Исследование помещения на виброакустическую защищенность

Курсовая работа: Исследование помещения на виброакустическую защищенность

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

«Сыктывкарский государственный  университет»

Факультет информационных систем и  технологий

Кафедра защиты информации

Курсовая работа по дисциплине

«Инженерно-техническая защита информации»

Исследование помещения на виброакустическую защищенность

(на примере деканата факультета  ИСиТ)

Сыктывкар 2009

Содержание

Введение

1.Теоретические основы  виброакустики

1.1 Краткие сведения из акустики

1.1.1 Распространение звуковых  волн

1.1.2 Виды звуковых волн

1.1.3 Отражение и прохождение  звука

1.1.4 Поглощение звуковых волн

1.2 Классификация акустических  каналов утечки информации

2. Защита информации в выделенных  помещениях

2.1 Модель угроз для  информации через акустический  канал утечки

2.2 Модель угроз для информации  через виброакустический канал утечки

2.3 Модель угроз для  информации за счет электроакустического  преобразования и гетеродинного  оборудования

3. Методики расчета

3.1 Расчет контролируемой зоны объекта и контрольных точек

3.2 Акустический и виброакустический контроль. Методика контроля

3.3 Размещение акустического  излучателя передающего измерительного  комплекса

4. Оценка защищенности ограждающих  конструкций помещения от утечки  информации по виброакустическому каналу (на примере деканата факультета ИСиТ)

4.1 Порядок проведения  контроля защищенности помещения  от утечки виброакустической речевой информации

4.2 Анализ объекта защиты

4.3 Измерение виброакустической защищенности помещения

Заключение

Список литературы

Введение

Для несанкционированного добывания  информации в настоящее время  используется широкий арсенал технических  средств, из которых малогабаритные технические средства отражают одно из направлений в развитии современных  разведывательных технологий. Выполняемые  в портативном, миниатюрном и  сверхминиатюрном виде, эти средства аккумулируют в себе новейшие научные, технические и технологические  достижения электроники, акустики, оптики, радиотехники и других наук. Такие  средства находят широкое применение, как в деятельности правоохранительных органов, так и иностранных технических  разведок, в подпольном информационном обеспечении незаконных экономических, финансовых и криминальных организаций. В условиях рыночной экономики появление  значительного числа конкурирующих  между собой различных структур естественным образом создало определенное пространство, на котором применение подобных устройств технической  разведки для добывания информации различной значимости является наиболее вероятным.

На сегодняшний день инженерно-техническая  защита информации переживает бурный рост, и эта тенденция будет  сохраняться в дальнейшем. Многие фирмы и организации заинтересованы в защите своих конфиденциальных данных и проводят мероприятия по пресечению их утечки. К таким мероприятиям относятся организационные, инженерно-технические  решения в области защиты информации, а также защита информации в области  компьютерных технологий.

В области защиты информации от утечки по техническим каналам по сей  день одним из наиболее актуальных направлений остается обеспечение  акустической непроницаемости защищаемых помещений. Акустические волны, которые создаются человеческой речью, воздействуют на ограждающие конструкции помещения (перегородки, стены, перекрытия, окна, двери) и инженерные системы (трубопроводы), передавая им часть своей энергии. Возникающие в конструкциях колебания, несмотря на свою слабость, могут быть приняты и усилены специальными приборами (например, электронными стетоскопами или лазерными микрофонами). Кроме того, в защищаемом помещении могут быть воздуховоды, вентиляционные шахты, печи, камины либо другие подобные системы, являющие собой акустическую «дыру», через которую речевая информация также может уходить за пределы помещения.

Необходимость проведения мероприятий  по защите помещений от утечки речевой  информации через виброакустические каналы регламентирована рядом нормативных и регулирующих документов. Существующие в этой области требования адресованы в первую очередь к информации, относящейся к разряду государственной тайны. Однако актуальность обозначенной проблемы вовсе не снижается, если речь идет о любой другой конфиденциальной информации, просто требования становятся рекомендациями.

