РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО КАНАЛА

УДК 621.317
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО КАНАЛА УТЕЧКИ
АКУСТИЧЕСКОЙ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ
И.А. Григорьев, В.И. Тупота
Приводится разработка модели оптико-электронного канала утечки акустической речевой информации с учетом всех преобразований исходного информативного акустического сигнала, шумовых составляющих и отношений
сигнал/шум в точках съема информации аппаратурой дистанционного прослушивания речи
Ключевые слова: оптико-электронный канал, акустическая речевая информация, отношение сигнал/шум
Введение
Одним из актуальных каналов утечки речевой
информации является оптико-электронный канал[13]. При этом наиболее опасные угрозы утечки речевой информации возможны через оконные проемы с
использованием оптико-электронной лазерной аппаратуры дистанционного прослушивания речи (лазерных микрофонов). Угроза основана на модулировании отраженного лазерного излучения изгибными
колебаниями оконных стекол, источником которых
являются речевые сигналы, циркулирующие внутри
помещений.
Модель оптико-электронного канала утечки
акустической речевой информации
Предлагается следующая модель оптикоэлектронного канала утечки акустической речевой
информации. Блок-схема указанной модели представлена на рис.
n3(t) – шумовая составляющая, обусловленная
собственными шумами;
Q – отношение сигнал/шум в соответствующих
точках по мощности.
В этой модели на отражающую поверхность
ограждающей конструкции воздействует информативный акустический сигнал, заставляя его изменять
параметры отраженного лазерного излучения. Пусть
на поверхность исследуемого объекта воздействует
тональный акустический сигнал. В этом случае поверхность исследуемого объекта будет колебаться
по закону
x (t ) = L ⋅ cos(Ωt + ϕ ) .
(1)
При наличии сдвига частот интерферирующих
пучков выходной сигнал лазерного доплеровского
вибропреобразователя представляет собой частотно
модулированное колебание вида
S (t ) = S ⋅ cos(ωˆ ⋅ t + 2π ( L ) ⋅ sin(Ω ⋅ t + ϕ ) + β ) , (2)
0
λ
0
где ω̂0 – среднее значение частоты сигнала;
Блок-схема утечки акустической речевой информации по оптико-электронному каналу
На рисунке введены следующие обозначения:
S(t) – информативный акустический сигнал;
Sфм(t) – отраженный сигнал лазерного излучения, модулированный информативным акустическим сигналом;
Sдет(t) – информативный электрический сигнал
на выходе демодулятора средства съема информации;
n1(t) – шумовая составляющая, обусловленная
акустическим низкочастотным шумом действующим на отражающую поверхность ограждающей
конструкции;
n2(t) – шумовая составляющая, обусловленная
атмосферными шумами тракта передачи сигнала;
S0 – амплитуда сигнала;
L – амплитуда виброколебаний;
Ω – частота вибрации;
φ, β – начальные фазы.
Амплитуда вибрации из этого уравнения может быть определена по измеренному значению индекса
фазовой
(частотной)
модуляции
m f = 2π ( L λ ) .
Таким образом, отраженный сигнал оказывается промодулированным по фазе (частоте) и при начальных фазах равных нулю (φ = 0, β = 0) может
быть представлен в следующем виде
Sфм (t ) = S0 ⋅ cos[ωˆ 0 ⋅ t + m f ⋅ sin( Ω ⋅ t )]
(3)
Поскольку на отражающую поверхность объекта воздействует не только полезный тональный
акустический сигнал, но и акустический низкочастотный шум, то отраженное излучение лазера будет
промодулировано по фазе (частоте) смесью сигнала
S(t) и шума n1(t)
S (t ) = m f sin Ωt ;
(4)
n1 (t ) = k1ξ1 (t ) ,
Григорьев Иван Александрович – ГНИИИ ПТЗИ ФСТЭК
России, аспирант, тел. (4732) 34-79-79
Тупота Виктор Иванович – ГНИИИ ПТЗИ ФСТЭК
России,
д-р
техн.
наук,
профессор,
тел. (4732) 53-99-85
(5)
где ξ1(t) – гауссовский низкочастотный шум, при2
чем < ξ1 (t ) >= 0 и < ξ1 (t ) >= 1/ 2 ;
mf – индекс фазовой (частотной) модуляции.
В этом случае в отраженном излучении лазера
присутствует шумовая составляющая n1(t), обусловленная естественными акустическими шумами, которую можно рассматривать как источник нормального шума, приведенного ко входу приемника.
Тогда можно считать, что на отраженный с поверхности исследуемого объекта сигнал лазера действуют низкочастотные возмущения, представляющие собой смесь информативного сигнала S(t) и
приведенного шума n1(t) с отношением сигнал/шум,
равным Q1
< S (t ) >
2
Q1 =
где < S (t ) > = lim
2
T →∞
< n1 (t ) > = lim
2
< n1 (t ) >
2
,
2
Q2 =
где < S фм (t ) > = lim
∫S
2T
2
преобразования,
S чм (t ) ≈ S 0 cos ω0 t − S 0 m f sin Ωt sin ω0 t −
− S 0 k1ξ1 (t ) sin ω0 t ;
;
2
< n1 (t ) >=
k1
.
2
Подставляя (8) и (9) в (6) получим
mf
k1 =
.
Q1
чим
Q1
(8)
(9)
(10)
ξ1 (t ) sin ω0 t .
(11)
чем < ξ 2 (t ) >= 0 и < ξ 2 (t ) >= 1 / 2 , ξ1(t) и ξ2(t) – ста2
тистически независимы
S фм (t ) = S1 cos ω0 t − S1 m f sin Ωt ⋅ sin ω0 t −
mf
Q1
ξ1 (t ) sin ω0 t + k 2ξ 2 (t ).
