Гібридний засіб захисту мовної інформації

Засобами розвідки, спрямованими на несанкціонований доступ до інформації через прямий акустичний канал, є високочутливі мікрофони різних типів. Також прямим акустичним каналом витоку інформації може скористатися безпосередньо зловмисник без жодних додаткових засобів у разі слабкого контролю зони, де може бути здійснено прослуховування через специфіку самої зони контролю або залежно від інших обставин, тому захист акустичної інформації є важливим аспектом у системі заходів щодо створення інформаційної безпеки.

Для вирішення такої проблеми існує багато спеціальних пристроїв, що спроможні здійснювати захист інформації від витоку аудіоканалами. Проте, вони не позбавлені таких недоліків, як занадто великий рівень шуму, недостатня ефективність маскування, що є не зручним під час використання та створює загрозу інформації.

Це спричинює актуальність розроблення нового функціонального пристрою, позбавленого вищевикладених вад.

Мета

Отже, метою статті є опис процесу розроблення пристрою, який підвищує рівень захисту акустичної інформації від витоку акустичним каналом на основі гібридного підходу, а саме шляхом створення комбінованої шумової та ревербераційної завад.

Основна частина

Робота пристрою, опис якого пропонується в статті, базується на принципі акустичної завади. Слід зауважити, що акустичні хвилі в приміщенні можуть багаторазово відбиватися від стін і предметів, нібито блукаючи по приміщенню і затухаючи. Таке явище називається реверберацією, а час завмирання звуку - часом реверберації. Час реверберації визначає якість приміщення з точки зору акустики. В акустиці введено поняття - стандартний час реверберації, тобто час, що минув із моменту виключення джерела до моменту, коли рівень щільності звукової енергії зменшується на 60 дБ або коли щільність акустичної енергії в даній точці приміщення зменшується в 10 разів [1].

За умов тривалої реверберації звуки «блукають» по приміщенню, накладаючись один на одного і заглушаючи джерело основного звуку, тоді приміщення стає занадто гучним. Якщо час реверберації малий, то акустичні хвилі поглинаються несучими конструкціями і тому звуки виходять глухими, втрачають свою виразність. Час реверберації змінюється зі зміною частоти звуку. Це пов'язано з тим, що поглинання звуку будь-яким конкретним матеріалом залежить від частоти звуку. Таким чином, ретельно підбираючи матеріали для облицювання приміщення, можна добитися потрібного часу реверберації.

Для захисту приміщень застосовують генератори шуму і системи вібраційного зашумлення, які формують шумові, «мовоподібні» і комбіновані перешкоди. Найбільш часто з шумових використовуються такі види перешкод, як:

• «білий» шум, що має постійну спектральну щільність у мовному діапазоні частот;

• «рожевий» шум, що характеризується спадною спектральною щільністю 3 дБ на октаву в напрямку високих частот;

• шум зі спадом спектральної щільності 6 дБ на октаву в напрямку високих частот;

* шумова «мовоподібна» перешкода, яка вважається найбільш ефективною [2]. Такий шум створюється прямо у місці розмови шляхом багаторазового накладання її фрагментів один на одний з різними рівнями інтенсивності сигналу. Перші ж звуки, вимовлені учасниками конфіденційних перемовин, уловлюються генератором і відправляються на блок перетворення. Там вони піддаються обробленню, під час якого відбувається множення і ділення їх частотних складових. Отримана в результаті цього процесу перешкода озвучується колонками. Шум змішується зі смисловим сигналом, відбивається від стін, стелі і предметів інтер'єру і через певний проміжок часу знову вловлюється мікрофоном. Таким чином, виходить безперервний процес генерації дуже ефективного мовоподібного шуму. Крім високої надійності у такого генератора є ще один плюс - він працює тільки тоді, коли ведеться бесіда (коли в приміщенні тихо, то шум не створюється) [3].

Основним недоліком розглянутого вище методу акустичного зашумлення є досить великий рівень шуму в приміщенні, де здійснюється оброблення та озвучування інформації, що спричиняє некомфортні умови для роботи з інформацією в такому приміщенні, а також знижує рівень захисту через необхідність озвучувати інформацію голосніше.