Целью данной курсовой работы является исследование помещения на виброакустическую защищенность (на примере деканата факультета ИСиТ, кабинет №414). Для достижения этой цели были выделены следующие задачи:

-  уяснить теоретические основы виброакустики;

-  изучить классификацию и модель угроз акустических каналов утечки информации;

-  научиться рассчитывать методики оценки защищенности помещений от утечки речевой конфиденциальной информации по виброакустическим каналам;

-  оценить защищенность исследуемого помещения;

-  сформулировать меры по улучшению защиты помещения от утечки информации.

Объектом изучения курсовой работы является деканат факультета информационных систем и технологий, предметом изучения курсовой работы является прибор SVAN 959.

Для написания курсовой работы использовались данные прибора SVAN 959, а так же учебные  пособия по данной тематике. 

 
1.  Теоретические основы виброакустики  

1.1 Краткие сведения  из акустики 

Шум - один из видов звука. В промышленной акустике термином шум обозначают любой  нежелательный в данных условиях звуковой процесс. Всякий меняющийся и  раздражающий звук является шумом. Физическая природа шума обусловлена колебательными движениями частиц упругой среды, распространяющимися  в виде волн. Как физиологическое  явление, шум определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при  воздействии звуковых волн в диапазоне  от 16 до 20000 Гц. Колебания ниже 16 Гц (инфразвуки) и выше 20000 Гц (ультразвуки) не воспринимаются органом слуха человека, но могут  быть зарегистрированы приборами.

Колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, называются звуковыми волнами, а пространство, в котором они  наблюдаются - звуковым полем.

Звуковая волна характеризуется  звуковым давлением, длиной волны, частотой и законами распространения. Звуковое давление - разность между средним  статическим давлением среды (при  отсутствии звуковых волн) и мгновенным значением давления, которое возникает  при наличии звуковых волн. Единица  измерения звукового давления - паскаль (Па).

Длиной волны называют расстояние, измеренное вдоль направления распространения  волны между ближайшими точками  звукового поля, в которых фазы колебаний одинаковые.

Число колебаний в единицу времени  называется частотой f (Гц), а время, в течение которого совершается полное колебание - периодом Т (с). Период и частота взаимосвязаны соотношением Т*f=1.

Скорость звука связана с  длиной волны и частотой следующей  зависимостью: c=l*f, где c - скорость звука, м/с; l - длина волны, м; f - частота колебаний, Гц. Скорость звука определяется свойствами среды: упругостью и плотностью.

Звуковые колебания, как и всякое волновое движение, подчиняются законам  интерференции и дифракции. Процесс  наложения друг на друга нескольких звуковых волн называется интерференцией. Если два колебания одинаковой частоты  и амплитуды складываются в одной  фазе, то амплитуда колебаний возрастает, если фазы противоположны, то уменьшается. Отклонение от прямолинейного распространения  звуковых волн, огибание волнами препятствий называется дифракцией. Явление дифракции наблюдается в случае, когда размеры преграды или щели меньше длины волны. Если размеры преграды больше длины волны, то за ней образуется зона звуковой тени.

Пространство, в котором звуковые волны свободно распространяются, не встречая отражающих поверхностей, называется свободным звуковым полем. Звуковое поле можно считать свободным, если между давлением и расстоянием  от источника звука существует обратно  пропорциональная зависимость, т.е. при  каждом удвоении расстояния звуковое давление уменьшается наполовину. В  производственных или городских  условиях свободные звуковые поля встречаются  очень редко.

Область слухового восприятия шума в зависимости от значения звукового  давления находится между порогом  слышимости и порогом болевого ощущения. Порог слышимости - минимальное звуковое давление Р0, которое вызывает едва заметное ощущение звука, равно Р0=2*10-5 Па на частоте 1000 Гц. Порог болевого ощущения - максимальное звуковое давление Pmax, выше которого ухо не воспринимает звук, а ощущает только боль, равно примерно 2*102 Па.

