Акустические каналы утечки информации

Человеческая речь является одним из древнейших, самым естественным и наиболее распространенным способом обмена информации между людьми. Несмотря на появление в настоящее время большого количества различных технических средств хранения и передачи информации, интерес к перехвату речевой информации не пропадает. Это связано с рядом специфических особенностей распространения акустических колебаний, таких как ограниченная дальность распространение и ограниченное время существование. Поэтому устно обсуждается наиболее важная и ценная информация, которая не может быть доверена другому носителю или передана по средствам связи. Речевая информация обладает наивысшей оперативностью, так как может быть перехвачена в момент озвучивания, еще до ее документирования (если оно вообще подразумевается). Перечисленные особенности делают речевую информацию наиболее ценной и объясняют высокую заинтересованность разведок и преступного сообщества в ее перехвате.

Звуком называются механические колебание частиц упругой среды (воздуха, воды, металла и т.д.), субъективно воспринимаемые органом слуха. Звуковые ощущения вызываются колебаниями среды, происходящими в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной. За один полный период колебания T звуковой процесс распространяется в среде на расстояние, равное длине волны , где – скорость распространения звука в среде.

Звуковое давление — это переменное давление в среде, обусловленное распространением в ней звуковых волн. Величина звукового давления оценивается силой действия звуковой волны на единицу площади и выражается в ньютонах на квадратный метр (Паскаль).

Порог слышимости — наиболее тихий звук, который еще способен слышать человек на частоте 1000 Гц, что соответствует звуковому давлению Па.

Уровень звукового давления измеряется в децибелах и вычисляется как отношение величины звукового давления к порогу слышимости:

.

Сравнительные уровни громкости звука приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Сравнительные уровни громкости

Оценка громкости звука на слух	Уровень звука, дБ	Источник звука
Очень тихий		Усредненный порог чувствительности уха Тихий шепот (1,5 м)
Тихий		Тихий разговор
Умеренный		Спокойный разговор
Громкий		Крик
Очень громкий		Шум взлетающего самолета (100-200 м)
Оглушительный		Артиллерийские выстрелы (10-20 м) Звук воспринимается как боль

Диапазон основных звуковых частот речи лежит в пределах от 70 до 1500 Гц. С учетом обертонов речевой диапазон расширяется до 5000– 8000 Гц. У русской речи максимум динамического диапазона находится в области частот 300–400 Гц.

В акустическом канале утечки носителем информации от источника к несанкционированному получателю является акустическая волна в газообразной, жидкой и твердой среде. Структура этого канала утечки информации приведена на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Структура акустического канала утечки информации

Источниками акустической волны могут быть: человек, ведущий разговор конфиденциального характера, технические средства звуковоспроизведения, механические узлы продукции, которые при работе издают акустические волны. Классификация акустических каналов утечки информации приведена на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Классификация акустических каналов утечки информации

Рассмотрим представленные акустические каналы утечки информации более подробно.

В воздушном канале утечки средой распространения акустических сигналов является воздушное пространство (или другая газовая среда).

К техническим средствам добывания информации по этому каналу утечки относятся микрофоны, классификация которых представлена на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Классификация микрофонов

Принцип работы угольного микрофона основан на изменении сопротивления угольного порошка, находящегося между мембраной и неподвижным электродами.

В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала возникает ЭДС индукции в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток.

Конденсаторный микрофон состоит из неподвижной и подвижной (в виде мембраны) пластин, которые образуют конденсатор. Под воздействием акустических колебаний емкость конденсатора меняется, в результате чего в цепи возникает переменный ток пропорциональный акустическому давлению на мембрану. Недостатком является необходимость наличия источника питания.

Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, мембрана которого выполнена из специально обработанного диэлектрика-электрета, представляющего собой электрически поляризованный диэлектрик, который может сохранять свой заряд и поляризацию сколь угодно долго. Таким образом, отпадает необходимость в источнике питания.

Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении ЭДС на поверхности пластинок из пьезоматериала, механически связанных с мембраной. Пьезоматериал обладает свойством вырабатывать разность потенциалов при изменении своих геометрических размеров.

Для добывания информации используются также остронаправленные микрофоны, которые позволяют существенно увеличить дальность подслушивания. Диаграммы направленности различных типов микрофонов представлены на рис. 5.16.

Рис. 5.16 Диаграммы направленности микрофонов: а) ненаправленный; б) односторонней направленности; в) остронаправленный.

Остронаправленные микрофоны по конструкции могут быть следующих типов: резонансный, параболический, трубчатый, фазированной решетки (рис. 5.17).

Рис. 5.17 Направленные микрофоны: а) резонансный; б) параболический; в) трубчатый; г) фазированной решетки

Резонансный направленный микрофон использует явление резонанса звуковых волн в направленных системах, приводит к увеличению звуковой энергии поступающей в микрофон и представляет собой набор алюминиевых трубок диаметром 10 мм. Длина трубок определяет её резонансную частоту. Микрофон располагается в параболическом улавливателе, фокусом которого является направляющая система. Для дальнейшего усиления используется высокочувствительный низко шумный микрофонный усилитель. Для прослушивания разговора можно ограничиться набором из первых 9 трубок, так как частотный диапазон человеческой речи лежит в пределах 180 - 3400 Гц.

Параболический микрофон имеет параболический отражатель, в фокусе которого размещается микрофонный капсюль с ненаправленной или однонаправленной характеристикой направленности. Такие микрофоны иногда называют рефлекторными. Звуковые волны, пришедшие с осевого направления параболы, отражаются от отражателя и благодаря свойствам параболы после отражения концентрируются в фазе в ее фокусе, где расположен микрофонный капсюль. Звуковые волны, приходящие под углом к оси параболы, рассеиваются рефлектором, не попадая на микрофон.

Микрофоны «бегущей волны» (интерференционные), часто называемые трубчатыми микрофонами, состоят из трубки с отверстиями или прорезями, на заднем торце которой расположен ненаправленный или однонаправленный микрофонный капсюль. Отверстия (прорези) в трубке закрыты тканью или пористым материалом, акустическое сопротивление которого возрастает по мере приближения к капсюлю. При движении фронта звука параллельно оси трубки все парциальные волны приходят к подвижному элементу одновременно, в фазе. При распространении звука под углом к оси эти волны доходят до капсюля с различной задержкой, определяемой расстоянием от соответствующего отверстия до капсюля, при этом происходит частичная или полная компенсация давления, действующего на подвижный элемент. Трубчатые направленные микрофоны по сравнению с параболическими более компактные и используются в основном в случаях, когда необходимо обеспечить скрытность прослушивания разговоров. С использованием таких микрофонов разведку можно вести как из автомобиля, так и из окна расположенного напротив здания.

Плоские фазированные решетки реализуют идею одновременного приема звукового поля в дискретных точках некоторой плоскости, перпендикулярной к направлению на источник звука. В этих точках размещаются либо микрофоны, выходные сигналы которых суммируются электрически, либо, и чаще всего, открытые торцы звуководов, например трубки достаточно малого диаметра, которые обеспечивают синфазное сложение звуковых волн от источника в некотором акустическом сумматоре. К выходу сумматора подсоединен микрофон. Конструктивно плоские фазированные решетки встраиваются либо в переднюю стенку атташе-кейса с последующим камуфляжем, либо в майку-жилет, которая надевается под пиджак или рубашку. Таким образом, плоские фазированные решетки с камуфляжем визуально более конспиративны по сравнению с параболическим микрофоном.

Виброакустический канал утечки обусловлен распространением механических колебаний из твердой среды в воздушную и возбуждением в последней акустических колебаний.

В вибрационном (структурном) канале утечки средой распространения акустических сигналов являются ограждающие конструкции зданий, сооружений и другие твердые тела. Для перехвата акустических колебаний в этом случае используются контактные микрофоны (стетоскопы).

