СодержаниеВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА КАК ОБЪЕКТА ЗАЩИТЫ 13
1.1. Процесс звукообразования и характеристики звуков речи 13
1.2. Основные свойства слуха 22
1.3. Понятие разборчивости в защите информации, методы ее расчета 28
1.4. Акустический канал утечки информации и способы его защиты 33
Глава 2. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ 38
2.1. Пассивные способы защиты акустического канала утечки информации в выделенных помещениях. 38
2.2. Активные способы защиты речевой информации 45
2.3. Понятие клиппированной речи. 50
Глава 3. ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ОТЧЕТ О ПРОВЕДЕННОМ ИСПЫТАНИИ КОМПЛЕКСА 53
3. 1. Руководство оператора и описание ПО 53
3.2. Отчет о результатах испытания комплекса 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ 74ВведениеОсновным способом передачи информации, несмотря на научно-технический прогресс, является речь. Для создания эффективной защиты речевой информации от злоумышленника специалист по защите информации должен быть профессионально подготовлен в данной области.
В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования (ГОС ВПО) 2000 года в требованиях к уровню подготовки выпускника по специальности 075400 (теперь 090104) - Комплексная защита объектов информатизации содержатся следующие, относящиеся к рассматриваемой мной тематике.
Специалист по защите информации должен знать и уметь использовать:
" основные понятия, законы и модели механики, электричества и магнетизма, колебаний и волн, квантовой физики, статистической физики и термодинамики, методы теоретического и экспериментального исследования в физике;
" основные положения теории информации, принципы построения систем обработки и передачи информации, основы семантического подхода к анализу информационных процессов;
" принципы организации информационных систем в соответствии с требованиями информационной защищенности, в том числе в соответствии с требованиями по защите государственной тайны;
" принципы и методы противодействия несанкционированному информационному воздействию на вычислительные системы и системы передачи информации;
владеть:
" технологией проектирования, построения и эксплуатации комплексных систем защиты информации;
" методами научного исследования уязвимости и защищенности информационных процессов;
" методиками проверки защищенности объектов информатизации на соответствие требованиям нормативных документов.
Поскольку речь представляет собой физический процесс, имеет определенные параметры и характеристики, для освоения студентом этой тематики недостаточно теоретических занятий. Требуются выверенные по объему и содержанию лабораторные работы, позволяющие студенту в ограниченное время всесторонне изучить характеристики речевого сигнала и методы его маскирования.
Для того чтобы определить тематику и объем лабораторных практикумов по теме речевого сигнала, необходимо обратиться к примерным программам для специальности 075400, которые были подготовлены учебно-методическим советом РГГУ по каждой естественнонаучной и общепрофессиональной дисциплине с целью достижения высокого уровня подготовки специалистов. Каждая программа имеет разделы:
" организационно-методический, в котором излагаются цели и задачи дисциплины, требования к уровню усвоения содержания дисциплины, объем дисциплины в часах по разделам и видам учебной работы;
" содержание дисциплины (разделы дисциплины);
" возможный лабораторный практикум;
" учебно-методическое обеспечение дисциплины - списки источников, основной и дополнительной литературы.
Информация, указанная в вышеперечисленных разделах, позволяет разработать комплекс лабораторных работ таким образом, чтобы он отвечал требованиям к уровню освоения студентом содержания дисциплины.
Комплекс лабораторных работ, основанный на разрабатываемом мной программно-аппаратном комплексе, может быть использован в следующих дисциплинах факультета защиты информации РГГУ:
" "Физические основы защиты информации (ФОЗИ)" (подраздел дисциплины "Физика") - трудоемкость определяется учебным планом от трудоемкости дисциплины "Физика" (550 часов, из них практические занятия и лабораторные работы 56 и 100 часов соответственно),
" "Инженерно-техническая защита информации (ИТЗИ)" - трудоемкость дисциплины 150 часов, из них практические занятия и лабораторные работы - 20 и 28 часов,
" "Технические средства защиты информации (ТСЗИ)" - трудоемкость дисциплины 200 часов, из них практические занятия и лабораторные работы 24 и 32 часа.
Курс Физика предусматривает изучение студентами основных физических процессов и законов с акцентом на углубленное освоение колебательных и волновых процессов, квантовых явлений и основных понятий квантовой и ядерной физики, понимание их физической сущности и практической значимости в создании технических средств и методов защиты информации, освоение методов и лабораторных приборов для измерения основных физических величин и экспериментального изучения процессов и явлений.
В состав раздела ФОЗИ среди прочих входят следующие темы:
" Основы акустики речи и слуха человека;
" Основные представления об акустике речи человека;
" Форманты и фонемы, разборчивость речи;
" Частотно-динамический диапазон восприятия звука ухом;
" Уровень громкости, логарифмические единицы;
Задача курса ИТЗИ - изучение студентами методов и способов инженерно-технической защиты информации от утечки по техническим каналам, несанкционированного и непреднамеренного воздействия на информации, проведения организационно-технических и технических мероприятий по защите информации, организации контроля эффективности создаваемых систем защиты.
