке 1.

Рисунок 1 — Графикколебаний поверхности, относительно состояния равновесия

Энергия звуковой волны передается частицами, колеблющимися около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около положения своего равновесия, называется колебательной скоростью частицы и описывается уравнением (1):

V = USin (2рft + G), (1)

где V-величина колебательной скорости;

U — амплитуда колебательной скорости;

fчастота звуковых колебаний;

t — время;

G — разность фаз между колебательной скоростью частиц и переменным акустическим давлением.

Амплитуда колебательной скорости характеризует максимальную скорость с которой частицы среды движутся в процессе колебаний и определяется формулой (2):

U = 2рfA, (2)

где f-частота колебаний;

A — амплитуда смещения частиц среды.

Упругие среды обладают свойством поглощать звук. Для характеристики звука, в этом случае используют коэффициент затухания (S), логарифмический декремент (D) и добротность (Q). Здесь коэффициент затухания (S)-быстрота убывания амплитуды со временем определяется формулой (3):

S = 1/t, (3)

где tвремя, за которое амплитуда уменьшается в e = 2,71 828раз. Логарифмический декремент — уменьшение амплитуды за один цикл, определяется формулой (4):

Q = T/t, (4)

Добротность системы — это величина, равная числу полных колебаний, по истечении которых амплитуда уменьшается в ep раз. Для определения промежутка времени, необходимого на такое уменьшения используется произведение tp. Добротность при этом определяется формулой (5):

Q = tp/T, (5)

В источнике также представлена формула (6) для расчета скорости звука в жидких и твердых телах:

с =, (6)

где E — модуль упругости, а с — плотность материала.

Частоты акустических колебаний в пределах 20 … 20 000 Гц принято называть звуковыми, ниже 20 Гц инфразвуковыми, выше — ультразвуковыми. Звуковые частоты также подразделяются на низкие, средние и высокие. Граница между низкими и средними — 200 … 500 Гц, между средними и высокими — 2000 … 5000 Гц.

1.2 Особенности восприятия звука человеком

Основным источником акустической информации, подлежащей защите от перехвата, является информация из звукового диапазона, воспринимаемого человеческим ухом, поэтому необходимо рассмотреть особенности человеческого слуха.

Ухо человека обладает свойствами частотного анализатора, дискретным восприятием по частотному и динамическому диапазонам (аналоговый звуковой сигнал превращается в последовательность электрических импульсов двоичного кода). Эти преобразования осуществляются внутренним ухом человека или улиткой, после чего электрические импульсы по нервной системе отправляются в слуховой центр мозга, где определяется передаваемое сообщение.

Основная мембрана улитки состоит из большого числа слабо связанных друг с другом волокон, при этом каждое из волокон колеблется при восприятии звука определенной частоты. В случае если воспринимаемый звук состоит из ряда часто, колебаться начинают несколько мембран. Полоса пропускания резонатора слухового анализатора, определенная на уровне -3 дБ, составляет для одноухого слушания на частоте 300 Гц около 50 Гц, на частоте 1000 Гц — 60 Гц, на 3000 Гц — 150 Гц. Данные полосы пропускания называются критическими полосками слуха. Величины критических полосок слуха были определены Флетчером и Цвикеромэкспериментально, причем по данным Цвикера критические полоски слуха, названные им «частотными группами» в 2−3 раза шире, чем по данным Флетчера. Критические полоски по Флетчеру используются при определении разборчивости речи, а частотные группы Цвикера — при расчетах громкости шума. На рисунке 2 представлены кривые частотной зависимости ширины критических полос и частотных групп слуха в децибелах.

Рисунок 2 — Кривые частотной зависимости ширины критических полос и частотных групп слуха в децибелах (10lgДf)

Человеческий слух воспринимает несколько сотен градаций частоты, число которых снижается при уменьшении интенсивности звука и составляет в среднем 100 — 150, при этом соседние градации отличаются друг от друга по частоте не менее чем на 4%.

Высотой звука принято называть субъективную меру частотных колебаний звука.

Высота тонас частотой 1000 Гц и уровнем ощущения 40 дБ принято считать равной 1000 мел или 10 барк (1 барк = 100 мел).

2. Методы защиты помещений от утечки акустической (речевой)информации

2.1 Методы съема акустической (речевой) информации

Речевой информацией принято считать звуковые колебания в диапазоне от 200 … 300 Гц до 4000 … 6000 Гц. Источником данных колебаний является речевой аппарат человека, после чего они могут быть преобразованы в виброакустические, пьезоэлектрические и другие сигналы.

