автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.19, диссертация на тему:Усовершенствованная методика оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам

На правах рукописи

РЕВА Иван Леонидович

УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЗАЩИЩЕННОСТИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ОТ УТЕЧКИ ПО ТЕХНИЧЕСКИМ КАНАЛАМ

05.13.19 - Методы и системы защиты информации, информационная безопасность

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2012

1 1 ОПТ 2012

005053025

005053025

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный

сотрудник Трушин Виктор Александрович

Официальные оппоненты: Губарев Василий Васильевич, доктор

технических наук, профессор, Новосибирский государственный технический университет, заведующий кафедрой вычислительной техники

Задорин Анатолий Семенович, доктор физико-математических наук, профессор, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, заведующий кафедрой радиоэлектроники и защиты информации

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (г. Омск)

Защита состоится 26 октября 2012г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 219.005.01 при ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу: 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики.

Автореферат разослан <?/*» сентября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Г.В. Мамчев

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В век информатизации, когда действует принцип - кто владеет информацией, тот владеет миром, существует устойчивый спрос на информацию, полученную несанкционированным путем. В такой ситуации головная боль владельца информации - это ее надежная защита. Среди основных мер защиты большой удельный вес имеет техническая защита. Важным направлением технической защиты является обеспечение защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам.

Так, опросы, проведенные среди специалистов служб безопасности государственных и коммерческих организаций, показали: 58 % опрошенных считают, что актуальность защиты речевой информации в их организациях достаточно высока, 13 % - очень высока.

Естественно, что вопросы защиты информации не могут рассматриваться в отрыве от критериев оценки защищенности этой информации.

Для речевой информации таким критерием в России является коэффициент словесной разборчивости W.

Наиболее существенный вклад в развитие отечественной теории разборчивости речи внесли Покровский Н.Б., Быков Ю.С., Сапожков М.А., работы которых были предназначены, главным образом, для оценки качества каналов связи и вещания.

Для оценки разборчивости речи в задачах защиты информации был принят расчетно-экспериментальный метод Покровского Н.Б., адаптированный в соответствующую методику российскими исследователями: Хоревым A.A., Желязня-ком В.К., Макаровым Ю.К.

Исследованиям в области оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам также посвящены работы: Бортникова А.Н., Кар-гашина B.JL, Кученкова Е.Б., Рашевского ЯМ., Волобуева C.B., Дидковского B.C., Продеуса А.Н., и других.

Суть методики оценки словесной разборчивости речи, разработанной на базе метода Покровского Н.Б., состоит в следующем:

■ весь частотный диапазон речевого сигнала разбивается на 5 октавных полос с центральными частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц соответственно;

■ для каждой i-той полосы измеряются уровни мощности шума Bmi и смеси «сигнал + шум» В(СлШ), ;

■ вычисляются уровни сигнала BQ для каждой октавной полосы;

■ вычисляются уровни ощущений

где Д; формантное превышение (разница между спектром речи и спектром формант). Под формантой понимается область частот, характерная для определенного звука;

■ по известной зависимости коэффициентов восприятия формант от относительного уровня интенсивности формант (уровня ощущений) - Р(Е) вычисляются коэффициенты восприятия формант слуховым аппаратом человека Р; для каждой октавной полосы;

■ вычисляется формантная разборчивость речи

/=1

где - вклад 1-й октавной полосы в суммарную разборчивость ( , 1=1,...,5) -известны из формантного распределения русской речи.

По известным зависимостям слоговой разборчивости от формантной Б(А) и словесной разборчивости от слоговой \У(5) определяется коэффициент словесной разборчивости речи XV.

К данной методике предъявляется достаточно много претензий, из которых можно отметить следующие:

■ аналитическая сложность;

■ недостаточное частотное разрешение (использование всего 5-ти октавных полос, что теоретически приводит к «потере» 9% формантной разборчивости);

■ неучет зависимости коэффициента восприятия от частоты и уровня шума; хотя, как известно, используемые базовые зависимости Н.Б. Покровского справедливы для шума, не превышающего 40 дБ.

Однако, главными недостатками используемой расчетно-экспериментальной методики оценки разборчивости речи представляются следующие:

1. Исследования разборчивости речи (Н.Б. Покровский, Ю.С.Быков, М.А.Сапожков) начались в середине прошлого века в связи с возникшей необходимостью оценки качества средств связи. Эти исследования осуществлялись с помощью артикуляционных испытаний с использованием специально разработанных таблиц. В результате были получены базовые зависимости между различными видами разборчивости: слоговой, словесной, фразовой. При этом для достижения максимальной объективности испытаний и исключения «человеческого фактора», таблицы составлялись так, чтобы они были максимально некоррелированны. Но в задачах защиты речевой информации другая ситуация. Мы имеем дело только со связными текстами. Более того имеется возможность записать текст (беседу, переговоры и т.п.) на диктофон с последующим многократным прослу-

шиванием и даже фильтрацией. Это позволяет повысить фактическую разборчивость речи относительно оценки, полученной по существующей методике.

2. Используемые расчетно-экспериментальные методики оценки разборчивости речи по существу представляют собой косвенные измерения, при которых искомая величина W находится по известной функциональной зависимости между ней и другими, подлежащими прямым измерениям. Например, при оценке защищенности речевой информации от утечки по акустическому каналу проводятся прямые измерения уровней шума и смеси «сигнала + шум» в контрольных точках для каждой октавной полосы. Далее вычисляются уровни сигнала и по известным аналитическим выражениям Р(Е), k(f), AA(f), S(A), W(S) находится искомая величина W. Где k(f) - весовой коэффициент, характеризующий вероятность наличия формант речи в полосе частот, AA(f) - формантный параметр, характеризующий энергетическую избыточность дискретной составляющей речевого сигнала.

В свете вышесказанного возникает естественный вопрос о погрешностях косвенных измерений W, хотя корректнее говорить о погрешностях оценки, т.к. W величина, выражаемая в процентах. Какая требуется погрешность W, и какая она на самом деле? Ответа на этот вопрос нет ни в одном нормативном документе, да и в публикациях вообще. Хотя в перечнях рекомендованных средств измерений указываются требования к их метрологическим характеристикам, например, класс точности измерителя шума и вибраций должен быть не хуже 2-го.

Вместе с тем, деятельность по обеспечению информационной безопасности попадает в сферу действия Федерального закона №102-ФЗ от 26.06.2008г., «Об обеспечении единства измерений», который определяет необходимость обязательной аттестации методик (методов) измерений на предмет соответствия установленным показателям точности.

Таким образом, существующая методика оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим (акустическим) каналам нуждается в корректировке с учетом специфики задач защиты информации и, прежде всего, методических погрешностей косвенных измерений W (строго говоря - погрешностей оценки).

В работе полагается, что основными источниками методических погрешностей могут быть следующие факторы:

- использование результатов артикуляционных испытаний с некоррелированными таблицами, не учитывающих специфику задач защиты речевой информации;

- использование зависимости Р(Е) справедливой для уровня шума приблизительно в 40 дБ, в то время как средства защиты создают шум, превышающий

уровень речи до 20 дБ. При повышении уровня шума зависимость Р(Е) существенно деформируется;

- традиционно применяемая ступенчатая аппроксимация непрерывных кривых огибающих спектра речи и шума, может привести к существенной разнице интегральных уровней речи и шума в октавных полосах;

- неучет частотной зависимости уровня слуховых ощущений;

- неучет погрешностей косвенных измерений. В связи с изложенным формируется цель работы.

