Методика оценки возможности утечки информации по акустическому каналу

Защищенность речевой информации оценивается энергетическими и информационными показателями. В качестве энергетического показателя защищенности речевой информации используется отношение сигнал/шум на входе акустического приемника. Так как в общем случае спектры речи и помехи не совпадают, то для гарантированного превышения спектральных составляющих помехи над всеми спектральными составляющими речи необходимо значительное превышение средних уровней помехи над средним уровнем речи. Понимание речи невозможно, если отношение помеха/сигнал равно 6-8, а акустический сигнал не воспринимается человеком как речевой, если отношение помеха/сигнал превышает 8-10. Для гарантированной защищенности речевой информации отношение сигнал/шум должно быть не более 0,1 или (-10) дБ.

Для оценки значения энергетического показателя применяются следующие методы:

• инструментальный контроль;

• инструментально-расчетный;

• расчетный.

а) Инструментальный контроль предусматривает измерение уровней акустических сигналов в зоне подслушивания, прежде всего, на границе контролируемой зоны. В качестве измерительных приборов используются акустические спектральные анализаторы (спектроанализатора) и шумомеры. На вход спектрального анализатора подается электрический сигнал от микрофона или акселерометра (при измерении уровня структурного звука). Спектроанализаторы бывают последовательные и параллельные, аналоговые и цифровые.

б) При наличии измерительных приборов с ограниченными возможностями, позволяющими проводить только отдельные измерения, например измерять уровни громкости исходного речевого сигнала, применяют инструментально-расчетные методы контроля. Получение итоговых результатов обеспечивается по известным математическим формулам с получением недостающих данных из справочников.

в) Расчетный контроль безопасности акустической информации обеспечивается в результате проведения расчетов по известным формулам с использованием справочных данных.

Если громкость речи в помещении равна L_и, а звукоизоляция среды на пути распространения звука – Q_с, то громкость речи в точке подслушивания человеком L_п = L_и – Q_с.

Уровень сигнала с учетом акустических шумов L_ш в точке подслушивания L_п = L_и – Q_с – L_ш . По этим выражениям легко оценивается возможность подслушивания в смежном помещении или в коридоре.

Более точные аналитические зависимости учитывают размеры и структуру звукоизолирующего ограждения. Звукоизоляция неоднородной поверхности, состоящей из элементов с разной звукоизоляцией, площадью S определяется по формуле:

где Q_с и Q_о — величина звукоизоляции стены и окна (двери) соответственно; S_c и S_o — площадь стены и окна (двери) соответственно.

В качестве информационного критерия используется разборчивость речи. В зависимости от рассматриваемого элемента речи различают формантную, слоговую, словесную и фразовую разборчивость речи. Если количество элементов речи рассматривать как косвенную меру информации на выходе и входе акустического канала утечки, то разборчивость речи характеризует относительную пропускную способность акустического канала утечки.

Формантная разборчивость речи характеризует разборчивость наименьших элементов речи — звуков или фонем. Области спектра, в которых сосредоточена энергия звука, называются формантами. Форманты звуков речи заполняют ее частотный диапазон 157000 Гц. Каждая форманта вносит определенный вклад в разборчивость речи. С целью оценки формантной разборчивости частотный диапазон разбивают на 20 полос равной разборчивости. Если обозначить через К_фi коэффициент разборчивости форманты в i-й полосе равной разборчивости, то формантная разборчивость определяется как «взвешенная» сумма разборчивости формант: А_ф = 0,05

Значение коэффициента разборчивости форманты в i-й полосе зависит от субъективного уровня ощущения формант Е_ф = В_ф – В_п, где В_ф и В_п— средние спектральные значения уровней речевого сигнала и помех в полосе равной разборчивости, в дБ.

Так как полосы равной разборчивости неравномерные и не совпадают у разных людей и, следовательно, возникают большие проблемы при их определении, то на практике диапазон речевого сигнала делят на 6 октавных полос. Граничные значения соседних октавных полос отличаются в 2 раза и воспринимаются чело веком как равноудаленные, Среднегеометрические частоты октавных полос, охватывающие речевой диапазон, имеют значения 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Форманты каждой октавной полосы в отличие от полос равной разборчивости вносят разный вклад в формантную разборчивость речи.

Наибольший вклад в разборчивость речи вносят форманты в диапазоне частот стандартного телефонного канала 300-4000 Гц, что и позволило сузить стандартный телефонный канал до диапазона 300-3400 Гц. С учетом вклада каждой октавной полосы формантная разборчивость вычисляется по формуле:

А_ф = 0,067w₁ + 0,125w₂ + 0,212w₃ + 0,294w₄ + 0,25w₅ + 0,052w₆,

где w_i — разборчивость речи в i-й октавной полосе.

Слоговая, словесная и фразовая разборчивость определяется в результате артикуляционных измерений. В ходе этих измерений отобранные (не имеющие дефектов речи и имеющие хороший слух) и предварительно тренированные люди — артикулянты размещаются в местах, соответствующих границам исследуемого канала связи или утечки информации. Один участник (артикулянт) читает слоги, слова или фразы специальных артикуляционных таблиц, другой участник измерения записывает услышанные элементы речи. Путем сравнения переданных и принятых элементов речи рассчитывается соответствующая разборчивость как процент правильно понятых. Слоги, слова и фразы артикуляционных таблиц подбираются из условия отсутствия между ними корреляционных связей, которые повышают условную вероятность распознавания элементов речи после приема предшествующих.

Для обеспечения гарантированной защиты речевой информации по информационному критерию разборчивость речи в месте подслушивания должна быть меньше предельно допустимой в 1,5-2 раза.

Между значениями разборчивости и отношения сигнал/шум существует однозначная связь. Чем больше отношение сигнал/шум тем выше разборчивость. По значению отношения сигнал/шум определяют разборчивость, а по разборчивости — понятность речи. Чем выше понятность речи, тем большую угрозу создает акустический канал утечки информации.