МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ПРАВА, ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
КАФЕДРА ОРГАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по инженерно-технической защите информации на тему:
«Акустоэлектрические преобразователи. Принципы работы. Особенностиконструкции и использования»
Выполнил студент ЗИ04-2в
Пинхаев Б.Б.
Научный руководитель
Бурдяков В.В.
Иркутск 2007
Содержание
Введение. 3
Акустоэлектрические преобразователи и их виды… 5
Акусторезистивные преобразователи. 21
Акустический и виброакустический каналы утечки информации. 24
Технические характеристики акустопреобразовательного канала. 28
Возможные направления зашиты акустической информации отутечки через каналы, образуемыеакустопреобразовательными элементами. 31
Заключение. 36
Список литературы… 37
Введение
Человеческая речь являетсяестественным и наиболее распространенным способом обмена информацией междулюдьми, и попытки перехвата (подслушивание) этой информации ведутся сдревнейших времен до настоящего времени. Определенный интерес в полученииречевой информации вызван рядом специфических особенностей, присущих такойинформации:
конфиденциальность — устноделаются такие сообщения и отдаются такие распоряжения, которые не могут бытьдоверены никакому носителю;
оперативность — информация можетбыть перехвачена в момент ее озвучивания;
документальность — перехваченнаяречевая информация (речь, не прошедшая никакой обработки) является по существудокументом с личной подписью того человека, который озвучил сообщение, так каксовременные методы анализа речи позволяют однозначно идентифицировать еголичность;
виртуальность — по речи человекаможно сделать заключение о его эмоциональном состоянии, личном отношении ксообщению и т.п.
Эти особенности речевыхсообщений вызывают заинтересованность у конкурентов или злоумышленников вполучении подобной информации. И, учитывая особенности расположения большинстваофисов коммерческих предприятий и фирм в жилых домах, разъединенных снеизвестными соседями сбоку, сверху и снизу несущими конструкциями снедостаточной акустической защитой, задача защиты конфиденциальных переговоровстановится особо актуальной и достаточно сложной.
Защита акустической информацииявляется довольно дорогим и сложным мероприятием, поэтому на практике вучреждениях и фирмах целесообразно иметь специально выделенные места сгарантированной (по заданной категории) защитой акустической информации — такназываемые защищаемые (выделенные) помещения.
Полнота защиты подобныхпомещений зависит как от их акустической защищенности по воздушной иструктурной (вибрационной) акустической волне, так и от защищенностирасположенных в помещении устройств и их элементов от утечки за счетакустопреобразовательного эффекта, побочных электромагнитных излучений инаводок (ПЭМИН), а также от организованных каналов утечки информации.
Поэтому, оценивая возможноститакого помещения, целесообразно рассмотреть как его акустическую защищенность(несущие конструкции, пол, потолок, вентиляционные короба, двери, окна, трубыотопления и т.п.), так и предусмотреть возможность использованиязлоумышленником элементов аппаратуры, обладающих акустопреобразовательнымэффектом — звонковые цепи телефонных аппаратов, вторичные часы, динамики сетейтрансляции, некоторые извещатели систем охранной и пожарной сигнализации и т.п.
Акустоэлектрические преобразователи и их виды
Каналы утечки информации,возникающие за счет наличия преобразовательных акустоэлектрических элементов вцепях различных технических устройств, находящихся в выделенном помещении,опасны тем что они сопутствуют работе этих устройств в их нормальных режимахработы и злоумышленник может воспользоваться ими без проникновения в помещение(или охраняемую зону), без установки специальных подслушивающих устройств.
Хорошо известны способыполучения информации об акустике помещения за счет подсоединения к линиямтелефонных аппаратов(особенно в случаях, когда в помещении расположены аппаратыс электромеханическими вызывными звонками), линиями диспетчерской или охраннойсигнализации и т.п.
Подобные каналы утечкиинформации могут возникнуть на основе так называемых акустоэлектрическихпреобразователей.
Акустоэлектрическийпреобразователь — это устройство, преобразующее акустическую энергию (т. еэнергию упругих волн в воздушной среде) в электромагнитную энергию в схемах техустройств, в которых находятся акустоэлектрические преобразователи(илинаоборот, энергию электромагнитных волн в акустическую). Из окружающих насустройств наиболее известны такие электроакустические преобразователи каксистемы звукового вещания, телефоны, из акустоэлектрических — микрофоны. Следуетучитывать, что в большинстве электроакустических преобразователей имеет местодвойное преобразование энергии — электромеханическое, в результате которогоэлектрическая энергия, подводимая к преобразователю переходит в энергиюколебаний механической системы (например, диффузор динамика), колебание которойи создает в среде звуковое поле.
Наиболее распространенныеакустоэлектрические преобразователи линейны, т.е. удовлетворяют требованиямнеискаженной передачи сигнала и обратимы, т.е. могут работать и как излучательи как приемник и подчиняются принципу взаимности. В большинстве случаев приэлектроакустическом преобразовании преобладает преобразование в механическуюэнергию либо электрического, либо магнитного полей (и обратно — преобразованияакустической энергии в электрическую, либо магнитную). В соответствии с этимобратимые акустоэлектрические преобразователи могут быть представленыследующими группами:
1. Индуктивные генераторные
E= n (∆Ф/∆t)
E – ЭДСсигнала
n –число витков
Ф – магнитный поток
1.1 Электромагнитные
/>
k — параметр,характеризующий магнитные свойства цепи
p — акустическоедавление
s — площадьякоря
a — зазормежду сердечником и якорем
1.2 Магнитострикционные
/>
G –магнитострикционный модуль
E=p*G*n
1.3 Электродинамические
/>
Ф=f*(V) магнитный поток изменяется за счет перемещения проводников
Е= B* [L*V], если B┴L┴V, то Е= B*L*V
B — индукциямагнитного поля
L –длина проводника
V –скорость перемещения проводника под действием давления р
2. Емкостные генераторныепьезоэлектрические
/>
d –пьезомодуль
c –емкость
Е=d*(p/c)
2.1 Емкостные параметрическиеконденсаторы
/>
J=U0*(∆C/∆t)
C=f*(p)
а) электродинамическихпреобразователей, действие которых основано на электродинамическом эффекте. электродинамическиминазывают индукционные системы, электрический контур которых перемещается вмагнитном поле, порожденном внешним по отношению к контуру источником МДС(такимисточником может служить электромагнит или постоянный магнит, входящий в составмагнитной цепи системы). Величина ЭДС перемещения, наводимая вэлектродинамических системах при перемещении контура (провода).
б) электромагнитныхпреобразователей
У этих систем, в отличии отэлектродинамических, электрическая часть является неподвижным контуром. Так же,как у электродинамических систем, внешним источником МДС могут служитьэлектромагнит или постоянный магнит, входящий в состав магнитной цепи системы.
Действие подобныхпреобразователей основано на колебании ферромагнитного сердечника в переменноммагнитном поле или изменении магнитного потока при движении сердечника.
в) электростатических, действиекоторых основано на изменении силы притяжения обкладок конденсатора приизменении напряжения на нем и на изменении положения обкладок конденсатораотносительно друг друга под действием, например, акустических волн.
г) пьезоэлектрические основанына прямом и обратном пьезоэлектрическом эффекте. К пьезоэлектрическим относятсякристаллические вещества и специальные керамики, в которых при сжатии ирастяжении в определенных направлениях возникает электрическое напряжение. Этотак называемый прямой пьезоэффект, при обратном пьезоэффекте появляютсямеханические деформации под действием электрического поля.
д) магнитострикционные(механнострикционные)преобразователи использующие прямой и обратный эффект магнитострикции.
Магнитострикция — изменениеразмеров и формы кристаллического тела при намагничивании — вызываетсяизменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле,и, как следствие, расстояний между узлами решетки. Наибольших значениймагнитострикция достигает в ферро — и ферритомагнетиках, в которыхвзаимодействие частиц особенно велико.
В магнитострикционном преобразователеиспользуется линейная магнитострикция ферромагнетиков в области техническогонамагничивания. Магнитострикционный преобразователь представляет собойсердечник из магнитострикционных материалов с нанесенной на него обмоткой(такие конструкции используются в фильтрах, резонаторах и других устройствахакустоэлектроники). В подобном преобразователе энергия переменного магнитногополя, создаваемого в сердечнике протекающем по обмотке переменным электрическимтоком, преобразуется в энергию механических колебаний сердечника или наоборот,энергия механических колебаний, наведенная, например, акустическим сигналом,воздействующим на сердечник преобразуется в энергию магнитного поля наводящегопеременную ЭДС в обмотке.
е) к особому классуакустоэлектрических преобразователей относятся необратимые приемники звука,принцип действия которых основан на применении электрического сопротивлениячувствительного элемента под действием звукового давления. Например, угольныймикрофон или полупроводниковые приемники, в которых используется так называемыйтензорезистивный эффект — зависимость сопротивления полупроводниковых приборовот механических напряжений.
Таким образом, наряду соспециально созданными для преобразования акустических сигналов в электрическиетак называемых приемников звука (например, в воздухе — микрофоны, в воде — гидрофоны,в грунте — геофоны) существуют «паразитные», не предусмотренные идеейприбора акустоэлектрические преобразователи. Проявлениеакустопреобразовательных каналов утечки информации в большинстве случаев несвязано с качеством исполнения механизма прибора, а является сопутствующим егодеятельности по предназначению, т.е. их подавление в ряде случаев не может бытьпроведено путем более качественного исполнения или настройки механизмов. В рядеслучаев они возникают за счет взаимности действия элемента, заложенного в егоконструкцию (динамики), в других случаях за счет некачественности исполненияэлементов (рыхлая намотка индуктивностей, изменение расстояния между обкладкамиконденсатора под действием механических волн) и т.п.;
По своей природеэлектроакустические преобразователи часто сравнивают с микрофонным эффектом.
Микрофонный эффект — появление вцепях радиоэлектронной аппаратуры посторонних (паразитных) электрическихсигналов, обусловленных механическими воздействиями (звуком, сотрясениями,вибрациями и т.п.). Свое название микрофонный эффект получил по аналогии ссоответствующими процессами, происходящими в микрофоне. Наиболее сильномикрофонный эффект проявляется при работе электронных приборов (в усилителяхэлектрических колебаний звуковых частот, супергетеродинных приемниках и т.п.
Микрофоны:
Для перехвата акустической воздушнойволны наиболее широко используются микрофоны.
Микрофон — устройствопреобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические сигналы.
Микрофоны могут быть классифицированыпо различным признакам:
• по принципу преобразованияакустических (звуковых волн) в электрические;
• по способу воздействиязвуковых волн на диафрагму микрофона,
• по конструкторскому исполнению;
• по признакам характеристикинаправленности;
• по электрическим параметрам и т.п.
По признаку преобразованияакустических колебаний микрофоны подразделяются на:
1а) Электродинамические.
