Способ маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры
Изобретение относится к области создания искусственных помех для маскировки электромагнитных каналов утечки речевой информации. Технический результат - повышение эффективности способа при питании маскируемой аппаратуры от промышленной сети переменного тока. Для этого в способе, включающем генерирование, усиление и излучение маскирующего шумового сигнала, внесены существенные изменения и дополнения, а именно: усиление шумового сигнала производят в режиме В или АВ; применяют импульсную автокомпенсационную стабилизацию напряжения питания усилителя мощности; при этом фильтруют стабилизированное напряжение фильтром верхних частот, нижняя граничная частота выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора. 2 ил.
Область техники.
Изобретение относится к области создания искусственных помех для маскировки электромагнитных каналов утечки речевой информации.
Уровень техники.
Известно, что ценность экономической, политической, научно-технической информации многократно превышает ценность материальных объектов. Поэтому чрезвычайно актуальны средства защиты от несанкционированной утечки информации государственного, оборонного, научно-технического и бизнес содержания.
Кроме организационных мер, предписывающих персоналу определенные правила поведения, для защиты содержательной информации применяют сложные технические средства. В частности, для уменьшения утечки информации по акустическим и радиоканалам, по телефонной сети, по цепям питания используемой аппаратуры и т.п. применяют специальные схемы маскирования информационных сигналов, уменьшающие возможность их несанкционированного прослушивания. Например, "Устройство противодействия несанкционированной работе проводных портативных устройств и информативным наводкам в сети электропитания ЛГШ-220" (паспорт ТУ-6379-005-31056649-2002, лаборатория ППШ, сертификат Гостехкомиссии РФ №742 от 07 апреля 2003 г.); Роткевич В. и Роткевич П. "Техника измерений при радиоприеме", М.: Связь, 1969, стр.374-381.
В работе Хорева А.А. "Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации", М.: Минобороны РФ, стр.24 представлены примеры сетевых закладок, которые устанавливают в электрические розетки, в удлинители, в аппаратуру, питающуюся от сети переменного тока или непосредственно в силовую линию. Закладки предназначены для съема речевой информации. Аппаратура усиления речевой информации должна быть защищена по каналу утечки через сеть питания. Без принятия мер защиты усилительная аппаратура вносит реакцию в сеть в соответствии с усиливаемыми сигналами, что дает возможность их выделения из сети, т.е. возможность утечки информации. Применение сетевых фильтров и эквивалентов сети в таком диапазоне частот почти не ослабляет электрические сигналы. Сетевые фильтры на звуковые частоты весьма громоздки и обеспечивают довольно низкое затухание (порядка 5-10 дБ) в диапазоне 100-10000 Гц, чего явно недостаточно.
Другим направлением защиты информации техническими средствами является создание искусственных помех в электромагнитных каналах утечки информации - генераторов маскирующих сигналов, мощность которых превышает мощность электромагнитных сигналов утечки информации. Это существенно снижает возможность обнаружения и приема информации.
Настоящее изобретение является усовершенствованием этого направления. Обычная структурная схема маскирующего устройства приведена, например, в книге Роткевич В., Роткевич П. "Техника измерений при радиоприеме", М.: Связь, 1969 (стр.458-461, рис.5.21). Она содержит генератор шумового сигнала, выходной сигнал которого после усиления поступает в нагрузку, которой обычно является излучающая антенна. При этом и генератор и усилитель шумового сигнала питаются от промышленной сети переменного тока через выпрямитель со сглаживающим фильтром - фильтром нижних частот. Его обычно выполняют на L-C элементах (фиг.1).
Описанный способ наиболее близок к заявляемому по большинству существенных признаков, поэтому он выбран в качестве прототипа.
Способ маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры - прототип предусматривает следующие операции. Генерируют маскирующий сигнал, при необходимости - усиливают его и излучают в эфир, например, возбуждая им антенну. При этом и генератор и усилитель шумовых сигналов питают через выпрямитель от промышленной сети переменного тока.