Целью диссертационной работы является исследование достоверности оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам по критерию словесной разборчивости и усовершенствование общепринятой методики оценки разборчивости речи в задачах защиты информации. Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Проведен сопоставительный анализ существующих методов оценки разборчивости речи (отечественных и зарубежных);

2. Проведен эксперимент на основе артикуляционных испытания по определению коэффициента словесной разборчивости с использованием связных текстов (переговоров, бесед, и др.), максимально приближенных к реальным условиям с использованием различных видов акустических помех;

3. Проведен анализ погрешностей косвенного метода измерения (оценки) разборчивости речи существующей методики;

4. Определена оптимальная огибающая спектра помехи (акустического шума), по критерию минимального превышения интегрального значения уровня шума над уровнем речевого сигнала.

Предмет исследования - разборчивость речи и расчетно - экспериментальные методы её оценки в задачах защиты информации.

Методы исследования. В работе использованы положения теории разборчивости речи, теории измерений, численного анализа, методы и программы обработки речевых сигналов, методы и программы аналитического моделирования.

Научная новизна результатов исследования:

1. Впервые спланирован и проведен эксперимент по оценке словесной разборчивости речи на основе артикуляционных испытаний со связными текстами в условиях, максимально приближенных к реальным.

2. Экспериментально установлено значительное увеличение словесной разборчивости при использовании связных текстов для одинаковых видов помех и равном соотношении сигнал/шум.

3. Впервые проведен расчет и анализ методической погрешности словесной разборчивости для принятой методики.

4. Проведена модернизация и упрощение существующей методики путем замены функции коэффициентов восприятия формант от относительного уровня интенсивности формант (уровня ощущений) Р(Е) и линеаризации нелинейной зависимости словесной разборчивости от формантной.

5. Определена оптимальная огибающая спектра помехи, обеспечивающая заданный коэффициент словесной разборчивости при минимальном интегральном значении шума (это формантоподобная помеха, т.е. имеющая огибающую спектра соответствующую спектру формант).

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что содержащиеся в диссертации материалы, сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы в учебной деятельности при подготовке специалистов по направлению «Информационная безопасность», а также в практической деятельности предприятий, профессионально занимающихся оценками защищенности информации и эффективности систем (комплексов) обеспечения информационной безопасности объектов защиты. Доказательство оптимальности формантоподобной помехи позволит использовать её в генераторах акустического и виброакустического шума.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Отраженные в диссертации научные положения соответствуют областям исследования по специальности 05.13.19 - «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность» в части пунктов 9, 10 её паспорта, а именно:

- п.9 - Модели и методы оценки защищенности информации и информационной безопасности объекта.

- п. 10 — Модели и методы оценки эффективности систем (комплексов) обеспечения информационной безопасности объектов защиты.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается строгостью применяемого математического аппарата и подтверждением теоретических результатов и выводов экспериментальными данными, а также положительными результатами апробации и внедрения.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли применение в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета при подготовке специалистов по направлению «Информационная безопасность», в частности в учебном процессе кафедры защиты информации при исследовании методов разборчивости речи в задачах защиты информации с использованием связных текстов и

различных видов шума. Издано соответствующие учебно-методическое пособие. Разработано программное обеспечение (ПО), реализующее расчет словесной разборчивости W с учетом полученных в работе результатов. Усовершенствованная методика и ПО переданы в опытную эксплуатации на одно из предприятий - лицензиатов ФСТЭК России. Соответствующие акты о внедрении представлены в приложении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и получили положительную оценку: Международная конференция «Актуальные Проблемы Электронного Приборостроения (АПЭП)» (г. Новосибирск, 20 Юг); XII Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (г. Барнаул, 2010г.); 13-я международная научно-технической конференция «Измерение, контроль, информатизация» (г. Барнаул, 2012г.), (Секция: методы и средства защиты информации, криптография); XIII Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (г. Новосибирск, 2012г.); X Белорусско - Российская научно - техническая конференция «Технические средства защиты информации» (г. Минск, БГУИР 2012г.); в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета (НГТУ); в производственной деятельности предприятия - лицензиата ФСТЭК России.

Научные публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в числе которых 4 в рецензируемых научных журналах и изданиях, 2 статьи в сборниках научных трудов, 3 в сборниках трудов международных конференций и одно учебно-методическое пособие, написанное на основе результатов диссертационной работы.

Личный вклад автора. В диссертации использованы результаты, в которых автору принадлежит определяющая роль. Некоторые из опубликованных работ написаны в соавторстве с сотрудниками научной группы, где диссертант принимал участие в непосредственной разработке методики, алгоритмов, моделей имитационного моделирования. Автором совместно с аспирантом A.B. Ивановым спланированы и проведены артикуляционные испытания, определена оптимальная помеха. Лично выполнен расчет методической погрешности косвенных измерений W, разработана и введена в учебную практику лабораторная работа: «Исследование цифрового генератора акустического и виброакустического шума с перенастраиваемой формой огибающей спектра шума» и издано соответствующее учебно-методическое пособие. Самостоятельно разработано программное обеспе-

чение реализующее расчет словесной разборчивости по усовершенствованной методике. Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем, к.т.н., старшим научным сотрудником В.А. Трушиным.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Практические зависимости оценки словесной разборчивости от отношения сигнал/шум, полученные экспериментально на основе артикуляционных испытаний со связными текстами в условиях максимально приближенных к реальным.

2. Результаты анализа и расчета методической погрешности оценки коэффициента словесной разборчивости речи.

3. Усовершенствованная методика оценки словесной разборчивости, согласующая экспериментальные и расчетные данные.

4. Модель оптимальной помехи, обеспечивающей минимальное интегральное значение уровня шума при заданной словесной разборчивости.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем работы составляет 130 страниц, включая 54 рисунка, 20 таблиц. Список литературы содержит 110 наименований.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируются цели и задачи исследования, характеризуется научная новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов, приводятся основные положения выносимые на защиту.

Первая глава содержит сопоставительный обзор известных исследований в области оценки разборчивости речи, в частности формантных методов по версии Покровского Н.Б., Быкова Ю.С., и Сапожкова М.А., а также зарубежный метод -индекс артикуляции - AI (Articulation Index). Делается вывод, что отличия между отдельными методами состоят в том, что выбираются различные характеристики речи и формы их взаимозависимостей. Так, речь говорящего характеризуют либо средним уровнем формант в полосе частот, либо средним уровнем энергии речи, разнятся трактовки спектра формант, отличается форма коэффициентов восприятия, не совпадают мнения авторов по поводу функций распределения вероятностей формант. Отличие же отечественных формантных методов от зарубежного подхода в том, что вместо экспоненциальной зависимости коэффициентов восприятия используется линейная функция.

Вторая глава посвящена оценке корректности используемой методики с учетом современных реалий в задачах защиты информации. В связи с этим был спланирован и проведен эксперимент на основе артикуляционных испытаний со связными текстами в условиях, максимально приближенных к реальным:

• сформирован набор из 35 отрезков связных текстов (беседы, дискуссии) длительностью по 3 минуты каждый;

• скомплектована бригада аудиторов в количестве 20 человек (10 мужчин, 10 женщин) в возрасте от 20-ти до 30-ти лет;

• интегральный уровень речи выбран равным 70 дБ (речь средней громкости);

• были сформированы следующие виды помех: белый шум, розовый шум, ре-чеподобный шум (белый шум с огибающей, соответствующей спектру речи), речевая помеха (речевой хор из отрезков связных текстов), форманто-подобная помеха (белый шум с огибающей, соответствующей спектру формант). При этом форма огибающей спектра задавалась в 7 октавных полосах с центральными частотами 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8 кГц соответственно.

• для каждого вида помехи задавался их интегральный уровень, равный 70 дБ и + (5,10, 15, 20) дБ; - (5, 10) дБ, чтобы обеспечивались интегральные отношения сигнал/шум =-20,-15,-10,-5,0,+5,+ 10 (дБ);

• каждому аудитору предъявлялся набор, состоящий из 35 записей, при прослушивании каждого из которых (с возможностью неоднократного прослушивания) определялся коэффициент словесной разборчивости V/. Экспериментально полученные графические зависимости представлены на рис. 1.

