CC BY
29
УДК 004.31:681.513.6 ББК 32.97-018.2 К 17
Калита Анастасия Олеговна
Преподаватель кафедры информационной безопасности института радиоэлектроники и информационной безопасности Севастопольского государственного университета, Севастополь, e-mail: aokalita@sevsu.ru
Ожиганова Марина Ивановна
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой информационной безопасности института радиоэлектроники и информационной безопасности Севастопольского государственного университета, Севастополь, e-mail: m.i.ozhuganova@sevsu.ru
Разработка системы блокирования акустических каналов утечки информации с адаптивным управлением
Аннотация. Описывается разработка системы блокировки акустических каналов утечки информации, имеющей адаптивный элемент управления.
Ключевые слова: технические каналы утечки информации, речевая информация, адаптивная система.
Kalita Anastasiya Olegovna
Lecturer of Information Security Department, Institute of Radioelectronics and Information Security, Sevastopol State University, Sevastopol, e-mail: m.i.ozhuganova@sevsu.ru
Ozhiganova Marina Ivanovna
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Computer Technologies Department, Institute of Radioelectronic and Information Security, Sevastopol State University, Sevastopol, e-mail: m.i.ozhuganova@sevsu.ru
Development of the system of blocking acoustic channels of information leakage with adaptive control
Abstract. The paper describes the development of the system of blocking acoustic channels of information leak having an adaptive control element.
Keywords: technical channels of information leakage, speech information, adaptive system.
1. Введение
Акустические каналы утечки информации формируются за счет колебаний различных объектов под воздействием акустического поля, что приводит к появлению широкого спектра методов для извлечения речевой информации - как прямой (первичной), так и косвенной (вторичной) [1].
Системы блокировки акустических каналов утечки информации делятся на пассивные и активные каналы. Сущность пассивных средств защиты подразумевает установление «барьеров» между источником и атакующим, уменьшая колебания окружающей среды. Активный способ защиты означает «зашумление» канала утечки, что не позволяет выделить полезный сигнал на фоне шума.
Для обеспечения высококачественной защиты информации необходимо обеспечить надежную и последовательную защиту всех структурных элементов, во всех технологических областях обработки информации и на протяжении всего времени функционирования.
Адаптивная система - это автоматическая система управления, которая поддерживает работоспособность в условиях неожиданного изменения свойств контролируемого объекта, цели контроля или условий окружающей среды путем изменения алгоритмов его функционирования или поиска оптимальных состояний.
Использование адаптивных систем управления в области информационной безопасности необходимо как на программном, так и на физическом уровне (включая техническую защиту информации). Это связано с тем, что автоматизированная система управления предназначена для оптимизации процесса выполнения определенных задач путем устранения (минимизации) участия человеческого фактора. Это одна из основных причин ущерба, разрушения, кражи информации.
2. Разработка моделей и проектирование элементов системы 2.1. Системная модель
Ввиду того, что акустические каналы по-прежнему занимают лидирующие позиции среди технических каналов утечки информации, из-за большого объема информационной нагрузки на этом канале и широкого спектра методов реализации необходимо разработать и внедрить единую систему защиты данных каналов.
Благодаря активному внедрению автоматизированных систем, исключающих вмешательство человека в их работу, возникает обусловленность применения принципа самостоятельной адаптации.
В качестве основы необходимо принять модель постадаптации: изменение параметров системы после измерения характеристик текущего состояния [2].
Модель разрабатываемой адаптивной системы представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Модель взаимодействия компонентов адаптивной системы
Чтобы реализовать устройство, необходимо решить следующие технические проблемы:
- разработка микрофонного усилителя, обеспечивающего равномерное усиление сигнала во всем диапазоне частот речи;
- вычисление и проектирование полосового фильтра, обеспечивающего передачу узкой полосы частот в области 1 кГц. Основным требованием для фильтра является максимальный коэффициент качества и стабильность резонансной частоты;
- расчет и проектирование фильтра отбраковки для обеспечения затухания при резонансной частоте 1 кГц с максимально возможным Q-фактором;
- разработка управляемого делителя напряжения, обеспечивающего разделение входного сигнала на уровень квантования Аи = и ■ —;
25
- разработка модуля управления, обеспечивающего общий контроль устройства, измерение аналогового сигнала, поступающего от микрофонного усилителя.
