Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации, 2005

ражения имеют худшее разрешение, повышенный уровень яркостных искажений за счет неравномерности спектрально-яркостных характеристик фотокатода передающих телевизионных трубок или приборов с зарядовой связью, повышенный уровень геометричес­ ких искажений за счет дополнительных искажений при формиро­ вании электронного растра.

Изображения в ИК-диапазоне обладают еще более низки­ ми информационными параметрами. Кроме низкой разрешающей способности и больших искажений для изображений в ИК-диапа­ зоне характерна крайняя изменчивость яркости в течение суток. Однако, как уже отмечалось при рассмотрении каналов утечки ин­ формации, изображение в каждом из них содержит дополнитель­ ные признаки за счет различной их природы.

3. Основным каналом получения сигнальных демаскирующих признаков является радиоэлектронный. В значительно меньшем объеме утечка информации о сигнальных демаскирующих призна­ ках возможна в акустическом и вещественном каналах.

Различия в характеристиках технических каналов утечки ин­ формации и распространяемой по ним информации используют­ ся разведкой для повышения эффективности добывания информа­ ции путем их комплексного использования. Комплексное исполь­ зование заключается в добывании информации по одному темати­ ческому вопросу по нескольким параллельным или последователь­ ным каналам утечки.

Комплексное использование параллельных каналов утечки ин­ формации основывается на следующих принципах:

•комплексируемые каналы дополняют друг друга по своим воз­ можностям;

•эффективность комплексирования повышается при уменьше­ нии зависимости между источниками информации и демаски­

рующими признаками в разных каналах.

Комплексирование каналов утечки информации обеспечива­

ет:

•увеличение вероятности обнаружения и распознавания объек­ тов за счет расширения их текущих признаковых структур;

•повышение достоверности семантической информации и точ­ ности измерения признаков, в особенности в случае добывания информации из недостаточно надежных источников.

191

Когда возникают сомнения в достоверности информации, то с целью исключения дезинформации полученные сведения и данные перепроверяют по другому каналу.

Возможны два основных вида комплексирования каналов утеч­ ки информации — обеспечение утечки информации от одного ис­ точника по нескольким параллельно функционирующим каналам связи (см. рис. 6.4а)) и от разных источников (рис. 6.46)).

В первом варианте одна и та же информация распространяет­ ся по различным направлениям одним или разными носителями. Например, речевая информация разговаривающих в помещении людей может быть подслушана через дверь или стену, снята с опас­ ных сигналов или передана с помощью закладного устройства.

Рис. 6.4. Варианты комплексного использования каналов

утечки информации

Так как вероятность воздействия помех в разных каналах на одинаковые элементы информации мала, то в этом случае повы­ шается достоверность суммарной информации после обработки ее в соответствующем органе. При независимости помех в п-каналах утечки информации вероятность поражения одного и того же эле­ мента информации при комплексировании п каналов рассчитыва­ ется по формуле:

192

♦

р. - П р,

1=1

где P. — вероятность поражения элемента информации в i-м кана­ ле.

Однако если источник не владеет достоверной информаци­ ей или занимается дезинформацией, то рассмотренный вариант комплексирования не повышает достоверность итоговой инфор­ мации. Для обеспечения такой возможности одна и та же инфор­ мация добывается от нескольких источников, например из доку­ мента и от специалистов, участвующих в создании этой инфор­ мации (рис. 6.46)). При таком комплексном использовании 2 ка­ налов вероятность внедрения дезинформации можно оценить по формуле:

рд=р,р2+г7р1а-р1)р2(1-р2)>

где Pt и Р2 — значения вероятности появления дезинформации в 1-м и 2-м каналах; г — коэффициент корреляции между информа­ цией в этих каналах.

Коэффициент г корреляции характеризует статистическую за­ висимость между информацией в разных каналах. При г = 1 по ка­ налам производится утечка информации одинакового содержания или об одинаковых признаках, при г = 0 — источники независи­ мые. Как следует из этой формулы, для уменьшения риска полу­ чения дезинформации необходимо снижать коэффициент корреля­ ции между источниками информации.

