Группа ученых из Швейцарии, Италии, Германии, Франции и Великобритании разработала уникальную систему Tai-Chi (Tangible Acoustic Interface for Computer-Human Interaction, дословно в переводе с английского – "осязаемый акустический интерфейс для взаимодействия человека с компьютером"). Она позволяет использовать в качестве сенсорной панели или даже виртуальной клавиатуры для доступа к компьютерам любую поверхность, например, стол, стену или пол.
Благодаря трем-четырем пьезоэлектрическим акустическим сенсорам (достаточно всего двух), которые реагируют на вибрацию поверхности, к которой они прикреплены, пользователь сможет управлять командами компьютеров и перемещением курсора, просто двигая пальцем, например, по столу. Если увеличить количество сенсоров, тот же стол можно использовать в качестве клавиатуры.
Возможности применения технологии Tai-Chi не ограничиваются виртуальными клавиатурами, а также используются совместно с физическими и программными системами защиты информации в компьютерах.
В США разработан сверхкомпактный акустический датчик, позволяющий регистрировать не только амплитуду звуковой волны, но и направление ее распространения. Новый детектор позволит создать принципиально новые, более компактные, точные и чувствительные акустические сенсоры для обнаружения движущихся объектов и противодействия их дальнейшим перемещениям в охраняемых зонах.
Существующие средства защиты акустической информации по вибрационным каналам представляют собой генераторы шума (белого или окрашенного) речевого диапазона частот в комплекте с вибропреобразователями пьезоэлектрическими или электромагнитными. Основное назначение их - создание шумовых помех средствам съема информации в стенах, окнах, инженерных коммуникациях. Основной критерий обеспечения защиты - превышение шума над уровнем наведенного в эти конструкции информативного сигнала. Нормы превышения определены соответствующими нормативно-техническими документами.
Прежде всего дадим несколько определений:
• “белый” шум - имеет равномерный спектр в полосе частот речевого сигнала;
• “окрашенный” шум - формируется из “белого” в соответствии с огибающей амплитудного спектра скрываемого речевого сигнала;
• “речеподобные” помехи - формируются путем микширования в различных сочетаниях отрезков речевых сигналов и музыкальных фрагментов, а также шумовых помех, или формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала при многократном наложении с различными уровнями.
Помехи типа “белого” шума реализованы в большинстве существующих систем и средств защиты речевой информации, таких как “ПОРОГ-2М” (НИИСТ МВД РФ), ANG-2000 (Research Electronics, США), VNG-006D (Россия), “Базальт-4 ГА” (Украина), VNG-023 (Россия).
Помехи типа “окрашенного” шума используются в таких системах, как “Кабинет” (Россия), “Барон” (Россия), Bi (Украина).
Формирование “речеподобной” помехи применено в изделиях “Эхо”, “Эхо-кейс” (Россия), ПМ-2А, PSP-2A (Украина), “Mongoose-M” (Украина).
Это далеко не полный перечень средств акустической защиты, подобную аппаратуру разрабатывают и производят практически все известные в области технической защиты информации фирмы.
Сравнительная оценка эффективности различных видов помех, проведенная специалистами, натолкнула на ряд особенностей применения каждой из них. Исследования показывают, что ограждающие конструкции и поверхности обладают неодинаковым акустическим сопротивлением на различных частотах, кроме того, вибропреобразователи также имеют свои конструктивные особенности, влияющие на частотные характеристики. В результате оказывается, что для оптимальной настройки сигнала помехи, обеспечивающего заданный уровень превышения помехи над информативным сигналом на отдельных частотах из-за неправильно сформированной амплитудно-частотной характеристики приходится ставить достаточно высокий уровень помехи. Это приводит к тому, что уровень паразитных акустических шумов на отдельных частотах может быть очень высоким и приводить к дискомфорту (о котором мы говорили выше) для людей, работающих в выделенном помещении. Этот недостаток, прежде всего присущ помехе типа “белый” шум.
Для формирования “окрашенного” шума, сформированного из “белого” в соответствии с огибающей амплитудного спектра скрываемого речевого сигнала, в пяти октавных полосах диапазона 100 - 6000 Гц производится оценка параметров речевого сигнала и осуществляется корректировка уровня шума в тех же полосах с помощью встроенных эквалайзеров. Таким образом, обеспечивается энергетическая оптимальность помехи, при которой заданное нормированное соотношение “сигнал/помеха” выдерживается в пределах всего диапазона частот защищаемого речевого сигнала.
В некоторых комплексах эта задача решается разделением уровней по каждому из выходов. Это позволяет использовать комплекс для одновременного зашумления различных ограждающих конструкций, инженерных коммуникаций, окон и т.п., обладающих неодинаковыми сопротивлением и звукопроводящими свойствами.