Средой распространения звуковых сигналов в воздушных технических каналах утечки информации является воздух, для их перехвата используются высокочувствительные микрофоны или же специальные направленные микрофоны. Микрофоны могут быть объединены со звукозаписывающими устройствами либо с устройствами передачи информации (такие устройства называются акустическими закладками). Закладки могут передавать информацию по радиоканалу, в ИК-диапазоне, по цепям питания, соединительным линиям ВТСС, а также по строительным конструкциям. В случае передачи сигнала по металлоконструкциям могут быть использованы как электромагнитные, так и ультразвуковые механические колебания. Возможна также установка прослушивающего устройства в корпус телефонного аппарата находящегося на объекте прослушивания.

Вспомогательные технические средства и системы (ВТСС) — технические средства и системы, не предназначенные для передачи, обработки и хранения конфиденциальной информации, устанавливаемые совместно с ОТСС или в выделенных помещениях.

К ним относятся:

— различного рода телефонные средства и системы;

— средства и системы передачи данных в системе радиосвязи;

— средства и системы охранной и пожарной сигнализации;

— средства и системы оповещения и сигнализации;

— контрольно-измерительная аппаратура;

— средства и системы кондиционирования;

— средства и системы проводной радиотрансляционной сети и приема программ радиовещания и телевидения (абонентские громкоговорители, системы радиовещания, телевизоры и радиоприемники и т. д.);

— средства электронной оргтехники.

Основные технические средства и системы (ОТСС) — технические средства и системы, а также их коммуникации, используемые для обработки, хранения и передачи конфиденциальной (секретной) информации.

К ОТСС могут относиться средства и системы информатизации (средства вычислительной техники, автоматизированные системы различного уровня и назначения на базе средств вычислительной техники, в том числе информационно-вычислительные комплексы, сети и системы, средства и системы связи и передачи данных), технические средства приема, передачи и обработки информации (телефонии, звукозаписи, звукоусиления, звуковоспроизведения переговорные и телевизионные устройства, средства изготовления, тиражирования документов и другие технические средства обработки речевой, графической видео-, смысловой и буквенно-цифровой информации) используемые для обработки конфиденциальной (секретной) информации.

Средой распространения звуковых сигналов в вибрационных технических каналах служат конструкции зданий, сооружений (потолок, пол, стены), трубы водоснабжения, отопления, канализации. Для перехвата звуковых сигналов в вибрационных каналах используются стетоскопы (контактные микрофоны). Контактные микрофоны, объединенные с электронным усилителем, называются электронными стетоскопами. Возможно объединение в одном устройстве стетоскопа и устройства передачи информации по радиоканалу, по оптическому каналу или же в ультразвуковом диапазоне.

Электроакустические каналы утечки информации характеризуются преобразованием звуковой информации в электрические сигналы с их последующим перехватом. Данный эффект может возникать на трансформаторах, катушках индуктивности, электромагнитах вторичных электрочасов, звонках телефонных аппаратов, дросселях ламп дневного света, электрореле и т. д. Например, акустическое поле, воздействуя на якорь электромагнита вызывного телефонного звонка, вызывает его колебание. В результате чего изменяется магнитный поток сердечника электромагнита. Изменение этого потока вызывает появление ЭДС самоиндукции в катушке звонка, изменяющейся по закону изменения акустического поля. Также существуют объекты, выполняющие непосредственное преобразование акустического поля в электромагнитное. Примером таких преобразователей являются датчики пожарной сигнализации и громкоговорители. В литературе эффект акустоэлектрического преобразования также часто носит название «микрофонный эффект». Перехват информации, в данном случае осуществляется путем подключения высокочувствительных низкочастотных усилителей к линиям соединенным с источниками ПЭМИ.

«Высокочастотное навязывание» — осуществляется путем введения токов высокой частоты от генератора в соответствующей линии (цепи), имеющие функциональные связи с нелинейными или параметрическими элементами ВТСС, на которых происходит модуляция высокочастотного сигнала информационным. Информационный сигнал в данных элементах ВТСС появляется вследствие электроакустического преобразования акустических сигналов в электрические. Сгенерированный сигнал отражается от нелинейных или параметрических элементов, после чего принимается специальными приемниками. Как правило, в данном методе используются импульсные сигналы. Данный метод чаще всего используется для перехвата речевой информации преобразованной в ПЭМИ телефонным аппаратом, имеющим выход за пределы охраняемой зоны.