В гидроакустическом канале утечки средой распространения акустических сигналов является жидкая (водная) среда. Для регистрации акустических колебаний в этом канале утечки информации служит специальный микрофон, называемый гидрофон.

Микросейсмический канал утечки обусловлен распространением механических колебаний в твердой среде, в том числе в недрах Земли.

Акустическая волна, в отличие от электромагнитной, в значительно большей степени поглощается в среде распространения. Поэтому дальность акустического канала утечки информации, как правило, не обеспечивает возможность её съёма за пределами контролируемой территории. Речь человека при обычной громкости может быть непосредственно подслушана злоумышленником на удалении единиц и в редких случаях - десятков метров. Поиски путей повышения дальности добывания речевой информации привели к появлению составных каналов утечки информации.

Акустоэлектрический канал утечки обусловлен преобразованием акустических колебаний в электрические и обратно и распространением этих колебаний в различных присущих им средах (рис. 5.18).

Акустоэлектромагнитный – канал, обусловленный преобразованием акустических колебаний в электрические, модуляции ими высокочастотных сигналов с последующим излучением их в пространство (рис. 5.18);

Рис. 5.18. Структура акусто-электрического и акустоэлектромагнитного канала утечки информации

Эффектом преобразования акустических колебаний в электрические могут обладать некоторые элементы вспомогательных технических средств и систем (ВТСС). Такой эффект часто называют «микрофонным эффектом».

Под ВТСС понимаются технические средства и системы, не предназначенные для передачи, обработки и хранения информации ограниченного доступа, устанавливаемые совместно с основными техническими средствами и системами или в защищаемых помещениях.

Наиболее чувствительными к акустическим воздействиям элементами радиоэлектронной аппаратуры являются катушки индуктивности (индуктивные, электромагнитные преобразователи) и конденсаторы переменной емкости (емкостные преобразователи).

К электромагнитным преобразователям относятся такие устройства, как громкоговорители, электрические звонки (в том числе и вызывные звонки телефонных аппаратов), электрорадиоизмерительные приборы.

Электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата – типичный образец индуктивного акустоэлектрического преобразователя, микрофонный эффект которого проявляется при положенной микротелефонной трубке (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Схема возникновения ЭДС на вызывном звонке

По такому же принципу (принципу электромеханического вызывного звонка) образуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного назначения и даже в электрических вызывных звонках бытового назначения.

Для прослушивания разговоров, ведущихся в защищаемых помещениях, могут внедряться закладные устройства, классификация которых представлена на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Классификация закладных устройств

По характеру носителя информации от закладных устройств к злоумышленнику их делят на проводные (микрофонные, неизлучающие в эфир) и радиозакладки.

Проводные закладки представляют собой субминиатюрные микрофоны, скрытно установленные в предметах мебели и интерьера и соединенные тонким проводом с микрофонным усилителем или аудиомагнитофоном, размещаемыми в других помещениях. Такие закладки имеют высокую чувствительность и помехоустойчивость, но наличие провода демаскирует закладки и усложняет их установку, в особенности в условиях дефицита времени. Поэтому микрофонные закладки могут устанавливаться во время ремонта или в помещениях с достаточно простым и длительным доступом, например, в номерах гостиниц.

Радиозакладки лишены недостатков проводных, но у них проявляется другой демаскирующий признак - радиоизлучения. В зависимости от вида первичного сигнала радиозакладки можно разделить на аппаратные и акустические.

Аппаратные закладки устанавливаются в телефонных аппаратах и других радиоэлектронных средствах. Входными сигналами для них являются электрические сигналы, несущие речевую информацию. В таких закладках отсутствует необходимость в переписывании информации с акустического носителя на носитель среды распространения, что упрощает их конструкцию, и имеется возможность использования для электропитания энергию аппаратного средства. Для питания используется или энергия электрических сигналов или питающие напряжение аппарата, в котором установлена закладка.

Увеличение времени эксплуатации и повышения скрытности работы закладного устройства достигается путем обеспечения в нем автоматического передатчика по акустическому или радиосигналу. В первом варианте в состав закладки включается устройство (акустоавтомат), включающий передатчик при появлении на мембране микрофона акустического сигнала. Во втором варианте закладные устройства дистанционно включаются на излучение по внешнему подаваемому радиосигналу. Эти закладные устройства обеспечивают повышенную скрытность и более длительное время работы. Однако в этом случае для их эффективного применения надо иметь дополнительный канал утечки сведений о времени циркулирования информации конфиденциального характера в помещении, где установлено закладное устройство.

Рациональным решением задачи обеспечения закладных устройств электропитанием является подключение их к устройствам питания радио и электроприборов, в которые устанавливаются закладки. Широко применяются подобные закладные устройства в телефонных аппаратах, закамуфлированные под их элементы (конденсаторы, телефонные капсюли и др.), в тройниках для подключения нескольких приборов к одной розетке электросети.

Иногда находят применение пассивные закладки, без собственных источников электропитания. Для их активизации производится облучение их внешним электромагнитным полем.

Акустооптический (лазерный) канал утечки - канал, обусловленный процессом модуляции лазерного луча при зондировании вибрирующих в акустическом поле тонких отражающих поверхностей (стекла окон, зеркала и т.п.), и приемом отраженного луча оптическим (лазерным) приемником рис. 5.21,

Рис. 5.21

. Структура акусто-оптического канал утечки информации

Лазерное подслушивание предназначено для съема акустической информации с плоских вибрирующих под действием акустических волн поверхностей. К таким поверхностям относятся, в большинстве случаев, стекла закрытых окон. Система лазерного подслушивания («лазерные микрофоны») состоит из лазера в инфракрасном диапазоне и оптического приемника.

На рис. 5.22 изображен простейший вариант подобной системы. Луч лазера падает на стекло окна под некоторым углом. На границе стекло − воздух происходит модуляция луча звуковыми колебаниями. Отраженный луч улавливается фотодетектором, расположенном на оси отраженного луча, и осуществляется амплитудная демодуляция отраженного излучения.

Рис. 5.22. Лазерное прослушивание

Несмотря на высокие потенциальные возможности средств лазерного подслушивания, их применение весьма ограничено из-за трудности практического выбора мест установки излучателя и приемника, при которых обеспечивается попадание отраженного от стекла лазерного луча на фотоприемник.

Параметрический канал утечки - канал утечки, обусловленный изменением параметров отдельных элементов под воздействием акустического давления, приводящее к утечке информации при определенных условиях. Одним из условий может быть воздействие высокочастотным сигналом (диапазона радиочастот) на ВТСС, содержащие такие элементы. Такое воздействие, приводящее к утечке информации, называется ВЧ-навязывание.

Колебания высокой частоты за счет нелинейных элементов телефонного аппарата взаимодействуют с речевыми сигналами при разговоре по телефону или в помещении даже при положенной трубке телефонного аппарата. Звуковые сигналы модулируют высокочастотный сигнал за счет нелинейных элементов. Излучение модулированного сигнала в свободное пространство обеспечивается телефонным шнуром, соединяющим микрофонную трубку с телефонным аппаратом, или самим аппаратом. ВЧ навязывание может использоваться и на громкоговорители и на другие элементы, обладающие микрофонным эффектом.

Возможные акустические каналы утечки информации в защищаемом помещении представлены на рис. 5.23.

Рис. 5.23 Схема акустических каналов утечки информации в ЗП:

1 – микрофон; 2 – стетоскоп; 3 – батарея отопления;
4 – полость для кабелей; 5 – дверь; 6 – вентиляция; 7 – окно;
– направление распространения вибрационных колебаний;
- направление распространения акустических колебаний.