/>
1б) Электромагнитные
/>
1в) Электростатические
/>
1г) Угольные
/>
1д) Пьезоэлектрические
/>
1е) Полупроводниковые
/>
По признаку приема звуковыхколебаний микрофоны подразделяются на три группы:
1) приемники звукового давления,действующего на диафрагму;
2) приемники градиента давления,реагирующего на разность звуковых давлений, действующих на обе стороныдиафрагмы;
3) приемники комбинированноготипа, сочетающие свойства приемников звукового давления и градиента давления;
Схемы приема акустических волнмикрофоном-приемником
2а) Звукового давления
/>
2б) микрофон-приемник градиентазвукового давления
/>
В микрофонах-приемникахдавления, давление звукового поля действует только на одну сторону диафрагмы,другая сторона
конструктивно защищена от этоговоздействия. В микрофонах-приемниках градиента давления разность давлений полявоздействует на обе стороны диафрагмы.
Микрофонами-приемникамиградиента давления являются ленточные микрофоны(рис.1д). В зазоре междуполюсными наконечниками 2, постоянного магнита 4 подвешена лента из алюминиевойфольги I толщиной 3 — 4 мкм. Частота собственныхколебаний ленты 15-20 Гц. Такие микрофоны имеют чувствительность 1 — 2 мВ/Па иобеспечивают передачу широкого диапазона частот (Л.68).
Различие по воздействию звуковыхколебаний на подвижную систему микрофона определяет и разные виды характеристикнаправленности микрофона. Зависимость чувствительности микрофона на даннойчастоте от угла между акустической осью и направлением на источник звукаизображается обычно графически в полярных координатах.
По этому признаку микрофоныподразделяются на пять типов: ненаправленные (с круговой диаграммой)
3А)
/>
/>
3б) двусторонне направленная(«восьмерка»)
односторонне направленные(кардиоида)
3в)
/>
односторонне остронаправленные(суперкардиоида и гиперкардиоида) — 3г и Зд.
3г)
/>
3д)
/>
Направленность микрофонахарактеризует отношение чувствительности микрофона к осевой чувствительности.
Микрофон ненаправленногодействия обладает постоянной чувствительностью независимо от направления, покоторому проходят звуковые волны. Рабочее пространство такого микрофона — сфера.Следует, однако, отметить, что на частотах, где длина волны становитсясоизмеримой с размерами микрофона начинает сказываться экранирующее действиекорпуса микрофона. Поэтому, начиная с частот 1000 — 2000 Гц у микрофонапоявляется заметная направленность, а на частотах 10-15 кГц она становитсявесьма значительной.
Двусторонне направленныемикрофоны имеют одинаковую чувствительность с фронтальной и тыльной сторондиафрагмы, чувствительность их в поперечном направлении равна нулю. Подобнаяхарактеристика сохраняется как для нижних, так и для высоких частот.
Односторонне направленныемикрофоны чувствительны к звуковым волнам, приходящим со стороны максимальнойнаправленности микрофона.
Для получения остронаправленнойхарактеристики микрофона используют различные конструкции микрофона — синтерференционным элементом или параболическим рефлектором, плоскаяфазированная решетка или градиентный микрофон.
Микрофоны также классифицируютсяпо требованиям эксплуатации, стойкости их к климатическим и механическимвоздействиям (эксплуатация на открытом воздухе, в закрытых помещениях, поднавесом, в помещениях с повышенной влажностью и т.п.).
Одним из основных параметровмикрофона являются осевая чувствительность микрофона, расположенного всвободном поле при распространении синусоидальной звуковой волны в направленииакустической оси микрофона.
Ее определяют по формуле:
E0= U/P,
где U — напряжениена входе микрофона;
Р — звуковое давление.
Чувствительность микрофона подиффузному полю определяется зависимостью:
Едиф=U/Pдиф где Рдиф — звуковое давление в точке до размещения в неймикрофона.
При этом под свободным полем мыпонимаем такое поле, в котором преобладает прямая звуковая волна, а отраженныезвуковые волны отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь.
Диффузное поле — это такое поле,в каждой точке которого одинакова плотность звуковой энергии и в котором повсем направлениям распространяются одинаковые потоки звуковой энергии.
Стандартный уровеньчувствительности (дБ) определяется по формуле;
NCT = 10lg (U2hoм/Rhoм*P0),
где: Uhom- напряжение, развиваемое на номинальном сопротивлении нагрузки Rном при звуковом давлении 1Па;
P0 — мощностьэлектрического сигнала микрофона при давлении 1Па.
Уровень собственного шумамикрофона (дБ) определяется по формуле:
Nш=20lg(Uш/U1)
где: Uш- эффективное значение напряжения, обусловленного флюктуациями давления вокружающей среде и тепловыми шумами схемы микрофона;
U1 — напряжениепри воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным действием 0,1 н/м2.
Характеристика направленностимикрофона может быть представлена уравнением улитки Паскаля:
R0 = (l+С*cos0) *(1+C),
где: R0- отношение чувствительности микрофона Е(θ) (под углом 0 к его оси) косевой чувствительности Е0;
С — отношение чувствительностиприемника к градиенту давления, определяющее форму характеристикинаправленности.