(14)
k2
.
(15)
2
Тогда, подставив найденные значения в условие для Q2, путем несложных преобразований получим
(7)
Поскольку нас интересует только отношение
сигнал/шум на входе оптико-электронной аппаратуры дистанционного прослушивания речи, будем
считать, что на ее входе присутствует смесь сигнала
Sфм (Sчм(t)) и шума n2(t)=k2ξ2(t), приведенного по
мощности к сигналу, где ξ2(t) – гауссовский шум в
полосе приемника с центральной частотой ω0, при-
− S1
2
⎛ m 2f m 2f ⎞
+
⎜1 +
⎟.
Q2 ⎝
2
2Q1 ⎠
2
S фм (t ) = S 0 cos ω0 t − S 0 m f sin Ωt ⋅ sin ω0 t −
− S0
∫
2
2
Подставляя значение k1 в выражение (7), полу-
mf
T
⎛ 1 m 2f m 2f ⎞
< S фм (t ) >= S1 ⎜ +
+
⎟;
⎝ 2 4 4Q1 ⎠
2
(12)
Отраженный модулированный сигнал Sфм(t)
поступает на вход аппаратуры вместе с атмосферными шумами n2(t). Обозначим отношение сигнал/шум на входе аппаратуры через Q2
S1
(16)
Таким образом, на входе устройства обработки
(демодулятора) получим сигнал
S фм (t ) = S1 (cos ω0 t − m f sin Ωt sin ω0 t −
2
2
(t ) dt ;
n2 (t ) dt .
2T − T
Выполнив соответствующие преобразования
получим
k2 =
2
mf
2
фм
2
2
2
(13)
−T
2
1
< S (t ) >=
∫S
< n2 (t ) >=
∫ n (t )dt.
2T − T
Проводя соответствующие
получим следующие выражения
,
T
1
2
(t ) dt ;
T
1
2
2T
< n2 (t ) > = lim
(6)
−T
T →∞
< n2 (t ) >
1
2
T
1
< S фм (t ) >
−
mf
Q1
2
1
ξ1 (t ) sin ω0 t +
1+
Q2
mf
2
2
+
mf
2Q1
ξ 2 (t )).
(17)
После преобразования и детектирования результирующий сигнал можно представить как смесь
информативного сигнала Sдет(t)=k S(t) и шума n3(t) с
отношением сигнал/шум Q3,
T
1
2
2
где < S дет (t ) > = lim
S дет (t ) dt ;
2T − T
∫
< n3 (t ) > = lim
2
T
1
∫
2
n3 (t ) dt .
2T − T
Из уравнения (17) следует, что мощность полезного сигнала (с точностью до константы) будет
равна
k 2
2
2
2
< S дет (t ) >=< m f sin Ωt >= ( m f ) ,
(18)
2
а мощность шума с точностью до константы определится выражением
⎡ m 2f
< n3 (t ) >= k ⎢
⎣ 2Q1
2
⎛ m 2f m 2f ⎞ 1 ⎤
+ ⎜1 +
+
⎟
⎥ . (19)
2
2Q1 ⎠ 2Q2 ⎦
⎝
Тогда отношение мощности полезного сигнала
к мощности шума на выходе оптимального преобразователя (детектора) определится соотношением
2
Q3 =
2 m f Q1Q2
( 2Q + Q m
1
1
2
f
+ 2Q2 m f + m f
2
2
)
.
(20)
Как известно [3] словесная разборчивость речи
связана с отношением сигнал/шум выражением
W=
1
- 1
.
(21)
1 + 0, 21Q
Таким образом, предложенная модель оптикоэлектронного канала утечки акустической речевой
информации позволяет определить отношение мощности полезного сигнала к мощности шума на выходе оптимального преобразователя (детектора). Кроме того, применив совместно формулы (20) и (21),
можно определить словесную разборчивость речи
при использовании оптико-электронной аппаратуры
дистанционного прослушивания речи через отношение сигнал/шум на отражающей поверхности, отношение сигнал/шум на входе средства прослушивания речи и параметров модуляции отражающей
поверхности.
Заключение
Разработанная модель утечки акустической речевой информации по оптико-электронному каналу
позволяет рассчитать словесную разборчивость речи
на выходе аппаратуры дистанционного прослушивания речи с учетом всех преобразований исходного
информативного акустического сигнала, шумовых
составляющих и отношений сигнал/шум в точках
съема информации аппаратурой дистанционного
прослушивания речи.
Литература
1. Хорев А.А. Защита информации от утечки
по техническим каналам. Часть 1. Технические каналы утечки информации. – М.: Гостехкомиссия
России, 1998.
2. Хорев А.А. Способы и средства защиты информации. – М.: МО РФ, 2000.
3. Герасименко В.Г., Лаврухин Ю.Н. Тупота
В.И. Методы защиты акустической речевой информации от утечки по техническим каналам. –
М.:РЦИБ "Факел", 2008.
Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем
информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю
технической
защиты
THE MODEL BUILDING OF THE OPTOELECTRONIC LEAKAGE CHANNEL
OF THE ACOUSTIC VOICE DATA
I. A. Grigoriev, V. I. Tupota
The model building of the optoelectronic leakage channel of the acoustic voice data taking into account of all transformations of initial informative acoustic signal, noise terms and signal-to-noise ratio at the information pickup points by the
remote voice listening equipment is presented
Key words: optoelectronic channel, acoustic voice data, signal-to-noise ratio