Технические каналы утечки акустической информации

Основные понятия в области акустики. Классификация акустических каналов утечки информации

Прежде чем приступать к изучению акустических каналов утечки информации, необходимо определить основные понятия в области акустики.

Звук - механические колебания частиц упругой среды, субъективно воспринимаемые органом слуха. Так как звук, по сути, является волной, его основными характеристиками являются амплитуда и спектр частот. Человек слышит звуки в диапазоне 16-20000 Гц. Звук ниже диапазона слышимости называют инфразвуком, от 20000 Гц до 1ГГц – ультразвуком, от 1 ГГц – гиперзвуком.

Информация, носителем которой являются акустические сигналы, называется акустической. Если источником информации является человеческая речь, ее называют речевой. Первичными источниками акустических колебаний являются механические системы, например, органы речи человека, а вторичными – преобразователи различного типа, в том числе электроакустические.

Звуковое давление - это переменное давление в среде, обусловленное распространением в ней звуковых волн. Величина звукового давления Р оценивается силой действия звуковой волны на единицу площади и выражается в барах(Н/м2).

Уровень звукового давления - это отношение величины звукового давления к нулевому уровню, за который принято звуковое давление :

Звуковое давление называется переменным из-за того, что передается от одной частицы к другой. Так, если в каком-то месте упругой среды произвести резкое смещение частиц, возникнет повышенное давление. Оно передастся соседним частицам, которые воздействуют на следующие и т.д. В результате область повышенного давления будет как бы перемещаться в упругой среде. При этом будет наблюдаться чередование областей повышенного и пониженного давления, которое приведет к появлению ряда областей сжатия и растяжения, распространяющихся по упругой среде в виде волны. Каждая частица среды будет совершать колебательное движение.

В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

Сила (интенсивность) звука — количество звуковой энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади; измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Следует отметить, что звуковое давление и сила звука связаны между собой квадратичной зависимостью, т.е. увеличение звукового давления в 4 раза приводит к увеличению силы звука в 16 раз.

Уровень силы звука — отношение силы данного звука I к нулевому уровню, за который принята сила звука I= 10^–12 Вт/м2, выраженное в децибелах (дБ).

Уровни звукового давления и силы звука, выраженные в децибелах, совпадают по величине.

Порог слышимости — самый тихий звук, который способен различить человек на частоте 1000 Гц, что соответствует звуковому давлению .

Громкость звука — интенсивность звукового ощущения, вызванная данным звуком у человека с нормальным слухом. Громкость зависит от силы звука и его частоты, измеряется пропорционально логарифму силы звука и выражается количеством децибел, на которое данный звук превышает по интенсивности звук, принятый за порог слышимости. Единица измерения громкости — фон.

Динамический диапазон — диапазон громкостей звука или разность уровней звукового давления самого громкого и самого тихого звуков, выраженная в децибелах.

Источником образования акустического канала утечки информации являются вибрирующие, колеблющиеся тела и механизмы, такие как голосовые связки человека, движущиеся элементы машин, телефонные аппараты, звукоусилительные системы и т.д.

В зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, среды распространения акустических колебаний и способов их перехвата технические каналы утечки акустической (речевой) информации можно разделить на воздушные, вибрационные, электроакустические, оптико-электронный и параметрические (рисунок 13.1).

увеличить изображение
Рис. 13.1. Классификация технических каналов утечки акустической информации

Рассмотрим более подробно акустические каналы, представленные на рисунке 13.1 и средства перехвата информации в них.

Понятно, что в воздушных акустических каналах утечки средой распространения акустических сигналов является воздух, а в качестве основного средства перехвата используется микрофон. Микрофон преобразует акустический сигнал в электрический и соединяется либо с записывающим устройством, либо с каким-то передатчиком. Передача полученных сигналов злоумышленнику может происходить по многим каналам: радиоканалу, оптическому каналу, по электросети и т.п.

