Способ оценки защищенности от утечки речевого сигнала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАЩИЩЕННОСТИ ОТ УТЕЧКИ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Железняк Владимир Кириллович Рябенко Денис Сергеевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Способ оценки защищенности речевого сигнала от утечки в цифровой системе передачи речевой информации, при котором устанавливают источник испытательного сигнала в точке размещения источника полей рассеивания речевого сигнала цифровой системой передачи речевой информации, а в точке приема полей рассеивания речевого сигнала - приемники нескольких видов сигналов, например магнитного и электрического, образованных полями рассеивания испытательного сигнала, из испытательного сигнала формируют измерительный аналоговый сигнал в виде противофазного или ортогонального сигнала или сигнала с пассивной паузой, сформированный сигнал -кратно подают на вход цифровой системы передачи речевой информации, преобразуют в цифровую последовательность импульсов 15588 1 2012.04.30 двоичного кода, в точке приема речевой информации в виде полей рассеивания испытательного сигнала принимают, -кратно запоминают, накапливают, нормируют, считывают, измеряют энергию бита сигнала с и спектральную плотность мощности шума ,вычисляют отношение /, определяют по / величину вероятности приема ложного бита л в зависимости л(с/о) от вида сигналов, определяют для двоичных противофазных или ортогональных сигналов или сигналов с пассивной паузой пропускную способность ц цифрового канала утечки речевого сигнала по зависимости ц(л),сравнивают ц с порогом пропускной способностиканала для аналогового речевого сигнала, вычисленного по нормированному отношению мощностиречевого сигнала к спектральной плотности мощности шума о, и по превышению или непревышению ц упомянутого порогасудят соответственно о защищенности или незащищенности речевого сигнала от утечки в цифровой системе передачи речевой информации. Изобретение относится к области защиты информации и может быть использовано для оценки защищенности цифровых систем передачи речевой информации от утечки речевого сигнала. Известен способ оценки защищенности от утечки речевого сигнала, передаваемого цифровой системой передачи речевой информации 1, который представлен в способе передачи и приема закодированной речи. В данном способе на передающей стороне преобразуют аналоговый речевой сигнал в цифровую форму методом аналого-цифрового преобразования, формируют синфазную и квадратурную составляющие цифрового сигнала, после этого осуществляют низкочастотную фильтрацию этих составляющих и прореживают их цифровые отсчеты, при этом значения амплитуд и фаз сигналов формируют по прореженным отсчетам синфазной и квадратурной составляющих, операцию нормализации числа уровней применяют к значениям амплитуд сигналов, а на приемной стороне операцию денормализации числа уровней применяют к уменьшенным на величину защитного интервала рассекреченным значениям амплитуд, после чего с использованием рассекреченных значений фаз и денормализованных значений амплитуд сигналов формируют отсчеты синфазной и квадратурной составляющих рассекреченного цифрового речевого сигнала, экспандируют частоту дискретизации синфазной и квадратурной составляющих, осуществляют их низкочастотную интерполяцию, затем спектр интерполированных составляющих переносят на частотув сторону верхних частот, при этом формируют единый временной поток цифровых речевых сигналов из перенесенных по спектру отсчетов синфазной и квадратурной составляющих, низкочастотную фильтрацию осуществляют после формирования единого временного потока цифровых отсчетов, затем производят их цифроаналоговое преобразование. Известный способ оценивает уровень защищенности, который определяется критерием оценки защищенности в виде стойкости зашифрования с использованием криптографических алгоритмов и алгоритмов криптоанализа, на основании которых получают исходный сигнал по зашифрованному без знания ключа. Недостаток такого способа заключается в том, что он не оценивает меру защиты исходной речевой информации, преобразованной в цифровую