Для удобства вычислений принято оценивать  звуковое давление не в абсолютных, а в относительных единицах (белах- Б, децибелах- дБ) по отношению к пороговым значениям. Измеренные таким образом величины называются уровнями. Уровень L звукового давления выражается зависимостью L=20lgP/P0, где P0 - пороговое значение звукового давления (P0=2*10-5 Па). Диапазон изменений звукового давления составляет 0-107 Па, а диапазон соответствующего ему изменения уровней звукового давления - от 0 до 140 дБ. Уровень звуковой мощности источника Lp=10lgW/W0, где W0 - пороговое значение звуковой мощности (W0=10-12 Вт). Характеристики некоторых источников шума представлены в таблице 1: 

Таблица 1. Характеристики некоторых  источников шума

Уровни звукового давления нельзя складывать и вычитать как обычные  числа. Для определения суммарного уровня звукового давления (далее  УЗД) от нескольких источников шума в  одной точке нужно учитывать  их логарифмическую зависимость. Для  сложения необходимо от УЗД перейти  к абсолютным значениям интенсивности  звука. Затем, просуммировав их, выполнить  обратный переход к суммарному уровню интенсивности звука.

Как сложный звук шум может быть разделен на простые составляющие его  тоны с указанием их интенсивности  и частоты. Графическое изображение  состава шума называется спектром и  является важнейшей его характеристикой.

В зависимости от характера шума его спектр может быть линейчатым или дискретным, непрерывным или  сплошным, смешанным или дискретно-непрерывным.

По характеру спектра шум  может быть широкополосным или тональным (в спектре которого имеются выраженные дискретные тона).

В зависимости от частоты характер шума может быть низко-, средне- и  высокочастотным. Низкочастотный шум  имеет спектр с максимумом ЗД в  области частот ниже 300 Гц, среднечастотный - 300-800 Гц и высокочастотный - выше 800 Гц. Шум, имеющий сплошной спектр и  равные амплитуды всех составляющих в широкой области частот, называют белым шумом.

При проведении акустических расчетов и измерениях шумов чаще всего  используют октавные полосы частот. Октавной полосой частот называется полоса частот, у которой отношение граничных  частот f2/f1=2, например, для звуковых частот: 32.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Если f2/f1=1,26, то ширина полосы равна 1/3 октавы: 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 и т.д., до 8000 Гц.

Уровни P или W, отнесенные к октавным полосам частот, называют октавными  уровнями, а уровни, отнесенные ко всем полосам частот - общими уровнями.

Для оценки шума одним числом, учитывающим  субъективную оценку (физиологическое  восприятие) его человеком, в настоящее  время широко используется "уровень  звука в дБА" - общий уровень звукового давления, измеряемый шумомером на кривой частотной коррекции А, характеризующую приближенно частотную характеристику восприятия шума человеческим ухом. Эта кривая коррекции А соответствует кривой равной громкости с уровнем звукового давления 40 дБ на частоте 1000 Гц. [1]

1.1.1. Распространение звуковых волн

Звуковые волны распространяются во всех направлениях. Такой процесс  распространения удобно характеризовать  волновым фронтом. Волновой фронт –  это поверхность в пространстве, во всех точках которой колебания  происходят в одной фазе.

1.1.2.  Виды звуковых волн

Плоские волны. Волновой фронт  простейшего вида – плоский. Плоская  волна распространяется только в  одном направлении и представляет собой идеализацию, которая лишь приблизительно реализуется на практике. Звуковую волну в трубе можно считать приблизительно плоской, как и сферическую волну на большом расстоянии от источника.

Сферические волны. К простым  типам волн можно отнести и  волну со сферическим фронтом, исходящую  из точки и распространяющуюся во всех направлениях. Такую волну можно  возбудить с помощью малой  пульсирующей сферы. Источник, возбуждающий сферическую волну, называется точечным. Интенсивность такой волны убывает  по мере ее распространения, поскольку  энергия распределяется по сфере  все большего радиуса.

Принцип Гюйгенса. Он позволяет  определять форму волнового фронта на протяжении всего процесса распространения. Из него следует также, что волны, как плоские, так и сферические, сохраняют свою геометрию в процессе распространения при условии, что  среда однородна.

