Главная
(495) 740-43-40
доб. 13-10
Регистрация

Проблемы проведения измерений в вибрационном канале утечки речевой информации

03.12.2015

Проблемы проведения измерений в вибрационном канале утечки речевой информации

Игорь Вадимович Куницын,
кандитат технических наук, доцент,
старший преподаватель Учебного центра
безопасности информации «МАСКОМ»

Андрей Валерьянович Кондратьев,
начальник научно-исследовательского
отдела ООО «ЦБИ «МАСКОМ»
kiv51@mail.ru


Вопросы проведения специальных исследований в вибрационном канале утечки речевой информации достаточно полно рассмотрены в [2–4]. В [1] представлен обширный и подробный материал по теории и практике проведения специальных исследований. Общение с представителями организаций-лицензиатов ФСТЭК России практически из всех регионов нашей страны показывает, что существуют проблемные вопросы проведения вибрационных измерений в ходе аттестационных испытаний. В данной статье сделана попытка дополнить вышеприведенные источники материалом, который в какой-то мере может помочь специалистам в решении проблемных вопросов.


Авторы статьи не один раз убеждались в следующем явлении. Проведены вибрационные измерения на ограждающих конструкциях, причем проведены в полном соответствии с требованиями методических документов. Результаты измерений и расчетов показывают, что словесная разборчивость речи W много меньше нормированного значения (табл. 1). Однако при проведении качественного контроля защищенности речевой информации с использованием поисковых приборов «Пиранья» или «Бинафон» (рис. 1–2) оказывалось: перехват акустических сигналов по вибрационному каналу возможен.

Анализ результатов измерений демонстрирует, что при заданном уровне тестового акустического сигнала Lтс.i сигнал на границе КЗ обнаружен (уровень виброускорения сигнала и шума Vс+ш.i более чем на 6 дБ превышает уровень виброускорения фонового шума Vш.i). Расчет, выполненный по результатам измерений, показывает, что словесная разборчивость речи составляет 0,04. Ориентировочная оценка при прослушивании речи при помощи простых технических средств дает оценку разборчивости до 0,8.

Попытаемся разобраться в причинах этого опасного явления.


Среднегеометрическая частота октавы, i, Гц Результат измерений Результат расчета
Уровень тестового акустического сигнала, Lтс.i , (дБ) Уровнь вибрационного сигнала и шума на границе КЗ, Lс+ш.i , (дБ) Уровнь вибрационного шума на границе КЗ, Lш.i , (дБ) Отношение сигнал/шум, (дБ) Словестная разборчивость речи, W
250 102 75 42 –3,00 0,4
500 99 71 45 –7,01
1000 100 70 51 –20,06
2000 95 68 58 –29,46
4000 93 64 57 –33,97
Таблица 1. Результат вибрационных измерений на стене (одна реализация)


Опросы, проводимые в учебных центрах компаний «Маском» и «Cюртель», показывают, что подавляющее большинство лицензиатов ФСТЭК России при проведении измерений в акустическом и виброакустическом каналах (АВАК) утечки речевой информации работают с программно-аппаратными комплексами «Шепот» и «Спрут-7». В составе этих комплексов для проведения измерений виброускорения имеется акселерометр АР98-100 (новое обозначение – АР2098-1001). При массе без кабеля 40 г среднеквадратическое значение собственного шума в диапазоне 1–12 000 Гц у него составляет 0,0002g или 0,002 м/с2, или 66 дБ относительно 10–6 м/с2. Спектр шума в характеристиках акселерометра не приводится, однако, используя программно-аппаратные комплексы, можно измерить октавные (или третьоктавные) уровни собственных вибрационных шумов используемого акселерометра.

