Методы закрытия речевых сигналов в телефонных линиях. Скремблирование

     Министерство  внутренних дел

     Национальный  университет внутренних дел 
 
 
 

кафедра защиты информации и спецтехники 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

     на  тему: Методы закрытия речевых сигналов в телефонных линиях. Скремблирование.

 
 
 
 
 
 

Выполнил: 

Проверил: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Харьков - 2003

 

 

      

   ПЛАН

1. Введение. Актуальность проблемы.
2. Основные методы и типы систем закрытия речевых сообщений:

1. аналоговые скремблеры;
2. цифровые скремблеры;

3. Критерии оценки систем закрытия речи. Таблица характеристик некоторых. скремблеров и вокодеров.

4. Тенденции развития систем закрытия речи.

 

Введение 
 

    За  достаточно длительный период своего развития человечество накопило огромный опыт и массу знаний о способах и средствах ведения разведки. Естественно, вначале этот опыт носил  в основном военный характер, но затем он нашел благодатную почву для “мирной” реализации на ниве промышленного шпионажа. Одним из основных способов ведения разведывательных действий является получение доступа к каналам передачи информации, которыми пользуется конкурирующая сторона. В первую очередь, как правило, нападению подвергаются каналы телефонной связи, по которым, кроме речевой информации, передаются факсимильные, модемные сообщения. Также линии связи с подключенными к ним телефонными аппаратами часто представляют собой нечто вроде “черного хода” в помещение, поскольку большинство телефонных аппаратов ввиду несовершенства конструкции допускают утечку из помещения акустической информации.

    Большинство информационных контактов, как делового, так и личного характера, по-прежнему, осуществляется с использованием телефонной сети общего пользования (ТСОП). При этом ТСОП остается наиболее уязвимым каналом связи (из имеющихся) для осуществления противоправных действий, связанных с несанкционированным съемом акустической информации. Поэтому не теряет своей актуальности проблема защиты телефонных линий от несанкционированного прослушивания.

    Для прослушивания телефонных переговоров  используются следующие способы  подключения:

    1. Параллельное подключение  к телефонной линии. 

    В простейшем случае применяется трубка ремонтника-телефониста, подключаемая к линии в распределительной коробке (шкафу, колодце), где производится разводка кабелей. Необходимо помнить, что АТС переключает линию на разговор при шунтировании ее сопротивлением около 1 кОм. Применение аппаратуры подслушивания с низкоомным входным сопротивлением можно достаточно быстро обнаружить. При этом возможна либо запись информации непосредственно на магнитофон (диктофон), либо передача ее по радиоканалу (ИК-каналу, проводам) специальным ретронслятором с последующим приемом и регистрацией. В последнем случае телефонные радиоретрансляторы труднее обнаруживаются, но требуют внешнего источника питания.

    2. Последовательное  включение телефонных  радиоретрансляторов  в разрыв провода  телефонной линии.

    В этом случае питание телефонного  радиоретранслятора осуществляется от телефонной линии и в эфир он выходит (т.е. начинает передачу) с момента  подъема телефонной трубки абонентом. Подключение телефонного радиоретранслятора может осуществляться как непосредственно к телефонному аппарату, так и на любом участке линии от телефона абонента до АТС.

    3. Бесконтактное подключение  к телефонной линии. 

    Существуют  системы прослушивания телефонных разговоров, не требующие непосредственного  электрического соединения с телефонной линией. Эти системы используют индуктивный способ (при помощи катушек) съема информации. Они достаточно громоздки, поскольку содержат несколько каскадов усиления слабого НЧ сигнала и обязательный внешний источник питания. Поэтому такие системы не нашли широкого практического применения. Для приема информации от телефонных радиотрансляторов используются такие же приемники, как в акустических устройствах съема информации по радиоканалу. В настоящее время появились системы перехвата факсовой и модемной связи, которые при использовании персонального компьютера со специальным программным обеспечением позволяют получить расшифровку информации. Однако такие системы очень дорогие и пока не нашли широкого применения в нашей стране.

    4. Подкуп персонала АТС.

    Подкуп  обслуживающего персонала на АТС - весьма распространенный способ нарушения  конфиденциальности телефонных переговоров. Особенно это касается небольших  городов, где до сих пор используются старые декадно-шаговые АТС. В данном случае возможно либо подключение звукозаписывающей аппаратуры к абонентской линии в любом распределительном устройстве (кроссе), либо перекроссировка на любую другую абонентскую линию или физическую пару, с которой и будет осуществляться съем информации.

 

    Основные  методы и типы систем закрытия речевых сообщений

   Человеческая  речь может быть определена как модуляция  сигнала акустического носителя, который вырабатывается в человеческой ротовой и носовой полостях. Посредством  этого генерируется основной звуковой элемент речи - фонема, а сумма фонем составляет вместе новое, более сложное образование - голосовой сигнал, имеющий спектральные, временные и амплитудные характеристики (свои для каждого сигнала).

    Главной целью при разработке систем передачи речи является сохранение тех ее характеристик, которые наиболее важны для восприятия слушателем.

    Безопасность  связи при передаче речевых сообщений  основывается на использовании большого количества различных методов закрытия сообщений, меняющих характеристики речи таким образом, что она становится неразборчивой и неузнаваемой для подслушивающего лица, перехватившего закрытое речевое сообщение. Выбор методов закрытия зависит от вида конкретного применения и технических характеристик канала передачи.

