Каргашин Виктор Леонидович,
кандидат технических наук
Защита от утечки речевой информации из помещений.
Практические аспекты реализации.
Источник: сайт STT GROUP
Обеспечение защищенности выделенных помещений от утечки речевой информации по акустическим и виброакустическим каналам является необходимой задачей реализации мероприятий по регламентированной защите объектов. Наиболее сложна эта задача в ситуациях расположения выделенных помещений в одном здании со сторонними организациями, когда смежные помещения не контролируются и легальный заход в них исключен. Практика проведения работ по защите объектов показывает, что подобные случаи достаточно распространены, особенно в условиях аренды помещений несколькими организациями в крупных офисных зданиях.
Можно отметить следующие практические проблемы обеспечения защиты помещений:
- отсутствует возможность доступа в технические каналы утечки речевой информации с целью проведения достоверных инструментальных исследований по измерению нормативных показателей защищенности;
- ограничены возможности проведения пассивных мероприятий по защите, связанных с существенными архитектурно-строительными работами в арендуемых помещениях;
- ограничены возможности по применению активных мер защиты путем создания акустических и виброакустических помех, которые создают побочный акустический шум не только в защищаемом, но и в сторонних смежных помещениях.
Эти существенные ограничения усложняют работу по защите помещений и в предположении активных действий нарушителей по негласному контролю речевой информации из смежных неконтролируемых помещений, по крайней мере, не способствуют решению задачи защиты конфиденциальной информации. В работе /1/ показано, что применение переговорных устройств, которые используются по мере необходимости, может решить проблему защиты, но при слабой звукоизоляции ограждающих конструкций акустический шум проникает в смежные помещения, да и ведение серьезных переговоров с помощью переговорных устройств в офисном помещении представляется маловероятным. Любой руководитель вправе требовать от специалистов в области защиты информации принятие адекватных мер по защите речевой информации с соблюдением элементарных условий комфортности.
Каналы утечки
Отметим наиболее типичные технические каналы утечки речевой информации из помещений, характерные для современных офисных зданий.
Гипсокартонные перегородки
Объемно-планировочные решения пространства современного офиса, как правило, формируется с помощью перегородок, выполненных по технологии "Тиги Кнауф" из гипсокартонных плит, монтируемых на металлическом каркасе (рисунок 1). Преимущества такой технологии для строителей очевидны -малая трудоемкость сооружения, быстрота и простота монтажа, высокое качество последующей отделки, современный дизайн.
Рис. 1. Утечка речевой информации через перегородки
Звукоизоляция таких перегородок достаточно высока и расчетная словесная разборчивость речи за ними составляет 15-25% при условии, что качество установки и отделки высокое и отсутствуют сквозные щели и отверстия между двумя помещениями. В то же время виброакустический сигнал через жесткий металлический профиль проходит на внешнюю стену и дополнительно в перекрытия здания. Расчетная словесная разборчивость речи в виброакустических каналах на внешней стене перегородки может достигать 70-80%, а в перекрытиях 60-70%.
Подвесной потолок
Во многих случаях создание архитектурно-планировочного объема офиса реализуется с помощью тех же гипсокартонных перегородок с дополнительным подвесным потолком, который формирует общее для всех помещений запото-лочное пространство (рисунок 2). В этом пространстве прокладываются инженерно-технические коммуникации (трубопроводы, силовые сети, слаботочные сети, вентиляционные короба и т.п.). Для строителей такое решение существенно облегчает прокладку коммуникаций. С позиций защищенности отдельного помещения ситуация крайне неблагоприятная, так как звукоизоляция двух подвесных потолков всегда недостаточна для выполнения требований по защите акустического канала утечки. Иногда между смежными помещениями устанавливают дополнительные перегородки на высоту запотолочного пространства, но они, как правило, выполняются из тонких перегородок и не создают ощутимого эффекта звукоизоляции. Разборчивость слов в акустических каналах в смежных помещениях составляет 80-85% при отсутствии перегородок в запо-толочном пространстве и 65-75% при наличии таких перегородок. В самом запотолочном пространстве разборчивость как правило близка к 1.
Рис. 2. Общее запотолочное пространство
Проходные коммуникации
Можно выделить два способа прокладки коммуникаций (рисунок 3):
- за подвесным потолком в коридоре;
- за общим подвесным потолком непосредственно в помещениях.
Рис. 3. Утечка информации по проходным коммуникациям
Кроме виброакустического канала утечки информации по трубопроводам (водоснабжение, пожаротушение, кабелепроводы и т.п.), который образуется за счет недостаточной звукоизоляции подвесного потолка, в местах прохода коммуникаций (не только трубопроводных) во многих случаях остаются сквозные отверстия, образованные некачественным исполнением прохода коммуникаций (рисунок 4).
Рис. 4. Примеры некачественного исполнения прохода коммуникаций
Эти сквозные отверстия обеспечивают словесную разборчивость речи в смежном помещении 60-75%, а за подвесным потолком или в непосредственной близости от отверстия разборчивость составляет 75-85%, тогда как в виброакустическом канале на трубопроводах разборчивость редко превышает 4045%.
Система вентиляции
Воздуховоды системы вентиляции представляют собой сеть звукопрово-дов, распределенную по всем помещениям офиса. Ослабление звука по трассе такого воздуховода весьма незначительно, поэтому система вентиляции является обязательным очевидным каналом утечки акустической речевой информации.
В случае прокладки всех вентиляционных коробов в коридоре все-таки существует реальная ситуация со смешиванием звука от всех помещений в магистральном воздуховоде, что снижает разборчивость речи от выделенного помещения (но не соответствует требованиям по защите). Если все вентиляционные короба проходят по помещениям, то разборчивость речи в смежных помещениях может достигать 80-85% даже при наличии собственных акустических шумов в системе вентиляции.
Помимо перечисленных технических каналов утечки речевой информации в офисных помещениях существуют и "традиционные" каналы, образованные трубопроводами системы отопления, дверными и оконными проемами со слабой звукоизоляцией и т.п.
Очевидно, что ограниченность в возможности реализации полноценных мер по защите, предъявляют особые требования к защите выделенных помещений, особенно в случаях, когда смежные помещения принадлежат посторонним организациям.
Как отмечалось в /1, 2/ применение только активных мер защиты, то есть создание акустических и виброакустических шумов в каналах утечки может оказаться неэффективным, так как возникающие побочные акустические шумы снижают комфортность, как в самом выделенном помещении, так и в смежных помещениях. В ситуациях, отмеченных выше, такие шумы могут быть такого высокого уровня (60-70 дБА), что реализация защиты просто невозможна. Это определяется недостаточной, а зачастую полным отсутствием звукоизоляции в технических элементах каналов утечки информации.
Способы защиты
Активная защита
Активная защита направлена на защиту речевой информации методом аддитивного зашумления. В каналах утечки, образованных элементами строительных конструкций, спектр и уровень помехи должны соответствовать параметрам речевого сигнала в канале утечки и действующим нормативам по защите. Для реализации активной защиты используются специальные генераторы широкополосных электрических помех речевого диапазона частот, к которым подключаются излучатели различного типа, рассчитанные на создание помех в различных типах элементов строительных конструкций.
Пассивная защита
В /1/ показано, что при определенных допущениях на представление акустических сигналов в рамках диффузной теории звука требования на ослабление речевых сигналов r в каналах утечки могут быть вычислены из следующего выражения:
где
Lp - уровень громкости речевого сигнала, определяемый уровнем звукового давления на расстоянии 1 метр от источника,
α1 - средний коэффициент поглощения звука в защищаемом помещении,
S1 - площадь внутренних поверхностей защищаемого помещения,
R - звукоизолирующая способность перегородки между помещениями,
α2 - средний коэффициент поглощения звука в смежном помещении,
S2 - площадь внутренних поверхностей смежного помещения,
LH - нормативный уровень предельно допустимого звука в соответствии с санитарными требованиями,
D - нормативное отношение помеха/сигнал по требованиям защиты (интегральное или в отдельных частотных полосах).
Несмотря на большое число параметров в выражении для ослабления речевого сигнала, при реальных вариациях этих параметров разброс величины ослабления незначителен. Для интегрального уровня акустических помех LH =50 дБ (ПС-45), отношения помеха/сигнал по защите равным D =14 дБ и для уровня громкости речи Lp = 76 дБ расчеты по вариациям размеров и других параметров помещений показывают, что ослабление речевого сигнала должно составлять 14-16 дБ. Такое ослабление вполне реализуемо в большинстве практических ситуаций.
Наиболее типичными видами работ по пассивной защите являются:
- заделка раствором или монтажной пеной вводов и проходов проводных, кабельных, трубопроводных и воздуховодных коммуникаций на всю толщину стены или перегородки;
- установка дополнительных перегородок, разделяющих два помещения, за подвесными потолками;
- установка дополнительных перегородок по ограждающим конструкциям, смежным с помещениями посторонних организаций;
- усиление звукоизоляции дверных проемов с помощью дополнительных прижимных элементов или сооружением дверного тамбура.