Оптико-электронный канал включает в себя метод лазерного зондирования тонких отражательных поверхностей (стекол окон, картин, зеркал и т. д.), вибрирующих под воздействием акустического сигнала. Отраженный от данных поверхностей лазерный луч возвращается на приемное устройство промодулированным по амплитуде и фазе, после чего производится его демодуляция с последующим выделением речевой информации. При реализации данного метода используются «лазерные микрофоны», работающие, как правило, в ближнем инфракрасном диапазоне волн.

Параметрические каналы утечки акустической информации возникают за счет изменения физических параметров таких объектов как катушки индуктивности и конденсаторы, возникающих при воздействии на данные объекты звуковых волн. Например, звуковые колебания могут изменять расстояние между витками катушек индуктивности, что будет приводить к изменению параметров электромагнитного поля возникающего на данном элементе. Также звуковые колебания могут влиять на расстояние между пластинами конденсатора. Изменения ЭМ-поля, возникающие за счет звуковых волн могут быть перехвачены и детектированы соответствующими средствами технической разведки. Примером параметрических излучателей являются гетеродины радиоприемных и телевизионных устройств. Возможна также установка в охраняемые помещения закладок, содержащих элементы, обладающие свойством преобразовывать звуковые колебания в электромагнитные, с целью перехвата преобразованных такими закладками сигналов специальным оборудованием. Такие закладки называются полуактивными. Данный тип закладок обладает существенным недостатком: для передачи информации необходимо наличие мощного ЭМ-поля, что повышает вероятность обнаружения закладного устройства данного типа. Для перехвата информации по данному каналу, используется комплект из закладного устройства, передатчика с направленным излучением и приемника.

На рисунке 3 представлена антология технических средств съема акустической (речевой) информациив соответствии с источником.

2.2 Методы защиты от перехвата акустической (речевой) информации

Методы защиты акустической (речевой) информации можно подразделить на пассивный и активные. Пассивные предполагают ослабление уровня акустического сигнала, выходящего за пределы охраняемого помещения путем установки звукопоглощающих поверхностей в контролируемом помещении, а также снижение уровня сигнала, возникшего в результате акустоэлектрических преобразований с помощью сетевых фильтров. Активные методы защиты включают в себя создание маскирующих помех, подавление или же уничтожение акустических закладок.

Основным правилом при реализации пассивного метода защиты речевой информации является обеспечение максимального соотношения сигнал/шум в точках возможного перехвата информации за счет снижения уровня несущего информацию сигнала.

В соответствии с для обеспечения максимального уровня звукопоглощения рекомендуется:

— в качестве перекрытий использовать акустически неоднородные конструкции;

— в качестве полов использовать конструкции на упругом основании или конструкции, установленные на виброизоляторы;

— потолки выполнять подвесными, звукопоглощающими со звукоизолирующим слоем;

— в качестве стен и перегородок использовать многослойные акустически неоднородные конструкции с упругими прокладками (резина, пробка, ДВП, МВП и т. п.);

— /

Рисунок 3 — Онтология средств съема акустической информации

— обеспечивать дополнительную звукоизоляцию окон путем установки резиновых прокладок между стеклом и рамой;

— использовать двойные двери с тамбуром с вибрационной развязкой дверных коробок.

Генерация шума является одним из методов активной защиты речевой информации. При использовании данного метода защиты речевой информации используется комплект из генератора белого или розового шума и системы вибрационного зашумления. Наилучший результат зашумления возникает при использовании колебаний, близких по спектральному составу речевому сигналу (диапазон частот 200 — 5000 Гц). Также рекомендуется использовать низкочастотные сигналы, так как они сильно затрудняют разборчивость звуковых сигналов более высокой частоты. Наиболее распространенная схема реализации активного метода защиты речевой информации представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Техническая реализация активных методов защиты речевой информации.

1 — генератор белого (розового) шума, 2 — полосовой фильтр, 3 — октавный эквалайзер с центральными частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц, 4 — усилитель мощности, 5 — система преобразователей (акустические колонки, вибраторы).