    В речевых системах связи известны два основных метода закрытия речевых сигналов, разделяющихся по способу передачи по каналам связи: аналоговое скремблирование и дискретизация речи с последующим шифрованием (цифровое скремблирование). Под скремблированием понимают изменение характеристик речевого сигнала таким образом, чтобы полученный сигнал, становился неразборчивым и неузнаваемым, занимая ту же полосу спектра, что и исходный. При использование скремблера обеспечивается защита телефонных переговоров от любых средств съема информации. Скремблеры не защищают телефонную линии от получения акустической информации из помещения в промежутках между переговорами.

   Каждый  из этих двух методов имеет свои достоинства и недостатки. Так, например, в первых двух системах, представленных на рис.1 (А и В), в канале связи при передаче присутствуют кусочки исходного, открытого речевого сообщения, преобразованные в частотной и/или временной областях. Это означает, что эти системы, могут быть атакованы криптоаналитиком противника на уровне анализа звуковых сигналов. Поэтому ранее считалось, что наряду с высоким качеством и разборчивостью восстановленной речи аналоговые скремблеры могут обеспечить лишь низкую или среднюю, по сравнению с системами цифрового кодирования и шифрования, степень закрытия (секретности). Однако новейшие (разработанные в последние годы) алгоритмы способны обеспечить не только средний, но иногда и очень высокий уровень секретности в системах типа В (см. рис.1). 
 

   

   (А) 

   

 

   (В) 
 

     

   (С) 

   

 

   (D) 

   Рис.1. Виды систем закрытия речи. 

   АЦП/ЦАП - аналогово-цифровое/цифро-аналоговое преобразование.

   Аналоговые  скремблеры: речевые скремблеры простейших типов на базе временных и/или частотных перестановок отрезков речи (А); комбинированные речевые скремблеры на основе частотно-временных перестановок отрезков речи, представленные конкретнымн отсчетами, с применением цифровой обработки сигналов (В).

   Цифровые  системы закрытия речи: широкополосные (С) и узкополосные (D).

   Системы типа С и D (см. рис.1) не передают какой-либо части исходного речевого сигнала. Речевые компоненты кодируются в цифровой поток данных, который смешивается с псевдослучайной последовательностью, вырабатываемой ключевым генератором по одному из криптографических алгоритмов, и полученное таким образом закрытое речевое сообщение передается при помощи модема в канал связи, на приемном конце которого производятся обратные преобразования с целью получения открытого речевого сигнала.

   Технология изготовления широкополосных систем закрытия речи типа С хорошо известна, не представляет особых трудностей техническая реализация используемых для этих целей способов кодирования речи типа АДИКМ (адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции), ДМ (дельта-модуляции) и т.п. Но представленная такими способами дискретизированная речь может передаваться лишь по специально выделенным широкополосным каналам связи с полосой пропускания, обычно лежащей в диапазоне 4.8-19.2 кГц, и не пригодна для передачи по линиям телефонной сети общего пользования, где требуемая скорость передачи данных должна составлять 2400 бит/с. В таких случаях используются узкополосные системы закрытия типа D (см. рис.1), главной трудностью при реализации которых является высокая сложность алгоритмов сжатия речевых сигналов, осуществляемых в вокодерных устройствах.

   Посредством дискретного кодирования речи с  последующим шифрованием всегда достигалась высокая степень  закрытия, но в прошлом этот метод  не находил широкого распространения в повсеместно имеющихся узкополосных каналах связи из-за низкого качества восстановления передаваемой речи.

   Последние достижения в развитии низкоскоростных  дискретных кодеров позволили значительно  улучшить качество речи без снижения надежности закрытия. 

     

    Говоря  об уровне, или степени, секретности  систем закрытия речи, следует отметин, что эти понятия весьма условные. К настоящему времени не выработано на этот счет четких стандартов или правил. Однако в ряде источников  основные уровни защиты определяют как тактический и стратегический, что в некотором смысле пересекается с понятиями практической и теоретической стойкости криптографических систем закрытия данных:

• тактический, или низкий, уровень используется для защиты информации от подслушивания посторонними лицами на период времени, измеряемый минутами или днями. Существует большое количество простых методов, способных обеспечить такой уровень защиты при приемлемой стоимости;

-  стратегический, или высокий, уровень защиты информации от перехвата используется в ситуациях, подразумевающих, что высоко квалифицированному, технически хорошо оснащенному специалисту потребуется для дешифрования перехваченного сообщения период времени от нескольких месяцев до многих и многих лет.

   Часто используется и понятие средней степени защиты, занимающее промежуточное положение между тактическим и стратегическим уровнем закрытия.

   Можно составить диаграмму (рис.2), показывающую связь между различными методами закрытия речевых сигналов, степенью секретности и качеством восстановленной речи. Понятие "качество речи", используемое на диаграмме, весьма условно. Под ним, как правило, понимают узнаваемость абонента и разборчивость принимаемого речевого сигнала.

   Аналоговое  скремблирование

   Наибольшая  часть аппаратуры засекречивания речевых сигналов использует в настоящее время метод аналогового скремблирования, поскольку, во-первых, это дешевле, во-вторых, эта аппаратура применяется в большинстве случаев в стандартных телефонных каналах с полосой 3 кГц, в-третьих, обеспечивается коммерческое качество дешифрованной речи и, в-четвертых, гарантируется достаточно высокая стойкость закрытия,

   Аналоговые  скремблеры преобразуют исходный речевой  сигнал посредством изменения его амплитудных, частотных и временных параметров в различных комбинациях. Скремблированный сигнал может затем быть передан по каналу связи в той же полосе частот, как и исходный, открытый. В аппаратах такого типа используется один или несколько принципов аналогового скремблирования  из числа перечисленных ниже: