СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ПЕРЕХВАТА РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ИЗ ЗАЩИЩАЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯ
METHOD FOR REMOTE CAPTURE OF VOICE INFORMATION FROM PROTECTED ROOM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технической разведке сигналов, и может преимущественно использоваться для дистанционного перехвата конфиденциальной речевой информации из защищаемого помещения (ЗП) здания с использованием электрического зондирования по подводящему проводу технического средства (ТС), находящегося в ЗП и вибрирующего под действием акустических волн, переносящих речевую информацию.
Уровень техники. Критика аналога
Известен способ-аналог дистанционного перехвата речевой информации из ЗП, описанный, например, на с. 27 статьи: Хорев А.А. Способы и средства защиты вспомогательных технических средств, устанавливаемых в выделенных помещениях // Защита информации. INSIDE. - 2007. - №2. - С. 26-33.
Способ основан на приеме приходящих по проводу из ЗП относительно низкочастотных электрических сигналов, содержащих речевую информацию и возникающих в ТС, находящемся в ЗП, благодаря акустоэлектрическому (микрофонному) эффекту. Данный эффект заключается в акустоэлектрическом преобразовании на элементах ТС акустических сигналов в электрические. Примером такого ТС является телефонный аппарат. Для приема электрических сигналов используются приемник, подключенный к проводу (кабелю), подходящему к ТС, которое находится в ЗП.
Однако этот способ, хотя и является относительно простым в реализации, имеет существенный недостаток - амплитуда возникающих низкочастотных электрических сигналов оказывается на практике крайне малой из-за низкого энергетического коэффициента акустоэлектрического преобразования. В связи с этим при приеме этих сигналов, пришедших по проводу из ЗП, отношение «сигнал/шум» на входе приемника может быть недостаточным для выделения полезной речевой информации.
Кроме того, данный способ сравнительно легко парируется путем применения пассивных подавителей сигналов с малыми уровнями, для чего в подводящий к ТС провод устанавливают, например, нелинейный ограничитель тока, который для при малом напряжении сигнала за счет возникающего высокого сопротивления ограничивает ток, а при большом напряжении сигнала, наоборот, за счет возникающего сравнительно низкого сопротивления ток не ограничивает (см., например, статью: Хорев А.А. Способы и средства защиты вспомогательных технических средств, устанавливаемых в выделенных помещениях // Защита информации. INSIDE. - 2007. - №2. - С. 28).
Это позволяет подавлять в проводе малые паразитные сигналы, несущие перехватываемую речевую информацию, и без ослабления пропускать штатные (например, телефонные) сигналы с большими амплитудами напряжения.
Критика прототипа
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ-прототип, описанный, например, на с. 27 статьи: Хорев А.А. Способы и средства защиты вспомогательных технических средств, устанавливаемых в выделенных помещениях // Защита информации. INSIDE. - 2007. - №2. - С. 26-33, а также на с. 50-51 статьи: Хорев А.А. Способы и средства защиты речевой информации от утечки по акустоэлектрическим каналам // Специальная техника. - 2014. - №1. - С. 49-57.
Способ относится к активным и основан на генерации гармонического высокочастотного электрического сигнала и дистанционном зондировании им по подводящему проводу ТС, находящегося в ЗП и вибрирующего под действием переносящих речевую информацию акустических волн, приеме и детектировании обратно отраженного от ТС электрического сигнала, модулированного речью. В качестве ТС может быть, например, телефонный аппарат, а в качестве провода, по которому извне ЗП осуществляется зондирование ТС, - низковольтный телефонный провод.