Замеры собственных шумов акселерометра, (а точнее, собственных шумов средства измерения в составе акселерометра, кабеля или радиоканала, шумомера), можно провести на стенде, который изображен на рис. 3. При этом акселерометр должен быть подключен к шумомеру только штатным антивибрационным кабелем.

ris_1.jpg
Рис. 1. Многофункциональный поисковый прибор ST-031 «Пиранья»
ris_2.jpg
Рис. 2. Комплекс для выявления каналов утечки речевой информации «Бинафон-Н»



ris_3.jpg
Рис. 3. Стенд для замеров собственных вибрационных шумов средства измерения


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Vш.акс.i 42 45 51 58 57
Таблица 2. Собственные октавные шумы средства измерения (вариант)


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Шумовая обстановка шумная 67 64 61 58 55
средняя 59 53 47 41 35
тихая 49 40 31 22 13
Требуемый уровень шумов средства измерений 43 34 25 16 7
Собственный шум средства измерения с акселерометром АР2098-100 42 45 51 58 57
Таблица 3. Уровни октавного вибрационного шума объектов Vшi, дБ в различной обстановке


ris_4.jpg
Рис. 4. Панель анализатора спектра ПАК «Спрут-7».

«График 1»: результаты текущего измерения, отображаются прямоугольниками синего цвета.
«График 2»: собственные вибрационные шумы измерителя, отображаются незакрашенными прямоугольниками, обозначенными пунктирными линиями серого цвета

Проведя измерения, можем получить следующие значения уровня собственных вибрационных шумов (табл. 2). Сравнивая полученный результат с результатами измерений в табл. 1 можно сделать вывод, что расчет словесной разборчивости речи был проведен не по вибрационным шумам ограждающей конструкции, а по собственным шумам средства измерений.

Возникает вопрос: что делать?

Можно наметить несколько путей решения этой проблемы:

  • использование нормированных вибрационных шумов;
  • применение малошумящих средств измерений;
  • применение САЗ.

Реализация первого из вышеперечисленных путей возможна только после соответствующего решения ФСТЭК России, отраженного в утвержденных нормативно-методических документах (НМД) по изменению действующих методик оценки защищенности речевой информации. С большой степенью вероятности можно предположить, что при нормированных вибрационных шумах без применения пассивных или активных мер защиты нормы противодействия выполняться не будут. Применение средств активной защиты(САЗ), конечно, поможет обеспечить требуемую словесную разборчивость речи, но при этом уровень паразитного акустического шума может быть значительным. Дело в том, что уровень вибрации, создаваемый САЗ, необходимо измерить, а измерения окажутся корректными только в том случае, если измеренные уровни хотя бы на 6 дБ превысят уровни собственных шумов средства измерений.

Второй путь решения проблемы – применение малошумящих средств измерений – достаточно подробно рассмотрен в [1]. В данной работе отмечается: чем меньше собственные шумы – тем выше стоимость. И самое главное – ни в одном нормативно-методическом документе к средствам вибрационных измерений нет требований к уровню собственных шумов.

И все-таки попытаемся ответить на вопрос: каким должен быть уровень собственных шумов средства измерений?

В [1] приводится следующая информация: «Статистическая обработка значительных массивов экспериментальных данных, полученных в результате измерений уровней фоновых вибрационных шумов на различных действующих объектах, позволила выделить три основных типа вибрационной обстановки. В табл. 3 представлены октавные уровни фонового вибрационного шума для шумной, средней и тихой вибрационной обстановки. Следует заметить, что подавляющее большинство объектов акустической защиты относятся к среднему и тихому типу вибрационной обстановки».

Анализ табл. 3 позволяет предъявить требования к собственным шумам средств измерений. Как уже отмечалось выше, для того чтобы измерения стали корректными, собственные шумы средства измерений должны быть, как минимум, на 6 дБ меньше измеряемой величины.

Показатели требуемого уровня собственных шумов средства измерения представлены в табл. 3. Реализация этих требований является достаточно сложной технической задачей.

Кроме этого, анализ табл. 3 показывает, что применяемые акселерометры АР2098-100 в принципе не могут использоваться для проведения измерений на ограждающих конструкциях.