1 W :,•• ....../"V......"7

0,9---?--|-----^—J-1 ! j ' 3 !-уГ---|--1—t—'

°'7 / / 4 .'/

0,6 / : ,*■ i V /

Н х / 2 г Wj

°'4 —Ч / -\/ '//\ 5

0,3 >• ) 'У N—

0.2 ..•• / у

ОД КИТ УХ Ч-ДЬ

О -г--——!---...........................................................................................г...............

-25 -20 -15 -10 -5 О

Рис.1. Усредненные зависимости словесной разборчивости W от интегрального соотношения сигнал/шум Я для разных видов помех в 7-ми октавных полосах (1 - "белый" шум; 2 - "розовый" шум; 3 - речевой хор; 4 - речеподобный шум; 5 - формантоподобная помеха).

Для сравнения на рис. 2 приведены аналогичные зависимости, полученные A.A. Хоревым по традиционной методике.

1..

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

-30 -20 -10 О 10 20

Рис.2. Зависимости словесной разборчивости V/ от интегрального соотношения сигнал/шум Я полученные по традиционной методике (1 - шум со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот; 2 - "белый" шум; 3 - "розовый" шум; 4 — шумовая "речеподобная" помеха).

Сопоставительный анализ графиков позволил сделать вывод об увеличении словесной разборчивости при использовании связных текстов на десятки процентов для одинаковых видов помех и равном соотношении сигнал/шум.

Проведены исследования по выявлению оптимальной огибающей спектра помехи, обеспечивающей заданный коэффициент словесной разборчивости \У при минимальном интегральном значении шума. Доказано, что оптимальная помеха является формантоподобной. Оптимальность помехи доказана аналитическим и экспериментальным путем.

В третьей главе приводятся результаты исследований методической погрешности оценки разборчивости речи, получаемой по общепринятой методике, основанной на методе Покровского Н.Б.

Результаты оценки методической погрешности приведены на рис. 3 и 4:

7

6.3 5,6 4,9 4,2 3,5 2,8 2,1

1.4

Дб

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6

Рис. 3. Зависимость абсолютной погрешности Д\У от отношения сигнал/шум Ц (1 - "белый" шум; 2 - формантоподобный)

35 5W, %

( qi/ш, дб •20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6

Рис. 4. Зависимость относительной погрешности 8W от отношения сигнал/шум q ( 1 - "белый" шум; 2 - формантоподобный)

На основании проведенных расчетов и анализа графиков, погрешность косвенной оценки словесной разборчивости составила: максимальное значение абсолютной погрешности - 7%, относительной погрешности - 35%. (для интервала соотношений сигнал/шум от -20 до -5дБ)

В четвертой главе приведены рекомендации по усовершенствованию и упрощению общепринятой методики оценки разборчивости речи на основе модернизации зависимостей коэффициентов восприятия Р(Е) и словесной разборчивости от формантной W(A). Исходя из результатов артикуляционных испытаний со связными текстами, можно сделать вывод о том, что для рассматриваемых нами видов шумов, при отношении сигнал/шум более -5дБ, W составляет 90-100%, а при -25дБ равно нулю. Можно предположить, что функция Р(Е) имеет линейную зависимость в этих промежутках (именно о линейном характере функции можно говорить исходя из того, что полученные экспериментальным путем графики зависимостей W(q) тоже имеют практически линейный характер). На рис. 5 приведена предложенная зависимость функции Р{Е) = 0.0 5 £' +1.25. р

При проведении работ по оценке защищенности речевой информации главным образом вызывает интерес диапазон словесной разборчивости от 0 до 0.6, так как

\Л/

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 П 2 _____——

L .

s 2

01

П

0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Рис. 6. Зависимость W(A), (1 - линейная функция; 2 - исходная)

при словесной разборчивости выше 0.6 информация считается незащищенной. Этот вывод сделан, в частности, в работах Хорева A.A. и его коллег. Как видно из графика участок кривой для W=0...0.6 является практически линейным, следовательно, можно заменить его простой линейной функцией W(A) = 6A, рис. 6, график 1. При этом на участке от 0.6 до 1 будут получаться завышенные значения, но в задачах защиты информации это не играет особой роли, так как и при W>0.6 информация остается незащищенной. На рис. 7 приведено сравнение результатов оценки W по предлагаемой методике с полученными по традиционной и с экспериментальными зависимостями.

w

Рис. 7. Сравнение результатов оценки XV на примере "розового" шума (1 - экспериментальная зависимость; 2 - по общепринятой методике; 3 - по усовершенствованной)

После усовершенствования результаты оценок W стали точнее совпадать с полученными экспериментальными данными (связные тексты). По формантной помехе и розовому шуму они совпали практически на 90%; также существенно упростились расчетные формулы, значительно уменьшилась методическая погрешность (AW составила 1%).

Заключение:

1. Проведен сопоставительный анализ существующих методов оценки разборчивости речи (отечественных и зарубежных). Выделено четыре разновидности формантного подхода: экспериментально-расчетный метод Покровского Н.Б., метод Быкова Ю.С. и метод Сапожкова М.А., а также индекс артикуляции - AI (Articulation Index). Отличия между отдельными методами состоит в том, что выбираются различные характеристики речи и формы их взаимозависимостей. Так, речь говорящего характеризуют либо средним уровнем формант в полосе частот, либо средним уровнем энергии речи, разнятся трактовки спектра формант, отличается форма коэффициентов восприятия, не совпадают мнения авторов по поводу функций распределения вероятности формант. Отличие же отечественных формантных методов от зарубежного подхода в том, что вместо экспоненциальной зависимости коэффициентов восприятия используется линейная функция. Используемая в методе Покровского Н.Б., зависимость Р(Е) является весьма усредненной и имеет разброс по Е, равный ±12 дБ. Данная зависимость справедлива, вообще говоря, для суммарного уровня шума, не превышающего 40 дБ. В рассматриваемой проблематике он существенно выше, и характер кривой Р(Е) становится более линейным.

2. Проведены артикуляционные испытания по определению коэффициента словесной разборчивости с использованием связных текстов (переговоров, бесед, и др.), то есть, максимально приближенных к реальным условиям при различных видах помех. По результатам эксперимента сделан вывод об увеличении словесной разборчивости на десятки процентов при использовании связных текстов для одинаковых видов помех и равном соотношении сигнал/шум.

3. Выявлена оптимальная по спектру акустическая помеха, обеспечивающая требуемый коэффициент словесной разборчивости W при минимальном интегральном значении шума. Эта помеха - формантоподобная.

4. Проведен расчет и анализ погрешностей косвенного метода измерения (оценки) разборчивости речи на основе существующего подхода. На основании проведенных расчетов и анализа графиков, погрешность косвенной оценки словесной разборчивости составила: максимальное значение абсолютной погрешности - 7%, относительной погрешности - 35%. (для интервала соотношений сигнал/шум от -20 до -5дБ)

5. Предложен подход к усовершенствованию методики, основанный на учете экспериментальных данных, полученных при артикуляционных испытаниях со связными текстами и замене функции Р(Е) и линеаризации нелинейной функции W(A). Показано, что при этом достигается более точное совпадение результатов расчета и эксперимента. По формантной помехе и розовому шуму они совпали на 90%; также существенно упростились расчетные формулы, значительно уменьшилась методическая погрешность (AW составила 1%).

6. Разработана и внедрена в учебный процесс лабораторная работа по исследованию разборчивости речи в задачах защиты информации с использованием связных текстов и различных видов шума. Издано соответствующее учебно-методическое пособие.

7. Разработано программное обеспечение реализующее расчет словесной разборчивости W с учетом полученных в работе результатов. Данное ПО передано в опытную эксплуатации на одно из предприятий — лицензиатов ФСТЭК России.

III. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных изданиях:

1. Буцула А.П., Иванов A.B., Рева ИЛ., Трушин В.А. О достоверности оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам // Доклады ТУСУРа, №1(21) часть 1, 2010. - С. 89-92.

2. Иванов A.B., Рева И.Л., Трушин В.А. Реализация оптимальной помехи при защите речевой информации от утечки по акустическому и виброакустическому каналам // Научный вестник НГТУ №4(45), 2011. - С. 151-154.

3. Трушин В.А., Рева И.Л., Иванов A.B. О методических погрешностях оценки словесной разборчивости речи в задачах защиты информации // Доклады ТУСУРа, №1(25), часть 2, 2012. -С. 180-185.

4. Трушин В.А., Рева И.Л., Иванов A.B. Усовершенствование методики оценки разборчивости речи в задачах защиты информации // ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК №3/2 2012. - С. 238-241.

Публикации в других изданиях:

5. Рева И.Л. Сравнительный анализ объективных методов оценки разборчивости речи - Сборник научных трудов НГТУ №1(59), 2010. - С. 91-102.

6. Иванов A.B., Рева И.Л., Трушин В.А. Экспериментальная оценка разборчивости речи в задачах защиты информации на основе модифицированных артикуляционных измерений// Материалы Х-й международной конференции АПЭП, Новосибирск 2010. - С. 133-136.

7. Рева И.Л. Организация эксперимента по оценки разборчивости речи со связными текстами - Сборник научных трудов НГТУ №1(62), 2011. - С. 125-132.

8. Рева ИЛ. Исследование генератора акустического и виброакустического шума с перенастраиваемой огибающей спектра // Учебно-методическое пособие НГТУ 2011.-25с.

9. Рева И.Л. Реализация оптимальной помехи и генератора шума для защиты речевой информации от утечки по акустическому и виброакустическому каналам //13-я международная научно-техническая конференция «Измерение, контроль, информатизация» том-2, Барнаул, 2012. — С. 221-227.

10. Трушин В.А., Рева ИЛ., Иванов A.B. Расчет методической погрешности оценки разборчивости речи в задачах защиты информации // X Белорусско-Российская научно-техническая конференция «Технические средства защиты информации», Минск: БГУИР 2012. - С 22.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 тел./факс (383)346-08-57 Формат 60 х 84/16, объем 1.0 пл., тираж 100 экз. заказ № 1250 подписано в печать 17.09.2012г.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ.

1.1. Основные положения формантной теории разборчивости речи.

1.2. Основные формантные методы оценки разборчивости речи.

1.3. Экспериментально-расчетный метод Покровского Н. Б.

1.4. Экспериментально-расчетный метод Быкова Ю.С.

1.5. Экспериментально-расчетный метод Сапожкова M. А.

1.6. Индекс артикуляции - AI (Articulation Index).

1.7. Неформантные методы оценки разборчивости речи.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СЛОВЕСНОЙ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ НА ОСНОВЕ ИСПЫТАНИЙ СО СВЯЗНЫМИ ТЕКСТАМИ.

2.1 Постановка и суть эксперимента.

2.2 Результаты оценки коэффициента словесной разборчивости W.

2.4 Исключение сомнительных результатов.

2.5 Погрешность прямых измерений эксперимента.

2.6 Оценка эффективности помех (шумов) с различной огибающей спектра.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТИ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ОЦЕНКИ) СЛОВЕСНОЙ РАЗБОРЧИВОСТИ W

3.1. Общие замечания.

3.2 . Аналитические формулы расчета погрешности косвенных измерений (оценки) разборчивости речи по общепринятой методике.

3.3. Расчет погрешностей косвенных измерений (оценки) разборчивости речи по традиционной методике.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТА СЛОВЕСНОЙ РАЗБОРЧИВОСТИ \У.

4.1. Вводные замечания.

4.2. Линеаризация зависимости словесной разборчивости от формантной.

4.3. Замена зависимости коэффициента восприятия от уровня ощущений Р(Е) с учетом результатов экспериментальных исследований со связными текстами.

Выводы по главе.

Актуальность исследования. В век информатизации, когда действует принцип - кто владеет информацией, тот владеет миром, существует устойчивый спрос на информацию, полученную несанкционированным путем. В такой ситуации головная боль владельца информации - это ее надежная защита. Среди основных мер защиты большой удельный вес имеет техническая защита. Важным направлением технической защиты является обеспечение защищенности речевой информации от утечки но техническим каналам.

Так, опросы, проведенные среди специалисюв служб безопасности государственных и коммерческих организаций, показали: 58 % опрошенных считают, что актуальность защиты речевой информации в их организациях достаточно высока, 13 % - очень высока.

Естественно, что вопросы защиты информации не могу г рассматриваться в отрыве от критериев оценки защищенности мой информации.

Для речевой информации таким критерием в России являемся коэффициент словесной, разборчивости W.

Наиболее существенный вклад в развитие отечественной теории разборчивости речи внесли Покровский Н.Б., Быков Ю.С., Сапожков М.А., работы которых были предназначены, главным образом, для оценки качества каналов связи и вещания.

Для оценки разборчивости речи в задачах защиты информации был принят расчетно-экспериментальный метод Покровского II.Б., адаптированный в соответствующую методику российскими исследователями Хоревым A.A., Желязняком В.К., Макаровым Ю.К.

Исследованиям в области оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам также посвящены работы Бортникова

А.H., Каргашина В.Л., Кученкова Е.Б., Рашевского Я.И., Волобуева C.B. Дидковского B.C., Продеуса А.Н., и других.

Суть методики оценки словесной разборчивости речи, разработанной на базе метода Покровского Н.Б., состоит в следующем: весь частотный диапазон речевого сигнала разбивается на 5 октавных полос с центральными частотами 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц соответственно; для каждой i-той полосы измеряются уровни мощности шума Вш, и смеси «сигнал + шум» В(С+Ш)1 ; вычисляются уровни сигнала В а дЛЯ каждой октавной полосы; вычисляются уровни ощущений

Е,=ВС1 -ВШ1-А„ где А\ формантное превышение (разница между спектром речи и спектром формант). по известной зависимости коэффициентов восприятия формант от относительного уровня интенсивности формант (уровня ощущений) - Р(Е) вычисляются коэффициенты восприятия формант слуховым аппаратом человека P¡ для каждой октавной полосы; вычисляется формангная разборчивость речи i где - вклад i-й октавной полосы в суммарную разборчивость ( к,. i—] ,.,5) - известны из формантного распределения русской речи.

По известным зависимостям слоговой разборчивости 01 формантнои 8(А) и словесной разборчивости от слоговой \¥(8) определяется коэффициент словесной разборчивости речи XV.

К данной методике предъявляется дос га точно много претензий, из которых можно отметить следующие: аналитическая сложность; недостаточное частотное разрешение (использование всею 5-г и ок-тавных полос, что теоретически приводит к «потере» 9% формантнои разборчивости); неучет зависимости коэффициента восприятия от частоты и уровня шума; как известно, используемые базовые зависимости II.Б. Покровскою справедливы для шума, не превышающего 40 дБ.

Однако, главными недостатками используемой расчетно-экспериментальной методики оценки разборчивости речи предс1авляю1ся следующие:

1. Исследования разборчивости речи (Н.Б. Покровский. Ю.С.Быков, М.А.Сапожков) начались в середине прошлого века в связи с возникшей необходимостью оценки качества средств связи. Эти исследования осуществлялись с помощью артикуляционных испытаний с использованием специально разработанных таблиц. В результате были получены базовые зависимое I и между различными видами разборчивости: звуковой, слоговой, словесной, фразовой. При этом, для достижения максимальной объективности испытаний и исключения «человеческого фактора», таблицы составлялись 1ак, чю-бы они были максимально некоррелированны. Но в задачах защшы речевой информации другая ситуация. Мы имеем дело только со связными 1ексгамп. Более того имеется возможность записать текст (беседу, переговоры и т.п.) на диктофон с последующим многократным прослушиванием и даже филырацией. Это позволяет повысить фактическую разборчивость речи относительно оценки, полученной по существующей методике.