Оптимизация помехи
При проведении работ по активной защите речевой информации от утечки из помещений по техническим каналам большое внимание должно уделяться обоснованности требований к интегральному уровню и спектру специально формируемых маскирующих помех. Минимизация интегрального уровня побочных акустических помех в помещениях является основной задачей этапа настройки системы активной защиты. При многообразии условий распространения акустических речевых сигналов в помещениях и их прохождении через конструкции и перегородки расчетные методы оптимизации не могут применяться, так как приводят к большим расчетным погрешностям. При наличии критерия защищенности информации оптимизация может быть выполнена только по результатам натурных измерений спектров сигналов и помехи в каналах утечки информации.
Что такое оптимизация помехи? Предложенный в работе /3/ показатель защищенности виброакустических каналов утечки по расчетной разборчивости речи предоставляет формальные математические возможности вариации спектра помехи при сохранении заданных показателей защищенности информации. Это связано с тем, что расчетная разборчивость речи представляет собой функционал, значение которого может быть оптимизировано по различным критериям.
Исходным пунктом расчета разборчивости является вычисление индекса артикуляции (формантной разборчивости речи) в некоторых частотных полосах частотного диапазона речи:
где
аi - весовой вклад соответствующей частотной полосы в разборчивость, причем
- коэффициент восприятия формант, который выражается как функция от отношения уровней сигналов и помех, измеренных в частотных полосах, причем эти уровни могут быть измерены в дБ, как это принято в акустике, i - номер частотной полосы, N - число частотных полос, учитываемых при расчетах, Ei = Lрi - Lni - ΔLi, Lpi - уровень речевого сигнала в i -ой частотной полосе в точке измерения, Lni - уровень помехи в i -ой частотной полосе в точке измерения, ΔLi - разность уровней речи и формант в i -ой частотной полосе.
Так как функция P(Ei) является гладкой и непрерывной от частоты, то заданную величину артикуляционного индекса при одном и том же спектре речевого сигнала можно достигнуть помехами различного интегрального уровня и спектра. На рисунке 7 в качестве примера приведены несколько вариантов спектров помехи, каждая из которых обеспечивает величину артикуляционного индекса 30%. Расчеты проводились по методике, изложенной в работе /3/ в 5-ти октавных частотных полосах F.
Рис. 7. Спектры помех равной разборчивости
Из графиков видно, что одно и то же значение разборчивости речи может быть обеспечено помехами с различным интегральным уровнем - от превышения над сигналом на 6 дБ, до значения меньшего сигнала на 6 дБ. Разброс в 12 дБ существенен для уровня побочных акустических шумов в помещении, прямо пропорциональных интегральному уровню помехи. Очевидно, что существует помеха с минимальным интегральным уровнем, которая обеспечивает заданное значение разборчивости.
Точное решение задачи оптимизации принципиально возможно, так как разборчивость речи представляет собой функционал, который для формантной разборчивости имеет следующий вид:
где fН, fВ - нижняя и верхняя границы частот речевого диапазона, m(f) - распределение формант по частотному диапазону, следовательно,
как плотность распределения, E(f) - уровень ощущения формант, который определяется отношением сигнал/помеха, Р - коэффициент восприятия формант, который не зависит от частоты, а только от отношения сигнал/помеха. Уровень ощущения формант определяется выражением:
где Bp(f) - спектр речевого сигнала,
ΔBф(f) - отношение спектров речи и формант,
Вn(f) - спектр помехи.
Таким образом, формантная разборчивость представляет собой интеграл от функции частоты в ограниченных пределах, что позволяет решать задачи по оптимизации разборчивости по различным критериям. Чем большее число частотных полос применяется при расчете разборчивости, тем точнее оптимизация спектра.
Наиболее понятная практическая задача, которая может быть поставлена при проведении защитных мероприятий, формулируется как поиск спектра помехи Вn(f), обеспечивающего значение разборчивости не более заданного нормативного A ≤ АН при минимальной интегральной мощности помехи во всем диапазоне частот
.
Другими словами, заданная степень защиты речевой информации по показателю формантной разборчивости речи, может быть реализована помехами с различным спектром и уровнем мощности, в том числе и с минимальным интегральным уровнем.
Возможность реализации защиты с помощью помехи с минимальным уровнем позволяет обеспечить минимальное побочное воздействие специальных маскирующих помех на человека, то есть максимизировать комфортность работы, совмещенную с информационной безопасностью. Причем оптимальное решение означает, что для некоторого конкретного случая данное решение является единственным.
Литература.
1. Каргашин В. Л. Некоторые особенности реализации пассивных мер защиты в виброакустических каналах утечки речевой информации. Специальная техника, №№ 4, 5, 2002.
2. Каргашин В. Л. Проблемы активной защиты виброакустических каналов//Специальная техника, 1999, № 6.
3. Железняк В. К., Макаров Ю. К., Хорев А. А. Некоторые методические подходы к оценке эффективности защиты речевой информации. Специальная техника, № 4, 2000.
Статья опубликована на сайте: 22.10.2013