Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Менеджмент
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Інструкція до лабораторної роботи
Предмет:
Захист інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИСТРОЇВ ЗМІСТОВОГО ПРИХОВУВАННЯ МОВНИХ СИГНАЛІВ НА ОСНОВІ ІНВЕРСІЇ СПЕКТРУ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 3
з курсу “Захист засобів і каналів телефонного зв’язку”
для студентів спеціальностей
8.17010201 “Системи технічного захисту інформації, автоматизація її обробки”
8.17010302 “Адміністративний менеджмент у сфері захисту інформації”
Львів-2002
Дослідження пристроїв змістового приховування мовних сигналів на основі інверсії спектру: Інструкція до лабораторної роботи № 3 з курсу “Захист каналів зв’язку” для студентів спеціальностей: 8.17010201 “Системи технічного захист інформації, автоматизація її обробки”; 8.17010302 “Адміністративний менеджмент у сфері захисту інформації” усіх форм навчання / Укл. В.В.Хома – Львів: НУ “Львівська політехніка”, 2002. – 12 с.
Укладач Хома В.В., д.т.н, професор каф. ЗІ
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т.н., професор
Рецензент Горпенюк А.Я., к.т.н, доцент
Мета роботи – ознайомлення із методами закриття мовних сигналів в каналах телефонного зв’язку, а також принципами побудови, функціонування та основними властивостями аналогових шифраторів мовного сигналу із частотною інверсією спектру.
ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Традиційно розрізняють два підходи маскування мовних сигналів у комутованих каналах телефонного зв’язку:
енергетична зміна характеристик сигналів, що виключає можливість прослуховування телефонної лінії;
змістова зміна параметрів мовного сигналу, при якій відтворення сигналу можливе за наявності відповідного обладнання та ключової інформації.
Найпростішим способом змістового приховування мовної інформації є інверсія його частотного спектру. Як відомо спектр мовного сигналу зосереджений у смузі 300…3400 Гц. Інверсний шифратор здійснює перетворення мовного спектру, що рівносильне повороту частотної смуги мовного сигналу навколо деякої середньої точки. При цьому досягається ефект перетворення низьких частот у високі частоти і навпаки. Процес інверсії спектра сигналу при передачі і його відновлення при прийомі ілюструється на рис. 1.
Схема інвертора являє собою балансний модулятор, у якого вся інформація зосереджена в бічних смугах зліва і справа від несучої частоти. У передавальному пристрої одна зі смуг придушується фільтром, а інша підсилюється і подається в канал зв'язку. Якщо хтось підключиться до лінії, то чутиме спотворені звуки і не зможе зрозуміти суть розмови. Проте кореспондент, якому адресоване це повідомлення, прийме його нормально, тому що його приймач перетворить сигнал з інвертованим спектром у нормальний сигнал.
При частоті генератора опорного сигналу балансного модулятора Fг=3700 Гц, що дорівнює сумі граничних частот Fн = 300 Гц і Fв = 3400 Гц перетворюваного сигналу, нижня смуга частот після балансного модулятора точно відтворюється у вихідній смузі частот, тобто в смузі тонального каналу але в інверсному вигляді. На прийомі здійснюється повторна інверсія і вихідний сигнал відновлюється до свого первинного вигляду.
Якість відновленої мови залежить від якості на обох кінцях телефонного каналу змішувачів, фільтрів, що обмежують спектр вхідного сигналу і виділяють низькочастотні складові перетвореного сигналу, а також від корекції на приймальній стороні частотних спотворень каналу, вплив котрих також проявляється інверсно – загасання каналу у високочастотній частині спектра на прийомі позначається в низькочастотній частині сигналу і навпаки.
Однак подібна проста інверсія спектру мовного сигналу може захистити лише від безпосереднього прослуховування лінії, але, на жаль, не забезпечує високого ступеня змістового маскування, оскільки при перехопленні сигнал з інвертованим спектром може бути досить легко відновлений будь-яким аналогічним апаратом (не обов'язково однотипним).
