Исследование эффективности метода ультразвукового подавления диктофонов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Речевая информация является одним из основных источников получения, данных о личной жизни человека или финансовой, научно-исследовательской, производственной деятельности организации, то есть сведений, не подлежащих широкой огласке (иногда и вовсе секретной). Несмотря на значительно возросшую роль автоматизированных информационных систем (АИС), речевая информация в потоках сообщений по-прежнему носит превалирующий характер (до 80% всего потока). Говорящий человек, среда распространения акустических, виброакустических и электромагнитных колебаний, линии распространения электрических колебаний, технические средства обнаружения и обработки указанных колебаний образуют канал несанкционированного доступа к сведениям, подлежащим защите.

Вследствие этого защита речевой информации является одной из важнейших задач в общем комплексе мероприятий по обеспечению информационной безопасности объекта.

Для ее перехвата лицо, заинтересованное в получении информации, может использовать широкий арсенал портативных средств акустической речевой разведки, позволяющих перехватывать речевую информацию по прямому акустическому, виброакустическому, электроакустическому и оптико-электронному (акустооптическому) каналам. К основным из этих средств относятся:

- портативная радиоаппаратура звукозаписи (диктофоны, магнитофоны);

- направленные микрофоны;

- электронные стетоскопы;

- электронные устройства перехвата речевой информации (закладные устройства) с датчиками микрофонного и контактного типов с передачей информации по радио-, оптическому (в инфракрасном диапазоне длин волн) и ультразвуковому каналам, сетям электрического питания, телефонным линиям связи, соединительным линиям вспомогательных технических средств или специально проложенным каналам;

- оптико-электронные (лазерные).

В данной работе рассмотрен вопрос защиты речевой информации от скрытой звукозаписи посредством первого типа вышеуказанных средств - диктофонов. В частности, защиту речевой информации от скрытой записи.

Актуальность данного вопроса состоит в том, что в настоящее время остро стоит задача обеспечения защиты переговоров от скрытого протоколирования электронными средствами регистрации. Сегодня приобретение и использование скрытых средств передачи информации по радиоканалу резко ограничено законодательством. В этой ситуации наиболее простым и законным способом регистрации речевой информации является применение диктофонов. Этот класс аппаратуры (в связи с бурным развитием электроники) стал сверхминиатюрным по размерам и позволяет производить записи больших объемов информации.

Различают два класса диктофонов:

- аналоговые (с записью на магнитную ленту);

- цифровые (с записью на флэш-память).

В работе рассмотрим один из способов подавления диктофонов, когда факт проведения мероприятий по противодействию записи или перехвата речи желательно скрыть - используются ультразвуковые (УЗ) методы защиты, а также проведем сравнительный анализ с электромагнитное подавление диктофонов.

Ультразвуковые методы защиты, могут быть трех видов:

- одночастотный УЗ метод;

- двухчастотный УЗ метод;

- УЗ метод, основанный на нелинейном взаимодействии ультразвуковых колебаний с воздухом.

Средства ультразвукового подавления излучают мощные, неслышимые человеческим ухом, ультразвуковые колебания (УЗК). Современные диктофоны оснащаются, как правило, электретным микрофоном, верхний предел полосы пропускания которых составляет 25-27 кГц и попадает в ультразвуковой диапазон частот. То есть, такие диктофоны воспринимают УЗК в следствии чего применяют одночастотные и двухчастотные ультразвуковые подавители.

В то время как метод электромагнитного подавления заключается в наведении на случайные антенны диктофона, где как таковыми выступают дорожки на печатной плате и контакты элементов схемы высокочастотного помехового сигнала. Приведенный высокочастотный помеховой сигнал детектируется на нелинейных элементах диктофона и проникает в его звуковой тракт, что приводит к искажения полезного сигнала. Больше всего подвергается воздействию внешних электромагнитных помех подсистема диктофона, ответственное за преобразования акустического сигнала. Необходимо отметить, что эффективность электромагнитного подавления сильно зависит от типа диктофона и его пространственного положения относительно подавителя.

