КРАСНОДАРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МВД РОССИИ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
УТВЕРЖДАЮ
Начальник кафедры
подполковник полиции
А.Б. Сизоненко
«24» февраля 2016 г.
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ
Лекция
ТЕМА № 8 «Акустические каналы утечки информации»
Обсуждена и одобрена
на заседании кафедры ИБ
протокол № 12 от 24 февраля 2016 г.
Время-2 часа.
Подготовил:
начальник кафедры
к.т.н., доцент
подполковник полиции А.Б.Сизоненко
Краснодар
План лекции
1. Понятие и классификация акустических каналов утечки информации. 3
2. Одноканальные акустические каналы утечки информации. 10
3. Составные акустические каналы утечки информации. 13
Литература:
1. Зайцев, А. П. Технические средства и методы защиты информации [Текст]: учебник / А. П. Зайцев, Р. В. Мещеряков, А.А. Шелупанов. - 7-е изд., испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2014. - 442 с.
2. Каторин Ю.Ф., Разумовский А.В., Спивак А.И. Защита информации техническими средствами: Учебное пособие / Под редакцией Ю.Ф. Каторина - СПб: НИУ ИТМО, 2012. - 416 с.
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Оборудование классов.
Слайды.
LCD-проектор
Понятие и классификация акустических каналов утечки информации
Человеческая речь является одним из древнейших, самым естественным и наиболее распространенным способом обмена информацией 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 распространения и ограниченное время существования. 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 колебания 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 20 000 Гц.
Источниками акустического сигнала могут быть люди, звучащие механические, электрические или электронные устройства, приборы и средства, воспроизводящие ранее записанные звуки.
Источники сигналов характеризуются
диапазоном частот,
мощностью излучения в Вт,
интенсивностью излучения в Вт/м2
мощностью акустической волны, прошедшей через перпендикулярную поверхность площадью 1 м2,
громкостью звука в дБ, измеряемой как десятичный логарифм отношения интенсивности звука к порогу слышимости:
.
Порог слышимости соответствует мощности звука 10-12 Вт или звуковому давлению на барабанную перепонку уха человека 2·10-5 Па.
Сравнительные уровни громкости звука приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Сравнительные уровни громкости
| Оценка громкости звука на слух | Уровень звука, дБ | Источник звука |
| Очень тихий | Порог слышимости 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 |
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. 1.1.
Рис. 1.1. Структура акустического канала утечки информации
Классификация акустических каналов утечки информации приведена на рис. 1.2.
 |
Рис. 1.2. Классификация акустических каналов утечки информации
Рассмотрим представленные акустические каналы утечки информации более подробно.
Среда распространения носителя информации от источника к приемнику может быть однородной (воздух, вода) и неоднородной, образованной последовательными участками различных физических сред: воздуха, древесины дверей, стекол окон, бетона или кирпича стен, различными породами земной поверхности и т. д. Но и в однородной среде ее параметры не постоянные, а могут существенно отличаться в разных точках пространства.
Акустические волны как носители информации характеризуются следующими показателями и свойствами:
- скоростью распространения носителя;
- величиной (коэффициентом) затухания или поглощения;
- условиями распространения акустической волны (коэффициентом отражения от границ различных сред, дифракцией).
Теоретически скорость звука определяется формулой Лапласа:
где К - модуль всесторонней упругости (когда сжатие производится без притока и отдачи тепла) вещества среды распространения;
ρ - плотность вещества среды распространения.
Для газов модуль всесторонней упругости равен их давлению. При сжатии газа увеличение давления сопровождается пропорциональным увеличением его плотности. Поэтому скорость звука в газе не зависит от его плотности, а пропорциональна корню квадратному из температуры газа, значению универсальной газовой постоянной, отношению величин теплоемкостей газа при постоянном объеме и давлении.
Скорость звука в морской воде зависит от ее температуры, солености и давления на рассматриваемой глубине, а в твердых телах определяется, в основном, плотностью и упругостью веществ.
Значение скорости распространения звука в некоторых типичных средах приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
| Среда распространения | Скорость, м/с |
| Воздух при температуре: 0°С +20°С | |
| Вода морская | 1440-1540 |
| Железо | 4800-5160 |
| Стекло | 3500-5300 |
| Дерево | 4000-5000 |
При распространении звуковых колебаний движение частиц среды вызывает давление во фронте волны. Фронтом звуковой волны называется поверхность, соединяющей точки поля с одинаковой фазой колебания. По мере распространения в любой среде звуковые волны затухают. Затухание звуковых волн в морской воде больше, чем в дистиллированной и меньше (почти в 1000 раз), чем в воздухе. При этом величина затухания зависит от длины акустической волны. С увеличением частоты величина затухания быстро возрастает, поэтому при постоянной мощности излучения дальность распространения с ростом частоты падает.
При распространении акустической волны в среде ее траектория изменяется в результате отражений и дифракции. На границе сред с разной плотностью акустическая волна частично переходит из одной среды в другую, частично отражается от границы между двумя средами. Доля проникшего или отраженного звука зависит от соотношения значений акустических сопротивлений сред, равных произведению удельной плотности вещества ρ на скорость звука в нем v.
Коэффициент проникновения звука в иную среду при существенном различии акустических сопротивлений сред оценивается по приближенной формуле Рэлея: В соответствии с ней при нормальном падении звука из воздуха на воду, бетон, дерево в эти среды проникает не более тысячной доли мощности звука. Отражение звука может происходить от поверхности раздела слоев воздуха и воды с разными значениями акустического сопротивления вследствие неодинаковой температуры и плотности. Этим объясняются значительные колебания (в 10 и более раз) дальности распространения звука в атмосфере. Заметное влияние на характер распространения акустической волны в атмосфере может оказать ветер.