Третий путь решения проблемы заключается в следующем: на ограждающую конструкцию устанавливаются вибропреобразователи, и уровень вибрационной помехи выставляется, как минимум, на 6 дБ в каждой октаве больше, чем уровень собственных шумов применяемого средства измерений. Это означает, что измерение шума прошло достаточно корректно. В настоящее время такой путь решения проблемы является наиболее приемлемым, хотя за него придется «платить» повышенным уровнем паразитного акустического шума от средств активной защиты.

Рекомендации

1. Обязательно провести измерения уровней собственных шумов средства измерений и запомнить их. При проведении измерений на ограждающих конструкциях все результаты измерений сравнивать с уровнями собственных шумов. Результатам измерений следует доверять только в том случае, если измеренные уровни виброускорения хотя бы на 6 дБ превышают уровни собственных шумов.

Для тех, кто использует ПАК «Спрут-7», рекомендуется измеренные уровни собственных вибрационных шумов запомнить в отдельном файле и всегда отображать их в «Графике 2» для оперативного сравнения с результатами измерений (рис. 4).

Для тех, кто использует ПАК «Шепот», рекомендуется измерить и запомнить уровни собственных шумов для трех случаев (табл. 4):

  • только с использованием антивибрационного кабеля;
  • с использование штатного микрофонного кабеля длиной 20 м;
  • с использованием радиоканала.


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Vшi , с использованием антивибрационного кабеля, дБ 42 45 51 58 57
Vшi , с использованием антивибрационного кабеля и штатного микрофонного кабеля длиной 20 м, дБ 47 47 52 58 61
Vшi , с использованием антивибрационного кабеля и штатного радиоканала, дБ 52 54 57 60 64
Таблица 4. Уровни собственных октавных вибрационных шумов ПАК «Шепот» (вариант)


При использовании микрофонного кабеля длиной 20 м на него в сильной степени наводятся сетевые гармоники. Особенно высок уровень сетевых гармоник в первой октаве. Измерения собственных шумов с микрофонным кабелем необходимо выполнять непосредственно на аттестуемом объекте.

При использовании радиоканала появляются дополнительные шумы, вызванные двойным преобразованием сигнала в блоках радиоканала (в передатчике – «аналог –цифра», в приемнике «цифра – аналог»). В ПАК «Спрут-7» проводить такие измерения не надо, так как по радиоканалу передается не сам сигнал, а уже результат измерений.

2. При предварительном контроле защищенности речевой информации нормативные документы требуют проведения только слухового контроля. Другими словами, в данном случае проводится качественный контроль в акустическом канале утечки речевой информации, чего явно недостаточно: помимо этого необходимо проводить качественный контроль и в вибрационном канале утечки.

ris_5.jpg Рис. 5. Схема соединений измерительных усилителей ПАК «Спрут-7» для качественного контроля в вибрационном канале утечки речевой информации (вариант)


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Vшi , на трубе отопления без гальванического контакта «труба – акселерометр» 45 48 55 60 63
Vшi , на трубе отопления с гальваническим контактом «труба – акселерометр» 91 98 99 94 90
Таблица 5. Уровни измеренных вибрационных шумов на трубе системы отопления (вариант)


Для этого целесообразно использовать поисковые приборы типа «Пиранья», «Бинафон», ПКУ-6 и др. В том случае, если такие приборы отсутствуют, а имеется ПАК «Спрут-7», то можно использовать два усилителя из состава ПАК, а вместо акселерометра – электродинамический вибропреобразователь любого типа (рис. 5). Каждый усилитель имеет коэффициент усиления 40 дБ, уровень собственных шумов измерительного усилителя № 1 – 8 нВ/Гц0,5, уровень собственных шумов усилителя № 2 – 100 нВ/Гц0,5.