Дифракция звука. Дифракцией называется огибание волнами препятствия. Дифракция анализируется с помощью принципа Гюйгенса. Степень такого огибания зависит от соотношения между длиной волны и размером препятствия или отверстия. Если размеры препятствия намного больше длины волны, то звук отражается, а позади препятствия формируется зона акустической тени. Когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны или меньше ее, звук дифрагирует в какой-то мере во всех направлениях. Это учитывается в архитектурной акустике. В нем это явление называется диффузией звука.

1.1.3. Отражение и прохождение  звука

Когда звуковая волна, движущаяся в  одной среде, падает на границу раздела  с другой средой, одновременно могут  происходить три процесса. Волна  может отражаться от поверхности  раздела, она может проходить  в другую среду без изменения  направления или изменять направление  на границе, т.е. преломляться. Если коэффициент  отражения по интенсивности, который  определяет долю отраженной энергии, равен R, то коэффициент прохождения будет  равен T = 1 – R.

Для звуковой волны отношение избыточного  давления к колебательной объемной скорости называется акустическим сопротивлением. Волновое сопротивление газов гораздо  меньше, чем жидкостей и твердых  тел. Поэтому если волна в воздухе  падает на толстый твердый объект или на поверхность глубокой воды, то звук почти полностью отражается.

1.1.4. Поглощение  звуковых волн

Интенсивность звуковых волн в процессе их распространения всегда уменьшается  вследствие того, что определенная часть акустической энергии рассеивается. В силу процессов теплообмена, межмолекулярного взаимодействия и внутреннего трения звуковые волны поглощаются в любой среде. Интенсивность поглощения зависит от частоты звуковой волны и от других факторов, таких, как давление и температура среды.

Поглощение волны в среде  количественно характеризуется  коэффициентом поглощения «a». Он показывает, насколько быстро уменьшается избыточное давление в зависимости от расстояния, проходимого распространяющейся волной.

Поглощение в твердых  телах. Механизм поглощения звука вследствие теплопроводности и вязкости, имеющий  место в газах и жидкостях, сохраняется и в твердых телах. Однако здесь к нему добавляются  новые механизмы поглощения. Они  связаны с дефектами структуры  твердых тел. Дело в том, что поликристаллические  твердые материалы состоят из мелких кристаллитов; при прохождении  звука в них возникают деформации, приводящие к поглощению звуковой энергии. Звук рассеивается и на границах кристаллитов. Кроме того, даже в монокристаллах имеются дефекты типа дислокаций, вносящие свой вклад в поглощение звука. Дислокации – это нарушения  согласования атомных плоскостей. Когда  звуковая волна вызывает колебания  атомов, дислокации смещаются, а затем  возвращаются в исходное положение, рассеивая энергию вследствие внутреннего  трения. [1]

Таким образом, мы познакомились с  теорией виброакустики. При измерении прибором SVAN 959 нам будет легче изучить и понять измеряемые характеристики, а так же рассчитать коэффициент звукоизоляции.  

1.2 Классификация  акустических каналов утечки  информации 

Источником образования акустического  канала утечки информации являются вибрирующие, колеблющиеся тела и механизмы, такие  как голосовые связки человека, движущиеся элементы машин, телефонные аппараты, звукоусилительные системы и т.д.

Классификация акустических каналов  утечки информации представлена на рисунке 1. 

Рис.1 Классификация акустических каналов 

Распространение звука в пространстве осуществляется звуковыми волнами. Упругими, или механическими, волнами  называются механические возмущения (деформации), распространяющиеся в упругой среде. Тела, которые, воздействуя на среду, вызывают эти возмущения, называются источниками волн. Упругая волна  является продольной и связана с  объемной деформацией упругой среды, вследствие чего может распространяться в любой среде - твердой, жидкой и  газообразной.