форму, полученную на выходе аналого-цифрового преобразователя, в момент формирования синфазной и квадратурных составляющих. В качестве прототипа выбран способ оценки защищенности от утечки речевого сигнала 2, в котором устанавливают источник испытательного сигнала в точке размещения источника полей рассеивания речевого сигнала, а в точке приема речевой информации приемники нескольких видов сигналов (например, электрического, магнитного), образованных полями рассеивания испытательного сигнала, последовательно формируют испытательный сигнал заданного уровняс паузами между частотами, принимают и измеряют 2 15588 1 2012.04.30 магнитный и электрические сигналы по отдельности, образованные в месте приема на всех частотах испытательного сигнала и в паузах между ними, определяют по результатам измерений соотношение сигнал/шум на каждой частоте испытательного сигнала по каждому принимаемому виду сигнала, выбирают на каждой частоте испытательного сигнала наибольшее из соотношений сигнал/шум, измеренное по принятым сигналам, затем вычисляют уровень разборчивости речи по наибольшим соотношениям сигнал/шум. По этим соотношениям вычисляют коэффициент разборчивости речи. Уровень словесной разборчивости речи оценивают как ее зависимость от коэффициента разборчивости по методике,изложенной в литературе 3. Сравнивая полученный уровень разборчивости речи с нормативным, судят о защищенности либо незащищенности канала передачи речевой информации. Недостатком прототипа является то, что отсутствует возможность оценки степени защищенности речевой информации от утечки при преобразовании ее в цифровую форму,при передаче ее и при обратном преобразовании из цифровой формы в аналоговую, так как в способе не предусмотрено преобразование аналогового речевого сигнала в цифровую форму для дальнейшей его передачи. Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности оценки защищенности речевой информации при преобразовании ее из аналоговой в цифровую форму,передаче ее в цифровой форме по цифровым системам передачи речевой информации, а также при дальнейшем преобразовании речевого сигнала из цифровой формы в аналоговую оценки возможности утечки речевой цифровой информации при ее передаче. Поставленная задача решается тем, что предложен способ оценки защищенности речевого сигнала от утечки в цифровой системе передачи речевой информации, при котором устанавливают источник испытательного сигнала в точке размещения источника полей рассеивания речевого сигнала цифровой системой передачи речевой информации, а в точке приема полей рассеивания речевого сигнала - приемники нескольких видов сигналов,например магнитного и электрического, образованных полями рассеивания испытательного сигнала, из испытательного сигнала формируют измерительный аналоговый сигнал в виде противофазного или ортогонального, или сигнала с пассивной паузой, в отличие от прототипа, измерительный сигнал -кратно подают на вход цифровой системы передачи речевой информации, преобразуют в цифровую последовательность импульсов двоичного кода, а в точке приема речевой информации в виде полей рассеивания испытательного сигнала принимают, -кратно запоминают, накапливают, нормируют, считывают, измеряют энергию битасигнала и спектральную плотность мощности шума о, вычисляют отношение /, с помощью зависимости вероятности приема ложного бита л от отношения / определяют по / величину вероятности ложного приема бита л в зависимости л(/) от вида сигналов, определяют для двоичных противофазных или ортогональных сигналов или сигналов с пассивной паузой пропускную способность ц цифрового канала утечки речевого сигнала по зависимости ц(л), сравнивают ц с порогом пропускной способностиканала для аналогового речевого сигнала, вычисленного по нормированному отношению мощности Р речевого сигнала к спектральной плотности мощности шума , и по превышению или непревышению ц упомянутого порогасудят соответственно о защищенности или незащищенности речевого сигнала от утечки в цифровой системе передачи речевой информации. На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема цифровой системы передачи информации с вероятными каналами утечки информации, на фиг. 2 - упрощенная структурная схема, иллюстрирующая методику оценки защищенности речевого сигнала в цифровой форме, на фиг. 3 - график зависимости пропускной способности каналаот вероятности ошибки 5, на фиг. 4 - график зависимости вероятности ошибки от отношения энергии бита сигнала к спектральной плотности мощности шума / для различных видов сигналов (1 - противофазные, 2 - ортогональные, 3 - с пассивной паузой) 6. 