Специалисты, проводящие измерения на элементах системы отопления и других металлических конструкциях, наверняка замечали такое явление: в некоторых контрольных точках наблюдался повышенный уровень вибрационного шума. Причина этого явления – гальванический контакт измерительного акселерометра с металлической конструкцией. На систему отопления наводятся электрические сигналы от сети электропитания, от электроприборов находящихся на объекте, и т. д. Были отмечены высокие уровни шумовых электрических сигналов в системе отопления во время магнитной бури. Эти электрические сигналы в шумомере отображаются как результат измерения фонового вибрационного шума (табл. 5).

Если результат измерения при наличии гальванического контакта использовать в расчете словесной разборчивости речи, то, как правило, норма противодействия будет выполняться, хотя на самом деле вибрационный канал утечки речевой информации присутствует.

Для устранения этого явления можно дать только одну рекомендацию: необходимо исключить гальванический контакт измерительного акселерометра с металлической поверхностью, на которой проводятся измерения. Наиболее простым вариантом является использование одного слоя газетной бумаги между акселерометром и исследуемой поверхностью (газетная бумага является достаточно тонкой, обладает высокой плотностью и не обладает демпфирующими свойствами). Варианты крепления акселерометра на трубах отопления показаны на рис. 6.

Во время проведения занятий в учебных центрах «Маском» и «Сюртель» слушатели постоянно задают вопрос: «Как правильно крепить акселерометр к оконному стеклу»? Ответом на него является проведение эксперимента, суть которого заключается в следующем.

1. На поверхности оконного остекления внутри помещения выбирается удобная для измерений контрольная точка.

2. Акселерометр крепится на стекло с помощью специальной контактной пасты (производитель – ООО «Маском»). Толщина слоя пасты должна быть как можно меньше (не более 0,1 мм);

3. Напротив контрольной точки устанавливается акустическая колон- ка. Колонка на удалении 1 м должна создавать тестовый шумовой сигнал с октавными уровнями звукового давления 95–105 дБ.

4. Проводятся измерения уровня виброускорения сигнала + шума Vсш.i.. При достаточно сильном тестовом акустическом сигнале уровень сигнала + шума на внутренней поверхности стекла много больше вибрационного шума, и поэтому шумом можно пренебречь. Полученный результат будет использоваться в дальнейшем как эталонный. Уровень вибрационного шума на стекле представлен в последней строке табл. 6)

5. Стекло и акселерометр очищаются от контактной пасты, после чего осуществляется крепление акселерометра к стеклу с помощью пчелиного воска. Далее снова проводятся измерения Vсш.i .

6. Полученный результат сравнивается с эталонным и делается вывод: можно ли крепить акселерометр к стеклу с использование воска?

7. Пункты 5 и 6 повторяются для других материалов.

Результаты многократных измерений, проводимых в ходе учебных занятий, показали очень хорошую повторяемость, а результаты одной реализации приведены в табл. 6.


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Специальная контактная паста (эталон) 100,1 98,3 95,6 96,2 92,7
Пчелиный воск 100,3 98,1 95,9 96,5 92,3
Оконная замазка 100,1 98,5 95,5 96,6 92,8
Тонкий двухсторонний скотч (толщина не более 0,1 мм) 100,4 98,3 95,4 96,1 92,9
Скульптурный пластилин 100,2 98,6 95,6 96,1 92,6
Шум на стекле (для сравнения) 64 51 56 61 63
Таблица 6. Результаты измерений Vсш.i с использованием различных материалов крепежа акселерометра


Анализ результатов позволяет сделать вывод: использовать исследованные материалы можно.

При сильных морозах проводился эксперимент с так называемым «якутским» вариантом крепления акселерометра: рабочая поверхность акселерометра смачивалась водой и прижималась к наружному остеклению. Через несколько секунд вода застывала, чем обеспечивалось надежное и бездемпферное крепление акселерометра. Эксперимент также показал практически полное совпадение результатов с результатами эталонных измерений. Необходимо помнить, что измерения акселерометром АР-2098 можно проводить при температуре окружающей среды не ниже –40оС.