в
в
в
в
При этом для обеспечения удаленного зондирования и относительно высокого уровня модуляции в обратно отраженном от ТС модулированном сигнале частоту ƒ зондирующего сигнала выбирают достаточно большую - по крайней мере в несколько раз большую, чем верхняя частота F спектра речи (на практике, как правило, ƒ>>F). Например, при зондировании по телефонному проводу канала связи, для которого верхняя частота Fпередаваемых речевых сигналов составляет F=3,4 кГц (стандартный телефонный канал), частоту ƒ выбирают не меньшую чем 10 кГц (чаще всего наибольший эффект достигается при ƒ=1-30 МГц). Такой выбор частоты ƒ позволяет обеспечить, с одной стороны, относительно малые потери при распространении сигналов по проводу и, с другой - относительно высокий коэффициент модуляции в обратно отраженном от ТС сигнале.
В теории защиты информации данный способ называют способом перехвата речевой информации за счет высокочастотного «навязывания», поскольку частоту зондирующего сигнала выбирают в области относительно высоких частот - выше, чем звуковые частоты.
Достоинством данного способа-прототипа по сравнению со способом-аналогом является его стойкость к мерам противодействия, основанным на применении пассивного подавления сигналов с малыми амплитудами, поскольку в способе-прототипе обратно отраженные от ТС модулированные сигналы имеют весьма высокий уровень, определяемый устанавливаемым высоким уровнем зондирующего сигнала.
Вместе с тем, способ-прототип имеет существенный недостаток - он сравнительно легко парируется при противодействии путем применения высокочастотной фильтрации сигналов, для чего в подводящий к ТС провод устанавливают фильтр низких частот (ФНЧ), ослабляющий как «прямой» зондирующий, так и обратно отраженный от ТС высокочастотные сигналы (см., например, статью: Хорев А.А. Способы и средства защиты вспомогательных технических средств, устанавливаемых в выделенных помещениях // Защита информации. INSIDE. - 2007. - №2. - С. 28).
В результате такого двукратного ослабления способ-прототип перехвата речевой информации становится не эффективным, поскольку полезная мощность, содержащаяся в боковых полосах принимаемого модулированного сигнала, оказывается настолько малой, что выделение из них искомого речевого сигнала на фоне действующего шума становится невозможным (отношение «сигнал/шум» при приеме недопустимо мало).
вФНЧ
в
При этом наличие ФНЧ в проводе может и не нарушать штатную работу ТС, что очень важно при осуществлении противодействия. Например, если ТС - телефонный аппарат, то ФНЧ заведомо не будет ослаблять низкочастотные речевые сигналы, передаваемые по телефонному проводу, если верхнюю граничную частоту F ФНЧ выбрать не меньшую чем (2…3)F. В этом случае ФНЧ будет подавлять посторонние зондирующие высокочастотные сигналы и пропускать штатные низкочастотные звуковые.
Технический результат изобретения
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение эффективности перехвата речевой информации в условиях противодействия с применением высокочастотной фильтрации сигналов.
Способ достижения технического результата изобретения
в
Указанный результат достигается тем, что в способе дистанционного перехвата речевой информации из ЗП, основанном на генерации гармонического электрического сигнала и зондировании им по подводящему проводу ТС, находящегося в ЗП и вибрирующего под действием переносящих речевую информацию акустических волн, приеме и детектировании обратно отраженного от ТС электрического сигнала, модулированного речью, частоту ƒ зондирующего сигнала выбирают равной половине верхней граничной частоты F спектра речи, а детектирование модулированного сигнала осуществляют путем однополосной демодуляции его верхней боковой полосы.
Сущность изобретения
в
Сущность изобретения заключается в том, что вместо традиционного повышения частоты ƒ зондирующего сигнала ее, наоборот, предельно понижают, вплоть до значения ƒ=F/2, соответствующего области звуковых частот. В результате весь спектр обратно отраженного от ТС модулированного сигнала оказывается в зоне звуковых частот, которые не подвергаются высокочастотному подавлению с помощью ФНЧ.
Однако при таком понижении частоты ƒ нижняя боковая частотная полоса модулированного сигнала оказывается искаженной, в связи с чем для детектирования модулированного сигнала нельзя применять обычное детектирование (амплитудное, фазовое или частотное).