Когда в воздухе распространяется акустическая волна, его частицы  образуют упругую волну и приобретают  колебательное движение, распространяясь  во все стороны, если на их пути нет  препятствий. В условиях помещений  или иных ограниченных пространств  на пути звуковых волн возникает множество  препятствий, на которые волны оказывают  переменное давление (двери, окна, стены, потолки, полы и т.п.), приводя их в  колебательный режим. Это воздействие  звуковых волн и является причиной образования акустического канала утечки информации.

Акустические каналы утечки информации представлены на рисунке 2. 

Рис.2. Образование акустических каналов  

Механические колебания стен, перекрытий, трубопроводов, возникающие в одном  месте от воздействия на них источников звука, передаются по строительным конструкциям на значительные расстояния, почти  не затухая, не ослабляясь, и излучаются в воздух как слышимый звук. Опасность  такого акустического канала утечки информации по элементам здания состоит  в большой и неконтролируемой дальности распространения звуковых волн, преобразованных в упругие  продольные волны в стенах и перекрытиях, что позволяет прослушивать разговоры  на значительных расстояниях.

Еще один канал утечки акустической информации образуют системы воздушной  вентиляции помещений, различные вытяжные системы и системы подачи чистого  воздуха. Возможности образования  таких каналов определяются конструктивными  особенностями воздуховодов и акустическими  характеристиками их элементов: задвижек, переходов, распределителей и др.

В зависимости от физической природы  возникновения информационных сигналов, среды распространения акустических колебаний и способов их перехвата, акустические каналы утечки информации также можно разделить на воздушные, вибрационные, электроакустические, оптико-электронные и параметрические.

• Воздушные каналы. В воздушных  технических каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является воздух, а для  их перехвата используются миниатюрные  высокочувствительные микрофоны и  специальные направленные микрофоны. Микрофоны объединяются или соединяются  с портативными звукозаписывающими устройствами (диктофонами) или специальными миниатюрными передатчиками. Перехваченная информация может передаваться по радиоканалу, оптическому каналу (в инфракрасном диапазоне длин волн), по сети переменного тока, соединительным линиям вспомогательных технических средств и систем (ВТСС), посторонним проводникам (трубам водоснабжения и канализации, металлоконструкциям и т.п.). Причем, для передачи информации по трубам и металлоконструкциям могут применяться не только электромагнитные, но и механические колебания.

• Вибрационные каналы. В вибрационных (структурных) каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов являются конструкции зданий, сооружений (стены, потолки, полы), трубы  водоснабжения, отопления, канализации  и другие твёрдые тела. Для перехвата  акустических колебаний в этом случае используются контактные микрофоны (стетоскопы).

• Электроакустические каналы. Электроакустические  технические каналы утечки информации возникают за счет электроакустических  преобразований акустических сигналов в электрические. Перехват акустических колебаний осуществляется через ВТСС, обладающие “микрофонным эффектом”, а также путем “высокочастотного навязывания”.

• Оптико-электронный канал. Оптико-электронный (лазерный) канал утечки информации образуется при облучении лазерным лучом вибрирующих в акустическом поле тонких отражающих поверхностей (стекол, окон, картин, зеркал и т.д.). Отраженное лазерное излучение (диффузное  или зеркальное) модулируется по амплитуде  и фазе (по закону вибрации поверхности) и принимается приемником оптического  излучения, при демодуляции которого выделяется речевая информация.

• Параметрические каналы. В результате воздействия акустического поля меняется давление на все элементы высокочастотных генераторов ТСПИ (технические средства приема, обработки, хранения и передачи информации) и  ВТСС. При этом изменяется (незначительно) взаимное расположение элементов схем, проводов в катушках индуктивности, дросселей и т.п., что может  привести к изменениям параметров высокочастотного сигнала, например, к модуляции его  информационным сигналом. Поэтому этот канал утечки информации называется параметрическим. Это обусловлено  тем, что незначительное изменение  взаимного расположения проводов в  катушках индуктивности (межвиткового расстояния) приводит к изменению  их индуктивности, а, следовательно, к  изменению частоты излучения  генератора, т.е. к частотной модуляции  сигнала. Точно так же воздействие  акустического поля на конденсаторы приводит к изменению расстояния между пластинами и, следовательно, к изменению его емкости, что, в свою очередь, также приводит к частотной модуляции высокочастотного сигнала генерации. Наиболее часто наблюдается паразитная модуляция информационным сигналом излучений гетеродинов радиоприемных и телевизионных устройств, находящихся в выделенных помещениях и имеющих конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком в колебательных контурах гетеродинов. Промодулированные информационным сигналом высокочастотные колебания излучаются в окружающее пространство и могут быть перехвачены и детектированы средствами радиоразведки. [1]