Последовательное соединение каналов, как следует из их ана­ лиза в предыдущих подразделах, обеспечивает, прежде всего, уве­ личение длины канала, что снижает риск органа разведки (зло­ умышленника). Фактически каждый последующий канал обеспе­ чивает ретрансляцию сигналов предыдущего канала. Так как акус­ тический канал имеет наименьшую длину, то часто с ним последо­ вательно соединяются другие каналы: радиоэлектронные и опти­ ческие. Если возникает необходимость наблюдения в закрытом от постороннего взора помещении, то это становится возможным при ретрансляции оптического сигнала, формирующего изображение, по радиоэлектронному каналу, сигналы которого проникают через стены или зашторенные окна помещения.

193

6.5. Акустические каналы утечки информации

В акустическом канале утечки носителем информации от ис­ точника к несанкционированному получателю является акусти­ ческая волна в атмосфере, воде и твердой среде. Структура канала утечки информации приведена на рис. 6.5.

Помехи

Рис. 6.5. Структура акустического канала утечки информации

Источниками акустического сигнала могут быть:

•говорящий человек или озвучивающее его речь звуковоспроиз­ водящее устройство;

•механические узлы механизмов и машин, которые при работе создают акустические волны.

Акустические речевые сигналы создает речевой аппарат че­ ловека, голосовой тракт которого представляет собой трубку со средней длиной у взрослого мужчины примерно 17 см и с перемен­ ной площадью поперечного сечения. Вход в голосовой тракт обра­ зуют голосовые связки, а выход — губы. Поперечное сечение мо­ жет изменяться при движении артикул ярных органов — губ, че­ люстей, языка и небной занавески (мягкого неба), являющейся про­ должением твердого неба, от полного закрытия до величины бо­ лее 20 см2.

Вспомогательный путь распространения звуковых колебаний образует носовой тракт, который начинается у небной занавески и заканчивается ноздрями. Опусканием или поднятием небной за­ навески регулируется связь между носовой и ротовой полостями,

194

которая существенным образом влияет на характер произносимых звуков.

Источником энергии при речеобразовании служит поток воз­ духа, выталкиваемого из легких при сжимании грудной клет­ ки ее мускулатурой. Воздух проходит по трахее в полость глотки. Сверху трахея заканчивается гортанью. На хрящевой основе горта­ ни укреплены 2 пленки из связочной и мышечной ткани, которая называется голосовыми связками. Щелевой проход между связ­ ками образует голосовую щель. При прохождении под давлени­ ем воздуха через голосовую щель связки колеблются с частотой, определяемой в основном массой и упругостью связок и величи­ ной подсвязочного давления воздуха. Основная частота колебаний голосовых связок называется частотой основного тона. Частота (высота) основного тона характеризует собой тип голоса говоря­ щего: бас, баритон, тенор, альт, контральто, сопрано. Частоты ос­ новного тона указанных типов голосов находятся в интервале 80300 Гц, но различия частот слабо влияют на показатели распозна­ вания звуков речи.

Сила воздушного потока, прошедшего через голосовую щель и определяющая громкость речевого сигнала, зависит от площади щели и подсвязочного давления воздуха. Для очень громких звуков р легких создается давление порядка 20 см водяного столба.

Толчки или импульсы воздуха, прошедшего через колеблющие­ ся голосовые связки, возбуждают акустическую систему над голо­ совыми связками. Форма импульсов, образуемых голосовой щелью, в процессе разговора, сильно изменяется в зависимости от частоты основного тона и интенсивности звука. Звуки малой интенсивнос­ ти и с низкой частотой основного тона имеют низкое подсвязочное давление, большую скважность и небольшую амплитуду импуль­ сов. При средних громкости и частоте основного тона импульсы имеют треугольную форму, частотный спектр которой богат гар­ мониками или обертонами. Длительность импульсов составляет величину порядка 0,3-0,7 периода колебаний. Звуки большой ин­ тенсивности и с высокой частотой основного тона характеризуют­ ся высоким подсвязочным давлением, небольшой скважностью и большой амплитудой.

195

Кроме того, голосовой тракт возбуждает турбулентный поток воздуха в точках сужения и изменения давления воздуха, создава­ емого в области смычки губ, зубов или неба. При раскрытии смыч­ ки речевой тракт возбуждается в результате возникающего в нем переходного процесса.