В ходе занятий в учебных центрах всегда проводится опрос: «А как акселерометр крепят в вашей организации»? Оказывается, в некоторых организациях акселерометр крепится на стекло с использованием присоски для переноса стекол, причем присоску крепят на то же стекло на котором проводят измерение. Конечно, использование такого варианта крепления акселерометра недопустимо, так как тяжелая присоска обладающая демпфирующими характеристиками, изменит вибрационные свойства оконного остекления.

По опросам слушателей можно сделать еще один вывод: наиболее надежное и удобное крепление акселерометра обеспечивается контактной пастой, производимой ООО «Маском».

В практической деятельности часто возникает еще одна проблема: аттестационные испытания требуется проводить в помещении, расположенном таким образом, что примыкающие к нему помещения принадлежат другой организации. В этом случае необходимо проводить вибрационные измерения на ограждающих конструкциях. Очень часто возникает ситуация, когда специалистов не допускают для проведения измерений в соседнее помещение или не дают возможность обеспечить надежный механический контакт акселерометра с ограждающей поверхностью. В этом случае принимается решение о том, что границей контролируемой зоны является внутренняя поверхность ограждающей конструкции и все измерения проводятся на ней. Но и в такой ситуации возможно появление проблем, связанных с креплением акселерометра.

Надежное крепление акселерометра на ограждающую конструкцию обеспечивается двумя вариантами: на дюбель, «посаженный» на эпоксидный клей (рис. 7 а), или на контактную пасту (рис. 7 б). Если ограждающая конструкция покрыта мягким декоративным материалом, то заказчик, как правило, возражает против его нарушения, и тогда ак- селерометр «сажают на иглу» (рис. 8) и держат его руками через изоляционный материал.

Можно ли таким образом проводить измерения? Попытаемся ответить на этот вопрос.

В процессе учебных занятий в учебном центре «Маском» со всеми слушателями проводится следующий эксперимент:

  • проводятся измерения уровней вибрационного сигнала + шума Vсш.i на ограждающей конструкции при правильном креплении акселерометра (акселерометр навернут на дюбель, см. рис. 7), при этом уровень тестового акустического сигнала выбирается таким, чтобы в каждой октаве соотношение «сигнал + шум»/шум превышало 10 дБ, то есть Vсш.i – Vш.i > 10 дБ, поскольку при таких условиях шумом можно пренебречь;
  • полученные результаты измерений принимаются за эталон;
  • проводятся измерения вибрационного сигнала + шума в той же точке, но акселерометр посажен «на иглу» (см. рис. 8), при этом акселерометр держит специалист № 1;
  • проводятся те же измерения, но акселерометр держит специалист № 2;
  • проводятся те же измерения, акселерометр держит специалист № 2, но усилие прижима акселерометра увеличивается примерно в два раза.

Результаты измерений представлены в табл. 7.


Среднегеометрическая частота октавы, Гц 250 500 1000 2000 4000
Акселерометр на дюбеле (эталон) 75 71 80 82 81
Акселерометр «на игле», держит специалист № 1 75 71 80 88 84
Акселерометр «на игле», держит специалист № 2 75 71 80 92 86
Акселерометр «на игле», держит специалист № 2 с удвоенным усилием прижима 75 71 80 89 85
Таблица 7. Результаты измерений (одна реализация)


Анализ табл. 7 показывает, что результаты измерений в первых трех октавах совпадают, а вот в четвертой и пятой октавах значения возросли, причем они находятся в зависимости от усилия прижима акселерометра к ограждающей конструкции. Объяснить это явление с физической точки зрения пока не удается.

Казалось бы, проводить измерения «на игле» нельзя. Но некоторые специалисты утверждают, что можно. В качестве доказательства они приводят следующий аргумент: если при измерении сигнала + шума и шума обеспечить одинаковое усилие прижима акселерометра, то и систематическая ошибка измерений будет одна и та же, а следовательно, при расчете отношения «сигналшум» эта ошибка будет скомпенсирована.

Логика в этом утверждении есть, только как обеспечить одинаковые усилия прижима? Вот поэтому авторы не берут на себя смелость рекомендовать этот путь решения проблемы.