Подавление акустических закладок осуществляется с помощью генераторов мощных шумовых сигналов в дециметровом диапазоне длин волн за счет воздействия на микрофонные цепи и усилительные устройства диктофонов. Зона подавления определяется мощностью излучения, направленными свойствами антенны и типом зашумляющего сигнала и составляет, как правило, спектр шириной 30 — 80 градусов и радиусом 5 метров. Дальность зашумления определяется таким параметрами, как:

— тип корпуса диктофона (металлический, пластмассовый);

— используется выносной микрофон или встроенный;

— габариты диктофона;

— ориентация диктофона в пространстве.

Так, например дальность подавления экранированных диктофонов (в металлическом корпусе), составляет 0,1 — 1,5 метров, а неэкранированных (в пластмассовом корпусе), 1,5 — 4 метра.

Возможна также нейтрализация закладок путем генерации радиосигнала в диапазоне 65 — 1000 МГц с целью предотвращения передачи радиосигнала с закладки на приемное устройство.

Для нейтрализации закладок, использующих электросеть для передачи информации, используют фильтры нижних частот (отсекают высокочастотные сигналы) и разделительные трансформаторы. Разделительные трансформаторы предотвращают проникновение сигналов, появляющихся в первичной обмотке, во вторичную. Нежелательные резистивные и емкостные связи между обмотками устраняют с помощью внутренних экранов и элементов, имеющих высокое сопротивление изоляции. Степень снижения уровня наводок достигает 40 дБ.

Для пассивной защиты от микрофонного эффекта и ВЧ-навязывания рекомендуется фильтрация или отключение опасных сигналов. Для отсечения малых (преобразованных) сигналов используются встречно включенные полупроводниковые диоды, сопротивление которых для сигналов с малой амплитудой составляет сотни кОм, а для сигналов с большой амплитудой сотни Ом, что практически не ограничивает прохождение сильных сигналов в линию. Для борьбы с ВЧ-навязыванием используется фильтрация, при этом роль фильтров выполняют конденсаторы, включенные в микрофонную и звонковую цепь.

Для предотвращения утечки информации по параметрическим каналам используют металлические экраны. Как правило, экран представляет собой металлическую сетку, причем, чем меньше ячейки сетки, тем более высокие частоты способен поглотить данный экран. Так, например экран из медной сетки с ячейками 2×2 мм ослабляет сигнал на 30…35 дБ, а двойной экран на 50…60 дБ.

Также рекомендуется введение специальных организационных мер (введение многоуровневых зон доступа, оборудование контрольно пропускных пунктов, введение пропускной системы доступа на охраняемую территорию) с целью предотвращения установки закладок, а также проведение поисковых мероприятий с использованием специальных технических устройств с целью обнаружения и нейтрализации закладок.

2.3 Обзор технических средств активной защиты информации

В общем случае, средства активной защиты информации должны обеспечивать защиту акустической информации от утечки как по акустическим каналам, так и по виброакустическим. В данном разделе представлен обзор средств активной защиты отвечающих данным требованиям. Комплекс виброакустической защиты «БАРОН» предназначен для защиты объектов информатизации 1 категории и противодействия техническим средствам перехвата речевой информации (стетоскопы, направленные и лазерные микрофоны, выносные микрофоны) по виброакустическим каналам (наводки речевого сигнала на стены, пол, потолок помещений, окна, трубы отопления, вентиляционные короба и воздушная звуковая волна).

Комплекс виброакустической защиты «БАРОН» имеет четыре канала формирования помех, к каждому из которых могут подключаться вибропреобразователи пьезоэлектрического или электромагнитного типа, а также акустические системы, обеспечивающие преобразование электрического сигнала, формируемого прибором, в механические колебания в ограждающих конструкциях защищаемого помещения, а также в акустические колебания воздуха[4].

Достоинства комплекса «Барон» :

— полностью цифровое управление;

— интеллектуальное меню, гибкая система конфигурирования;

— возможность формирования помехового сигнала от различных внутренних и внешних источников и их комбинаций. Внутренние источники — генератор шума, фонемный клонер, предназначенный для синтеза речеподобных, оптимизированных для защиты речевой информации конкретных лиц помех, путем клонирования основных фонемных составляющих их речи. За счет их микширования по каждому каналу значительно уменьшается вероятность очистки зашумленного сигнала. Кроме того, наличие линейного входа позволяет подключать к комплексу источники специального помехового сигнала повышенной эффективности.

а) Каждый канал прибора имеет собственный независимый генератор шума аналогового типа и фонемный клонер, что позволяет исключить возможность компенсации помехового сигнала средствами перехвата речевой информации за счет специальной обработки, в том числе и корреляционными методами при многоканальном съеме несколькими датчиками.