3 15588 1 2012.04.30 Цифровая система передачи информации (фиг. 1) включает последовательно связанные источник речевого сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), линию (канал) передачи цифровой последовательности импульсов двоичного кода, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Возможные каналы утечки речевого сигнала в цифровой форме на фиг. 1 обозначены КУ 1-КУ 3. Сущность заявляемого способа заключается в передаче речевого сигнала через цифровую систему передачи информации, последовательном приеме полученных сигналов в заданных точках приема каналов утечки информации КУ 1 (на выходе АЦП), КУ 2 (при передаче цифровой последовательности по среде распространения), КУ 3 (при обратном преобразовании речевого сигнала в цифровой форме в аналоговую форму) (фиг. 1), многополосном измерении отношений сигнал/шум на всех частотах испытательного сигнала,определении вероятности ложного приема бита, вычислении по данной вероятности пропускной способности цифрового канала, сравнении ее с пропускной способностью соответствующего аналогового сигнала и принятии решения о степени защищенности речевого сигнала, передаваемого по цифровому каналу передачи речевых сообщений. Заявляемый способ поясняется упрощенной структурной схемой (фиг. 2), где 1 приемник симметричного сигнала, 2 - синхрогенератор, 3 - согласующий каскад, 4 синхронный накопитель, 5 - вычислитель отношения сигнал-шум, 6 - вычислитель вероятности ложного приема бита, 7 - вычислитель пропускной способности цифрового сигнала, 8 - вычислитель пропускной способности аналогового сигнала, 9 - сравнивающее устройство, 10 - устройство принятия решения. Для точек приема каналов утечки информации КУ 1, КУ 2, КУ 3 (фиг. 1) приемник сигнала в структурной схеме (фиг. 2) представляется различными устройствами в зависимости от принимаемого сигнала. Например, в точке КУ 3 в качестве приемника применяется фильтр нижних частот, т.к. принимаемый сигнал может иметь ширину полосы частот от 0 до 1000 кГц и его необходимо ограничить по частоте. Установим зависимость критерия защищенности цифровых речевых сигналов от критерия (нормированного показателя) защищенности аналогового речевого сигнала. При малом отношении сигнал-шум для аналогового сигнала из формулы Шеннона значение пропускной способности будет иметь вид 4 где- пропускная способность канала- ширина полосы частот/ - отношение мощности сигнала Р к мощности шума для аналогового сигнала/- нормативное значение отношения мощности сигналак спектральной плотности шума . Критерий защищенности цифровых речевых сигналов установили в зависимости от критерия защищенности аналогового речевого сигнала. Эту зависимость установим при равенстве пропускной способности нормированного аналогового речевого сигналаи речевого сигнала, преобразованного в цифровую форму в условиях воздействия шумов высокого уровня дискр(1.3)дискр . Установив пропускную способность для аналогового сигнала (1.1), (1.2), находим вероятность ошибки по формуле (1.4), предварительно построив табличную и графическую зависимость между пропускной способностью и вероятностью ошибки 2/,(1.4) где с - энергия бита сигнала 15588 1 2012.04.30 о - спектральная плотность мощности шума- функция, определяемая по формуле интеграла вероятности Из (1.2) при подстановке нормативного значенияполучим предельную пропускную способность для цифрового сигнала. Пропускная способность соответствует исключению речевой информации из канала утечки для цифрового сигнала. Полученное значение дискр позволяет по графику(фиг. 3) установить нормативную вероятность ошибки . По графику (фиг. 4) по известной величине вероятности ошибки устанавливают нормативное отношение энергии сигнала