2.2. Микрофонный усилитель
Чтобы упростить аппаратное решение микрофона, следует сделать его на основе операционного усилителя БЛ4558 (см. рис. 2, 3), который представляет собой малошумящий двойной операционный усилитель.
о о о о с о
о оос с
I
Рис. 2. Внешний вид печатной платы усилителя микрофона со стороны элемента
Рис.3. Внешний вид печатной платы микрофонного усилителя со стороны печатных проводников
Преимущество операционного усилителя состоит в том, что он имеет униполярную мощность и минимальное количество дополнительных корректирующих линий для обеспечения требуемого режима работы.
Для реализации микрофонного усилителя применяем типичную схему для включения чипа БЛ45458.
2.3. Полосовой фильтр
Для отбора необходимых частот был разработан полосовой фильтр (см. рис. 4). Схема печатной платы и ее внешний вид показаны на рисунках 5 и 6. Расчет и симуляция осуществлялись в среде МиШБт [3].
шт»
Рис. 4. Результаты моделирования полосового фильтра в среде MultiSim
Рис. 5. Печатная
плата с установленными элементами
Рис. 6. Внешний вид печатной платы с установленными элементами
Через полосовой фильтр проходит сигнал от микрофона, усиленный микрофонным усилителем. Выделенная частота 1 кГц используется для определения максимальной амплитуды полезного сигнала.
2.4. Режекторный фильтр
Принцип работы режекторного фильтра обратный к принципу полосового фильтра: он блокирует выделенную частоту, оставляя остальную часть спектра сигнала неизменной [3] (см. рис. 7). Необходимость в фильтре оправдана тем, что для определения уровня полезного сигнала в комнате без дополнительных вычислительных затрат необходимо получить «чистый» полезный сигнал, не останавливая процесс зашумления.
Для создания фильтра применен режекторный заградительный фильтр - мост Вина-Робинсона (Wien-Robinson bridge). Схема реализована на основе операционного усилителя BA4558. Фильтр Wine-Robinson прост для получения необходимых характеристик и тонкой настройки на желаемую частоту. Регулировка частотных характеристик выполняется элементами C1R3 и C2R4.
На рисунках 8 и 9 представлена схема, печатная плата и внешний вид имитируемого в Proteus (Proteus Design Suite — пакет программ для автоматизированного проектирования (САПР) электронных схем) продукта, необходимого для разработки адаптивной системы управления.
AC Analysis
к & Ь А
Ы щ
OÜO Bggg
4
ооо йоое
оооо
ооо о о
оо оо
400 Ik 4k 10k
Frequency (Hz)
40k 100k 400k IM
m-m
Рис. 7. Схема — печатной платы режекторного фильтра со стороны печатного монтажа и со стороны установленных элементов
Рис. 8. Внешний вид печатной платы режекторного фильтра со стороны схемы разводки и со стороны установленных элементов
400 Ik 4k 10k 40k 100k 400k IM Frequency (Hz)
Рис. 9. Результаты моделирования режекторного фильтра в среде MultiSim
Работа фильтра моделировалась в среде MultiSim, были получены характеристики, подтверждающие правильность предварительных расчетов. Фильтр Wine-Robinson прост для получения необходимых характеристик и тонкой настройки на желаемую частоту. Регулировка частотных характеристик выполняется элементами C1R3 и C2R4.
2.5. Электронный ключ
Для реализации алгоритма устройства необходимо изменить путь информационного сигнала. Чтобы переключить сигнал в устройстве, используем электронный ключ, основанный на чипе K561KP2.
В среде Proteus была проведена эмуляция электронного ключа на основе микросхемы K561KP2. Схема, используемая для проверки правильности подключения информационных линий и схем управления, показана на рисунке 10.
Принципиальная схема управляющего делителя сигналов показана на рисунке 11.
Схема делителя позволяет делить входной сигнал на величину квантования
AU = U ■ — в зависимости от подключенных схем управления.