В этом случае детектирование проводят по-иному - используют только верхнюю боковую полосу частот модулированного сигнала. Для этого осуществляют более сложное детектирование - путем однополосной демодуляции верхней боковой полосы.
В соответствии с классификацией, принятой в теории защиты информации, заявляемый способ можно назвать способом перехвата речевой информации за счет не высокочастотного, а, наоборот, низкочастотного «навязывания», поскольку частоту зондирующего сигнала выбирают в области относительно низких звуковых частот. Это позволяет обеспечить нетрадиционные условия модуляции сигнала, при которой частота несущей модулированного сигнала соизмерима с частотами спектра модулирующего звукового колебания (в обычных условиях частота несущей гораздо выше частот спектра модулирующего колебания).
На фиг. 1-7 приведены иллюстрации спектров сигналов p(F) [Вт/Гц], поясняющие сущность изобретения.
вФНЧ
На фиг. 1 показан спектр перехватываемой речи; на фиг. 2 - состоящий из одной гармоники высокочастотный спектр зондирующего сигнала в способе-прототипе; на фиг. 3 - высокочастотный спектр отраженного от ТС модулированного сигнала в способе-прототипе (для примера показан спектр амплитудно-модулированного сигнала). На фиг. 3 цифрой 1 отмечена область частот, подавляемых с помощью ФНЧ, установленного в подводящем к ТС проводе. Здесь F - верхняя частота пропускания сигналов в ФНЧ, выше которой сигналы подавляются.
Видно, что весь спектр модулированного сигнала попадает в зону частот подавления, что свидетельствует о неэффективности способа-прототипа при осуществлении противодействия ему путем применения высокочастотной фильтрации сигналов.
в
в
На фиг. 4 показан состоящий из одной гармоники низкочастотный спектр зондирующего сигнала, создаваемого в заявляемом способе. При этом частота гармоники ƒ выбрана равной F/2. Например, при зондировании телефонного канала (F=3,4 кГц) эта частота будет составлять ƒ=3,4 кГц / 2=1,7 кГц.
На фиг. 5 приведен низкочастотный спектр отраженного от ТС модулированного сигнала в заявляемом способе. Схематически показано образование виртуальных отрицательных частот в спектре.
На фиг. 6 показан тот же спектр, но только с реальными положительными частотами, получающимися как зеркальное отображение (относительно нулевой частоты) отрицательных частот. Видно, что в результате наложения частот нижняя боковая полоса в модулированном сигнале оказывается искаженной.
в
Отметим, что значение частоты зондирования ƒ=F/2, выбираемое в заявляемом способе, является предельно низким, поскольку при дальнейшем уменьшении значения ƒ будет искажаться не только нижняя, но и верхняя боковые полосы модулированного сигнала, что недопустимо для последующего детектирования этого сигнала.
На фиг. 6 цифрой 1 отмечена область частот, подавляемых с помощью ФНЧ. Видно, в этом случае низкочастотный спектр модулированного сигнала не входит в область подавления.
Это означает, что в заявляемом способе обеспечивается эффективность перехвата речевой информации в условиях противодействия при применении высокочастотной фильтрации сигналов.
На фиг. 7 показан результат детектирования модулированного сигнала путем однополосной демодуляции его верхней боковой полосы. Полученный спектр демодулированного сигнала полностью совпадает с исходным спектром речи, приведенным на фиг. 1.