В зависимости от действующей надиафрагму микрофона результирующей силы звукового давления Fвеличина выходного напряжения микрофона определяется величиной:
а) для угольного микрофона
U = (K*F*U0*R*n) /(w*Zм *(Ri n2+Rи),
где:
m — коэффициентмодуляции;
U0приложенное к микрофону постоянное напряжение;
Rн — сопротивлениенагрузки микрофона;
К – отношение коэффициентамодуляции к величине смещения диафрагмы микрофона;
F — действующаяна диафрагму микрофона результирующая сила звукового давления;
n — коэффициенттрансформации;
Ri — внутреннеесопротивление микрофона;
Zм — механическоесопротивление акустической системы микрофона.
б) для электромагнитногомикрофона;
U = ω*Ф0*F*Rн/d*Zм* (Rn+Zi),
где:
ω — число витков обмотки;
Ф0 — магнитный ток, исходящий изполюса магнитной системы;
d — зазормежду полюсом и якорем;
Zi — внутреннееэлектрическое сопротивление микрофона.
в) для электродинамическогокатушечного микрофона:
U = B*L*F*Rи/ Zм*(Ri+ Rn) = B*L*υ*Rн/ (Ri+Rn)
где:
В — индукция в зазоре магнитнойсистемы;
L — длинапроводника обмотки подвижной катушки;
υ — колебательная частота диафрагмы (якоря).
Результирующая сила звуковогодавления микрофона (т.е. сила, действующая на одну сторону диафрагмы) определяетсясоотношением:
F = k*p0*S,
где:
р0 — звуковое давление, имевшееместо в акустическом поле до внесения в него микрофона;
k — коэффициентдифракции, определяемый как отношение звукового давления р на поверхностьдиафрагмы к давлению р0;
S — поверхностьдиафрагмы, на которую воздействует звуковое давление.
Электродинамическиепреобразователи
При движении проводника длинной l в постоянном магнитном поле индукцией В со скоростью V внем индуцируется ЭДС сигнала
E = B* [l*V];
В равномерном магнитном поле
E = B*l*V;
В равномерном магнитном поле
Учитывая, что колебательная скоростьV равна действующей на проводник силе, деленной на механическоесопротивление (Zм) т.е.
V=F/ Zм и что сила определяетсяпроизведением давления на площадь
проводника получим η=B*l*S/Zм уравнение чувствительностиэлектродинамической системы.
Таким образом величина ЭДСопасного сигнала на выходе такой системы равна Eис=Pис* B*l*S/Zм
Механическое сопротивлениеодноконтурной механической системы может быть определено из соотношения: Zм=F/V=(r+j) *(ω*m-1/ω*Cм)
где: F-действующаяна проводник сила
V — колебательная скорость
r — активноесопротивление (трение) мех Ом
m — массапровода (кг)
Cm — гибкость(м/ньютон)
Принцип электродинамическойсистемы преобразования проявляется при акустическом воздействии наэлектродинамические головки громкоговорителей, электровторичных часов,трансформаторов, дросселей.
Изменить параметры, входящие врассмотренные выше соотношения с целью уменьшения опасности возникновенияакустопреобразовательного канала часто не представляется возможным, т.к этоможет повлиять на рабочие параметры устройства (например, для уменьшениякоэффициента преобразования трансформатора его можно залить компаундом, а вголовке громкоговорителя нельзя).
Электромагнитные преобразователи:
Принцип преобразования состоит виндуцировании ЭДС сигнала в обмотке при изменении магнитного потока Eис=Pис*η где: η=V*S*μ0*ω*S’/a2*Zм
S’ — площадьполюсного наконечника со стороны зазора,
S — площадьякоря,
V — магнитодвижущаясила постоянного магнита,
ω –число витков,
a — величиназазора
Eис=(Pис* V*S*μ0*ω*S’) /a2*Zм
Примерами преобразователейэлектромагнитной системы являются электромагнитные капсюли, электрическиезвонки постоянного и переменного тока, электромагнитные реле.
Следует обратить внимание на то,что и в этом случае не представляется возможным уменьшить коэффициентпреобразования у подобных систем при сохранении требуемых рабочих параметровэтих элементов.
Электростатическиепреобразователи
Простейшим преобразователем этойсистемы является электрический конденсатор, одна пластина которого подвижная,другая закреплена неподвижно.
Коэффициент преобразования определяетсясоотношением: η=U0*S/ω*a*Zм
U0 — напряжениеприложенное к пластинам,
S — площадьпластин,
а — зазор между пластинами,
Zм — механическоесопротивление системы,
ω — частота воздействующегополя.
Для получения эффектапреобразования на пластины необходимо подать напряжение. Примерами устройствдействующих по этой системе являются пластины различных реле (если провода отних выходят за пределы контролируемой зоны), монтажные провода илиэлектрические детали плат, расположенные вблизи металлического корпусатехнического средства.
Уменьшить коэффициентпреобразования (и, соответственно величину опасного сигнала) возможно приуменьшении площади пластины конденсатора или увеличении механическогосопротивления системы с помощью заливки (проводников, плат, схем и т.п.).
Механострикционныепреобразователи:
Механострикция — деформация,возникающая в ферро-, ферри- и антиферромагнитных материалах при наложениимеханических напряжений (например, звуковая волна), изменяющих магнитноесостояние (намагниченность) образцов.
В отсутствие внешнего магнитногополя механические напряжения вызывают в таком материале процессы смещенияграниц магнитных доменов и вращения векторов их самопроизвольнойнамагниченности, что приводит к дополнительному, по сравнению с упругим,изменению намагниченности. Возможность подобных каналов утечки информацииоснована на свойствах магнитных материалов изменять намагниченность поддействием внешней силы. Если на сердечнике из магнитного материала разместитьобмотку, то действие звукового поля на сердечник приведет к появлению в обмоткеЭДС опасного сигнала.