При возбуждении голосового тракта колебаниями голосовых связок образуются гласные звуки, звонкие (вокализованные) со­ гласные звуки — совместно голосовым и шумовым источниками, а глухие — только шумовыми источниками.

Спектр речевого сигнала после прохождения резонаторов го­ лосового тракта, образуемых воздушными объемами полости рта и носоглотки, изменяется в процессе произнесения различных зву­ ков и зависит от положения языка и зубов. При этом одни гармони­ ческие составляющие усиливаются, другие подавляются. Области спектра звука, в которых сосредоточивается основная мощность акустического сигнала, называются формантными областями или формантами. Большинство звуков речи имеют одну или две форманты, что обусловлено участием в образовании звуков резона­ торов голосового тракта полостей рта и носоглотки. Форманты зву­ ков речи расположены в области частот от 150-200 Гц до 8600 Гц. Например, гласный звук «а» имеет одну форманту полосой 1100— 1400 Гц, звук «э» — две форманты в полосах 600-1000 Гц и 1600— 2500 Гц, согласный звук «л» — две форманты (200-500 Гц), звук «ш»-— одну форманту полосой 1200-6300 Гц. Но основная энер­ гия подавляющей части формант сосредоточена в диапазоне час­ тот 300-3000 Гц, что позволило ограничить спектр речевого сиг­ нала, 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 длитель­ ные, чем согласные, наибольшая длительность отмечается для зву­ ка «а», наименьшая — для звука «п». Длительность ударных глас­ ных звуков больше, чем неударных.

Психологическая (с учетом чувствительности уха на разных частотах) интенсивность акустических сигналов изменяется в ши­

196

роких пределах 0-130 дБ. Для человека как основного источника соотношение между уровнем громкости и его качественной оцен­ кой характеризуется следующими данными: очень тихая речь (ше­ пот) — 5-10 дБ, тихая речь — 30-40 дБ, речь умеренной громкос­ ти — 50-60 дБ, громкая речь — 60-70 дБ, крик — 70-80 дБ и бо­ лее. Громкость крика школьников одной из лондонских школ во время соревнования по крику составляла в среднем 114 дБ, а по­ бедительницы— 122 дБ. Сила голоса певцов достигает 130 дБ на расстоянии 1 м от певца. Во времена, когда певцы не пользовались микрофонами для усиления громкости звука, первоклассный вока­ лист должен был мощью своего голоса покрывать, например, про­ странство, на котором могут разместиться до 300 слушателей. Для сравнения: фортиссимо большого симфонического оркестра со­ ставляет 90 дБ, вой сирены «скорой помощи» — 100 дБ, а шум ре­ активного двигателя на расстоянии 5 м — 120 дБ.

Уровень речи во время речеобразования непрерывно меняет­ ся. Поэтому 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 сиг­ нала и его средним уровнем называют пикфактором речи.

Так как основным приемником звуковых волн является слу­ ховая система человека, субъективное восприятие которым интен­ сивности речи зависит не только от величины звукового давления звуковой волны на мембрану уха, но и от ее частоты, то для оцен­ ки энергетического показателя звука, учитывающего возможности слуха человека, введено понятие громкости звука. Громкость зву­ ка представляет собой взвешенную по частоте интенсивность зву­ ка.

Кроме громкости речь человека характеризуется тоновым диа­ пазоном (диапазоном частот), тембром и вибрато.

Среднестатистический голос человека включает тоны (часто­ ты) в диапазоне 64-1300 Гц. Крайне низкие тоны басовых голо­ сов имеют частоту около 40 Гц, высокие тоны детских голосов — около 4000 Гц. При разговоре изменение тона составляет обычно 0,1 диапазона голоса, изменение тона певческого мужского голоса достигает около 2,5 октавы, женского— 3 октавы.

