Evaluation of the security of voice data in a dedicated room using instrumental calculation method

Методы, направленные на снижение вероятности перехвата речевой информации ^[1]. из выделенных помещений, традиционно разделяют на пассивные и активные. Применяемые в выделенном помещении пассивные и активные методы определяются характеристиками ВП, возможностями аппаратуры разведки, условиями ее ведения, а также нормативными требованиями к каналам утечки речевой информации ^[2]. В качестве показателя оценки эффективности защиты ВП от утечки речевой информации по техническим каналам используется словесная разборчивость речи W ^[3]. На практике для расчета словесной разборчивости часто используется инструментально-расчетный метод, основанный на экспериментальных результатах Н.Б. Покровского, представленных в работе ^[4].

Разборчивость речи – относительное количество (в процентах) правильно принятых элементов (слогов, слов, фраз) артикуляционных таблиц ^[5]. Элементы речи составляют слоги, звуки, слова, фразы и цифры. Соответственно можно выделить слоговую, звуковую, словесную, смысловую и цифровую разборчивость. Между ними существует статистическая взаимосвязь. В инструментально-расчетном методе, основанном на результатах экспериментальных исследований Н.Б. Покровского, используется вспомогательный и искусственный вид разборчивости речи – формантная разборчивость.

Для оценки разборчивости речи применяются субъективные и объективные методы. Субъективные методы заключаются в измерении разборчивости речи артикуляционными бригадами. Для субъективных методов характерно то, что речевой или слуховой аппарат человека являются составной частью измерительной системы. Наиболее удобным и достоверным субъективным методом считается метод артикуляции. На практике его использование для оценки эффективности защиты речевой информации неприемлемо по ряду причин:

1. К артикуляционной бригаде предъявляются достаточно высокие требования: речь дикторов не должна иметь селективных признаков (картавость, плаксивость, гнусавость и др.); отсутствие у аудиторов дефектов слуха; возраст участвующих в артикуляционном измерении от 18 до 30 лет; в составе бригады должно быть не менее 3 дикторов (двух мужчин и одной женщины) и 3 аудиторов ^[5].

2. Продолжительность артикуляционных измерений может составлять несколько недель при работе бригады не более 4 часов в сутки.

3. Громоздкость процедуры измерений (обработка большого количества протоколов). Метод артикуляции предполагает передачу по испытуемому тракту серии артикуляционных таблиц. Аудиторы заносят в свои протоколы то, что они слышат. При сопоставлении протоколов с исходным материалом делается вывод о качестве разборчивости.

4. Серьезной проблемой является создание специальных артикуляционных таблиц. Тип используемых таблиц в значительной степени влияет на результаты измерений. Результаты существенно зависят от степени тренированности дикторов. В статье ^[7] предлагается для оценки защищенности речевой информации использовать в артикуляционных испытаниях связные тексты взамен максимально некоррелированным артикуляционным таблицам. Считаю, что данный подход усложняет получение объективных результатов, так как на измерения могут повлиять степень развитости и образованности аудиторов (аудитором может оказаться специалист по защите информации).

Главными достоинствами субъективных методов являются универсальность (они могут применяться для оценки качества любого канала передачи речевых сигналов) и простота (в испытаниях могут участвовать аудиторы с относительно низким уровнем технической квалификации). Однако расчет разборчивости речи можно производить с помощью объективных методов без проведения артикуляционных измерений. Поэтому в настоящее время объективные методы получили широкое применение. Существующие объективные методы определения разборчивости речи можно подразделить на группы: формантные, теоретико-информационные, модуляционные и эмпирические (рис. 1).

Рис. 1. Классификация объективных методов оценки разборчивости речи ^[6].

Значительное число известных объективных методов приводит к неоднозначности результатов ее оценки. Каждый метод при этом обладает своими достоинствами и недостатками. Достоинством формантных методов являются использование вероятности в качестве меры разборчивости и свойство аддитивности восприятия формант человеком. Модуляционные методы с единых позиций учитывают влияние как шумовой, так и реверберационной помех на разборчивость речи. Теоретико-информационный метод применяется при экспертизе цифровых линий связи, где неэффективны модуляционные и формантные методы. Эмпирические методы полезны в условиях, когда влиянием шумовой помехи можно практически пренебречь.

Инструментально-расчетный метод, применяемый в настоящее время для оценки и контроля защищенности речевой информации, основан на версии формантного метода Н.Б. Покровского. Помимо версии Покровского существуют и другие версии формантного метода (версии Ю.С. Быкова и М.А. Сапожкова). Вопрос о том, какая из отечественных версий предпочтительнее и почему, до сих пор остается открытым. Как отмечают авторы монографии ^[6], выбор версии формантного метода Н.Б. Покровского нельзя считать бесспорным. Авторы монографии считают, что одной из причин популярности версии Н.Б. Покровского стала то, что в ней рассматривается полоса частот 100-10000 Гц (это позволяет осуществлять акустическую экспертизу не только линии связи, но и помещений). Кратко измерительно-расчетный метод, основанный на результатах экспериментальных исследований Покровского, можно представить следующим образом:

1. Спектр речи разбивается на N частотных полос.
2. Для каждой i-й частотной полосы на среднегеометрической частоте f_ср.i определяется формантный параметр ΔA_i и весовой коэффициент k_i.
3. Для каждой частотной полосы на среднегеометрической частоте f_ср.i определяется коэффициент восприятия формант слуховым аппаратом человека p_i.
4. Далее определяется спектральный индекс артикуляции речи R_i и рассчитывается интегральный индекс артикуляции речи R.
5. По интегральному индексу артикуляции речи определяются слоговая S и словесная W разборчивости речи.

По мнению В.Л. Каргашина ^[8] данный метод должен быть усовершенствован:

- необходимо расширение границ частотного диапазона до 6 октав, чтобы учитывать октавную частотную полосу 8 кГц;
- должна быть предусмотрена возможность анализа сигналов и шумов в третьоктавных частотных полосах;
- упрощение расчетов артикуляционной разборчивости в части аппроксимации функции восприятия формант.

Эти рекомендации были учтены в статье Н.А Григорьева и А.И. Казановского ^[9]. Ими был предложен подход, позволяющий упростить инженерные расчеты словесной разборчивости. В статье ^[10] приводится оценка словесной разборчивости речи для виброакустического канала утечки информации при использовании фильтра шумоочистки и без фильтрации.

А.Н. Продеус в своей статье ^[11] указывает на целесообразность создания нового метода оценивания разборчивости речи, объединяющего достоинства формантного и модуляционного методов. Современные компьютерные технологии обработки речевого сигнала позволяют улучшать его параметры в выделенных частотных полосах, что повышает вероятность выявления наличия формант.