Механострикционный эффектсвойственен электрическим трансформаторам, дросселям, электромагнитным реле идругим элементам, в которых витки расположены на магнитном сердечнике.
Чувствительность в системе(коэффициент акустоэлектрического преобразования) зависит отмагнитострикционной чувствительности материала. Как показывает опыт, приизменении процентного содержания кремния в сплавах стали с никелем можносущественно уменьшить магнитострикционную составляющую чувствительности сплава.
Можно в ряде случаевиспользовать комбинированную систему уменьшения коэффициента преобразования засчет заливки трансформатора, находящегося в экране, вязким компаундом. Акусторезистивные преобразователи
Наиболее известнымакусторезистивным преобразователем является угольный микрофон, конструкциякоторого представляет собой металлическую коробку с угольным порошком. Сверхукоробка закрыта тонкой пластиной — мембраной, сделанной из проводящегоэлектрический ток материала. Пластинка изолирована от коробки и лежит прямо напорошке. Действие такого микрофона (преобразователя) основано на свойствеугольного порошка менять электрическое сопротивление в зависимости от давления.Звуковые волны речи заставляют мембрану колебаться и она сильнее или слабеесдавливает порошок, изменяя величину сопротивления столба порошка.
В стандартном угольном микрофонеэто свойство используют для превращения звуковых колебаний в электрические, длячего к микрофону подсоединяют электрическую батарею так, чтобы ток проходилчерез угольный порошок.
Сила тока будет изменяться взависимости от сопротивления порошка (а последнее зависит от силы акустическогосигнала) и таким образом акустические волны превращаются в электрическиеколебания.
Аналогичный резистивный эффект,связанный с изменением электрического сопротивления твердого проводника(полупроводника, металла), возникает в результате его деформации подмеханическим воздействием. Наиболее серьезно этот эффект проявляется вполупроводниках, где он связан с изменением энергетического спектра носителейзаряда при деформации, с изменением ширины запрещенной зоны и энергией примерныхуровней, с изменением эффективных масс носителей заряда и т.п.
Вольтамперная характеристикаполупроводниковых приборов часто определяется малой областью объемаполупроводников и поэтому при концентрации механических напряжений именно вэтой области даже малое механическое усилие создает значительные изменениявысоты потенциального барьера для носителей, что приводит к изменениювольтамперной характеристики прибора. Существует целый ряд полупроводниковыхэлементов, которые служат датчиками механических напряжений и ускорений.
Таким образом, значительноеколичество элементов, окружающих нас различных устройств, используемых впрактической деятельности, обладает акустопреобразовательным эффектом и,следовательно, могут являться источником для создания канала утечкиконфиденциальной акустической информации. Возможный перечень таких элементовприведен в таблицеЭлектродинамические Электромагнитные Электростатические Пьезоэлектрические Акусто резистивные Магнитострикционные
Электро-
Динамический громкоговоритель Электрические звонки конденсаторы пьезодатчики Угольные микрофоны фильтры
Электро-
Динамический микрофон Звонковые цепи телефона Реле провода Кварцевые вибраторы резонаторы Катушечные, ленточные, Электродинамические измерительные приборы
Вторичные электрочасы
Электромагнитный микрофон, электромагнитные измерительные приборы
Платы.
Микрофоны конденсаторные электретные
Полупроводниковый микрофон
Пьезоэлектрический микрофон
Датчики ОС Приемники использующие резистивный эффект Элементы акустоэлектроники акустомеханические преобразователи
Весьма существенным являетсядиапазон электромагнитных волн, в который происходит преобразование за счетакустоэлектрических элементов звукового сигнала. Как правило, это связано спрактическим предназначением элемента и его расположением в схеме устройства. Еслиакустопреобразовательный элемент расположен, например, в схеме гетеродина иливысокочастотного генератора, изменение его параметров под действием звуковогосигнала может привести к изменению амплитуды, частоты или фазы гетеродина илигенератора.
В этом случае канал утечкиинформации является радиоканалом, не ограниченным проводными системами, защитакоторого имеет свои особенности.
По проявлению в эфиреакустопреобразовательные каналы можно разделить на:
передаваемые по линиям связи,питания, управления;
передаваемые радиосигналом.
К первым относятся возможныеканалы утечки акустической информации, создаваемые акустопреобразовательнымиэлементами телефонной сети, сети вторичной часофикации, громкоговорящей илидиспетчерской связи, некоторые извещатели в охранной сигнализации и т.п. Акустический и виброакустический каналы утечкиинформации
Технический канал утечкиакустической информации представляет собой совокупность источника акустическойинформации, среды распространения (воздух, вода, земля, строительные и другиеконструкции) и технических средств разведки.
Источники акустических колебанийразделяют на:
первичные — механическиеколебательные системы, например, органы речи человека, музыкальные инструменты,струны, звуки работающей техники;
вторичные — электроакустическиепреобразователи — устройства для преобразования акустических колебаний вэлектрические и обратно (пьезоэлементы, микрофоны, телефоны, громкоговорители идр.) и технические устройства в которых эти преобразователи используются.
В акустических каналах утечкиинформации техническим демаскирующим (разведывательным) признаком объектовзащиты является акустические (звуковые) волны.
Такие каналы утечки информациихарактерны для акустической речевой разведки (для перехвата речевой информациииз мест коммуникативной деятельности человека) и акустической сигнальнойразведки (для получения разведданных об акустических «портретах»различных технических устройств, работе которых сопутствуют акустические поля).
Применительно к каналам утечкиречевой информации в качестве среды распространения рассматривается воздушная(атмосферная или газовая) и твердые среды.
Следует отметить, что средствомперехвата акустической информации, данным природой, является человеческое ухо,возможности которого можно существенно улучшить за счет использования различныхтехнических средств и решений.
В качестве средств речевойразведки выступают различного типа преобразователи (датчики) регистрациимеханических колебаний в соответствующих средах, объединенные с различнымивидами регистраторов речи, либо приемники электрических сигналов иэлектромагнитных полей (при преобразованных в эти поля акустических сигналов).
Для образования условий утечкиакустической информации необходимо выполнение определенных энергетических соотношенийи временных услоиий:
(Pиас/Pш) >= (Pa/Pш)пред — для речевых сигналов при требуемых соотношениях в октавных полосах
Где: Pиас- мощность информационного (опасного) акустического сигнала в месте приема,
Рш — мощность шумов в местеприема,
(Ра/Рш) пред — минимальноесоотношение мощности акустического сигнала к мощности шумов в точке приема, прикотором сигнал еще может быть перехвачен соответствующим TCP(с учетом различных методов выделения информативного сигнала — накопления,корреляции и т.п.). Определение величины Риас требует учета всех особенностейраспространения акустических волн, а также условий, обеспечивающихразборчивость принимаемого сигнала.
Вторым условием существованияканала утечки акустической информации является совпадение по времени работытехнического средства акустической разведки ∆tперсо временем осуществления конфиденциальных переговоров (∆Tинф) или передачи конфиденциальной речевой информации.
С учетом физических особенностейакустической волны как волны механической, количество типов каналов утечкиинформации может быть весьма разнообразным.
Применительно к акустическомусигналу могут быть рассмотрены такие каналы утечки информации как (рис.4):
а)
/>
/>
Акустический источникконфиденциальной информации ТСР приема конфиденциальной информации
/>
Акустический источник конфиденциальнойинформации ТСР приема конфиденциальной информации
/>
/>
/>
Рис.4. Возможные типы каналовутечки конфиденциальной акустической информации: а) канал утечки акустическойинформации воздушной полной (акустический); б) канал утечки акустическойинформации структурной волной (виброакустический); в) канал утечки акустическойинформации с использованием облучающих сигналов (оптико-электронный); г) каналутечки акустической информации за счет акустоэлектрических преобразователей(электроакустический); д) канал утечки акустической информации с закладнымиустройствами.
Утечка информативногоакустического сигнала может осуществляться за счет воздушной акустической волны(рис.4а). Среда — «воздух (или воздух — твердое тело — воздух)». Вэтом случае в качестве технического средства перехвата может служить человеческоеухо, микрофон, направленный микрофон.
Перехват информации,преобразованной из воздушной в вибрационную (структурную), может бытьосуществлен непосредственно с несуших конструкций (стены, трубы, окна и т.д.); среда- «воздух — твердая среда». TCP — контактныйвибродатчик (стетоскоп, акселерометр) (рис.4б);
С учетом особенностейвоздействия звуковой волны как механической, возможен и такой вид канала утечкиинформации, который показан на рис.4в. В этом случае злоумышленник«подсвечивает» тонкую перегородку (окно, лампочку и т.п. } сигналомлазера или высокочастотного генератора. Отраженный сигнал, в этом случае, будетпромодулирован механическими колебаниями тонкой перегородки, полностьювоспроизводящими акустический информационный сигнал, воздействующий на эту жетонкую перегородку.
При организации защитыакустической (речевой) информации необходимо учитывать возможность её утечки изсистем звукоусиления, магнитной звукозаписи, при передаче по каналам связи,систем звукового сопровождения кинофильмов и т.п. Утечка акустическойинформации может произойти из-за воздействия акустического сигнала на элементытракта радиоэлектронных систем — конденсаторы, катушки индуктивности, элементытелефонного аппарата, вторичных часов и т.п. В этом случае преобразованный вэлектрический информационный акустический сигнал может распространяться набольшие расстояния (рис.4г). Среда — «воздух — электроакустическийпреобразователь — воздух (или токопроводящие цепи)». TCP- приемник электрических сигналов или электромагнитных волн(электроакустический канал).
И, наконец, информативныйакустический сигнал может быть перехвачен закладным (радиозакладным) устройствоми передан злоумышленнику по проводному или радиоканалу (рис.4д). Среда — «воздухили токопроводящие цепи». TCP — приемник электрических сигналов или электромагнитных волн.
Каждый из возможных каналовутечки информации индивидуален по физическим основам его создания, и для егоразрушения, т.е. для защиты источника от утечки информации, требуется нарушениеэнергетических и временных условий существования канала утечки путемиспользования различных по физическим принципам средств защиты. Технические характеристикиакустопреобразовательного канала
Акустоэлектрическийпреобразователь-устройство, преобразующее электромагнитную энергию в энергиюупругих волн в среде и обратно. В зависимости от направления преобразованияразличают электроакустические преобразователи излучателе и приемники.
Акустоэлектрическийпреобразователь-приемник характеризуется чувствительностью в режиме холостогохода Y=U’/Pи внутренним сопротивлением Zэл. По виду частотнойзависимости U’/Р различают широкополосные и резонансныеприемники акустического излучения.
Электроакустическийпреобразователь-излучатель характеризуется:
чувствительностью, равнойотношению Р на определенном расстоянии от излучателя на оси характеристикинаправленности к U или I;
внутренним сопротивлением,представляющим собой нагрузку для источника электрической энергии;
акустоэлектрическим КПД
ηа/Эл= Pак/Pэл
где Рак — активная излучаемаяакустическая мощность;
Рэл — активная электрическаяпотребляемая мощность.
Конструкции акустоэлектрическихпреобразователей существенно зависят от их назначения и применения и поэтомувесьма многообразны.
К акустоэлектрическимпреобразователям может быть отнесен весьма широкий круг окружающих насприборов, элементов различных электрических сетей, линий связи и управления и т.п.
Степень возможной опасностисоздания акустоэлектрического канала утечки информации зависит от коэффициентапреобразования акустоэлектрического преобразователя — чем он выше, тем большемощность (напряжение) преобразованного в электрический опасного сигнала приодинаковой мощности акустического сигнала:
Pисэл=Pиса* ηа/Эл
Существенным в этом соотношенииявляется то, что в состав коэффициента преобразования входит величинамеханического сопротивления соответствующего акустоэлектрическогопреобразователя, связанная с величиной трения перемещающихся под воздействиемакустического поля элементов. Величина чувствительности акустоэлектрическихпреобразователей определяется в милливольтах опасного электрического сигнала кзвуковому давлению опасного акустического сигнала в Па, т.е. мВ/Па.
На практике часто сравниваютчувствительность акустоэлектрических преобразователей с чувствительностьюспециально созданных акустоэлектрических преобразователей, таких, как микрофоны.Например, у конденсаторного электретного микрофона МКЭ-3 чувствительность посвободному акустическому полю на частоте 10 кГц не более 3 мВ/Па, уэлектродинамических миниатюрных микрофонов ММ-5 средняя чувствительность вдиапазоне частот 0,5 — 5,0 кГц на сопротивление нагрузки не менее 0.6 мВ/Па(для низкоомных — 600 Ом) и 1,2 мВ/Па (для высокоомных — 1200 Ом).
Сравнение акустопреобразовательныхэлементов показывает, что некоторые из них по «чувствительности»близки к специально созданным для преобразования звуковой энергии вэлектрическую (микрофонов). Так, например,” чувствительность«некоторых звонковых цепей телефонных аппаратов достигает 0,15-0,4 мВ/Па.
Учитывая такую»мощность” возможных источников утечки информации, специалистыуделяют серьезное внимание защите подобных каналов.
Возможные направления зашиты акустическойинформации от утечки через каналы, образуемые акустопреобразовательнымиэлементами
Для подавленияакустопреобразовательного канала утечки могут быть использованыорганизационно-технические и технические способы защиты.
/>
рис.5.
Организационно-техническиемероприятия нацелены на оперативное решение вопросов защиты конфиденциальнойакустической информации наиболее простыми средствами и организационными мерамиограничительного характера, регламентирующими порядок пользования техническимисредствами, находящимися в выделенных помещениях.
В частности, при проведениитаких защитных мероприятий целесообразно определить те технические средства,которые могут послужить источником акустоэлектрического канала утечкиинформации. Ими могут быть:
телефонные аппараты (городской ивнутренней связи);
системы проводнойрадиотрансляционной сети;
приемные и телевизионные системы;
системы звукозаписи;
внутренняя служебная связь,переговорные устройства типа «директор-секретарь»;
системы охранной сигнализации;
системы звуковой сигнализации;
системы электрочасофикации
и т.п.
Проведение таких защитныхмероприятий направлено также на исключение из защищаемого помещения всехтехнических средств, наличие которых не вызвано производственной необходимостью.
На этапеорганизационно-технических мероприятий по защите от акустопреобразовательныхканалов утечки информации могут быть приняты меры ограничительного характера,регламентирующие порядок пользования техническими средствами, например, отключениеакустопреобразовательных элементов от проводных систем или выключение систем,имеющих в своем составе такие элементы.
Например, отключение звонковыхцепей телефонных аппаратов (всего телефонного аппарата), выключениерадиоприемных и телевизионных устройств, систем проводной радиотрансляционнойсети и т.п. на период проведения конфиденциальных мероприятий.
Определение контролируемой зонына этом этапе позволяет выделить наиболее опасные с точки зрения утечкиинформации устройства и обратить на них особое внимание и первоочередную защитутехническими средствами защиты.
Организационно-техническиемероприятия определяют возможную контролируемую зону на защищаемом объекте — зону,где гарантировано исключение пребывания лиц, не допущенных к охраняемой информации(не имеющих постоянного или разового пропуска на объект).
Применительно какустоэлектрическому каналу утечки информации требуемая зона может бытьзначительной, так как необходимо учитывать возможность утечки преобразованнойинформации как по проводным каналам, так и по радиоканалу.
Установление такойконтролируемой обширной зоны возможно только для предприятий с достаточнобольшой территорией и мощными службами безопасности.
Проведение подобных мероприятийнаправлено также на исключение из выделенного помещения всех техническихсредств, наличие которых не вызвано производственной необходимостью. Использованиеустройств защиты проводится на этапе технических мероприятий.
Технические мероприятия поинженерно-технической защите информации предусматривают блокирование каналоввозможной утечки информации с помощью инженерных конструкций, уменьшающихвеличину опасного акустического сигнала, воздействующего наакустопреобразовательный элемент, либо уменьшение величины преобразованного вэлектромагнитный информативного сигнала.
Возможно также повышение уровняшумового сигнала, обеспечивающего условия подавления информативного либоакустического, либо преобразованного сигнала.