к спектральной плотности мощности шума с/ либо отношение произведения мощности сигнала на длительность одного импульса к спектральной плотности мощности шума / в зависимости от используемого сигнала(противофазные - 1, ортогональные - 2, с пассивной паузой - 3). Способ реализуется следующим образом. Устанавливают источник испытательного сигнала в точке размещения источника полей рассеивания речевого сигнала цифровой системой передачи речевой информации, а в точке приема полей рассеивания речевого сигнала - приемники нескольких видов сигналов, например магнитного и электрического,образованных полями рассеивания испытательного сигнала. Точками приема симметричных сигналов являются каналы утечки КУ 1-КУ 3, представленные на фиг. 1. В каждой из этих точек возможна утечка и в виде магнитных, и в виде электрических сигналов. Из испытательного сигнала в источнике сигналов (фиг. 1) формируют измерительный аналоговый сигнал для симметричного канала в виде противофазного или ортогонального, или сигнала с пассивной паузой. Сформированный сигнал -кратно подают на вход цифровой системы передачи информации (на вход АЦП, фиг. 1). Для выделения необходимого сигнала и устранения возможных шумовых составляющих, возникших при формировании измерительного аналогового сигнала, его ограничивают по частоте. Полученный сигнал преобразуют аналого-цифровым преобразователем в цифровую последовательность импульсов двоичного кода. На приемной стороне цифровой системы передачи цифровую последовательность импульсов двоичного кода принимают (вход ЦАП, фиг. 1). Приемником симметричного сигнала 1 (фиг. 2) в каждой из точек приема КУ 1-КУ 3 принимают измерительный сигнал. В блоке синхронного накопления 4 (фиг. 2) сигнал -кратно запоминают,накапливают, нормируют, считывают. Режим работы и синхронизация блока синхронного накопления с приемником симметричного сигнала обеспечиваются согласующим каскадом и синхрогенератором (поз. 3, 2 на фиг. 2). Далее измеряют энергию бита сигналаи спектральную плотность мощности шума , вычисляют отношение / (блок 5, фиг. 2). Определяют величину вероятности приема ложного бита л по известному отношению/ в зависимости л(с/) от вида сигналов (блок 6, фиг. 2) сигналы противофазные л 2/,(3.17) сигналы ортогональные л/,(3.18) сигналы с пассивной паузой л 1 / 2/,(3.19) где с - энергия бита сигнала- спектральная плотность шума 15588 1 2012.04.30 С помощью вероятности приема ложного бита л от отношения / определяют для двоичных противофазных или ортогональных, или сигналов с пассивной паузой пропускную способность ц цифрового канала утечки речевого сигнала по зависимости ц(л),образованного полями рассеивания испытательного сигнала, данный процесс происходит в блоке 7 (фиг. 2). Сравнивают пропускную способность ц цифрового канала утечки информации с порогом пропускной способностиканала для аналогового речевого сигнала, вычисленного по нормированному отношению мощностиречевого сигнала к спектральной плотности мощности шума(блок 9, фиг. 2) по формулам (1.2), (1.3). По превышению или непревышению ц упомянутого порогасудят соответственно о защищенности или незащищенности речевого сигнала от утечки в цифровой системе передачи речевой информации (блок 10, фиг. 2). Использование заявляемого способа обеспечивает повышение достоверности оценки защищенности речевой информации при преобразовании ее из аналоговой в цифровую форму, передаче ее в цифровой форме по цифровым системам передачи, а также при дальнейшем преобразовании речевого сигнала из цифровой формы в аналоговую. Источники информации 1. Патент РФ 2221284, МПК 10 19/00, опубл. 10.01.2004. 2. Патент РФ 2277728, МПК 10 15/00,04 29/00, опубл. 10.06.2006 (прототип). 3. Железняк В.К. Защита информации от утечки по техническим каналам Учебное пособие. ГУАП. - СПб., 2006. - 188 с. 4. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации / А.Г. Зюко и др. // Радио и связь. - 1985. 5. Теория передачи сигналов / А.Г. Зюко, Л.М. Финк, Д.Д. Кловский, М.В. Назаров // Связь. - 1980. 6. Информационные основы передачи сообщений / Н.И. Клюев // Советское радио. 1966. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.