2. Используемая расчетно-экспериментальная методика оценки разборчивости речи по существу представляет собой косвенные измерения, при которых искомая величина XV находится по известной функциональной зависимости между ней и другими, подлежащими прямым измерениям. Например, при оценке защищенности речевой информации от утечки по акустическому каналу проводятся прямые измерения уровней шума и смеси «сигнал ! шум» в контрольных точках для каждой октавной полосы. Далее вычисляются уровни сигнала и по известным аналитическим выражениям Р(Е). к(Г). АА(0, 8(А), \У(8) находится искомая величина XV. Где к(Г) - весовой коэффициент, характеризующий вероятность наличия формант речи в полосе частот.

В свете вышесказанного возникает естественный вопрос о погрешностях косвенных измерений V/, хотя корректнее говорить о погрешностях оценки, т.к. XV величина безразмерная или выражаемая в процентах. Какая требуется погрешность и какая она на самом деле? Ответа на этот вопрос нет ни в одном нормативном документе, да и в публикациях вообще. Хочя в перечнях рекомендованных средств измерений указываются требования к их метрологическим характеристикам, например, класс точности измерителя шума и вибраций должен быть не хуже 2-го.

Вместе с тем, деятельность по обеспечению информационной безопасности попадает в сферу действия Федерального закона №102-ФЗ от 26.06.2008г., «Об обеспечении единства измерений», который определяет необходимость обязательной аттестации методик (методов) измерений на предмет соответствия установленным показателям точности.

Таким образом, существующая методика оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим (акустическим) каналам нуждается в корректировке с учетом специфики задач защиты информации и, прежде всего, методических погрешностей косвенных измерений Ш (строго говоря -погрешностей оценки).

В работе полагается, что основными источниками методических погрешностей могут быть следующие факторы:

- использование результатов артикуляционных испытаний с некоррелированными таблицами, не учитывающих специфику задач защиты речевой информации;

- использование зависимости Р(Е) справедливой для уровня шума приблизительно в 40 дБ, в то время как средства защиты создают шум, превышающий уровень речи до 20 дБ. При повышении уровня шума зависимоеп> Р(Е) существенно деформируется;

- традиционно применяемая ступенчатая аппроксимация непрерывных кривых огибающих спектра речи и шума может привести к существенной разнице интегральных уровней речи и шума в октавных полосах;

- неучет частотной зависимости уровня слуховых ощущений;

- неучет погрешностей косвенных измерений.

В связи с изложенным формируется цель работы.

Целью диссертационной работы является исследование достоверности оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам по критерию словесной разборчивости и усовершенствование общепринятой методики оценки разборчивости речи в задачах защиты информации. Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Проведен сопоставительный анализ существующих методов оценки разборчивости речи (отечественных и зарубежных);

2. Проведен эксперимент на основе артикуляционных испытания по определению коэффициента словесной разборчивости с использованием связных текстов (переговоров, бесед, и др.), т.е., максимально приближенных к реальным условиям с использованием различных видов акустических помех;

3. Проведен анализ погрешностей косвенного метода измерения (оценки) разборчивости речи существующей методики;

4. Определена оптимальная огибающая спектра помехи (акустического шума), по критерию минимального превышения интегрального значения уровня шума над уровнем речевого сигнала.

Предмет исследования — разборчивость речи и расчетно — экспериментальные методы её оценки в задачах защиты информации.

Методы исследования. В работе использованы положения теории разборчивости речи, теории измерений, численного анализа, методы и программы обработки речевых сигналов, методы и программы аналитического моделирования.

Научная новизна результатов исследования:

1. Впервые спланирован и проведен эксперимент по оценке словесной разборчивости речи на основе артикуляционных испытаний со связными текстами в условиях, максимально приближенных к реальным.

2. Экспериментально установлено значительное увеличение словесной разборчивости при использовании связных текстов для одинаковых видов помех и равном соотношении сигнал/шум.

3. Впервые проведен расчет и анализ методической погрешности словесной разборчивости для принятой методики.

4. Проведена модернизация и упрощение существующей методики путем замены функции коэффициентов восприятия формант от относительного уровня интенсивности формант (уровня ощущений) Р(Е) и линеаризации нелинейной зависимости словесной разборчивости от формантной.

5. Определена оптимальная огибающая спектра помехи, обеспечивающая заданный коэффициент словесной разборчивости при минимальном интегральном значении шума (это формантоподобная помеха, т.е. имеющая огибающую спектра соответствующую спектру формант).

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что содержащиеся в диссертации материалы, сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы в учебной деятельноеги при подготовке специалистов по направлению «Информационная безопасное п>», а также в практической деятельности предприятий, профессионально занимающихся оценками защищенности информации и эффекшвности систем (комплексов) обеспечения информационной безопасности обьекгов защиты. Доказательство оптимальности формантоподобной помехи позволит использовать её в генераторах акустического и виброакустического шума.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Отраженные в диссертации научные положения соответствуют областям исследования по специальности 05.13.19 - «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность» в части пунктов 9. 10 её паспорта, а именно:

- п.9 - Модели и методы оценки защищенности информации и информационной безопасности объекта.

- п. 10 - Модели и методы оценки эффективности систем (комплексов) обеспечения информационной безопасности объектов защиты.

Достоверность результатов диссертационной работы под1верждается строгостью применяемого математического аппарата и подтверждением теоретических результатов и выводов экспериментальными данными, а также положительными результатами апробации и внедрения.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований нашли применение в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета при подготовке специалистов по направлению «Информационная безопасность», в частности в учебном процессе кафедры защиты информации при исследовании методов оценки разборчивости речи в задачах защиты информации с использованием связных текстов и различных видов шума. Издано соответствующие учебно-методическое пособие. Разработано программное обеспечение (ПО), реализующее расчет словесной разборчивости V/ с учетом полученных в работе результатов. Усовершенствованная методика и ПО переданы в опытную эксплуатации на одно из предприятий - лицензиатов ФСТЭК России. Соответствующие акты о внедрении представлены в приложении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и получили положительную оценку: Международная конференция «Актуальные Проблемы Электронного Приборостроения (АПЭГ1)» (г. Новосибирск, 20 Юг); XII Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (г. Барнаул, 2010г.); 13-я международная научно-технической конференция «Измерение, контроль, информатизация» (г. Барнаул, 2012г.), (Секция.: методы и средства защиты информации, криптография); XIII Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности» (г. Новосибирск, 2012г.); X Белорусско — Российская научно — техническая конференция «Технические средства защиты информации» (г. Минск, БГУИР 2012г.); в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета (НГТУ); в производственной деятельности предприятия - лицензиата ФСТЭК России. .

Научные публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в числе которых 4 в рецензируемых научных журналах и изданиях, 2 статьи в сборниках научных трудов, 3 в сборниках трудов международных конференций и одно учебно-методическое пособие, написанное на основе результатов диссертационной работы.

Личный вклад автора. В диссертации использованы результаты, в которых автору принадлежит определяющая роль. Некоторые из опубликованных работ написаны в соавторстве с сотрудниками научной группы, где диссертант принимал участие в непосредственной разработке методики, алгоритмов, моделей имитационного моделирования. Автором совместно с аспирантом A.B. Ивановым спланированы и проведены артикуляционные испытания, определена оптимальная помеха. Лично выполнен расчет методической погрешности косвенных измерений W, разработана и введена в учебную практику лабораторная работа: «Исследование цифрового генератора акустического и виброакустического шума с перенастраиваемой формой огибающей спектра шума» и издано соответствующее учебно-методическое пособие. Самостоятельно разработано программное обеспечение реализующее расчет словесной разборчивости по усовершенствованной методике. Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем, к.т.н. старшим научным сотрудником В.А. Трушиным.