25
Рис. 10. Схема подключения электронного ключа к информационной и управляющей линиям
Рис.11. Схема управляемого делителя напряжения
Учитывая дискретный принцип подключения схем управления к делителю, можно напрямую подключить их к одному из портов микропроцессора.
2.6. Выбор микропроцессора
Для реализации модуля управления был использован 8-битный микроконтроллер ЛТйпу2313. Распиновка микропроцессора, описывающая назначения входов, показана на рисунке 12.
(RESET/dW)PA2 С (RXD)PDO С (TXD)PD1 С (XTAL2)M1 С [XTAL1JPAQ С (CKOUT;XCMNTO)PD2 С [INT1)PD3 С (T0JPD4 С (OCOB/T1)PD5 С GND С
Z1VCC
=5 PB7(UCSKiSCK/PCINT7)
□ PB6(DO/PCINT6)
Ш РВ5 (Dl/S DA/PC INT5) Z!PB4(OC1B/PCINT4) ZI РВЗ (ОС 1 A/PC! NT3) U PB2 (ОС DA/PC! NT2)
□ PB1(AINVPC1NT1) ]PB0 (AI NO/PC INTO)
□ PD6[!CP)
Рис. 12. Распиновка микропроцессора 3. Разработка готового устройства
Алгоритм работы процессора представлен на блок-схеме на рисунке 13 [4].
В результате работ по проектированию и разработке получена принципиальная схема (рис. 14), на основе которой в среде Proteus был разработан макет печатной платы.
Разработанное устройство предназначено для модернизации прикладных систем подавления акустических сигналов с целью улучшения их характеристик. Оно является прототипом устройства, которое будет собрано на элементе SMD после тестирования и подтверждения указанных характеристик и эффективности работы в комплексе.
Готовая печатная плата с проводкой и контурами установленных элементов показана на рисунках 15 и 16.
Рис. 13. Алгоритм работы микропроцессора при управлении устройством
Рис. 14. Принципиальная схема разработанного устройства
Рис. 15. Схема печатной платы - 135 -
Рис. 16. Печатная плата с размещением элементов
Это управляющее устройство может использоваться как адаптивный модуль в средствах блокировки конкретного акустического канала утечки информации и в высокосортных перекрывающих системах всех каналов спектра, представляющих среду утечки речевой информации.
Разработанный механизм адаптивной системы, блокирующий акустический канал утечки речевой информации, позволяет снизить уровень шума при работе с информацией ограниченного доступа.
Таким образом, разработанная система блокировки обеспечивает повышение эффективности защиты речевой информации и приближение условий работы персонала к комфортным условиям.
Примечания:
1. Техническая защита информации: учеб.-метод. пособие / А.Б. Сизоненко, В.А. Кучер, О.Н. Мызников [и др.]. Краснодар, 2013. 70 с.
2. Демин А.В. Модель адаптивной системы управления и ее применение для управления движением виртуального робота // Молодой ученый. 2012. № 11. С. 114-119.
3. Бобровников Л.З. Электроника: учеб. для ВУЗов. 5-е изд., перераб. и доп. СПб.: Питер, 2004. 560 с.
4. Калита А.О., Шахайда В.М. Системы шумоподавления с адаптивным управлением // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2015»: материалы 11 междунар. молодеж. науч.-тех. конф. / под ред. А.А. Савочкина. Севастополь: Севастопольский гос. ун-т, 2015. С. 221.
References:
1. Technical information protection: educational and methodical manual / A.B. Sizonenko, V.A. Kucher, O.N. Myznikov [et al.]. Krasnodar, 2013. 70 pp.
2. Demin A.V. Model of an adaptive control system and its application for controlling the movement of a virtual robot // Young Scientist. 2012. No. 11. P. 114119.
3. Bobrovnikov L.Z. Electronics: a textbook for universities. 5th ed., revised and enlarged. SPb.: Piter, 2004. 560 pp.
4. Kalita A.O., Shakhayda V.M. Adaptive-controlled noise reduction systems // Modern problems of radio engineering and telecommunications "RT-2015": proceedings of the 11th international youth scient. and techn. conference / ed. by A.A. Savochkin. Sevastopol State University, 2015. P. 221.