Вивчення різних підходів до вирішення проблеми витоку інформації аудіо- каналом дозволило авторам статті виявити, що найбільш доцільним за критерієм простоти використання і ефективності захисту є встановлення генератора ау- діошуму, який за умов незначного рівня шуму в приміщенні забезпечує достатній рівень захисту.

Підвищити рівень захищеності інформації, що озвучується у приміщенні, можна шляхом створення комбінованої шумової завади на основі мовоподібного шуму, створеного з використанням реверберації звукової хвилі, а також інтерференції звукової хвилі, що дозволить знизити рівень гучності шумового сигналу, та підвищити його маскувальні властивості.

Явище реверберації полягає у суперпозиції різних ехосигналів від одного джерела звуку. Ефект реверберації можна спостерігати в закритих приміщеннях після вимкнення джерела звуку. Штучно створювана реверберація в певних межах сприяє поліпшенню якості звучання, створюючи відчуття приємного «резонансу» приміщення, проте надлишкова тривалість реверберації призводить до неприємного гулу, при цьому сигнал залишається в межах частот людської мови, а тому зливається з розмовою і унеможливлює її підслуховування [4].

Узгоджені в часі і просторі декілька звукових коливальних або хвильових процесів спричиняють когерентність. Під час накладання в просторі двох або кількох когерентних звукових хвиль у різних його точках виходить підсилення або послаблення результуючої хвилі в залежності від співвідношення між фазами цих хвиль. Це явище називається інтерференцією звукових хвиль. Використовуючи цю властивість звукових хвиль, можна, створюючи сигнал, протилежний у фазі до сигналу розмови, зменшити рівень гучності в місці потенційного прослуховування [5].

Таким чином, стає можливим зменшити рівень гучності таємних перемовин у місці прослуховування шляхом створення мовоподібної шумової завади із використанням пристрою, що відтворює ефект реверберації. Це дозволяє також знизити рівень шуму, який заважає перемовинам.

Для створення генератора радіошуму було обрано платформу Arduino Nano на основі мікропроцесора ATmega 328 [6], ра- діомодуль NRF24L01 та мікросхему NE5532 з необхідними для її функціонування радіоелементами.

Структурну схему генератора радіошуму зобразимо на рис.1.

Рис. 1. Структурна схема генератора радіошуму

Моделювання принципової електронної схеми було здійснено в cередовищі розроблення EasyEDA.

У процесі моделювання було використано такі пристрої:

• платформа Arduino Uno;

• радіомодуль NRF24L01;

• система живлення;

• акустичний підсилювач.

Зображення принципової електричної схеми розробленого пристрою генератора акустичного шуму надано на рис.2.

Рис. 2. Принципова електрична схема генератора шуму

Отже, головною частиною схеми генератора радіошуму є мікроконтролер Arduino Nano. Джерелом живлення схеми є дві акумуляторні батареї типу 18650, з'єднані послідовно для забезпечення робочої напруги від 6 до 12В.

Радіомодуль NRF24L01 працює на частоті 2.4 ГГц і має потужність 60 мВт.

Інвертор для відтворення сигналу в протифазі реалізовано на мікросхемах NE5532, для роботи яких було використано радіоелементи, такі як резистори та конденсатори необхідних, згідно схеми, номіналів.

Засобами введення та виведення інформації є мікрофон та динамік відповідно. Для забезпечення достатнього рівня гучності сигналу використовується акустичний підсилювач.

Структурну схему програми пристрою представлено на рис.3.

Рис. 3. Блок-схема роботи програми пристрою

Програмну частину пристрою реалізовано мовою програмування для платформи Arduino, що базується на мовах С та С++ у середовищі для розроблення скетчів Arduino IDE, що забезпечує зручне написання програмного коду, а також дозволяє відслідковувати процес виконання коду за допомогою монітору послідовного порту.

Для початку роботи пристрою генератора аудіошуму потрібно визначити місця ймовірного встановлення радіозаклад- ного пристрою. Туди має бути встановлено пристрій, антена якого позиціону- ється у відповідне положення. Після цього пристрій вмикають. Для більш ефективного створення радіозавади потрібно розташовувати його якомога ближче до ймовірного місця знаходження радіозакладки.