Основные положении диссертации, выносимые на защиту:

1. Практические зависимости оценки словесной разборчивости от отношения сигнал/шум, полученные экспериментально на основе артикуляционных испытаний со связными текстами в условиях максимально приближенных к реальным.

2. Результаты анализа и расчета методической погрешности оценки коэффициента словесной разборчивости речи.

3. Усовершенствованная методика оценки словесной разборчивости, согласующая экспериментальные и расчетные данные.

4. Модель оптимальной помехи, обеспечивающей минимальное интегральное значение уровня шума при заданной словесной разборчивости.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем работы составляет 130 страниц, включая 54 рисунка, 20 таблиц. Список литературы содержит 110 наименований.

Выводы по главе

По результатам эксперимента можно сделать вывод об увеличении словесной разборчивости при использовании связных текстов для одинаковых видов помех и равном соотношении сигнал/шум. Так зависимости приведенные на рис. 2.6, 2.7 (традиционная методика) показывают что при превышении уровня шума над уровнем речевого сигнала на 10 дБ, разборчивость речи составляет минимум 20% в то время как, экспериментально установленная разборчивость при этом соотношении достигает 40% (рис. 2.5).

Как и предполагалось, использование связных текстов привело к увеличению разборчивости. При этом полученные экспериментальные зависимости словесной разборчивости V/ от интегрального соотношения сигнал/шум, q имеют практически линейный характер.

Все измерения при проведении эксперимента проводились в соответствии с ГОСТ 8.207-76, были выявлены и исключены сомнительные результаты единичных измерений, рассчитана и приведена погрешность данных измерений (табл. 2.12), при доверительной вероятности 0.95.

Выявлена оптимальная по спектру помеха, обеспечивающая требуемый уровень защищенности речевой информации при минимальном интегральном значении шума. Это формантоподобная помеха.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ (ОЦЕНКИ) СЛОВЕСНОЙ РАЗБОРЧИВОСТИ

3.1. Общие замечания

Как уже отмечалось, используемые в настоящее время ресчетно-экспериментальные методики оценки разборчивости речи, по существу, представляют собой косвенные измерения, при которых искомая величина находится по известной функциональной зависимости между этой величиной и некоторыми другими подлежащими прямым измерениям. При оценке защищенности речевой информации от утечки по акустическому каналу проводятся прямые измерения уровней шума и «сигнал + шум» для каждой ок-тавной полосы; далее вычисляются уровни сигнала и по известным аналитическим выражениям находится искомая величина V/.

Для ответа на вопрос о достоверности оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам необходимо, прежде всего, проанализировать погрешности косвенных измерений \У (строго говоря - погрешности оценки).

Наиболее значимые причины возникновения погрешностей при лабораторных измерениях [41]. а) Несовершенство измерительных приборов - инструментальная погрешность. б) Неполная разработка методики измерений, неполный учет условий опыта -методическая погрешность.

Инструментальные (приборные) погрешности вызываются несовершенством конструкции и неточностью изготовления измерительных приборов. Уменьшение инструментальной погрешности достигается применением более совершенных и точных приборов. Однако полностью устранить приборную погрешность невозможно. Для характеристики большинства измерительных приборов используют понятие приведенной погрешности (класса точности). По приведенной погрешности приборы подразделяются на семь классов: 0.1; 0.2: 0.5; 1.0; 1.5; 2.5: 4.

Методическая погрешность - погрешность, обусловленная несовершенством, недостатками примененного в средстве измерения метода измерения и упрощений при построении конструкции средства измерения, в том числе математических зависимостей. К методическим погрешностям относится и невозможность идеального воспроизведения модели объекта измерений. В большинстве случаев эти погрешности относятся к систематическим. [40]

3.2. Аналитические формулы расчета погрешности косвенных измерений (оценки) разборчивости речи по общепринятой методике

Экспериментально-расчетная оценка словесной разборчивости речи осуществляется с применением общеизмерительной аппаратуры по структурной схеме рис.3.1.

Рис. 3.1. Структурная схема измерительной установки:

1 - устройство формирования тестового акустического сигнала УФТС (генератор гармонических сигналов);

2 - акустический излучатель;

3 —датчик (преобразователь акустического сигнала в электрический) - измерительные микрофон/виброакустический преобразователь;

4 - измерительное устройство - шумомер со встроенными фильтрами (октав-ными, третьоктавными и.т.п.) либо спектроанализатор.

Порядок проведения измерений и расчетов:

- при выключенном УФТС с помощью измерительного микрофона и измерителя шума в выбранной КТ измеряется уровень акустического шума .

- при включенном УФТС в контрольной точке (КТ) измеряется суммарный уровень акустического сигнала и шума Цс+Ш)р При этом уровень излучаемого тестового сигнала задаётся таким, чтобы он надежно фиксировался шу-момером на уровне шума (т.е. сигнал должен превысить шум) во всех частотных полосах £ (в каждой октавной полосе), при этом выбранный уровень тестового акустического сигнала при всех измерениях поддерживается постоянным;

- рассчитываются уровни скрываемого речевого сигнала Ьс;

- рассчитывается отношение сигнал/шум Ц] для каждой октавной полосы

- рассчитывается эффективный уровень ощущения формант для каждой I-той октавной полосы

4,-=1018(10

3.1)

3.2)

3.3) где ДА;- разность между спектральными уровнями речи и формант; ДА! берется из табл. 3.1,"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен сопоставительный анализ существующих методов оценки разборчивости речи (отечественных и зарубежных). Выделено четыре разновидности формантного подхода: экспериментально-расчетный метод Покровского Н.Б., метод Быкова Ю.С. и метод Сапожкова М.А., а также индекс артикуляции - AI (Articulation Index). Отличия между отдельными методами ■ ■'К'гоит в том, что выбираются различные характеристики речи и формы их пзаимозависимостей. Так, речь говорящего характеризуют либо средним уровнем формант в полосе частот, либо средним уровнем энергии речи, разнятся трактовки спектра формант, отличается форма коэффициентов восприятия, не совпадают мнения авторов по поводу функций распределения вероятности формант. Отличие же отечественных формантных методов от зарубежного подхода в том, что вместо экспоненциальной зависимости коэффициентов восприятия используется линейная функция. Используемая в методе Покровского П.Б., зависимость Р(Е) является весьма усредненной и имеет" разброс по Е, равный ±12 дБ. Данная зависимость справедлива, вообще говора. для суммарного уровня шума, не превышающего 40 дБ. В рассматриваемой проблематике он существенно выше, и характер кривой Р(Е) становится более линейным.

2. Проведены артикуляционные испытания по определению коэффициента словесной разборчивости с использованием связных текстов (переговоров, бесед, и др.), то есть, максимально приближенных к реальным условиям при различных видах помех. По результатам эксперимента сделан вывод об увеличении словесной разборчивости на десятки процентов при использова-""тт езязных текстов для одинаковых видов помех и равном соотношении сш нал/шум.

3. Выявлена оптимальная по спектру акустическая помеха, обеспечивающая требуемый коэффициент словесной разборчивости W при минимальном интегральном значении шума. Эта помеха - формантоподобная.

4. Проведен расчет и анализ погрешностей косвенного метода измерения (оценки) разборчивости речи на основе существующего подхода. На основании проведенных расчетов и анализа графиков, погрешность косвенной оценки словесной разборчивости составила: максимальное значение абсолютной погрешности - 7%, относительной погрешности - 35%. (для интервала соотношений сигнал/шум от -20 до -5дБ)

5. Предложен подход к усовершенствованию методики, основанный на учете экспериментальшлх данных, полученных при артикуляционных испы-щниях со связными текстами и замене функции Р(Е) и линеаризации нели-''м:!'ой функции \У(А). Показано, что при этом достигается более точное совпадение результатов расчета и эксперимента. По формантной помехе и рисовому шуму они совпали на 90%; также существенно упростились расчетные формулы, значительно уменьшилась методическая погрешность (А\У составила 1%).