б) Одним прибором можно защитить помещения большой площади различного назначения (конференц-залы и т. п.).

в) Возможность регулировки спектра помехового сигнала для повышения эффективности наведенного помехового сигнала с учетом особенностей используемых виброакустических и акустических излучателей и защищаемых поверхностей (5 полосный цифровой эквалайзер).

г) Наличие четырех независимых выходных каналов с раздельными регулировками (для оптимальной настройки помехового сигнала) для различных защищаемых поверхностей и каналов утечки. Достижение максимальной эффективности подавления при минимальном паразитном акустическом шуме в защищаемом помещении за счет вышеперечисленных возможностей настройки комплекса.

д) Встроенные средства контроля эффективности создаваемых помех: контрольный динамик для экспертной оценки качества создаваемой помехи и низкочастотный четырехканальный пятиполосный анализатор спектра, работающий с выходными сигналами всех 4 каналов, обладающий широким динамическим диапазоном, что позволяет эффективно непрерывно проводить контроль помех любого уровня, создаваемых в каждом из каналов во всем частотном диапазоне работы прибора.

е) Возможность подключения к каждому выходному каналу различных типов виброакустических и акустических излучателей и их комбинаций за счет наличия низкоомного и высокоомного выходов. Это также позволяет использовать комплекс для замены морально устаревших или вышедших из строя источников помехового сигнала в уже развернутых системах виброакустической защиты без демонтажа и замены установленных виброакустических излучателей.

ж) Наличие системы беспроводного дистанционного включения комплекса.

Комплекс виброакустической защиты «БАРОН» может быть дополнен оборудованием существенно расширяющим его возможности.

а) «Барон-В» — устройство дистанционного включения виброгенераторов типа «Барон». Обеспечивает включение (выключение) виброгенераторов с помощью собственных органов управления, а также в качестве интерфейсного оборудования для подачи команд на включение (выключение) виброгенераторов с управляющей ПЭВМ. Обеспечивает дистанционное управление двенадцатью виброгенераторами. Конструктивно выполнено в виде модуля для монтажа в RACK-стойки (шкафы).

б) «Барон-К» — устройство контроля эффективности вибрационных помех, создаваемых виброакустическими генераторами типа «Барон» или аналогичной аппаратурой. Обеспечивает предупреждение о снижении уровня вибрационной помехи на ограждающей конструкции защищаемого помещения ниже допустимого в результате выхода из строя вибраторов, генератора помех, изменения окружающих условий. К одному комплексу виброакустической защиты «Барон» можно подключить до 10 устройств «Барон-К» .

в) «Барон-ДК» — удаленный коммуникатор для контроля эффективности вибрационных помех, создаваемых виброакустическими генераторами типа «Барон» или аналогичной аппаратурой. Обеспечивает предупреждение о снижении уровня вибрационной помехи на ограждающей конструкции защищаемого помещения ниже допустимого в результате выхода из строя вибраторов, генератора помех, изменения окружающих условий. К «Барон-ДК» подключаются до двенадцати датчиков (устройств контроля типа «Барон-К»), осуществляющих съем вибрационных сигналов с контролируемых ограждающих конструкций, их предварительную обработку и усиление.

г) «Копейка» — вибрационный излучатель на стекло.

д) «Молот» — вибрационный излучатель на стену.

е) «Серп» — вибрационный излучатель на раму окна.

Комплекс виброакустической защиты «БАРОН» является генератором шума с возможностью подключения к нему различных вывода сгенерированного им шумового сигнала. Одним из основных достоинств данного устройства является возможность подключения к нему различных типов излучателей, что позволяет использовать сгенерированный им сигнал для защиты информации от утечки как по акустическому так и по виброакустическому каналу. Кроме того к нему можно подключить дополнительные устройства следящие за уровнем шумового сигнала и предупреждающие о его снижении. Сами виброгенераторы могут быть объединены с помощью устройства «Барон-В», что позволяет обеспечить контроль защищенности помещений достаточно большого объема.

Система защиты помещений по виброакустическому каналу SEL SP-55 позволяет обеспечивать защиту от:

— микроволновых систем, в том числе лазерных микрофонов, используемых для дистанционного съема акустической информации с остеклений оконных проемов;

— стетоскопных / контактных микрофонов, используемых для съема акустической информации через строительные конструкции (стены, потолки, полы, оконные проемы и их остекление) и трубы водои газоснабжения;

— радиои проводных микрофонов и средств магнитной записи, установленных в полостях стен, в пространстве подвесных потолков, каналах вентиляционных систем и др.