Задача курса ТСЗИ - изучение студентами технических средств добывания (разведки) и защиты конфиденциальной информации на объектах информатизации от утечки по техническим каналам, а также контроля эффективности мер защиты.
Существует довольно большое количество типовых описаний лабораторных работ, готовых стендов и комплексов по изучению речевых сигналов, подготовленных различными учебными заведениями, но воспользоваться ими в оригинальном виде факультет не может, поскольку цели, ставящиеся в подобных работах и перед студентами ФЗИ, различны. В большинстве работ исследуется высококачественный сигнал, а в работах, связанных с областью защиты информации, студенты также должны оперировать и с речевыми сигналами низкого качества.
Одной из главных целей защиты речевой информации является определение величины и вида искажения защищаемого сигнала, при которых остаточная разборчивость речи достаточна для обеспечения защищенности информации.
Разборчивость представляет собой статистическую характеристику речи, принимаемой на фоне шумов и помех. В любом канале утечки речевой информации происходят такие физические явления, как затухание, частотные и амплитудные искажения сигналов, наложение шума и помехи.
Следовательно, оценка защищенности потенциального канала утечки проводится методом определения остаточной разборчивости речи на приемной стороне и сопоставления ее с нормами, применяемыми к данной категории защищаемой информации.
Таким образом, при проведении лабораторных работ на ФЗИ должны ставиться следующие цели:
" изучение основных физических характеристик речевого сигнала как защищаемого процесса,
" определение влияния на словесную разборчивость величины затухания сигнала, вида и уровня наложенных шумов и помех и вида частотного искажения.
Ранее на ФЗИ был разработан лабораторный стенд, построенный на аппаратурной основе и служивший для выполнения лабораторных работ "Характеристики речевого сигнала, определяющие его восприятие" и "Разборчивость речевого сигнала на фоне шумов и помех". К ним были созданы очень качественные методические описания, состоящие из цели работы, описания подготовки к работе, рабочего задания и контрольных вопросов.
Однако у этого стенда были недостатки, связанные с ограниченной функциональностью и наглядностью. В частности, у студента не было возможности:
" выделять отдельные интервалы записи и смотреть относительный уровень выделенного фрагмента,
" подсчитывать динамический диапазон выделенной области записи с учетом и без учета пауз,
" наглядно сопоставлять речевой сигнал с его спектральным изображением,
" оценить эффективность подавления импульсной помехи с помощью метода накопления.
Также выполнение лабораторных работ было весьма трудоемко за счет значительных временных затрат на знакомство со сложной аппаратурой и ее настройку, а сама лабораторная установка была довольно громоздка и включала в себя генератор, селективный нановольтметр, запоминающий осциллограф, анализатор спектра, магнитофон, микрофон и наушники.
В связи с этим, был разработан программно-аппаратный комплекс, включающий в себя специальное ПО и ПЭВМ с подключенными к ней микрофоном и наушниками (колонками).
Данный комплекс находится в состоянии тестовой версии. Он функционирует, но для постановки на его основе лабораторных работ требуется сформировать библиотеки тестовых сигналов и провести опытную эксплуатацию, по результатам которой внести необходимые коррективы как в функциональную часть программы, так и в ее интерфейс.
К аппаратно-программному комплексу были написаны два проекта методических описаний по двум лабораторным работам, однако они требуют полной переработки. Кроме того, требуется руководство оператора.
Таким образом, целью моей дипломной работы является обеспечение полного и корректного функционирования программно-аппаратного комплекса для лабораторных работ по изучению характеристик и методов маскирования речевых сигналов, сопровождаемое созданием необходимой документации (руководства оператора для преподавателя и варианта описания для студента одной из возможных для выполнения на программно-аппаратном комплексе лабораторной работ).
Для определения содержания и объема необходимых для студента ФЗИ лабораторных работ я использовала следующие источники:
" Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования "Специальность 075400 - Комплексная защита объектов информатизации (квалификация - специалист по защите информации)", 2000 год;
" Методические описания лабораторных работ "Характеристики речевого сигнала, определяющие его восприятие" и "Разборчивость речевого сигнала на фоне шумов и помех";
Первый источник послужил для выбора дисциплин и тем, связанных с проблематикой изучения и защиты речевого сигнала и требующих сопровождения лабораторными работами.
С помощью второго источника были выявлены разнообразные недостатки и функциональная ограниченность разработанного ранее аппаратного комплекса с тем, чтобы не повторять их при доработке рассматриваемого программно-аппаратного комплекса.
Для написания теоретической главы о природе и физических характеристиках речевого сигнала, а также об артикуляционном методе измерения разборчивости и о ее значении в защите информации была использована в основном следующая литература:
1. Н. Б. Покровский. "Расчет и измерение разборчивости речи".