У специалистов, работающих с ПАК «Спрут-7» и другими средствами измерения (за исключением ПАК «Шепот»), очень часто возникает такая ситуация: уровень вибрации сигнала + шума практически равен шуму, а иногда даже меньше, то есть Vсш.i  Vш.i несмотря на то, что тестовый акустический сигнал имеет максимально возможную величину.

Если действовать в полном соответствии с действующей методикой, то провести расчет просто невозможно, а расчетная программа «Спрут-7» выдает сообщение «infinity» (бесконечность) и расчет не проводится.

При возникновении такой ситуации рекомендуется проводить расчет «по шумам», используя следующий прием:

если Vсш.i [дБ] – Vш.i [дБ] 1 дБ, то Vс.i [дБ] = Vсш.i [дБ] – 7 дБ.

Прием расчета «по шумам» также используется в некоторых методиках расчета защищенности речевой информации по другим техническим каналам утечки.

Специалистам, работающим с ПАК «Спрут-7», можно рекомендовать следующий прием: если расчетная программа отказывается проводить расчет разборчивости речи, то следует в соответствующих октавах изменить измеренные уровни сигнала + шума в файле таким образом, чтобы уровень сигнала + шума не менее чем на 1 дБ превышал уровень шума.

У специалистов часто возникает еще один вопрос: почему необходимо выполнять калибровку акустического измерительного канала, а калибровку вибрационного измерительного канала проводить не обязательно? Все дело в том, что при проведении акустических измерений в соответствии с существующими нормативно-методическими документами требуется оценка абсолютного уровня тестового акустического сигнала. В случае вибрационных измерений нет необходимости оценивать абсолютное значение виброускорения. Если при измерении уровней виброускорения сигнала + шума и шума будет возникать одна и та же систематическая ошибка, то при расчете отношения «сигнал/шум» эта ошибка окажется скомпенсированой.

Примечание. Во всех таблицах настоящей статьи результаты измерений приведены в абсолютных величинах, так как измерения проводились с использованием ПАК «Шепот», в котором имеется возможность по результатам поверки ввести калибровочные поправки для используемого акселерометра.

Перечислим основные выводы, которые можно сделать из содержания данной статьи.

1. Целесообразно и до, и после проведения измерений проводить качественный контроль защищенности вибрационного канала утечки.

2. Если по результатам инструментального контроля нормы противодействия выполняются, а качественный контроль показывает, что канал утечки все-таки существует, то доверять целесообразно качественному контролю и искать причины обнаруженного дисбаланса.

3. Для «своего» средства измерения необходимо оценить собственные шумы и доверять полученному результату измерений только тогда, когда он хотя бы на 6 дБ превышает уровень собственных шумов.

Авторы статьи не претендуют на истину в последней инстанции и будут благодарны читателям за их замечания по содержанию представленной работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кондратьев А. В. Техническая защита информации от утечки. Теория и практика работ по выявлению и оценке основных видов ТКУИ. Москва 2015.

2. Горбатов В. С., Дураковский А. П., Куницын И. В., Панин А. В. Под общей редакцией Лаврухина Ю. Н. Учебное пособие «Контроль защищенности речевой информации в помещениях. Аттестационные испытания выделенных помещений по требованиям безопасности информации.» НИЯУ «МИФИ», Москва, 2014.

3. Кондратьев А. В. Организация и содержание работ по выявлению и оценке основных видов ТКУИ, защита информации от утечки. Справочное пособие (ДСП).– М. МАСКОМ, 2011. – 254 с.: ил.

4. Бузов Г. А., Калинин С. В., Кондратьев А. В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учеб. пособие.– М.: Горячая линия-Телеком, 2008. – 416 с.: ил.



Возврат к списку

Скачать заявку на обучение

ОБЩЕЕ РАСПИСАНИЕ КУРСОВ
Сферические панорамы классов
Оборудование и аудитории

Занятия проходят в оборудованных классах

Яндекс.Метрика