Таким образом, изучив основные понятия  теории виброакустики, мы можем перейти к изучению методики расчета оценки защищенности выделенного помещения. Обладая уже полученными знаниями, нам будет легче ориентироваться в изучаемой предметной области. Перед тем как перейти к методикам, определимся для начала с понятием «выделенное помещение» и его защитой.

репликация синхронизация база данные

 
2.  Защита информации в выделенных помещениях

Сегодня особенно актуальна проблема защиты конфиденциальной информации в  так называемых выделенных помещениях фирмы.

При этом под выделенным помещением (ВП) понимается служебное помещение, в котором ведутся разговоры (переговоры) конфиденциального или секретного характера. Здесь речь идет о служебных  помещениях, в которых отсутствуют  какие-либо технические средства обработки (передачи) конфиденциальной информации. К таким помещениям относятся, прежде всего, комнаты для переговоров  на фирмах, где ведутся деловые  переговоры, содержащие конфиденциальную информацию. 

Следует отметить, что переговорные комнаты используются все чаще и  на сегодня они являются практически  неотъемлемым атрибутом фирмы. Поэтому  будет небезынтересно рассмотреть  вопросы обеспечения безопасности информации в выделенных помещениях, имея в виду, прежде всего, комнаты  для ведения переговоров.

Во-первых, необходимо понять основную цель и задачи защиты, ибо правильное уяснение цели и задач защиты определит  в дальнейшем состав комплекса проводимых мероприятий, их стоимость и эффективность  защиты в целом.

Основная цель обеспечения безопасности конфиденциальной информации в переговорных комнатах - исключить доступ к ее содержанию при проведении переговоров (разговоров). Первостепенные задачи обеспечения безопасности информации представлены на рисунке 3.

Рис 3. Задачи обеспечения безопасности информации

Уяснив основную цель и задачу защиты информации, можно перейти к разработке модели угроз для конфиденциальной информации, имеющих место при  ведении переговоров (разговоров). Модели угроз целесообразно разрабатывать, сообразуясь с задачами защиты. [3]  

2.1 Модель угроз  для информации через акустический  канал утечки

Несанкционированный доступ к конфиденциальной информации по акустическому каналу утечки может осуществляться:

·  путем непосредственного прослушивания;

·  при помощи технических средств.

Непосредственное прослушивание  переговоров (разговоров) злоумышленником  может быть осуществлено:

·  через дверь;

·  через открытое окно (форточку);

·  через стены, перегородки;

·  через вентиляционные каналы.

Несанкционированный доступ к содержанию переговоров (разговоров) злоумышленник  может осуществить и при помощи технических средств - таких, как:

·  направленные микрофоны;

·  проводные микрофоны;

·  радиомикрофоны;

Прослушивание переговоров (разговоров) через дверь возможно при условии, если вход в комнату для переговоров  выполнен с нарушением требований по звукоизоляции. Не следует также  вести переговоры при открытых окнах  либо форточках, ибо в этом случае открыт непосредственный доступ к содержанию информации (переговоров или разговоров). Стены, перегородки, потолки (и даже пол) комнат для ведения переговоров не являются гарантированной защитой от прослушивания, если они не проверены на предмет звукоизоляции или не отвечают этим требованиям. 

Весьма опасными с точки зрения несанкционированного доступа к  содержанию переговоров (разговоров) являются вентиляционные каналы. Они позволяют  прослушивать разговор в комнате  на значительном удалении. Поэтому  к оборудованию вентиляционных каналов  предъявляются особые требования.