Способ осуществляется следующим образом. После подключения выпрямителя к промышленной сети переменного тока, ее напряжение выпрямляется выпрямителем затем фильтруется фильтром питания - фильтром нижних частот, заряжает конденсатор фильтра питания и поступает на генератор шумового сигнала, который начинает генерировать шумовой сигнал. Этот сигнал, усиленный усилителем, также подключенным к конденсатору фильтра питания выпрямителя, возбуждает нагрузку (антенну), которая излучает в эфир мощный электромагнитный шумовой сигнал, маскирующий паразитное, нежелательное электромагнитное излучение маскируемой звукоусилительной аппаратуры, для зашумления которой предназначен заявляемый способ. Мощность излучаемого шумового сигнала должна многократно превышать мощность электромагнитных сигналов утечки маскируемых речевых сигналов.
Способ эффективно работает в случаях питания маскируемой аппаратуры от автономных источников питания. Они предотвращают или существенно уменьшают электромагнитную утечку информации по эфиру.
Однако при питании маскируемой аппаратуры от промышленной сети переменного тока возможна утечка информации не только по эфиру, но также и через указанную промышленную сеть переменного тока.
Механизмы образования этих каналов утечки могут быть следующими.
Изменение тока потребления, особенно мощных усилителей, в соответствии с речевой информацией вызывает соответствующее изменение в сети переменного тока. Из-за этого, естественно, указанная речевая информация может быть выделена из сети переменного тока (вне защищаемого помещения) для несанкционированного подслушивания.
Кроме того, высокочастотные помехи по цепи питания легко проникают в усилительные каскады, где они модулируются речевым сигналом, а затем - проникают обратно в сеть питания и/или излучаются в эфир.
Способ-прототип при этом никак не маскирует каналы утечки информации через промышленную сеть питания, образовавшиеся приведенным выше образом, поскольку излучаемые в эфир электромагнитные маскирующие шумовые сигналы маскируют только эфирные электромагнитные каналы утечки.
Наиболее очевидны два пути устранения этого недостатка:
а) питать защищаемую от утечек аппаратуру (маскируемую аппаратуру) только от автономных источников питания, т.е. без использования общедоступной промышленной сети, но это не всегда возможно и дорого;
б) ввести в цепь питания каждой маскируемой аппаратуры сетевой фильтр, подавляющий речевой сигнал, что требует значительных дополнительных затрат (см. например, стр.8, рис.11 в, г и е в книге Костикова В.Г., Парфенова Е.М. и Шахнова В.А. "Источники электропитания электронных средств. Системотехника и конструирование". Учебник для вузов, 2-е изд., Москва, Горячая линия - Телеком, 2001 г.). Сетевые фильтры для подавления речевого диапазона требуют применения очень больших индуктивностей. Практически они ослабляют речевые частоты не более чем на 10 дБ, чего явно недостаточно для исключения утечки информации. В частности, сетевой фильтр прототипа для этих целей практически бесполезен.
Задача изобретения.
Задача изобретения - повышение эффективности способа при питании маскируемой аппаратуры от промышленной сети переменного тока.
Решение задачи.
Поставленная задача решена тем, что в известный способ маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры, включающий генерирование, усиление и излучение маскирующего электромагнитного шумового сигнала при питании генератора и усилителя шумового сигнала от промышленной сети переменного тока, внесены существенные изменения и дополнения, а именно:
- усиление шумового сигнала производят в режиме В или АВ,
- применяют импульсную автокомпенсационную стабилизацию напряжения питания генератора и усилителя мощности шумового сигнала,
- фильтруют стабилизированное напряжение фильтром верхних частот, нижняя граничная частота выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора.
Кроме того, для повышения эффективности электромагнитной маскировки импульсный автокомпенсационный стабилизатор лучше не экранировать.
Другими словами, изобретательская задача - введение в промышленную сеть переменного тока мощной шумовой составляющей тока - решена двумя неразрывно связанными техническими решениями: созданием мощного электротока, по форме близкого к генерируемому шумовому сигналу, и нахождением простого пути введения его в промышленную сеть переменного тока.
