Энергетическое скрытие акустического сигнала

Энергетическое скрытие акустических сигналов в соответс­твии с рассмотренными методами защиты информации обеспечи­вается путем применения способов и средств, уменьшающих энер­гию носителя на входе акустического приемника злоумышленника или увеличивающих энергию помех.

Простейшим способом является уменьшение громкости речи во время разговора на конфиденциальные темы. Однако это воз­можно, если количество собеседников мало, а уровень шумов не­велик. Громкость акустического сигнала уменьшают путем звуко­изоляции, звукопоглощения и глушения звука. Для повышения Уровня акустических помех применяют активные средства — ге­нераторы акустических помех.

Звукоизоляция обеспечивает локализацию акустических сиг­налов в замкнутом пространстве внутри контролируемых зон Основное требование к ней — за пределами этой зоны соотноше­ние сигнал/помеха не должно превышать максимально-допусти­мые значения, исключающие добывание информации злоумыш­ленниками. Звукоизоляция достигается за счет отражения и погло­щения акустической волны.

При падении акустической волны на границу поверхностей с различными удельными плотностями большая часть падающей волны отражается. Отражательная способность поверхности пре­грады зависит от плотности ее материала и скорости распростра­нения звука в ней. Отражение акустической волны, распространя­ющейся в воздухе, от твердой поверхности можно представить себе
как результат соударения молекул воздуха в виде движущихся со скоростью v_b упругих шариков массой m с неподвижными шара­ми большей массы М, соответствующих молекулам поверхности
твердой среды. После соударения более массивный шар приобрета­ет скорость V = V. Когда М» т, то скорость массивного ^ВМ + т шара близка к нулю. В этом случае почти вся кинетическая энергия акустической волны преобразуется в потенциальную энергию уп­ругой деформации неподвижных шаров. При восстановлении фор­мы деформированные шары сообщат ударяющим шарам близкую к первоначальной скорость, но в обратном направлении. Возникнет отраженная акустическая волна.

Меньшая часть волны проникает в материал звукоизолирую­щей конструкции и распространяется в нем, теряя свою энергию в зависимости от длины пути и акустических свойств материа­ла. Под действием акустической волны звукоизолирующая повер­хность совершает сложные колебания, также поглощающие энер­гию падающей волны. Характер этого поглощения определяется соотношением частот падающей акустической волны и спектраль­ных характеристик средства звукоизоляции. В области резонанс­ных частот (до 25-45 Гц) средств звукоизоляции ослабление зави­сит в основном от внутреннего трения в звукоизолирующем мате­риале, на более высоких частотах — от его поверхностной плот­ности, измеряемой в кг на 1 м² поверхности. С учетом действующих норм на звукоизоляцию в помещении поверхностная масса ос­новных ограждающих конструкций должна составлять не менее 250-300 кг.

В соответствии с формулой Рэлея коэффициент проникновения

акустической волны в материал преграды х„_р =

где v и v — скорость распространения акустической волны в воз­духе и материале преграды, а р_в и р_п — удельная плотность воздуха и материала преграды. Произведение У_вр_в и v_np_n называется акусти­ческим сопротивлением воздуха и материала преграды. Когда акустическое сопротивление материала преграды существенно выше акустического сопротивления воздуха, то ^ ~ 4v_ep_B/v_np_n. Как следует из этой приближенной формулы, чем больше отличают­ся акустические сопротивления сред, тем больше коэффициент от­ражения акустической волны от границы их раздела. Например, коэффициент отражения акустической среды от гладкой бетонной стены составляет около 0,99.

Если обозначить интенсивность падающей на поверхность преграды акустической волны как 1_пад, отраженной как 1_от, погло­щенной в преграде как 1_погл, а прошедшей через преграду как 1_п, то в соответствии с законом сохранения энергии при встрече акусти­ческой продольной волны с преградой выполняется условие: I + + 1 +1 =1 (рис. 11.7).

Разделив обе части равенства на 1_пад, получим

= i_ot /I — коэффициент отражения падающей акустичес­кой волны поверхностью преграды; а = 1_погл /I - коэффициент поглощения падающей акустической волны материалом прегра­ды; у = 1_прош/1_пад — коэффициент пропускания преградой падающей акустической волны.

Коэффициент у косвенно характеризует звукоизоляцию пре­грады. Чем меньше коэффициент пропускания преградой акусти­ческой волны, тем выше ее звукоизоляция. Количественно звуко­изоляция оценивается в логарифмическом масштабе обратной ве­личиной, равной q_jb = 201g(I_naa/I_n), и измеряется в дБ.