1. Одночастотный метод УЗ подавления диктофона

Система одночастотного ультразвукового подавления излучает ультразвуковые колебания (УЗК) большой интенсивности, воздействующие непосредственно на микрофоны диктофона (обычно частота излучения - немного более 20 кГц). Существует два механизма воздействия на объект подавления:

- перегрузка усилительного тракта диктофона;

- спровоцированная реакция системы автоматической регулировки уровня записи (АРУЗ).

Ультразвуковое воздействие большой интенсивности приводит к перегрузке микрофонного усилителя, стоящего сразу после акустического приемника. Происходит смещение рабочей точки нелинейного элемента усилителя, что приводит к возникновению значительных искажений записываемых речевых сигналов, часто до степени, не поддающейся дешифровке.

Наличие АРУЗ в диктофоне или РАЗУ облегчает задачу противодействия несанкционированной записи или передачи речи вследствие реакции АРУЗ на УЗ сигнал большой интенсивности, приводящей к значительному уменьшению коэффициента усиления микрофонного усилителя до значения, недостаточного для разборчивого восприятия речевого сигнала

2. Двухчастотный метод УЗ подавления диктофона

Двухчастотный метод, использующий свойство микрофонного усилителя как нелинейного элемента. Система двухчастотного ультразвукового подавления излучает два мощных ультразвуковых колебания с частотами, отличающимися друг от друга на 0,3 - 4 кГц. Эти два сигнала сбиваются на нелинейном элементе микрофонного усилителя, в результате чего получается сигнал с комбинационной частотой (разностная), лежащий в диапазоне 0,3 - 4 кГц. Этот сигнал разностной частоты и выступает в виде помехового сигнала.

Достоинством рассмотренных двух систем ультразвукового подавления - одночастотной и двухчастотной - является скрытность противодействия. Однако эффективность их резко снижается, если заранее предпринять меры противодействия подавлению, как это делается в спецсредствах, а именно:

- микрофон диктофона или РАЗУ прикрыть фильтром из специального материала, ограничивающего полосу пропускания пределами звукового диапазона;

- в тракт микрофонного усилителя установить фильтр нижних частот с граничной частотой ниже 3,4 0 - 4 кГц;

- использовать в диктофонах микрофоны с полосой пропускания до 4 - 5 кГц.

3. УЗ метод, основанный на нелинейном взаимодействии ультразвуковых колебаний с воздухом.

Как альтернативу изложенным методам можно использовать УЗ колебание большой мощности, при распространении которого в воздухе возникают нелинейные эффекты, позволяющие создать акустические помехи речевому сигналу. При малой амплитуде УЗ колебаний волны затухают в воздухе, и проявление нелинейных эффектов будет отсутствовать. Нелинейный эффект в акустическом поле можно рассматривать как результат изменения свойств среды, вызванного ультразвуковой волной и влияющего на её распространение (самовоздействие). Нелинейный эффект возникает в случае, когда скорость движения частиц в волне гораздо выше скорости самой волны. К числу нелинейных эффектов в акустическом поле относятся: изменение формы волны при её распространении и возникновение комбинационных тонов и др. Нелинейный эффект будет проявляться только в случае выполнения условия Ма>>1:

, (1.1)

где Ма - акустическое число Маха, v - амплитуда колебаний скорости частиц, с - скорость звука, p' - избыточная плотность, обусловленная волной, р - равновесное значение плотности.

Устройство защиты речевой информации, основанное на возникновении нелинейного эффекта в воздухе при распространении УЗК, должно содержать генератор ультразвуковых колебаний, модулируемых помехой звукового диапазона и узконаправленный излучатель в виде плоской решетки излучателей (рис. 2). Ультразвуковая установка излучает ультразвук, промодулированный помеховым сигналом звукового диапазона, в сторону предположительного места несанкционированного съема речевой информации. Человек не слышит ультразвук, но в связи с нелинейными эффектами, возникающими в воздухе при распространении УЗ большой мощности, слышит огибающую УЗ колебания. Следовательно, на диктофон или на РАЗУ на фоне речевого сигнала будет записан модулирующий помеховый сигнал.

Теоретическая диаграмма направленности (ДН) для линейки эквидистантно расположенных излучателей рассчитывается по формуле

, (1.2)

где n - количество излучателей (n = 6 в горизонтальной и вертикальной плоскостях), d - расстояние между центрами излучателей d = 11.2 мм, л - длина волны.