Наиболее перспективным оказалось формирование “речеподобной” помехи. Специалистами в основном предлагается создание трех видов такой помехи:
• “речеподобная помеха - 1” - формируется из фрагментов речи трех дикторов радиовещательных станций при примерно равных уровнях смешиваемых сигналов;
• “речеподобная помеха - 2” - формируется из одного доминирующего речевого сигнала или музыкального фрагмента и смеси фрагментов радиопередач с шумом;
• “речеподобная помеха - З” - формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала при многократном их наложении с различными уровнями.
Анализ исследований показал, что наибольшей эффективностью из всех существующих обладает именно “речеподобная помеха - З” (см. рис.) Кривая зависимости коэффициента разборчивости речи W, используемого в качестве показателя эффективности помехи, от отношения “сигнал/помеха” Q для “речеподобной помехи - З” свидетельствует о возможности значительного (на 6-10 дБ) по отношению к другим видам помех снижения требуемого уровня сигнала помехи для достижения заданной эффективности защиты речевой информации и, следовательно, повышения комфортности ведения конфиденциальных разговоров.
Специалистами в области технической защиты информации В.М. Ивановым и А. А. Хоревым предложен способ формирования “речеподобной” помехи коррелированной по уровню, спектру и времени излучения со скрываемым сигналом, заключающейся в специальном преобразовании скрываемого речевого сигнала за счет сложной инверсии спектра и акустической псевдореверберации путем умножения и деления его частотных составляющих и многократного наложения принимаемых переотраженных акустических сигналов.
Реализован предложенный способ формирования “речеподобных” помех, в устройствах типа “Эхо”, “Эхо-кейс”. Эти устройства содержат микрофонный модуль и активные акустические колонки со встроенным специальным блоком обработки речевых сигналов. Диапазон частот маскирующей помехи составляет 250-8000 Гц. Электропитание устройств осуществляется от электросети 220В или внешней батареи аккумуляторов (12В; 2,2 А/ч).
Принцип действия устройства заключается в следующем.
Микрофон, как правило, устанавливаемый в центре стола, принимает акустические речевые колебания, возникающие при ведении переговоров, и преобразовывает их в электрические сигналы, которые по соединительному кабелю подаются на блок обработки.
В блоке обработки эти сигналы, путем умножения и деления частотных составляющих преобразовываются в шумовые “речеподобные”, усиливаются и излучаются через акустические колонки, причем уровень излучаемых сигналов помех пропорционален уровню скрываемых речевых сигналов. Коэффициент усиления уровня громкости и тембра регулируется при установке устройства.
Излучаемые шумовые “речеподобные” акустические сигналы отражаются от ограждающих конструкций помещения (стен, оконных стекол, потолка пола), предметов мебели и интерьера и через некоторое время после излучения (время задержки) принимаются микрофоном и так же, как скрываемые речевые сигналы, обрабатываются и излучаются через акустические колонки. Этот процесс многократно повторяется.
Таким образом, устройством излучается “речеподобная” помеха, являющаяся результатом многократного наложения смещенных на различное время задержки разноуровневых сигналов, получаемых путем умножения и деления частотных составляющих скрываемого речевого сигнала.
Через несколько секунд после прекращения ведения разговоров в помещении генерация сигналов помех устройством прекращается.
Проведенные испытания устройства “Эхо” показали, что записанную на диктофон скрываемую речь в условиях создаваемых устройством помех невозможно связно восстановить даже с использованием современных методов “шумоочистки”.
Возвращаясь к вопросу о дискомфорте, возникающем при использовании средств акустической защиты, следует отметить, что такие устройства, как “Эхо”, “Эхо-кейс”, ПМ-2А, PSP-2A, “Mongoose-M” имеют серьезные преимущества по сравнению с формирователями “белого шума”, так как создают помеху только при разговоре, в остальное же время устройство “молчит”. При использовании устройств ПМ-2А и “Mongoose-M” для достижения максимальной защиты участникам переговоров предлагается надеть телефонные гарнитуры с большими амбушюрами, чтобы громкий звук шумовой помехи не мешал разговору.
Устройство PSP-2A привлекает своим изящным внешним видом и малыми размерами (устройство размещено в элегантной барсетке).
К числу проблем, редко учитываемых при выборе средств защиты речевой информации, но очень важной для выделенных помещений, в которых циркулирует речевая информация, связанная с государственной тайной, относится проблема текущего контроля эффективности виброакустического зашумления. Речь идет о непрерывной оценке качества создаваемых помех с выработкой сигналов тревоги в случае отключения помехи или снижения ее уровня ниже допустимого.