Так как у = 1 - а - р, то звукоизоляция речевого сигнала в вы­деленном помещении повышается за счет увеличения как а, так и р. Однако при большом значении коэффициента а и малом р уменьшается слышимость речи в местах помещения, удаленных от ее источника. При обратном соотношении значений этих коэф­фициентов может существенно увеличиться время реверберации, возникнет гулкость помещения и ухудшится понятность речи. Рациональное соотношение между этими коэффициентами обес­печивает время реверберации, близкое к оптимальному. Оно до­стигается как за счет количества звукопоглощающих материалов с определенными характеристиками в помещении, так и их распре­деления на ограждающих конструкциях с учетом конфигурации и геометрических размеров помещения.

Плоский слой звукопоглощающего материала облицовок уста­навливается на жестком основании, которое крепится непосредс­твенно или с воздушным промежутком на поверхности огражде­ния, к потолку или стенам. Для дополнительного звукопоглощения и уменьшения числа переотражений от ограждений с целью сни­жения времени реверберации используются штучные звукопог-лотители. Они представляют собой одно- или многослойные объ­емные звукопоглощающие конструкции (в виде куба, параллелепи­педа, конуса), подвешиваемые к потолку помещения. Размеры гра­ней штучных звукопоглотителей составляют 40-400 см.

Каналы вентиляции и систем кондиционирования также спо­собствуют утечке информации из помещения. Передача звука через вентиляционный канал происходит по воздуху, находящемуся в полости канала, и по элементам его конструкции. Наиболее эф­фективной мерой предотвращения утечки информации через воз­духопроводы является глушение звука.

Глушение звука достигается путем интенсивного поглоще­ния энергии акустической волны при распространении ее в спе­циальной конструкции, называемой глушителем. Например, в мо­мент выхода газов из цилиндра двигателя автомобиля в выходном коллекторе создается акустическая волна большой интенсивности. Она направляется по трубе в глушитель, в котором, проходя че­рез многочисленные преграды, теряет энергию и выходит из вы­хлопной трубы с энергией, сравнимой с энергией акустического фона. При прогорании глушителя или его съеме, что делают иног­да на спортивных автомобилях для повышения их мощности, рабо­та двигателя сопровождается интенсивным шумом.

Громкость звука, воспринимаемого человеком, зависит не толь­ко от его собственной интенсивности, но и от других звуков, дейс­твующих одновременно на барабанную перепонку уха. В силу пси­хофизиологических особенностей восприятия звука человеком ин­тенсивность маскирующих звуков обладает асимметричностью. Она проявляется в том, что маскирующий звук оказывает относи­тельно небольшое влияние на тоны маскируемого звука ниже его собственной частоты, но сильно затрудняет восприятие более вы­соких звуков. Поэтому для маскировки акустических сигналов эффективны низкочастотные акустические шумовые сигналы. Причем речеподобными помехами обеспечивается более эффек­тивное зашумление, чем «белым» шумом. Это объясняется боль­шей восприимчивостью слухового анализатора к речеподобным звукам, чем к акустическому шуму с равномерным спектром.

Следует отметить, что акустическое зашумление помещения обеспечивает эффективную защиту информации в нем, если акус­тический генератор расположен к акустическому приемнику зло­умышленника ближе, чем источник информации. Например, когда подслушивание возможно через дверь или открытое окно, то акус­тический генератор целесообразно разместить возле двери или на подоконнике окна. Если неизвестно местонахождение акустичес­кого приемника злоумышленника, например закладного устройства, то размещение акустического генератора между говорящими людьми, как рекомендуют некоторые фирмы, не гарантирует надежную защиту информации. Кроме того, повышение уровня шума вынуждает собеседников к более громкой речи, что создает дискомфорт и снижает эффект от зашумления.

Снижение дискомфорта, вызванного акустическими шумами в помещении, достигается использованием специальных переговор­ных телефонов и акустических приемников, в которых устраняет­ся акустический шум.

Более эффективным и активным универсальным способом за­щиты информации, передаваемым структурным звуком, является вибрационное зашу мление. Шум в звуковом диапазоне в твердых телах создают пьезокерамические вибраторы акустического гене­ратора, прикрепляемые (приклеиваемые) к поверхности зашумляемого ограждения (окна, стены, потолка и др.) или твердотельно­го звукопровода (батареи отопления, трубы и др.). Так как уровень структурного шума, создаваемого генератором, выше уровня ре­чевого сигнала в твердых телах, но ниже уровня слышимости, то вибрационное зашумление целесообразно применять во всех слу­чаях, когда существует возможность утечки с помощью структур­ного звука.

Пассивное энергетическое скрытие акустинеской информации от подслушивания лазерным микрофоном заключается в ослаб­лении энергии акустической волны, воздействующей на оконное стекло. Оно достигается использованием штор и жалюзей, а также двойных оконных рам. Активные способы энергетического скры­тия акустической информации предусматривают применение гене­раторов шумов в акустическом диапазоне, датчики которых при­клеиваются к стеклу и вызывают его колебание по случайному за­кону с амплитудой, превышающей амплитуду колебаний стекла от акустической волны.