2. Дж. Фланаган. "Анализ, синтез и восприятие речи".
3. А. А. Хорев. "Контроль эффективности защиты выделенных помещений от утечки речевой информации по техническим каналам", статья в журнале "Защита информации. Инсайд", №1 январь-февраль 2010 г.
4. В. К. Железняк. "Защита информации от утечки по техническим каналам", учебное пособие.
Стоит отметить, что книга Н. Б. Покровского оказалась более информативной и удобной для моего восприятия, чем книга Дж. Фланагана. К тому же, Фланаган в своей книге рассматривает свойства английской речи, а Покровский - русской. Также в первой книге очень детально описан артикуляционный метод измерения разборчивости, который используется в рассматриваемом программно-аппаратном комплексе.
Статья А. А. Хорева и учебное пособие В. К. Железняка были использованы в качестве основной литературы для изучения понятия разборчивости в защите информации.
Для написания второй главы, посвященной, главным образом, методам маскирования речевых сигналов, были использованы книги:
" Д. Б. Халяпин "Защита информации: Вас подслушивают? Защищайтесь!".
" "Технические средства и методы защиты информации", под ред. А. П. Зайцева и А. А. Шелупанова.
Из первой книги были взяты таблицы звукоизолирующих способностей ограждающих конструкций, которые больше нигде найти не удалось, поэтому она явилась весьма полезной для написания второй главы.
Вторая книга оказалась информативной в тематике распространения звуковых волн, свойств помещений и т.п.
Для формирования библиотек тестовых сигналов мной были использованы аудиоспектакли "Не все коту масленица", "Ромео и Джульетта", а также аудиокнига "История одного города".
Предложения по доработке комплекса после каждого проведенного испытания направлялись программисту, который в соответствии с ними изменял исходный код программы.
Дипломная работа включает в себя введение, основную часть, состоящую из трех глав, заключение и приложение.
В первой главе содержится обзор материалов по:
" физическим и статистическим параметрам речи и слуха человека, подлежащим изучению на первом этапе программы,
" понятию разборчивости с точки зрения защиты информации и методам ее измерения,
" акустическому каналу утечки информации и способам его закрытия.
Во второй главе содержится информация о пассивных и активных способах и методах защиты речевой информации, которые войдут в тематику лабораторных работ на данном комплексе.
Третья глава содержит описание программы и руководство оператора, а также типовой отчет о выполненном контрольном испытании программно-аппаратного комплекса.
В приложении к дипломной работе содержится методическое описание одной из возможных к постановке на основе данного комплекса лабораторных работ.ЛитератураКомплексная защита объектов информатизации. Специальность 075400: Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования и примерные программы дисциплин федерального компонента (циклы естественно-научных, общепрофессиональных дисциплин и дисциплин специализации) / отв. ред. В. В. Минаев. М.: РГГУ, 2001. 384 с.
Методические описания лабораторных работ кафедры инженерно-технической защиты информации ФЗИ РГГУ "Характеристики речевого сигнала, определяющие его восприятие" и "Разборчивость речевого сигнала на фоне шумов и помех".
Литература
Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи / Н. Б. Покровский; отв. ред. А. Д. Ткаченко. М.: Связьиздат, 1962. - 391 с.
Дж. Фланаган. Анализ, синтез и восприятие речи / Джеймс Л. Фланаган; пер. с англ. под ред. А. А. Пирогова. М.: Связь, 1968. - 394 с.
Халяпин Д. Б. Защита информации. Вас подслушивают?
Защищайтесь! / Халяпин Дмитрий Борисович; под ред. Л. И. Арефьевой.
М.: НОУ ШО "Баярд", 2004. - 432 с.
Торокин А. А. Инженерно-техническая защита информации: Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальностям в области информационной безопасности / А. А. Торокин; зав. ред.
Т. А. Денисова. М.: Гелиос АРВ, 2005. - 960 с.
Зайцев А. П. Технические средства и методы защиты информации: Учебник для вузов / Зайцев А.П., Шелупанов А.А., Мещеряков Р.В. и др.; под ред. А.П. Зайцева и А.А. Шелупанова. М.: Машиностроение, 2009. - 508 с.
Железняк В. К. Защита информации от утечки по техническим каналам: Учебное пособие / В. К. Железняк. СПб.: ГУАП, 2006. - 188 с.
Акустика: Справочник / А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров; под ред. М. А. Сапожкова. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989. - 336 с.
Статьи
Хорев А. А. Контроль эффективности защиты выделенных помещений от утечки речевой информации по техническим каналам / А. А. Хорев // Защита информации. Инсайд - 2010. - №1.
Комарович В. Ф. Общие вопросы защиты информации от утечки по техническим каналам / В. Ф. Комарович, В. К. Железняк // Защита информации. Конфидент - 2002. - №1. - С. 80-82.
Каргашин В. Л. Проблемы активной защиты виброакустических каналов / В. Л. Каргашин // Специальная Техника - 1999. - №6.
|
|