Анализируя теоретическую ДН, можно сделать вывод, что имеется также излучение боковых лепестков, расположенных под 45о относительно главного лепестка. Наличие боковых лепестков приводит к нежелательному эффекту облучения не только области пространства, подлежащей защите, но и появлению мешающих сигналов, которые после отражения от стен приводят к расширению ДН.

Боковые лепестки желательно устранить или свести к минимуму. Для того чтобы отсутствовали боковые лепестки, необходимо выполнить условие:

, (1.3)

где d - расстояние между излучателями, - длина волны.

Преобразовывая (1.3), можно получить:

. (1.4)

Из формулы (1.4) находим, чему должна равняться максимальная частота излучения при сохранении расстояния между излучателями равным d = 11,2 мм.

. (1.5)

Подставляя значения в (1.5), получаем:

.

Рассчитанная частота 15,1 кГц почти в три раза меньше частоты УЗ установки. Также видно, что 15, 1 кГц находится в диапазоне слышимых частот.

Найдем требуемое минимальное расстояние между излучателями, если частота излучения будет равной 43 кГц. По формуле (1.3) находим:

То есть физически невозможно изготовить УЗ систему излучателей с шагом dmin = 3.955 мм, поэтому необходимо оптимизировать УЗ установку, сохраняя частоту излучения 43 кГц при диаметре единичного УЗ излучателя - 9 мм.

Уменьшить уровень боковых лепестков в линейной группе излучателей возможно следующими путями:

- проведением фазировки излучателей;

- эквидистантным расположением излучателей (при соблюдении минимального расстояния между ними dmin = 9 мм).

Второй метод уменьшения боковых лепестков не требует введения дополнительных элементов в схему устройства. Расстояния неэквидистантного расположения УЗ излучателей выбираются таким образом, чтобы получить максимальный коэффициент направленности для системы излучателей:

, (1.6)

где Eoc2 - квадрат уровня осевого излучения УЗ установки (0 градусов); Eбок2 - средний квадрат уровня излучения УЗ установки во всех направлениях, кроме осевого. Интенсивность линейной группы излучателей можно рассчитать по формуле:

, (1.7)

где Un - амплитуда возбуждения n-го излучателя; n - количество излучателей; - сдвиг фазы n-го излучателя, где , di - расстояние между близлежащими излучателями; - радиальный угол.

В результате расчетов получены следующие значения: расстояния между излучателями для шести излучателей составляют d2 = d6 = 13.1мм, d3 = d5 = 9 мм, d4 = 10.1 мм при максимально возможном коэффициенте направленности 9.26.

4. Метод электромагнитного подавления диктофонов

микрофонный усилитель акустический излучатель

Принцип действия электромагнитных подавителей диктофонов одинаков, они представляет собой генератор электромагнитного излучения достаточно высокой мощности, работающий в диапазоне СВЧ (как правило, для эти генераторы радиопомех имеют относительно узкую полосу излучения, чтобы минимально создавать помехи радиоприемной аппаратуре различного назначения и максимально увеличить спектральную плотность сигнала). Частоты, на которых работают эти приборы, чаще находятся около 1 ГГц, хотя бывают исключения. Мощность - единицы ватт, например, 5-6 Вт. Приборы с большей мощностью не проходят по медицинским нормам.

Конструктивно подавители диктофонов состоят из генератора, источника питания и антенны. Электромагнитную помеху они излучают направленно: обычно это конус 60-70 градусов, направленный в одну сторону (задний лепесток излучения практически отсутствует). Именно в этой зоне и происходит подавление диктофонов. Направленный сигнал позволяет существенно увеличить напряженность электромагнитного поля в зоне подавления и снизить помехи, наводимые на радиоэлектронную аппаратуру, находящуюся вне зоны подавления (офисная оргтехника, компьютеры, телевизоры и т.д.). Поскольку шумовой сигнал наводится непосредственно во входных цепях, то одинаково хорошо подавляется и другая подслушивающая аппаратура, имеющая в своем составе микрофоны. Как и для обнаружителей диктофонов, важную роль играет степень экранировки диктофона или другого подслушивающего устройства, поэтому если диктофоны в пластмассовых корпусах подавляются на расстоянии до 5-6 метров, то в металлических - 1,5-2,5 метра. Если диктофон оборудован выносным микрофоном, то дальность подавления становится еще больше за счет того, что соединительный кабель выполняет роль антенны, принимающей излучение от аппаратуры подавления.