Первое решение состоит в применении режима В для усилителя мощности шумового сигнала. В этом режиме мгновенная амплитуда проходящего через усилитель тока почти прямо пропорциональна мгновенной амплитуде усиливаемого им сигнала. Таким образом, в нашем случае (усиление шумового сигнала) по цепи питания усилителя будет проходить ток, идентичный усиливаемому шумовому сигналу. Естественно, в режиме АВ эта зависимость проходящего тока от усиливаемого сигнала несколько сглажена. Отметим, что в режиме А она вообще отсутствует.
Второе решение состоит в подключении усилителя к промышленной сети переменного тока через импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения (см., например, В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов "Источники питания электронных средств. Схемотехника и конструирование", учебник для вузов, - М.: Горячая линия - ТЕЛЕКОМ, 2001 г., стр.10-19).
Как известно, такой стабилизатор напряжения потребляет от промышленной сети ток, мгновенные значения которого пропорциональны мгновенным значениям тока своей нагрузки. В нашем случае при питании усилителя шумового сигнала через импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения последний будет потреблять от промышленной сети ток, соответствующий по форме току усиливаемого шумового сигнала.
Для исключения замыкания этого тока через выходной фильтр стабилизатора фильтрацию выходного напряжения производят фильтром верхних частот, нижняя частота среза которого выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора.
Таким образом, предложенные изменения способа маскировки речевых сигналов позволили очень простыми средствами ввести в промышленную сеть переменного тока мощный шумовой сигнал, частотный состав которого близок к составу генерируемого шумового сигнала. Последний, как известно, маскирует электромагнитные сигналы всего слышимого спектра.
Раскрытие сущности изобретения.
Сущность изобретения поясняется двумя фигурами, на которых представлены примеры структурных схем реализации способа маскировки речевого сигнала (фиг.1) и импульсного автокомпенсационного стабилизатора напряжения питания усилителя мощности шумового сигнала (фиг.2).
На фигурах приняты следующие обозначения:
1 - промышленная сеть переменного тока, 2 - выпрямитель напряжения сети, 3 - сглаживающий фильтр (фильтр нижних частот), 4 - генератор шумового сигнала, 5 - усилитель шумового сигнала, 6 - излучатель шумового сигнала (например, антенна), 7 - звукоусилительная аппаратура, 8 - импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения питания, 9 - ключевой каскад, 10 - импульсный трансформатор, 11 - выходной выпрямитель, 12 - фильтр верхних частот, 13 - источник опорного напряжения, 14 - компаратор, 15 - широтно-импульсный модулятор, 16 - усилитель ШИМ-сигнала, 17 - задающий генератор пилообразного сигнала.
Способ осуществляется следующим образом. После подключения выпрямителя к промышленной сети 1 ее напряжение выпрямляется выпрямителем 2, затем стабилизируется импульсным автокомпенсационным стабилизатором 8, фильтруется фильтром верхних частот 12 и поступает на генератор 4, который начинает генерировать шумовой сигнал. Этот сигнал, усиленный усилителем 5, также подключенным к выходу автокомпенсационного стабилизатора 8, возбуждает нагрузку (антенну) 6, которая излучает в эфир мощный электромагнитный шумовой сигнал, маркирующий паразитное, нежелательное электромагнитное излучение маскируемой звукоусилительной аппаратуры, питаемой от промышленной сети 1 переменного тока через выпрямитель 2 и фильтр нижних частот 3. Мощность излучаемого электромагнитного шумового сигнала должна многократно превышать мощность возможных электромагнитных сигналов утечки маскируемых информационных сигналов (речевых сигналов).
Что касается маскировки речевых сигналов в цепи питания, то это происходит за счет специального режима усилителя 5 мощности шумового сигнала и введения импульсного автокомпенсационного стабилизатора 8 напряжения между выпрямителем 2 и усилителем мощности 5. Далее это поясняется подробнее.