Система обеспечивает:

— защиту циркулирующей в выделенных помещениях речевой информации (до 1 категории включительно) от утечки по акустическому и виброакустическому каналам посредством создания регулируемых маскирующих акустических и виброакустических шумов в диапазоне частот в режиме необслуживаемой работы;

— оптимальные параметры акустического и виброакустического шумовых сигналов по любому каналу посредством их установки по октавным полосам с использованием микропроцессоров и 5-ти полосных эквалайзеров соответствующего генератора системы;

— сохранение настроек параметров акустического и виброакустического шумовых сигналов по каждому каналу с использованием энергонезависимой флеш-памяти генераторов системы;

— автоматическую самодиагностику работы системы и сообщение оператору с использованием звуковой и световой индикации о неисправностях;

— контроль и управление системы с использованием персонального компьютера.

Отличительные особенности:

— независимые формирователи шума для каждого выходного канала с длительностью автокорреляции 40 минут позволяют полностью исключить возможность шумоочистки существующими программно-аппаратными средствами, в том числе и систем с опорным каналом;

— наличие независимых пятиполосных эквалайзеров для каждого канала позволяет оптимизировать спектр помехи для получения минимального побочного акустического шума в защищаемом помещении;

— применение выходных усилителей класса D существенно повышает экономичность, надежность и стабильность параметров изделия, позволяет эксплуатировать его в более жестких климатических условиях, увеличивает время работы от автономного источника питания;

— каждый канал имеет независимую защиту от перегрузки и короткого замыкания;

— во время работы прибор постоянно контролирует исправность нагрузки каждого канала, и в случае её неисправности — обрыве или замыкании одного или нескольких виброизлучателей или колонок — выдает звуковой и световой сигнал;

— наличие интерфейса RS-485 (опция) позволяет включать его в интегрированные комплексные системы защиты информации, где удаленное управление прибором и контроль его состояния осуществляется с ПК или автономного контроллера;

— в энергонезависимую память генератора (опция для четырехканальных приборов) можно предварительно записать фрагмент звукового сигнала длительностью до 4 минут, который будет циклически воспроизводиться через один канал вместо шума;

— изделие работает как от сети переменного тока, так и от автономного источника постоянного тока (аккумулятора 12 В), который может использоваться в качестве резервного, обеспечивая бесперебойную работу при пропадании сетевого напряжения.

3 Методика расчета параметров звукоизоляции помещения

3.1 Специальные исследования. Общие положения

Специальные исследования (СИ). Выявление с использованием контрольно-измерительной аппаратуры возможных технических каналов утечки защищаемой информации от основных и вспомогательных технических средств и систем и оценка соответствиязащиты информации требованиям нормативных документов по защите информации [5, 6].

Опасный сигнал (ОС). Сигнал, содержащий подлежащую защите информацию.

Ограждающие конструкции (ОК). Все четыре стены, пол, потолок, окна и двери в выделенном помещении.

Инженерные конструкции (ИК). Все инженерные системы — отопление, водоснабжение, вентиляция, кондиционирование, канализация, находящиеся в выделенном помещении, по элементам которых может распространяться ОС, имеющие выход за пределы контролируемой зоны.

Выделенное помещение (ВП). Специальное помещение, предназначенное для регулярного проведения собраний, совещаний, бесед и других мероприятий секретного характера.

Система активной защиты (САЗ). Любая система активной защиты, независимо от ее назначения и построения.

Основной задачей СИ является выявление и измерение величин информационных сигналов в возможных каналах утечки информации — опасных сигналов. Причем, как правило, первая часть задачи является определяющей. Выявление ОС является нетривиальной задачей, в связи с малыми, по отношению к другим сигналам и к уровню помех, величинами.

Канал утечки информации состоит, в общем случае, из передатчика собственно канала и приемника сигнала. Передатчиком является любой произвольный источник опасного сигнала. Для акустического канала, примером источника ОС может служить гортань человека. Канал — некая материальная среда, в которой осуществляется передача информации. Канал утечки характеризуется погонным затуханием и уровнем шумов. В качестве такого канала может выступать стена, воздуховод, дверь и т. д. Приемник — некоторое техническое устройство перехвата информации в руках злоумышленника.