Применяются в основном два варианта исполнения электромагнитных подавителей: переносной, смонтированный в обычном кейсе, и стационарный, размещаемый в месте переговоров под столом или в ближайшем шкафу.

У подавителей диктофонов есть некоторые недостатки.

Первый: неблагоприятное воздействие на организм человека. Многие приборы этого класса имеют медицинские сертификаты. Как правило, в них указано, на каком расстоянии и сколько по времени может безопасно находиться человек в зоне основного лепестка. Например, для одного из изделий при расстояниях 1,5 м это время составляет до 40 минут в день, на расстоянии 2,0 м до 1 часа, а в зоне заднего и боковых лепестков время нахождения не ограничено. Здесь можно привести такое сравнение: сотовые телефоны при всей своей распространенности имеют большее влияние (вредное) на организм человека, чем подавители.

Второй недостаток: источник шумового электромагнитного излучения наводит помехи в обычной радиоэлектронной аппаратуре. Наибольшему воздействию подвержены радиоприемники, активные акустические колонки, обычные телефонные аппараты, офисные радиотелефоны с аналоговыми радиоканалами, аудио- и видеодомофоны, бытовые телевизоры, мониторы компьютеров. При неудачном расположении подавителей могут быть ложные срабатывания охранной и пожарной сигнализации. На самом деле, практически все эти проблемы можно решить грамотной установкой, расположением относительно других радиоэлектронных приборов и, как уже говорилось выше, правильным расположением относительно владельца.

5. Модернизированный акустический метод подавления диктофонов

Альтернативой рассмотренным выше методам является модернизированный акустический метод, использующий ряд особенностей восприятия звука ухом человека и формирования помехового сигнала:

- Расстояние между источником акустической помехи и местом возможного расположение диктофона необходимо свести к минимуму и сделать ее в несколько раз меньше, чем расстояние между источником языка и диктофоном;

- Формировать акустическую помеху на основе языка собеседников.

Такая помеха оказывается коррелированной с сигналом, что обеспечивает эффективное подавления даже при небольшом отношении сигнал/шум и не поддается фильтрации, так как занимает ту же полосу частот, что и речевой сигнал. Усложняется возможность получения копии помехи для проведения очистки. Помеха присутствует только в моменты наличия речевого сигнала и отсутствует в паузах. Преимуществом такого акустического подавления является то, что в случае приближение источника помехи к диктофону значительно повышается отношение уровня помехи до уровня речевого сигнала. Кроме этого, за счет формирования помехи только во время существования речевого сигнала удается избавиться от негативного психологического воздействия акустической помехи на собеседников в моменты тишины в паузах между фразами. При ведении разговора такая помеха не привлекает внимания собеседников и не затрудняет общение. Использование особенностей такого акустического подавления позволяет резко повысить эффективность подавления диктофонов.

6. Типовые устройства подавления для вышеперечисленных методов

Комплекс «Завеса» предназначен для работы в замкнутом пространстве (помещении) и обеспечивает защиту, в зависимости от необходимости, какой-либо локальной области или помещения в целом, используя многоканальную версию комплекса.

Минимальная конфигурация комплекса - двухканальная. При необходимости комплекс имеет возможность наращивания до 4-х, 6-ти, 8-ми и т. д. канальных версий. 2-х канальная система обеспечивает защиту в объеме 27 м3.

Отличительной особенностью комплекса является воздействие на микрофонное устройство и его усилитель достаточно мощным ультразвуковым сигналом (группой сигналов), вызывающее блокирование усилителя или возникновение значительных нелинейных искажений, приводящих в конечном счете к нарушению работоспособности микрофонного устройства (его подавлению).

Поскольку воздействие осуществляется по каналу восприятия акустического сигнала, то совершенно не важны дальнейшие трансформация, способы и каналы передачи перехваченной акустической информации (они могут быть сколь угодно сложными), так как информационный акустический сигнал подавляется на этапе восприятия его. Все это делает комплекс достаточно универсальным по сравнению с существующими комплексами и средствами активной защиты акустической информации от утечки по техническим каналам.