Средой распространения акустических колебаний в вибрационных каналах являются конструкции зданий, стены, потолки, трубы и другие твердые тела. Для перехвата такой информации используются стетоскопы, в которых в качестве датчиков используются контактные микрофоны. Таким образом, электронные стетоскопы позволяют перехватывать информацию без доступа в защищаемые помещения. Внешний вид портативного стетоскопа представлен на рисунке 13.2.

Рис. 13.2. Малогабаритный электронный стетоскоп PKI 2850 с контактным микрофоном

Типичным представителям портативных электронных стетоскопов является стетоскоп PKI 2850. Размеры усилительного блока - 95х60х25 мм, а контактного микрофона – 50х35х15 мм. Несмотря на маленькие размеры, коэффициент усиления стетоскопа не менее 80 дБ. Время работы от встроенного аккумулятора – до 800 ч.

Современные электронные стетоскопы имеют коэффициент усиления порядка 80 - 100 дБ и способны улавливать даже такие слабые звуковые колебания, как шорох и тиканье часов. Датчики электронных стетоскопов могут устанавливаться на стенах, за дверными проемами, под подвесными потолками, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения, коробах воздуховодов вентиляционных систем и соединяться с блоком усиления специально проложенным кабелем, так же, как в проводных микрофонных системах.

Электроакустические каналы утечки информации возникают за счет электроакустических преобразований, то есть акустические сигналы преобразуются в электрические. Из окружающих нас устройств наиболее известны такие акустоэлектрические преобразователи, как системы звукового вещания, телефоны и микрофоны.

Оптико-электронный канал. Съем информации в таком канале реализуется с помощью лазера, поэтому иногда этот канал называют лазерным. Под действием звуковой волны тонкие отражающие поверхности, например, стекло или зеркало, начинают вибрировать. Если направить на них лазер, отраженное лазерное излучение модулируется и поступает на вход приемника оптического излучения. В приемнике полученный сигнал демодулируется и усиливается, и злоумышленник может получить исходный акустический сигнал.

Возникновение параметрических каналов обусловлено тем, что под давлением звуковой волны может измениться взаимное расположение элементов схем, проводов и т.п. в ВТСС и ОТСС. Вместе с расположением изменяются индуктивность и емкость. Соответственно, будет наблюдаться модуляция сигналов, проходящих через ВТСС и ОТСС, информационным сигналом, содержащимся в акустической волне. Промодулированные сигналы излучаются в пространство, где могут быть перехвачены средствами радиоразведки.

Если в помещении установлены полуактивные закладные устройства с элементами, параметры которых могут изменяться под действием акустической волны, возможен съем информации с помощью ВЧ-облучения. При облучении мощным высокочастотным сигналом помещения, в котором установлено такое закладное устройство, в последнем при взаимодействии облучающего электромагнитного поля со специальными элементами закладки (например, четвертьволновым вибратором) происходит образование вторичных радиоволн, то есть переизлучение электромагнитного поля. А специальное устройство закладки (например, объемный резонатор) обеспечивает амплитудную, фазовую или частотную модуляцию переотраженного сигнала по закону изменения речевого сигнала. Подобного вида закладки иногда называют полуактивными. Для перехвата информации по данному каналу кроме закладного устройства необходимы специальный передатчик с направленным излучением и приемник[13.2]. Схема утечки акустической информации с помощью ВЧ-навязывания показана на рисунке 13.3.

Рис. 13.3. Схема утечки акустической информации с помощью ВЧ-навязывания

Для ВЧ – навязывания не обязательно использовать закладные устройства. Можно облучать любые устройства, обладающие "микрофонным эффектом", и получать в отраженной волне модулированный информационным сигнал. Такие параметрические каналы утечки информации иногда называют пассивными, так как они не требуют от злоумышленника предварительной установки закладных устройств и возникают в результате естественных физических процессов. Интересным фактом является то, что аппаратура высокочастотного навязывания может подключаться к соединительной линии ВТСС на удалении до нескольких сот метров от контролируемого помещения.