Раздел № 2 Угрозы безопасности информации Акустические каналы утечки информации
Темы лекции 1. 2. 3. 4. Структура акустического канала утечки информации; Отражение и поглощение акустических волн в среде распространения; Понятие реверберации и влияние времени реверберации на разборчивость речи; Способы увеличения протяжённости акустического канала утечки информации.
Тема№ 1 Структура акустического канала утечки информации Области спектра звука, в которых сосредотачивается основная мощность акустического сигнала, называются формантными областями или формантами. Форманты звуков речи расположены в области частот от 150 -200 Гц до 8600 Гц. Но основная энергия подавляющей части формант сосредоточена в диапазоне частот 300 -3000 Гц, что позволило ограничить спектр речевого сигнала, передаваемого по стандартному телефонному каналу, этой полосой. Гласные звуки имеют выраженный дискретный спектр, согласные звуки характеризуются либо сплошным спектром, либо наличием сплошного спектра в отдельных полосах частот. Средняя длительность различных звуков речи существенно различается в диапазоне 20 -260 мс. Гласные звуки более длительные, чем согласные, наибольшая длительность для звука «а» , наименьшая – для звука «п» . Длительность ударных гласных звуков больше, чем неударных.
Психологическая интенсивность акустических сигналов изменяется в пределах 0 -130 д. Б. Для человека соотношение между уровнем громкости и его качественной оценкой характеризуется следующими данными: n Очень тихая речь (шёпот) – 5 -10 д. Б; n Тихая речь – 30 -40 д. Б; n Речь умеренной громкости – 50 -60 д. Б; n Громкая речь – 60 -70 д. Б; n Крик – 70 -80 д. Б и более. Из-за того что уровень речи во время речеобразования непрерывно меняется, то интенсивность речи характеризуют средним уровнем интенсивности речи и средним спектральным уровнем речи – средним уровнем энергии, приходящейся на полосу шириной 1 Гц. Разность между пиковым (максимальным) значением речевого сигнала и его средним уровнем называют пикфактором речи. В общем случае диапазон частот акустических сигналов составляет: n менее 16 Гц (в инфразвуковом диапазоне) - вибрации машин; n 16 Гц-20 к. Гц (звуковой диапазон) - речь, звуки машин; n более 20 к. Гц (ультразвуковой диапазон) – звуки отдельных живых существ и механических средств. Источники сигналов характеризуются диапазоном частот, мощностью излучения в Вт, интенсивностью излучения в Вт/м 2 - мощностью акустической волны, прошедшей через перпендикулярную поверхность площадью 1 м 2, громкостью звука в д. Б, измеряемой как десятичный логарифм отношения интенсивности звука к порогу слышимости. Интенсивность излучения является физической характеристикой акустического сигнала, а громкость – физиологической, учитывающей разную чувствительность слуховой системы человека к акустическим волнам разной частоты.
Уровни громкости различных источников звука Так как основным источником акустической речевой информации является человек, то средняя мощность (громкость) источников сигналов акустических каналов утечки информации составляет 40 -80 д. Б.
Тема№ 2 Отражение и поглощение акустических волн в среде распространения В воздушной среде акустический сигнал распространяется в виде продольной упругой волны, которая представляет собой колебание частиц воздуха вдоль направления распространения волны. Продольные колебания воздуха приводят к изменению давления относительно атмосферного в области распространения волны. Звуковое давление, соответствующее порогу слышимости уха, составляет 10 -10 от нормального атмосферного , болевому порогу – порядка 10 -4 от атмосферного давления. В твёрдых телах наряду с продольными волнами возникают поперечные колебания, которые не создают давления в продольном направлении. Акустические волны как носители информации характеризуются следующими показателями и свойствами: n энергией (мощностью); n скоростью распространения носителя в определённой среде; n величиной (коэффициентом) затухания или поглощения; n условиями распространения акустической волны (коэффициентом отражения от границ различных сред, дифракцией. )
Скорость звука определяется формулой Лапласа: где K-модуль всесторонней упругости вещества среды распространения; ρ- плотность вещества среды распространения Значения скорости распространения звука в некоторых типичных средах приведены в таблице. Разброс значений скорости обусловлен отличиями свойств среды распространения. При распространении звуковых колебаний движение частиц среды вызывает давление во фронте волны. Фронтом звуковой волны называется поверхность, соединяющая точки поля с одинаковой фазой колебания. По мере распространения в любой среде звуковые волны затухают. n n n Затухание акустической волны в воздухе вызвано: расхождением акустической волны в пространстве; рассеянием акустической волны на неоднородностях воздушной среды; турбулентностью воздушных потоков, вызванной неравномерным распределением в пространстве температуры, давления, силы и скорости ветра.
Интенсивность сферической акустической волны в результате расхождения убывает обратно пропорционально расстоянию от источника, а амплитуда звукового давления – обратно пропорционально расстоянию. Если среда ограничена отражающей поверхностью, то степень затухания уменьшается. В металлических звуководах и в трубах большая часть энергии звуковой волны многократно переотражается от стен и в пространстве рассеивается в существенно меньшей степени. Поэтому дальность распространения акустической волны в них значительно больше. Дальность подслушивания повышается утром и вечером, в пасмурную погоду и после дождя, над водной поверхностью, зимой при отсутствии снегопада, в горах за счёт переотражения от них, а так же если ветер дует со стороны источника звука. Т. к. акустическая волна распространяется в результате передачи энергии колебаний от одной микрочастицы среды к другой, то чем выше частота колебаний, тем большая энергия нужна для раскачивания соседних микрочастиц. Поэтому затухание звука в среде распространения пропорционально квадрату частоты колебаний. При определённых условиях неоднородности создают условия для образования акустических (звуковых) каналов, по которым акустическая волна может распространяется на значительно большие расстояния, как свет по оптическим световодам. Акустические каналы чаще всего образуются воде морей и океанов на определённой глубине, на которой в результате влияния двух противоположных природных факторов создаётся акустический канал с меньшей скоростью распространения, чем выше- и нижерасположенных слоях воды. В помещении акустическая волна многократно отражается от ограждений, в результате чего в нём возникает сложное акустическое поле в виде совокупности волн, приходящихся непосредственно от источника и отражённых. Акустические сигналы при прохождении через вентиляционные воздухопроводы ослабевают из-за поглощения в стенах короба и в изгибах. Однако за счёт многократных переотражений акустической волны от стенок воздуховода её энергия не рассеивается в пространстве. В следствии этого дальность рапространения волны в воздуховоде может быть существенно больше, чем в свободном пространстве.
Тема№ 3 Понятие реверберации и влияние времени реверберации на разборчивость речи. За счёт многократных переотражений акустической волны в замкнутом пространстве возникает явление послезвучания – реверберации. Величина реверберации оценивается временем реверберации Тр равного времени уменьшения интенсивности звука после выключения его источника на 60 д. Б. При очень малом значении времени реверберации на барабанную перепонку или микрофон воздействует, в основном, быстро затухающая прямая волна. В этом случае слышимость речи при удалении от источника резко уменьшается, а тембр звуков речи за счёт большого затухания в воздухе высоких частот обедняется, что ухудшает слышимость речи в крупных помещениях. Чем больше размеры помещения и меньше коэффициент поглощения ограждающих поверхностей, тем больше время реверберации. Поэтому для каждого помещения существует оптимальное время реверберации, при котором обеспечиваются хорошие слышимость и разборчивость речи или музыки. Время реверберации менее 0, 85 с незаметно для слуха. Для большинства типовых помещений организаций время реверберации мало (0, 2 -0, 6 с) и его можно не учитывать при оценке разборчивости. Время реверберации в помещении объёмом Vп может быть вычислено по приближенной формуле Сэбина: Где S - суммарная площадь поверхности помещения в м 2; -средний коэффициент звукопоглощения в помещении; Sk и αk – площадь и коэффициент поглощения k-й ограждающей поверхности соответственно.
При распространении структурного звука в конструкциях зданий, особенно в трубопроводах, также возникает реверберационныйе явления, искажающие акустический сигнал и снижающие разборчивость речи на 15 -20%. Следовательно, в замкнутом пространстве акустическое поле представляет собой сумму «прямого» звука и отражённых акустических волн, образующих диффузное поле. Характер диффузного поля влияет на качество принимаемого звука. Качество слышимой речи субъективно оценивается градациями её понятности: отличная, хорошая, удовлетворительная, предельно допустимая. Слышимая речь характеризуется как отличная, если все слова, даже незнакомые, воспринимаются во время разговора без переспроса. Если во время разговора переспрашиваются отдельные незнакомые слова, то речь оценивается как хорошая. Частые переспросы характеризуют речь как удовлетворительную. Если возникает потребность в переспросе слов по отдельным буквам, то речь является допустимой. Понятность речи за пределами помещения.
Понятность речи зависит также от уровня и характера помех в среде распространения. Уровни шумов изменяются в течении суток, дней недели, зависят от погодных условий. Ночью и в выходные дни шумы меньше. Усреднённые значения акустических шумов в помещении и вне его на частоте 1000 Гц приведены в таблице:
Тема№ 3 Способы увеличения протяжённости акустического канала утечки информации. Применяются два вида составного канала утечки информации: акусто-радиоэлектронный и акустооптический. Акусто-радиоэлектронный канал утечки информации состоит двух последовательно сопряжённых каналов: акустического и радиоэлектронного каналов утечки информации. Приёмником акустического канала является функциональный или случайно образованный акустоэлектрический преобразователь. Электрический сигнал его выхода поступает на вход радиоэлектронного канала утечки информацииисточника электрических или радиосигналов. Структура акусто-радиоэлектронного канала утечки информации. Акустоэлектрический преобразователь образует источник опасных сигналов и реализуется в закладном устройстве, размещаемом злоумышленником в помещении. Закладное устройство как ретранслятор является более надёжным элементом канала утечки, чем побочное излучение сигнала, т. к. процесс образования канала на основе закладки управляем злоумышленником.
Акусто-оптический канал утечки информации Составной акусто-оптический канал утечки информации образуется путём съёма информации с плоской поверхности, колеблющейся под действием акустической волны с информацией, лазерным лучём в ИКдиапазоне. В качестве такой поверхности используются стекла закрытого окна в помещении, в котором циркулирует секретная информация. Перехват акустических (речевых) сигналов путем лазерного зондирования оконны стёкол →
С целью образования оптического канала стекло облучается лазерным лучём с внешней стороны, например, из окна противоположного дома. Отраженное лазерное излучение (диффузное или зеркальное) модулируется по амплитуде и фазе (по закону вибрации поверхности) и принимается приемником оптического (лазерного) излучения, при демодуляции которого выделяется речевая информация. Причем лазер и приемник оптического излучения могут быть установлены в одном или разных местах (помещениях). Для перехвата речевой информации по данному каналу используются сложные лазерные акустические локационные системы, иногда называемые "лазерными микрофонами". Работают они, как правило, в ближнем инфракрасном диапазоне волн.
Скачать презентацию Раздел 2 Угрозы безопасности информации Акустические каналы
Акустические ТКУИ.ppt