Импульсный автокомпенсационный стабилизатор 8 напряжения работает следующим образом. Напряжение промышленной сети 1 переменного тока выпрямляется выпрямителем 2, поступает на вход ключевого каскада 9, проходит через него в соответствии с ШИМ-сигналом управления, поступающим на управляющий вход каскада 9, образует напряжение на обмотке импульсного трансформатора 10, которое поступает на выпрямитель стабилизатора (выходной выпрямитель) 11, после которого - на клеммы питания усилителя мощности 5 и генератора 4. ШИМ-сигнал управления ключевым каскадом 9 образуется за счет сравнения выходного напряжения импульсного трансформатора 10 (соответственно, выходного напряжения стабилизатора 8) с напряжением опорного источника 13. Сравнение производит компаратор 14, на входы которого поступают сравниваемые напряжения. При равенстве напряжений выходной сигнал компаратора 14, подключенного к ШИМ-модулятору 15, равен нулю. Поскольку ШИМ-модулятор 15 настроен так, что его выходной ШИМ-сигнал тем больше, чем больше сигнал на выходе компаратора 14, в случае нулевого сигнала на выходе компаратора 14 ШИМ-сигнал на его выходе отсутствует. Как только через стабилизатор 8 пойдет ток усилителя мощности 5 шумового сигнала, напряжение на выходе импульсного трансформатора 10 и стабилизатора 8 снизится, возникнет соответствующее напряжение на выходе компаратора 14, образуется пропорциональный ему ШИМ-сигнал, открывающий ключевой каскад 9.
Поскольку выбран режим В (или АВ) работы усилителя мощности 5 шумового сигнала, мгновенные значения потребляемого им тока пропорциональны усиливаемому шумовому сигналу. Т.е. открывание и запирание ключевого каскада 9, подключенного непосредственно к выпрямителю 2 промышленной сети переменного тока, также будет повторять мгновенные значения шумового сигнала. Отметим при этом, что фильтр 12 выходного выпрямителя - фильтр верхних частот, нижняя граничная частота которого выше верхней частоты слышимого спектра - для сохранения формы тока шумового сигнала в промышленной сети переменного тока. Однако эта частота должна быть ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора напряжения - для сглаживания формы выпрямленного напряжения питания.
Поскольку режим усилителя 5 мощности шумового сигнала выбран класса В (или АВ), мгновенные амплитуды потребляемого им от промышленной сети 1 амплитуды тока пропорциональны мгновенным амплитудам усиливаемого им сигнала, т.е. мощности шумового сигнала. Другими словами, в промышленной сети 1 переменного тока протекает ток, спектральная форма которого повторяет спектральную форму генерируемого шумового сигнала.
Естественно, протекание тока такой формы в промышленной сети 1 переменного тока оказывает такое же маскирующее действие на сигналы возможной утечки информации по ней, какое производят электромагнитные сигналы, излучаемые антенной на возможные сигналы утечки информации по эфиру.
Таким образом, применение режима класса В или АВ в усилителе мощности шумового генератора и питание его от промышленной сети переменного тока через импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения с фильтром верхних частот на выходе позволили ввести мощный маскирующий шумовой сигнал в промышленную сеть переменного тока чрезвычайно простым и дешевым способом.
Промышленная применимость.
Заявленный способ легко реализуем известными и давно освоенными промышленностью схемными и конструктивными средствами. Выпрямители, фильтры, генераторы и усилители выполняются традиционно. Импульсный автокомпенсационный стабилизатор может быть выполнен, например, в соответствии с рекомендациями Методических указаний "Электропитание радиоустройств", Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения, Санкт-Петербург, 1995, стр.27-32.
Заявитель изготовил и испытал устройство, воспроизводящее заявленный способ. Результаты испытаний показали, что защита аппаратуры от несанкционированной утечки звуковой информации по цепи питания повышена в 2-3 раза, в зависимости от мощности усиливаемого звукоусилительной аппаратурой речевого сигнала.
При этом стоимость изменений и дополнительных средств оказалась несопоставимо ниже по сравнению с известными решениями этой задачи, а эффективность - существенно выше.
Таким образом, по нашему мнению, заявленный способ соответствуют всем критериям изобретения - оно ново, неочевидно и промышленно применимо.
Способ маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры, питаемой от промышленной сети переменного тока, включающий генерирование, усиление и излучение маскирующего шумового сигнала, отличающийся тем, что усиление шумового сигнала производят в режиме В или АВ, применяют импульсную автокомпенсационную стабилизацию напряжения питания усилителя мощности, при этом фильтруют стабилизированное напряжение фильтром верхних частот, нижняя граничная частота выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора.