Как видно из анализа возможныхмеханизмов создания акустопреобразовательных каналов утечки информации, защитаот утечки по подобным каналам возможна:
а) понижением мощностиинформативного акустического канала (Риа), воздействующего наакустопреобразовательный элемент до уровня, когда преобразованный вэлектрический информативный сигнал не может быть перехвачен TCP,т. е использование способов и методов пассивной акустической защиты:
(Uисэл/Uш) >=(Uc/Uш)пред
б) понижением мощности(напряжения) преобразованного в электрический информативного сигнала (Pисэл) или повышением уровня шума (Pш)в линии до уровня, при котором соотношение этого сигнала по напряжению(мощности) к шумам в линии приема станет меньшим, чем необходимое соотношениедля приема сигнала TCP (как в разделе «а»);
в) уменьшением (в тех случаях,когда это возможно) коэффициента передачи акустоэлектрического преобразователядо величины, при которой преобразованный электрический сигнал не может бытьперехвачен соответствующим TCP (т.е. также выполняетсяусловие, как в разделе «а»);
г) понижением мощностипреобразованного в радиосигнал информативного акустического сигнала (например,экранированием) или подавление этого сигнала (зашумление).
Таким образом возможнынаправления защиты с использованием как пассивных, так и активных (икомбинированных) способов защиты акустической информации от утечки через цепи сакустопреобразовательными элементами (рис.5).
Например, установка наиболееопасных акустопреобразовательных элементов в кожухи позволяет уменьшить (легкиекожухи) или устранить (тяжелые кожухи) возможные каналы утечки информации черезэти элементы.
Если такой способ исключаетсяили ограничен условиями эксплуатации, возможно подавление преобразованногоинформативного электрического сигнала в цепях, в которые включенакустоэлектрический преобразователь, — цепях питания, управления, связи, врадиоэлектронной аппаратуре и т.п., т.е. мы осознанно идем (например, исходя изэкономических, габаритных и других условий) на защиту не на«воздушном», а на «преобразованном» участке возможногоканала утечки информации.
При этом возможны такие способыкак пассивной (уменьшение преобразованного информативного сигнала Uисэл) защиты, так и активной защиты (увеличение Uш) или комбинированных способов защиты.
Эти способы выбираются, какправило, из особенностей конструкции и схемы акустопреобразовательногоэлемента, величин напряжений и токов в линиях, в которые включенакустопреобразовательный элемент, режима работы схем защиты.
Следует отметить, что в рядеслучаев, когда информативный акустический сигнал преобразуется в радиосигнал,ограничиваются и возможные способы защиты.
Некоторые каналы утечкиинформации через акустопреобразовательные элементы могут быть устранены путемуменьшения коэффициента передачи этих элементов.
Это возможно для случаев, когдатакое изменение не влияет на рабочие параметры элемента. Например, рыхлаяобмотка индуктивности, катушки, трансформаторы витка которой могут перемещатьсяпод действием акустических колебаний (и эти элементы в этом случае становятсяакустопреобразовательными) после ее заливки соответствующим компаундомперестает быть акустоэлектрическим преобразователем.
К сожалению, таких возможностейустранения акустопреобразовательных элементов на практике немного, так как длябольшинства рассмотренных выше схем и устройств перемещение их элементов друготносительно друга необходимо для их нормального функционирования.
На практике для защитыинформации различных устройств созданы эффективные средства защиты, учитывающиеособенности функционирования этих устройств.
Заключение
Среди множества техническихканалов утечки информации, утечка информации с помощью акустоэлектрическихпреобразователей занимает особое место. Уникальные по своей простоте, почтибытовые, они не воспринимаются всерьез многими службами безопасности. А междутем, именно эти каналы способны обеспечить очень эффективное прослушиваниепомещений. Поэтому акустические и вибрационные каналы, которые могутобразоваться при проведении совещания, требуют тщательного изучения, с цельюразработки эффективных мер по их блокированию.
Список литературы
1. Халяпин Д.Б., Ярочкин В.И. Основы защиты информации (учебное пособие). М.:ИПКИР, 1994 г.
2. Халяпин Д.Б., Ярочкин В.И. Основы защиты промышленной и коммерческойинформации. Термины и определения. М: ИПКИР. 1994 г. Халяпин Д.Б. Как устроены «клопы».«Частный сыск. Охрана. Безопасность», №11, 1995г.
3. Халяпин Д.Б. Чем заткнуть «длинное ухо». М.: «Мирбезопасности». № 3, 1998 г.
4. Халяпнн Д.Б. Акустоэлектрические, акустопреобразовательные каналы утечкиинформации и возможные способы их подавления. М.: «Мир безопасности»,№ 5
5. Халяпин Д.Б. Комплексная защита информации. Сборник статей. Отделение hoi ринологии Международной Академии информатизации, Выпуск 5.Часть 1. М.: Отделение погранологии МАИ, 1998 г.,
6. Халяпин Д.Б. Что необходимо защищать, когда защищаешь информацию. М.:«Мир безопасности», № 1, 1998 г., с.46-49.
7. Халяпин Д.Б. Физические основы возникновения вибрационного (структурного)канала утечки информации и возможности его подавления. М.: «Мирбезопасности», № 2, 1999 г.
8. Халяпин Д.Б., Шерстнева Ю.А. а) Определение предельной величины опасногосигнала, наводимого ПЭВМ и ЛВС в сеть электропитания. Системы безопасностисвязи и телекоммуникаций, J* 2, 1999 г. б). Защитаинформации. обрабатываемой ПЭВМ и ЛВС. от утечки по сети электропитания. Системыбезопасности связи и телекомуникапий, № 28. 1999 г.