Примером устройств подавления электромагнитным методом может служить подавитель диктофонов «Шумотрон-2». Принцип действия основан на воздействии мощного электромагнитного шумового сигнала со специальным видом модуляции на электронные элементы схем устройств звукозаписи. Что приводит к навязыванию шума и нарушению процесса записи. В результате на носитель информации записывается неразборчивый шум или сильно искаженный звук. В отдельных случаях "Шумотрон-2" может эффективно подавлять диктофоны на расстоянии до 10 м, а также предотвращать или существенно затруднять несанкционированный съем информации с использованием проводных микрофонов и малогабаритных радиопередатчиков.

Обладает следующими основными техническими характеристиками:

- Частота излучения 915 МГц;

- Длительность радиоимпульса 300 мкс;

- Импульсная излучаемая мощность 120 Вт;

- Средняя излучаемая мощность 15Вт;

- Направление излучения под углом 30° по горизонтали к нормали антенны (боковой поверхности дипломата) и 36° по вертикали;

- Дальность гарантированного искажения записи 1,5 м;

- Питание сеть 220 В, 50 Гц, аккумулятор 12 В, 7 А/ч;

- Мощность, потребляемая от источников питания 100 Вт;

- Масса 11 кг;

- Габариты 500 х 400 х 120 мм.

Для удобства эксплуатации подавитель закамуфлирован в кейсе и снабжен пультом дистанционного управления включением/выключением.

Примером акустического подавления диктофона может служить подавитель «Багхантер Троян». Принцип действия основан на сьеме информации с помощью двух микрофонов, входящих в комплект поставки (т.е. в основном он предназначен для защиты переговоров двух собеседников, хотя, если передавать микрофон из рук в руки, можно использовать подавитель при разговорах нескольких человек). Электрический сигнал от микрофонов передается на встроенную в подавитель "Багхантер Троян" электронику, которая анализирует его и в соответствии с этим издает шум речевого характера из собственных колонок. Этот шум, издаваемый синхронно с речью собеседников, разрушает общий смысл произносимых фраз, в результате чего диктофоны и микрофоны записывают лишь совершенно непонятную "белиберду", восстановить по который разговор абсолютно невозможно. Громкость шумовой помехи зависит от громкости разговора. При этом на понимании собеседниками друг друга шум, издаваемый подавителем, никак не сказывается.

Обладает следующими основными техническими характеристиками:

- характер шума "звуковой хор" из дискретных фрагментов речи;

- диапазон звуковых частот 300 Гц - 4 кГц;

- выходная мощность встроенного динамика 0.5 Вт;

- акустическое давление до 80 Дб;

- максимальное напряжение линейного выхода 2 В;

- размеры 145 х 85 х 25 мм.

Заключение

Проблема предотвращения несанкционированного съема конфиденциальной речевой информации по-прежнему стоит очень остро.

Благодаря бурному развитию электроники малогабаритные диктофоны обладают высокими эксплуатационными характеристиками, позволяющими записывать информацию с высоким качеством в самых сложных условиях акустической обстановки в автоматическом режиме.

Системы ультразвукового подавления способны обеспечить надежное подавление диктофонов и акустических закладок в помещении довольно большого объема. Однако системы ультразвукового подавления имеют важный недостаток: эффективность их резко снижается, если микрофон диктофона или "закладки" прикрыть фильтром из специального материала или в усилителе с низкой частотой установить фильтр низких частот с граничной частотой 3,4...4 кГц.

Электромагнитные подавители получили наибольшее распространение на практике вследствие их эффективности и относительно недорогой цене. Данная аппаратура одинаково эффективна как против кинематических, так и цифровых диктофонов. К недостаткам "подавителей" можно отнести: неблагоприятное воздействие на организм человека, а также то, что источник шумового электромагнитного излучения наводит помехи в обычной радиоэлектронной аппаратуре. Однако при грамотной установке прибора, выполнении правил эксплуатации их можно в большей части избежать.

Устройство защиты речевой информации, основанное на использовании нелинейного эффекта взаимодействия УЗ колебаний с воздухом, может быть использовано для создания узкой защищенной области в месте наиболее вероятного расположения устройств несанкционированного документирования речевой информации.

Размещено на Allbest.ru