Для защиты информации от утечки, в данном случае, необходимо обеспечить максимальное соотношение сигнал/шум в точках предполагаемого съема информации злоумышленником. Для максимизации соотношения сигнал/шум можно:

— уменьшить сигнал передатчика;

— увеличить затухание сигнала в канале;

— увеличить уровень шума в канале.

на практике, как правило, используют комбинацию всех трех методов.

Задача СИ, в общем случае, сводится к измерению сигналов передатчика и пересчету измеренных значений к величине, которая может поступить на вход оптимально адаптированного к данному виду информации приемника предполагаемого противника. При необходимости, затухание в канале также измеряется и накладывается на сигнал. После окончания расчетов, соотношение сигнал/шум сравнивается с нормированными величинами.

Перед началом исследований необходимо составить список исследуемых устройств и помещений, а также провести анализ возможных точек утечки информации. Результаты данного анализа заносятся в протокол СИ. При проведении СИ реальный ОС заменяется на тест-сигнал, максимально приближенный к ОС. Результаты исследований и расчетов, связанных с данными исследованиями, предоставляются наряду с результатами исследований в виде подробных таблиц. Также в протокол СИ заносятся промежуточные значения, полученные в результате расчетов.

В случае если опасный сигнал невозможно выявить на фоне шумов, его можно принять равным уровню шумов канала и расчеты проводить по этим значениям. Факт использования данного подхода необходимо отражать в протоколе СИ. По окончании СИ полученные значения опасных сигналов сравниваются с соответствующими нормами, после чего формулируются выводы о соответствии ОС существующим нормам. Также в выводы могут быть включены рекомендации по исключению выявленных каналов утечки информации.

3.2 Типовое содержание протокола специального исследования

СИ в области акустики и виброакустики проводятся в основном для выделенных помещений. Типовое содержание протокола специального исследования:

- ограждающие конструкции;

— окна;

— двери;

— инженерные конструкции;

— контролируемая зона;

— вид проводимого контроля (аттестационный или текущий);

— виды разведок, которым осуществляется противодействие;

— описание применяемых мер и средств защиты;

— перечень измерительной аппаратуры;

— таблицы результатов измерений и расчета параметра противодействия;

— заключение.

Ограждающие конструкции. В данный раздел включается подробное описание всех стен, перегородок, перекрытий. В случае, если какая либо из ограждающих конструкций не подлежит исследованию, в протокол должна быть включена причина отказа (например, возможен отказ от исследования капитальной стены здания, поскольку она будет обеспечивать достаточную степень защиты от утечки по акустическому и виброакустическому каналам). Особое внимание следует уделить наличию щелей в ограждающих конструкциях. Для каждой такой щели должен быть проведен контрольный замер. Наличие/отсутствие щелей оговаривается в протоколе отдельно.

В раздел «окна» включают подробное описание всех окон исследуемых помещений. Параметры окон (вид остекления, материалы рам и оконной коробки, число стекол размер и количество отдельных фрамуг) определяют количество контрольных замеров. Сходные данные заносятся в разделы «двери» и «инженерные конструкции».

Раздел «контролируемая зона» содержит сведения о границах контролируемой зоны. Границы контролируемой зоны для акустического и виброакустического канала, как правило, различаются. Информация о границах контролируемой зоны определяются заказчиком до начала СИ.

Содержание раздела «виды разведок, которым осуществляется противодействие» влияет как на объекты исследования, так и на используемые при исследовании инструменты.

В разделе «описание применяемых мер и средств защиты» перечисляются все средства активной защиты (средства пассивно защиты описываются в предыдущих разделах). Также в данный раздел включают фотографии, схемы размещения оборудования и его настройки, с целью облегчения выбора конкретных точек измерения.

«Перечень измерительной аппаратуры» включает в себя подробный список аппаратуры используемой при проведении СИ.

В раздел «таблицы результатов измерений и расчета параметра противодействия"включают краткие условия проведения измерений, размещение конкретных точек измерений и элементов измерительного комплекса. Возможна замена словесного описания фотографиями, в случае достаточной информативности последних. Приналичии точек, методика замера которых отличается от использующейся в данном СИ, необходимо предоставить описание этого отличия.

«Заключение» — содержит общие выводы о степени защищенности всех ОК и ИК исследованных ВП и эффективности используемых САЗ.