6. Разработана и внедрена в учебный процесс лабораторная работа по исследованию разборчивости речи в задачах защиты информации с использованием связных текстов и различных видов шума. Издано соогветствую-ч'сс учебно-методическое пособие.

7. Разработано программное обеспечение реализующее расчет словес-разборчивости с учетом полученных в работе результатов. Данное ПО передано в опытную эксплуатации на одно из предприятий - лицензиатов ФСТЭК России.

1. \лдошина И.А., Приттс Р. Музыкальная акустика. С-Пб.: Композитор • Санкт-Петербург, 2006. - С. 717.

2. Алдошина И.А. Основы психоакустики. Оборонгиз., Москва, 2000. - С. 154.

3. Акустика. Справочник / под общ. ред. М.А. Сапожкова. М.: Радио и связь, 1989.-С. 336.

4. Бортников А.Н. и др. Пути повышения эффективности защиты речевой информации // Вопросы защиты информации. № 4. - 2000.

5. Нортников А.Н. и др. Способы и средства защиты речевой информации и кош роля их эффективности // Информация и безопасность. -№ 4. 1999.

6. Бортников А.Н. и др. Совершенствование технологий информационной безопасности речи // Защита информации Конфидент. № 4. - 2001.

7. Бортников А.Н. и др. Результаты экспериментальной оценки эффекшвно-сти защиты речевой информации от утечки по техническим каналам при использовании различных видов помех // Информация и безопасность. -№4,- 1999.

8. Боридько С.И. Деменьтьев Н.В. Тихонов Б.Н. Ходжаев И.А. Метроло-I ия и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах. Учебное пособие. М.: Горячая линия-Телеком, 2007,- С. 374.

9. Быков Ю.С. Теория разборчивости речи и повышение эффективности радиотелефонной связи. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. - С. 350.

10. Ю.Быков Ю. С. Теория разборчивости речи в линиях связи. -Оборонгиз, 1954.-С. 344.

11. Гавриленко О.В., Дидковский B.C., Продеус А.Н. Сравнительный анализ некоторых методов оценки разборчивости речи // Акустический симпозиум «КОНСОНАНС 2007».

12. Гавриленко О.В., Дидковский B.C., Продеус А.Н. Расчет и измерение разборчивости речи при малых отношениях сигнал-шум // Электроника и связь. Тематический выпуск ч 1, 2007.

13. Григорьев C.B. Оптимизированная по спектру шумовая помеха // Защита информации Конфидент. — № 4. — 2003.

14. ГОСТ Р 50840-95 «Передача речи по трактам связи. Методы оценки качества, разборчивости и узнаваемости.

15. ГОСТ 25902-83 Зрительные залы Метод определения разборчивости речи.

16. ГОСТ 8.207-76 Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.\ Дидковский B.C., Дидковская М.В., Продеус А.Н. Акустическая экспертиза каналов речевой коммуникации. Киев : Имэкс-ЛТД, 2008.- С. 418.

17. Зейдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерения. М.: Наука. 1967.

18. Иванов В.М., Хорев A.A. Способ и устройство формирования «речеио-добных» шумовых помех // Вопросы Защиты информации. № 4. - 1999.

19. Каргашин B.J1. Некоторые особенности реализации пассивных мер защи-• ы в виброакустических каналах утечки речевой информации // Специальная техника. № 4. - 2002.

20. Каргашин B.J1. Защита от утечки речевой информации из помещения: практические аспекты реализации // Защита информации Инсайд. № 2. -2005.

21. Каргашин B.JI. Совершенствование методических принципов оценки защищенности помещений от утечки речевой информации/7 Специальная техника. 2001. № 6. С. 11-21.i Кялинцев Ю.К. Разборчивость речи в цифровых вокодерах. М.: Радио и связь, 1991.- С. 81-111.

22. Каторин Ю.Ф. Большая энциклопедия промышленного шпионажа. -СПб.: Полигон, 2000.

23. Кученков Е.Б. Оценка эффективности защиты речевой информации по акустическим и виброакустическим каналам // Специальная техника. № 1. 2005.

24. Кученков Е. Б. Подходы к разработке методики оценки защищенности ВТСС. Специальная техника №1. М-2002.

25. Макаров Ю. К., Хорев А. А. К оценке эффективности защиты акустической (речевой) информации/Специальная техника №5. М.: 2000.- С. 4656.

26. Михайлов В. Г. Аппаратурные методы измерения качества телефонной передачи,- Зарубежная электротехника, №5, 1973.

27. МИ2083-90. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей.-Москва, 1991.

28. Матушкин Г.Г. Береснев В.К., Каспер А.Э., Власова Т.В. Основы меч-рологии. Методическое руководство к лабораторным работам, НГТУ 2005.

29. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений. 1991,- С.ш.Осломенко Д.В., Гирин С.Н. Хорошо шумим. // Защита информации Инсайд. -№2,3.-2005.

30. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости речи. М.: Связьиз-дат, 1962.- С. 390.

31. Продеус А.Н. О некоторых особенностях развития объективных методов измерений разборчивости речи // Электроника и связь 2-й тематический выпучк «Электроника и нанотехнологии», 2010.

32. Рашевский Я. П., Каргашин В. Л. Обзор зарубежных методов определения разборчивости речи.- Специальная техника, № 3, 4, 5, 6 2002 , № 1 за >003.

33. Сапожков М.А. Речевой сигнал в кибернетике и связи. М.: Связьиздат, 1963.-С. 472.

34. Сапожков М. А. Защита трактов радио и проводной телефонной связи от помех и шумов,- Связьиздат, Москва, 1959.

35. Сапожков М.А. Звукофикация помещений. Проектирование и расчет. -М.: Связь. 1979.-С. 144.

36. Сапожков М.А., Михаилов В.Т. Вокодерная связь. М: Радио и связь. 1983. - С. 246.

37. Трушин В.А. К вопросу об оценке разборчивости речи // Проблемы информационной безопасности государства, общества, личности: Материалы 9-й Всероссийской научно-практической конференции. Томск, 2007. С. 115-119.

38. Трушин В. А. Информационно-измерительный подход к оценке защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам // ионные системы и технологии: материалы междунар. науч. конгр. Минск, 201 1 -С. 149-153.

39. Технологии безопасности бизнеса // Консалтинг аудит - проектирование - внедрение - сопровождение, 1/2(25) 2011.

40. Тирокин A.A. Основы инженерно-технической защиты информации. М.: Ось, 1998.-С. 336.

41. Халяпин Д.Б., Рюмин A.A. Коктейль из звуков // Информация и безопасность. № 4. - 2005.

42. Халяпин Д. Б. Защита информации. Вас подслушивают? Защищайтесь! -НОУ ШО «Баярд», 2004- С. 432.

43. Хорев A.A. Средства акустической разведки: проводные микрофонные системы и электронные стетоскопы// Специальная техника и связь. — М.: 2008. -№ 2 -С. 36-42.

44. Хорев A.A. Способы перехвата информации, обрабатываемой техническими средствами// Защита информации. Инсайд. С. Петербург: 2008. -№ 1 - С. 28-36.

45. Хорев A.A. Классификация электронных устройств перехвата информации // Специальная техника и связь. М.: 2009. - № 1 - С. 46 - 49.

46. Хорев A.A. Технические каналы утечки акустической (речевой) информа-ции//Специальная техника. — М.: 2009. — № 5 С. 12 — 26.

47. Хорев A.A. Аналоговые акустические радиозакладки// Специальная техника и связь.-М.: 2010.-№ 1 -С.20-27.