При определенных условиях неоднородности создают условия для образования акустических (звуковых) каналов, по которым акустическая волна может распространяться на значительно большие расстояния, как свет по оптическим световодам. Акустические каналы чаще всего образуются в воде морей и океанов на определенной глубине, на которой в результате влияния двух противоположных природных факторов (плотности воды и ее температуры) минимизируется скорость распространения акустической волны. Скорость распространения акустической волны в воде, с одной стороны, увеличивается с глубиной из-за повышения давления воды, но, с другой стороны, уменьшается при понижении ее температуры в более глубоких слоях, особенно в летнее время. В результате этих двух противоположных факторов влияния на определенной глубине, зависящей от температуры над поверхностью воды и ее солености, образуются области с меньшей скоростью распространения акустической волны. Акустическая волна, попадающая в эту область, распространяется внутри ее с соответствующим для параметров воды затуханием. При отклонении траектории распространения волна, преломляясь в неоднородностях области, возвращается в канал. В акустическом канале звуковая волна от подводных взрывов может распространяться на расстояние в сотни км.
При каждом отражении часть энергии звука теряется вследствие поглощения. Отношение поглощенной энергии звука к падающей называется коэффициентом поглощения. Коэффициенты поглощения звука а некоторых материалов приведены в табл:
За счет многократных переотражений акустической волны в замкнутом пространстве возникает явление послезвучания - реверберация. Величина реверберации оценивается временем Тр после выключения источника звука, в течение которого энергия звука уменьшается на 60 дБ. Вследствие многократных переотражений в помещении на барабанную перепонку человека или мембрану микрофона оказывают давление акустические волны, распространяющиеся разными путями от источника звука. Интерференция волн с разными фазами может при достаточно большом времени реверберации приводить к ухудшению соотношения сигнал/помеха в точке приема и уменьшению разборчивости речи. Чем больше размеры помещения и меньше коэффициент поглощения ограждающих поверхностей, тем больше время реверберации. При большом времени реверберации помещение кажется гулким. Однако при очень малом Тр на микрофон воздействует, в основном, быстро - затухающая прямая волна. В этом случае слышимость речи при удалении от источника резко уменьшается, а тембр звуков речи за счет большего затухания в среде распространения высоких частот обедняется. Время реверберации менее 0.85 с незаметно для слуха. Для большинства помещений организаций их объемы и акустическая отделка время реверберации мало (0.2-0.6) с и его можно не учитывать при оценке разборчивости.
Для концертных залов, имеющих существенно большие размеры, время реверберации определяет их акустику. Установлено, что в малых помещениях объемом V до 350 м2 оптимальной является реверберация со временем до 1.06 сек. При увеличении объема помещения время реверберации пропорционально повышается и принимает для V=27000 м3 значение около 2 сек.
Время реверберации в помещении объемом V вычисляется по формуле Эйринга[79]:
Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.,
где S - суммарная площадь всех поверхностей помещения;
Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования. - средний коэффициент звукопоглощения в помещении;
Sk и αk - площадь и коэффициент поглощения k-й ограждающей поверхности соответственно.
При распространении структурного звука в конструкциях зданий, особенно в трубопроводах, возникают реверберационные искажения, снижающие разборчивость речи на 15-20%.
Акустическая волна в отличие от электромагнитной в значительно большей степени поглощается в среде распространения. Поэтому дальность акустического канала утечки информации, в особенности от такого маломощного источника как человек, мала и, как правило, не обеспечивает возможность ее съема за пределами территории организации. Речь человека при обычной громкости может быть непосредственно подслушана злоумышленником на удалении единиц и в редких случаях - десятков метров, что, естественно, крайне мало.
Ухудшение разборчивости речи при прохождении звука через различных строительные конструкции иллюстрируются данными в табл. 1.3.
Таблица 1.3
| Тип конструкции | Ожидаемая разборчивость слогов. | % |
| Кирпичная стена (1 кирпич) | 25/0 | |
| Гипсолитовая стена | 90/0 | |
| Деревянная стена | 99/63 | |
| Пластиковая стена | 99/55 | |
| Дверь обычная филенчатая | 100/73 | |
| Дверь двойная | 95/36 | |
| Окно с одним стеклом 3 мм | 90/33 | |
| Окно с одним стеклом 6 мм | 87/15 | |
| Оконный блок 2х3 мм | 82/0 | |
| Вентиляционный канал 20 м | 90/2 | |
| Оконный кондиционер | 95/63 | |
| Бетонная стена | 88/0 | |
| Перегородка внутренняя | 96/80 | |
| Трубопровод (в соседнем помещении) | 95/55 | |
| Трубопровод (через этаж) | 87/36 |
Примечание. В числителе указаны значения разборчивости речи при малом уровне акустических шумов, в знаменателе - при сильном.
Акустические шумы и помехи вызываются многочисленными источниками - автомобильным транспортом, ветром, техническими средствами в помещениях, разговорами в помещениях и т. п. Уровни шумов изменяются в течение суток, дней недели, зависят от погодных условий. Ночью и в выходные дни шумы меньше. Средние значения акустических шумов на улице составляют 60-75 дБ в зависимости от интенсивности движения автомашин в районе расположения здания. Уровень шумов в помещениях по существующим нормам не должен превышать 50 дБ.
Акустические сигналы при прохождении через вентиляционные воздухопроводы ослабевают из-за поглощения в стенах короба и в изгибах. Затухание в прямых металлических воздуховодах составляет 0.15 дБ/м, в неметаллических - 0.2-0.3 дБ/м. При изгибах затухание достигает 3-7 дБ (на один изгиб), при изменениях сечения - 1-3 дБ. Ослабление сигнала на выходе из воздуховода помещения составляет 10-16 дБ.