3.3 Методика проведения контрольных замеров в области акустики и виброакустики

Для проведения контрольных замеров в области акустики/виброакустики необходимо наличие следующего оборудования:

- генератор НЧ-сигналов, работающий в диапазоне от 200 Гц до 10 кГц (генератор шума);

— эквалайзер для повышения уровня сигнала в выделенной области частот;

— усилитель низких частот;

— звуковые колонки;

— микрофоны;

— акселерометр;

— милливольтметр (анализатор спектра).

Измерение уровня акустического/виброакустического сигнала сводится к определению уровня звукового давления (в воздушной среде) и виброускорения (на поверхности твердого тела). Звуковое давление, создаваемое источниками сигнала на расстоянии 1 метра должно быть не менее 100 дБ. Также необходимо иметь возможность регулирования амплитудно-частотной характеристики тест-сигнала, поскольку может возникнуть необходимость генерации сигнала из заданного диапазона частот.

Порядок установки оборудования для проведения контрольных замеров следующий:

Для стен, пола, потолка и дверей — излучатель тест-сигнала на расстоянии 1 метра от конструкции по нормали к ней, на высоте 1,5 метра от ОК, первый микрофон в 0,5 метра от стены в исследуемом ВП, второй микрофон также на расстоянии 0,5 метра, но уже за ОК. В случае если ОК не имеет щелей достаточно провести два контрольных замера. В случае наличия щелей число замеров необходимо увеличить (максимально расстояние между точками замеров в этом случае составляет 1,5 … 2 метра). Аналогично проводится замер уровня виброакустического сигнала. Необходимо учитывать, что акселерометр следует устанавливать непосредственно на поверхности основной несущей конструкции, а не на покрывающие ОК штукатурку, обои, побелку и т. д. Также возможен вариант с размещением колонки в точке локализации звука (за столом владельца кабинета, на месте кафедры докладчика), поэтому месторасположение излучателя должно быть указано в протоколе.

Для окон количество замеров должно быть не меньше числа фрамуг, при этом располагается напротив центров измеряемых фрамуг.

Для системы вентиляции — излучатель располагается вблизи входного окна вентиляции на высоте 1,5 метра от пола. Первый микрофон размещается по нормали к плоскости решетки на расстоянии 0,5 метра от нее. Второй микрофон располагается в плоскости ближайшего (по ходу короба вентиляции) вентиляционного окна (не на расстоянии 0,5 метра от него). Это обусловлено тем, что при расположении прослушивающего устройства в плоскости решетки, уровень сигнала во много раз превосходит уровень сигнал на расстоянии 0,5 метра от него.

При проведении замеров рекомендуется обеспечивать следующие уровни шумов: окна с одинарным стеклом — 60…65 дБ, стеклопакеты — 70…80 дБ, двери — 70…75 дБ, двери с усиленной звукоизоляцией — до 90 дБ, капитальные перегородки — до 100 дБ.

3.4 Обзор технических средств для проведения акустических и виброакустических измерений

Программно-аппаратный комплекс для проведения акустических и виброакустических измерений СПРУТ 7. Предназначен для проверки выполнения норм эффективности защиты речевой информации от её утечки по акустическому и виброакустическому каналам, а также утечки за счет низкочастотных наводок на токопроводящие элементы ограждающих конструкций зданий и сооружений и наводок от технических средств в речевом диапазоне частот, образованных за счет акустоэлектрических преобразований.

Возможности СПРУТ 7:

— измерение характеристик акустических и виброакустических сигналов, в том числе октавный, третьоктавный анализ и анализ с использованием функции быстрого преобразования Фурье (БПФ);

— проведение исследований характеристик и проверка эффективности систем акустического и виброакустического зашумления;

— измерение уровней сигналов акустоэлектрических преобразователей с использованием функции БПФ;

— измерение и гигиеническая оценка шумов и вибрации в жилых и производственных помещениях на соответствие санитарным нормам;

— проведение измерений параметров звукои виброизоляционных свойств конструкций;

— определение реверберации помещений;

— измерение уровней электрического и магнитного полей и наводок на проводные коммуникации;

— проведение статистической обработки результатов измерений и т. д.

Программно-аппаратный комплекс СПРУТ 7 обладает рядом особеннностей.

— Впервые на практике реализована возможность использования функции быстрого преобразования Фурье, что позволяет с высокой точностью проводить измерения слабых сигналов акустоэлектрических преобразований.