197

Тембр голоса человека определяется количеством и величи­ ной гармоник (обертонов) его спектра. Обертоны создаются голо­ совыми связками и усиливаются резонаторами гортани, рта и раз­ личных полостей-пазух головы человека (верхней челюсти, лоб­ ной, основной, решетчатой, полости носа). Резонаторы человека относятся к трубчатым воронкообразным и полостным резонато­ рам. Трубчатые резонаторы содержат медные духовые инструмен­ ты, полостные — корпуса струнных инструментов (гитары, скрип­ ки и др).

Вибрато представляет собой периодическое изменение высо­ ты и силы голоса с частотой примерно 5-7 пульсаций в секунду. При отсутствии вибрато голос кажется безжизненным и невыра­ зительным.

Значения характеристик голоса конкретного человека индиви­ дуальные и позволяют идентифицировать человека по его голосу.

Акустические сигналы машин и технических средств возника­ ют в результате колебаний их поверхностей и частиц воздуха, про­ ходящего через различные отверстия и полости машин и средств.

В общем случае диапазон частот акустических сигналов со­ ставляет:

•менее 16 Гц (в инфразвуковом диапазоне) — вибрации машин;

•16 Гц-20 кГц (звуковой диапазон) — речь, звуки машин;

•более 20 кГц (ультразвуковой диапазон)— звуки отдельных

живых существ и механических средств.

Источники сигналов характеризуются диапазоном частот, мощностью излучения в Вт, интенсивностью излучения в Вт/м2

—мощностью акустической волны, прошедшей через перпен­ дикулярную поверхность площадью 1 м2, громкостью звука в дБ, измеряемой как десятичный логарифм отношения интенсивности звука к порогу слышимости. Интенсивность излучения является физической характеристикой акустического сигнала, а громкость

—физиологической, учитывающей разную чувствительность слу­ ховой системы человека к акустическим волнам разной частоты. Уровни громкости различных источников иллюстрируются дан­ ными табл. 6.3.

198

Так как основным источником акустической речевой информа­ ции является человек, то средняя мощность (громкость) источни­ ков сигналов акустических каналов утечки информации составля­ ет 40-80 дБ.

Следует отметить, что, хотя громкость звуков в логарифмичес­ ком масштабе принимает значения десятков дБ, абсолютная вели­ чина их мощности крайне мала. Например, акустической энергии непрерывного громкого разговора жителей Москвы в течение су­ ток хватит лишь на то, чтобы вскипятить чайник с водой.

Физические явления, возникающие при распространении акус­ тических волн, изучаются физической акустикой. В воздушной сре­ де акустический сигнал распространяется в виде продольной уп­ ругой волны, которая представляет собой колебание частиц возду­ ха вдоль направления распространения волны. Продольные коле­ бания воздуха приводят к изменению давления относительно ат­

199

мосферного в области распространения волны. Звуковое давление, соответствующее порогу слышимости уха, составляет 10~'°от нор­ мального атмосферного, болевому порогу.— порядка 10“4 от атмос­ ферного давления.

В твердых телах наряду с продольными волнами возникают поперечные (перпендикулярные направлению распространения волны) колебания, которые не создают давления в продольном на­ правлении.

Акустические волны как носители информации характеризу­ ются следующими показателями и свойствами:

•энергией (мощностью);

•скоростью распространения носителя в определенной среде;

•величиной (коэффициентом) затухания или поглощения;

•условиями распространения акустической волны (коэффициен­ том отражения от границ различных сред, дифракцией).

Теоретически скорость звука определяется формулой Лапла­

са:

с „= л/к 7 р .

где К — модуль всесторонней упругости (когда сжатие произво­ дится без притока и отдачи тепла) вещества среды распростране­ ния; р — плотность вещества среды распространения.

Для газов модуль всесторонней упругости равен их давлению. При сжатии газа увеличение давления сопровождается пропорци­ ональным увеличением его плотности. Поэтому скорость звука в газе не зависит от его плотности, а пропорциональна корню квад­ ратному из температуры газа, значению универсальной газовой постоянной, отношению величин теплоемкостей газа при постоян­ ном объеме и давлении.

Скорость звука в морской воде зависит от ее температуры, со­ лености и давления на рассматриваемой глубине, а в твердых телах определяется, в основном, плотностью и упругостью веществ.

Значения скорости распространения звука в некоторых типич­ ных средах приведены в табл. 6.4.

200