48. Хорев A.A. Технические каналы утечки информации, обрабашваемой средствами вычислительной техники //Специальная техника. М.: 2010. -№ 2 - С. 39-56.

49. Хорев A.A. Направленные микрофоны и лазерные акустические сисчемы разведки //Специальная техника. М.: 2010. - № 4 - С. 2-1 I.

50. Хорев A.A. Способы и средства защиты информации, обрабатываемой ТСПИ, от утечки по техническим каналам// Специальная техника. М:2005. -№ 1 С. 52-64;-№ 2-С. 46-51;-№3-С. 50-56;- № 4-С. 58 -64.

51. Хорев A.A. Системы и средства виброакустической маскировки// Специальная техника. М.: 2006. - № 1 - С. 47 - 59.

52. Хорев A.A. Организация защиты информации от утечки по техническим каналам// Специальная техника. М.: 2006. - № 3 - С. 53 - 64.

53. Хорев A.A. Аттестация объектов информатизации и выделенных помещений// Специальная техника. М.: 2006. - № 4 - С. 49 - 61.

54. Хорев A.A. Способы и средства подавления электронных устройств перехвата речевой информации // Специальная техника. М.: 2006. - № 5 - С. 55 -64.

55. Хорев A.A., Макаров Ю.И. Оценка эффективности систем виброакустической маскировки // Вопросы защиты информации. М.: 2001. - № 1 - С. 21-28.

56. Хорев A.A. Оценка эффективности защиты средств вычислительной техники от утечки информации по техническим каналам. Часть 1// Специальная техника. М.: 2007. - № 4 - С. 55 - 64.

57. Хорев A.A. Оценка эффективности защиты средств вычислительной техники от утечки информации по техническим каналам. Часть 2/7 Специальная техника.-М.: 2007. № 5 - С. 40 - 51.

58. Хорев A.A. Оценка возможностей средств радиоразведки по перехвату информации // Специальная техника. М.: 2009. - № 2 - С. 54 - 64.■ чорев A.A. Оценка возможностей средств оптико-электронной разведки Н ' 'пециальная техника. М.: 2009. - № 3 - С. 55-60.

59. Хорев A.A. Оценка возможностей средств акустической (речевой) разведки // Специальная техника. М.: 2009. - № 4 - С. 49-63.

60. Хорев A.A. Контроль эффективности зашиты выделенных помещений от утечки речевой информации по техническим каналам // Защита информации. Инсайд. С. Петербург: 2010. -№ 1 - С. 34 - 45.

61. Хорев A.A. Оценка возможностей визуально-оптической разведки. Часть ! " Специальная техника. М.: 2010. -№ 6 - С. 44-54. .v> \орев A.A. Оценка возможностей визуально-оптической разведки. Часть 2 // Специальная техника. М.: 2011. -№ 1 - С. 54-62.

62. Хорев A.A. Угрозы безопасности информации/УСпециальная техника. М.: 2010. -№ 1 С. 50-63.

63. Хорев A.A. Классификация угроз безопасности информации // Инфофо-рум. Бизнес и безопасность в России. -М.: 2010. № 56 - С. 152 - 153.

64. Физический энциклопедический словарь. -М.: Сов. Энциклопедия, 1984. С. 944.

65. ANSI S3.5-1997, American National Standard Methods for Calculation of the Speech Intelligibility Index American National Standards Institute, New York. - 1997.

66. Bruel & Kjaer. Using RASTI to determine speech privacy.

67. Brungart D.S. Informational and energetic masking effects in the perception of two simultaneous talkers //J. Acoust. Soc. Am. 2001. - Vol.109. - P. 11011 109.

68. Col lard J.A. Theoretical Study of the Articulation and Intelligibility of a Telephone Circuit// Electrical Communication. 1929. - Vol.7. - P. 168.

69. Dirks D.D., Bell T.S., Rossman R.N., Kincaid G.E. Articulation index predictions of con-textuaUy dependent words // J. Acoust.Soc. Am. 1986. - Vol. 80. -P.-82-92.

70. French N., Steinberg J. Factors Governing the Intelligibility of Speech Sounds " .1. Acoust. Soc. Am. T947. - Vol.19. #1.

71. CM). Fletcher H., Gait F. Perception of Speech and its Relation to Telephony // J. AcousT. Soc. Am. 1950. - Vol.22, #2.

72. Kryter K.D. Methods for the calculation and use of the articulation index // J. Acoust. Soc. Am. 1962,-Vol. 34.-P. 1689-1697.

73. Kamm C.A., Dirks D.D., Bell T.S. Speech recognition and the Articulation Index for normal and hearing-impaired listeners //J. Acoust. Soc. Am. 1985. -Vol. 77. - P. 281-288.

74. Müsch H, Buns S. Using statistical decision theory to predict speech intelligibility. II. Measurement and prediction of consonantdiscrimination performance //J. Acoust. Soc. Am. 2001. - Vol. 109.-P. 2910-2920.

75. Rankovic CM. Factors governing speech reception benefits of adaptive linearfiltering for listeners with sensorineural hearing loss // J. Acoust. Soc. Am. •/ . . .1998. Vol. 103. P. 1043-1057.

76. Steeneken H.J.M., Houtgast Т. RASTI: A Tool for Evaluating Auditoria // Brael & Kjaer Technical Review No.3 1985. -P. 13-39.

77. Steeneken H.J.M., Houtgast T. RASTI: A Tool for Evaluating Auditoria. Bruel & Kjaer Technical Review No.3 1985. - P. 13-39.

78. Studebaker G.A., Taylor R., Sherbecoe R.L. The effect of noise spectrum on speech recognition performance-intensity functions // J.Speech Hear. Res. -1994. Vol.37. P. 439-448.

79. Stceneken H.J.M., Houtgast T. RASTI: The Modulation Transfer Function in Room Acoustics // Bruel & Kjaer Technical Review No.3 1985. - P. 1-12.

80. Turner С W., Henry B.A. Benefits of amplification for speech recognition in background noise // J. Acoust. Soc. Am. 2002. - Vo.

81. Работы автора, в которых изложены основные результаты диссертации

82. Статьи в рецензируемых журналах:

83. Буцула А.П., Иванов А.В., Рева И.Л., Трушин В.А. О достоверности оценки защищенности речевой информации от утечки по техническим каналам // Доклады ТУ СУ Ра, №1(21) часть 1, 2010. С. 89-92.

84. Иванов А.В., Рева ИЛ., Трушин В.А. Реализация оптимальной помехи при защите речевой информации от утечки по акустическому и впброаку-сгическому каналам // Научный вестник НГТУ №4(45), 2011. С. 151-154.

85. Трушин В.А., Рева И.Л., Иванов А.В. О методических погрешностях оценки словесной разборчивости речи в задачах защиты информации // Доклады ТУСУРа, №1(25), часть 2, 2012. -С. 180-185.

86. Трушин В.А., Рева И.Л., Иванов А.В. Усовершенствование методики оценки разборчивости речи в задачах защиты информации // ПОЛЗУНОВ-СКИЙ ВЕСТНИК№3/2 2012.-С. 238-241.

87. Публикации в других изданиях:

88. Рева И.Л. Сравнительный анализ объективных методов оценки разборчивое ги речи Сборник научных трудов НГТУ № 1 (59), 2010. - С. 91 -102.

89. Иванов A.B., Рева И.Л., Трушин В.А. Экспериментальная оценка разборчивости речи в задачах защиты информации на основе модифицированных артикуляционных измерений// Маiериалы Х-й международной конференции АПЭП, Новосибирск 2010. С. 133-136.

90. И Грушин В.А., Рева И.Л., Иванов A.B. Расчет методической погрешности оценки разборчивости речи в задачах защиты информации // X Белорусско-Российская научно-техническая конференция «Технические средства защиты информации», Минск: БГУИР 2012. С 22.