в
Таким образом, предлагаемые в заявляемом способе новые условия - пониженная до значения ƒ=F/2 частота зондирующего сигнала и детектирование модулированного сигнала путем однополосной демодуляции его верхней боковой полосы - приводят к достижению требуемого технического результата - обеспечению эффективности перехвата речевой информации в условиях противодействия с применением высокочастотной фильтрации сигналов.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ дистанционного перехвата речевой информации из ЗП с использованием электрического зондирования, основанный на генерации гармонического электрического сигнала и зондировании им по подводящему проводу ТС, находящегося в ЗП и вибрирующего под действием переносящих речевую информацию акустических волн, приеме и детектировании обратно отраженного от ТС электрического сигнала, модулированного речью, в котором с целью обеспечения эффективности перехвата речевой информации в условиях противодействия с применением высокочастотной фильтрации сигналов в подводящем к ТС проводе частоту зондирующего сигнала выбирают равной половине верхней граничной частоты спектра речи, а детектирование модулированного сигнала осуществляют путем однополосной демодуляции его верхней боковой полосы.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень»
в
Предлагаемое техническое решение имеет «изобретательский уровень», поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций, выполняемых в указанных условиях (пониженная до значения ƒ=F2 частота зондирующего сигнала и порядок детектирования сигнала путем однополосной демодуляции его верхней боковой полосы) приводит к обеспечению эффективности перехвата речевой информации в условиях противодействия с применением высокочастотной фильтрации сигналов.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость»
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку для его реализации могут быть использованы стандартное радиоэлектронное оборудование и приспособления, выпускаемые промышленностью и имеющиеся на рынке.
Пример выполнения
На фиг. 8 приведена структурная схема варианта реализации способа-прототипа, а на фиг. 9 - заявляемого способа и применяемых для этого устройств.
На фиг. 8 обозначено:
1 - ЗП;
2 - акустическая волна, содержащая речевую информацию;
3 - ТС;
4 - ФНЧ;
5 - подводящий к ТС провод;
6 - генератор высокочастотных сигналов (ГВЧ);
7 - приемник;
8 - усилитель высоких частот (УВЧ);
9 - детектор (амплитудный, фазовый или частотный);
10 - акустический динамик (звуковая колонка или наушники).
Реализация способа-прототипа состоит в следующем. С помощью ГВЧ 6 создают высокочастотный гармонический электрический сигнал, запитывают им подводящий к ТС провод 5, зондируют ТС 3, находящееся в ЗП 1, в котором циркулирует акустическая волна 2, содержащая речевую информацию. Обратно отраженный от ТС 3 высокочастотный модулированный электрический сигнал принимают с помощью приемника 7, для чего модулированный электрический сигнал усиливают с помощью УВЧ 8, детектируют с помощью детектора 9 и затем преобразуют из электрической в звуковую форму с помощью акустического динамика 10.
При наличии ФНЧ 4 в проводе 5 зондирующий и обратно отраженный от ТС высокочастотные электрические сигналы будут отселектированы (подавлены) фильтром.
На фиг. 9 обозначено:
1 - ЗП;
2 - акустическая волна, содержащая речевую информацию;
3 - ТС;
4 - ФНЧ;
5 - подводящий к ТС провод;
6 - генератор низкочастотных сигналов (ГНЧ);
7 - приемник;
8 - усилитель звуковых частот (УЗЧ);
9 - демодулятор сигналов с однополосной модуляцией в верхней боковой полосе;
10 - акустический динамик (звуковая колонка или наушники).
Отметим, что структурные схемы, приведенные на фиг. 7 и 8, хотя и похожи по набору своих элементов, однако отличаются по номенклатуре ряда элементов и их функциональному назначению.
Реализация заявляемого способа состоит в следующем. С помощью ГНЧ 6 создают низкочастотный гармонический электрический сигнал, запитывают им подводящий к ТС провод 5, зондируют ТС 3, находящееся в ЗП 1, в котором циркулирует акустическая волна 2, содержащая речевую информацию. Обратно отраженный от ТС 3 модулированный электрический сигнал принимают с помощью приемника 7, для чего модулированный электрический сигнал усиливают с помощью УЗЧ 8, детектируют с помощью демодулятора сигналов с однополосной модуляцией в верхней боковой полосе 9 и затем преобразуют из электрической в звуковую форму с помощью акустического динамика 10.
При наличии ФНЧ 4 в проводе 5 зондирующий и обратно отраженный от ТС 3 низкочастотные электрические сигналы не будут отселектированы, поскольку занимаемые ими области частот не пересекаются с зоной частот подавления фильтром.
Результаты экспериментальной проверки реализации способа
Заявляемый способ проверен экспериментально и сравнен по эффективности со способом-прототипом.
В эксперименте спектр акустического речевого сигнала, воздействующего на ТС, моделировался звуковой гармоникой, перестраиваемой по частоте в пределах полосы телефонного канала 0,3-3,4 кГц.
0
в
вФНЧ
1
2
В качестве ТС использовался телефонный аппарат Siemens Evroset-2005, к которому подходил штатный телефонный провод. Этот провод запитывался от ГВЧ и ГНЧ зондирующими сигналами, имеющими одинаковую мощность Р=1 Вт, но различные частоты: ƒ=l МГц - в способе-прототипе и ƒ=F/2=1,7 кГц - в заявляемом способе. Установленный ФНЧ в проводе, подводящем к ТС, имел следующие характеристики: F=20 кГц, уровень η ослабления сигналов на частоте ƒ=1 МГц - η=-45 дБ, на частотах ƒ=1,7-5,1 кГц (соответствующих верхней боковой полосе модулированного сигнала, принимаемого в соответствии с заявляемым способом) - η=-0,3 дБ.
2
2
-3
-5
Измеренный коэффициент модуляции М отраженного от ТС модулированного сигнала составил: в способе-прототипе - М=3·10, в заявляемом способе-прототипе - М=4·10 (на два порядка величины меньше).
2
1
1,2
Сравнительный энергетический выигрыш Э заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом в условиях применения фильтрации оценивался по достигаемому отношению Э=Р/Р, где Р - мощность полезного сигнала на выходе детектора приемника средства перехвата речевой информации в способе прототипе (индекс 1) и заявляемом способе (индекс 2) соответственно.
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>∼</mo><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub><msubsup><mi>M</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>0,2</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>η</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>∼</mo><mn>0,5</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub><msubsup><mi>M</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>0,2</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow>
<mrow><mtext>Э</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext><mo>⋅</mo><msub><mtext>P</mtext><mtext>0</mtext></msub><msubsup><mtext>M</mtext><mtext>2</mtext><mtext>2</mtext></msubsup><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,2</mtext><mo>⋅</mo><msub><mtext>η</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></msup></mrow><mrow><msub><mtext>P</mtext><mtext>0</mtext></msub><msubsup><mtext>M</mtext><mtext>1</mtext><mtext>2</mtext></msubsup><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,2</mtext><mo>⋅</mo><msub><mtext>η</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,5</mtext><mo>⋅</mo><mtext>1</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>4</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>5</mtext></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mtext>2</mtext></msup><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>0</mtext><mtext>,2</mtext><mo>⋅</mo><mtext>0</mtext><mtext>,3</mtext></mrow></msup></mrow><mrow><mtext>1</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>3</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>3</mtext></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mtext>2</mtext></msup><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>0</mtext><mtext>,2</mtext><mo>⋅</mo><mtext>45</mtext></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>≈</mo><mfrac><mrow><mtext>7</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>10</mtext></mrow></msup></mrow><mrow><mtext>9</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mrow><mo>−</mo><mtext>15</mtext></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>≈</mo><mtext>8</mtext><mo>⋅</mo><msup><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mtext>4</mtext></msup></mrow>
дБ
4
Поскольку
,
(наличие коэффициента 0,5 обусловлено детектированием только в одной боковой полосе), то
. В децибелах это составляет Э=10-lg(8-10)≈49 дБ.
2
2
1
Таким образом, несмотря на то, что в заявляемом способе достигнут гораздо меньший коэффициент модуляции М (М<<М), итоговый энергетический выигрыш Э в этом способе оказался весьма высоким и составил 49 дБ по сравнению со способом-прототипом, что свидетельствует об эффективности заявляемого способа в условиях противодействия с применением высокочастотной фильтрации сигналов в подводящем к ТС проводе.