Рис. 1. Схема використання інвертора спектру мовного сигналу
в каналі телефонного зв’язку (а), а також спектр сигналу
у точці А (б), у точці В (в), у точці С (г)
Іншим більш стійким до розкриття способом змістового приховування є використання статичних перестановок спектральних компонент мовного сигналу. При такому перетворенні розбірливість мовного сигналу порушується в значно більшій мірі, ніж при простій інверсії. Слід, проте, враховувати, що вибір варіантів частотних перестановок дуже обмежений. Фільтри, що виділяють частотні смуги у вихідному й у лінійному сигналі, мають кінцеву крутизну характеристики, у результаті чого на помітному частотному інтервалі в на границях частотних смуг буде відбуватися помітне невідновне змішання різноманітних компонент сигналу. Повна смуга частот (300-3400 Гц) складає 3,5 октави. При формуванні трьох смуг (по 1,2 октави на кожну смугу) і при використанні фільтрів 8-го порядку (наростання загасання біля 48 дБ/окт.) загасання в середині сусідньої смуги складе не більш 30 дБ, що означає низьку якість відновленої мови. Істотне збільшення порядку фільтрів настільки ускладнює апаратуру, що вона втрачає переваги перед іншими варіантами перетворювачів. У той же час число можливих перестановок із трьох смуг - усього лише 6, із чотирьох смуг - 24, тобто навіть в умовах прямого перехоплення, не говорячи вже про аналіз запису, добір потрібної підстановки не складе труднощів.
Найбільше істотною позитивною якістю шифраторів на основі інверсії спектру та частотних перестановок є їхня автономність, тобто відсутність необхідності у взаємній синхронізації передавального і приймального апаратів і, відповідно, відсутність затримки зв'язку на час проведення синхронізації і можливих зривів захищеного режиму через якість каналу, недостатнього для проведення синхронізації. Якщо вдалося встановити зв'язок у відкритому режимі, після вмикання партнерами інверторів буде реалізований і захищений режим.
Позитивними характеристиками такої апаратури також є:
дешевина (ціни інверторів спектру порядку 30 - 50 USD);
можливість побудови схем, що не вносять затримку сигналу;
мала критичність до якості використовуваного каналу зв'язку і граничної простоти в керуванні.
Апаратура може включатися між телефонним апаратом і лінією в стандартний двопровідний стик між телефонним апаратом і мікротелефонною трубкою, може використовуватися у виді накладки на мікротелефонну трубку з акустичною передачею перетвореного сигналу. Перехід у захищений режим відбувається за взаємною домовленістю партнерів після встановлення з'єднання. Перехід відбувається негайно після натискання відповідної клавіші (або іншого керуючої дії). Вмикання і вимикання захищеного режиму здійснюється кожним партнером самостійно, синхронізація дій не потрібна.
При розмові в лінії прослухується характерний сигнал, який за структурою повністю повторює передану мову. Відновлений сигнал має високу якість. У дешевих апаратах із недостатньою фільтрацією можливо наявність свистячих тонів і зміна тембру голосу співрозмовників. Наявність сторонніх шумів у приміщенні, із якого ведеться передача, позначається на якості відновленого сигналу так само, як у відкритому режимі, на стійкість захисного перетворення майже не впливає.
Комп’ютерна модель інвертора спектру
На рис. представлено модель інвертора спектру в середовищі Simulink системи MatLab. До складу моделі входять блоки задання вхідного сигналу, балансний модулятор з смуговим фільтром, демодулятор та блоки відтворення звукових сигналів та побудови спектру.
Модель дає змогу досліджувати роботу інвертора спектру на прикладі мовних сигналів, синусоїдальних та послідовності прямокутних імпульсів. Відповідні блоки моделі дозволяють прослухати оригінальний, закодований (що передається в каналі зв’язку) та декодований сигнали та оцінити якість роботи пристрою. Також модель дає змогу спостерігати миттєві спектри сигналу на різних етапах його перетворення: спектр оригінального сигналу, спектр сигналу на виході балансного модулятора та спектр сигналу в телефонній лінії, а також відтвореного первинного сигналу. Рис. дозволяють простежити вказані спектри для мовного та синусоїдального сигналів.
а) б)
в) г)
Рис. Робота інвертора спектру
Спектр синусоїди 500 Гц (а); спектр сигналу на виході модулятора (б); спектр сигналу в лінії зв’язку (в); спектр відновленого сигналу (г).
а) б)
в) г)
Рис. Робота інвертора спектру
Спектр мовного сигналу (а); спектр сигналу на виході модулятора (б); спектр сигналу в лінії зв’язку (в); спектр відновленого сигналу (г).
ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ ТА МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ
До складу лабораторного стенду входять такі прилади та пристрої:
Інвертор спектру мовного сигналу (ІСМС) – 2 шт.
Апарат телефонний (ТА) – 2 шт.
Генератор сигналів низькочастотний (ГС).
Вольтметр селективний (СВ).
Двопроменевий осцилограф (ОС).
Частотомір електроннолічильний (ЧМ).
Магнітофон.
Імітатор телефонної лінії.
Досліджуваний інвертор спектру виконаний у вигляді автономного пристрою, хоча простота схеми та розміри дозволяють в умовах експлуатації розташувати його і всередині телефонного апарату. Пристрій підключається між телефонним апаратом та телефонною лінією, причому його підключення не погіршує функціональні характеристики телефонних апаратів.
На передній панелі пристрою розташовані тумблер вмикання/вимикання живлення, індикатор та регулятор частоти несучої. На задній панелі розташовані роз’єм для живлення пристрою, клеми входу/виходу, гнізда для контролю частоти несучої, сигналу на вході і виході балансного модулятора.
Лабораторний стенд дозволяє дослідити принцип роботи пристроїв інверсії спектру сигналів різних типів шляхом вимірювання частоти та рівня гармонічних складових сигналів у різних точках схеми. В якості тестових сигналів використовуються синусоїдальні коливання в різних точках каналу тональної частоти та послідовність прямокутних імпульсів. Крім того, передбачається дослідження роботи пристрою в реальних умовах, тобто при передачі мовного сигналу телефонними каналами. При цьому слід звернути увагу на рівень змістового маскування передаваного повідомлення у телефонних каналах та якість відтворення сигналу на прийомі.
При проведенні вимірювань характеристики інверсії як джерело тестового сигналу використовується генератор сигналів низькочастотний типу Г3-120 у монохроматичному режимі (синусоїдальний сигнал) і полігармонічному режимі (прямокутні імпульси), а в якості вимірювальних приладів - селективний вольтметр В6-9 та електронний частотомір. Крім того, для контролю сигналів в різних точках схеми використовується двопроменевий осцилограф.
3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ІНВЕРТОРА СПЕКТРУ МОВНОГО СИГНАЛУ
Вимірювання характеристики інверсії шифратора
при гармонічних тестових сигналах
Виміри характеристики інверсії проводяться за наведеною на рис.2 схемою на частотах 300, 500, 800, 1150, 1500, 1850, 2200, 2550, 2900, 3200 і 3400 Гц.
Рис. 2. Схема лабораторного стенду для вимірювання характеристики інверсії досліджуваного пристрою змістового маскування мовного сигналу
Зібрати схему як показано на рис.2 та включити живлення всіх приладів.
Підключити частотомір та перший вхід осцилографа до виходу генератора імпульсів і за допомогою регулювального потенціометра встановити частоту несучої, рівну 3700 Гц. На екрані осцилографа повинен з'явитися сигнал прямокутної форми частотою 3700 Гц.
Підключити перший вхід осцилографа до виходу генератора тестового сигналу, а другий – до виходу інвертора спектру. За показами осцилографа можна оцінити працездатність інвертора та дати якісну оцінку його роботи (на виході рівень сигналів на обох каналах осцилографа повинен бути приблизно однаковий, а частота інвертована відносно точки 3700 Гц).
Встановити на селективному вольтметрі межу вимірювання 1 В.Включити ГС в режим синусоїдального сигналу і встановити рівень 1 В його вихідної напруги ГС. Перемикач П встановити в положення “Передача”. Послідовно встановлюючи на ГС частоти, перераховані вище, зафіксувати значення вихідної напруги за допомогою мілівольтметра. При кожній зміні частоти тестового сигналу треба підтримувати напругу на вході інвертора спектру на рівні 1 В за допомогою атенюатора генератора, контролюючи її рівень вольтметром. Крім того, слід підтримувати відповідний частотний інтервал аналізу для селективного вольтметра згідно виразу
,
де - значення частоти тестового сигналу ГС, Гц;
- очікуване значення частоти сигналу на виході інвертора спектру, що контролюється СВ.
Виміряні значення вихідної напруги занести в таблицю 1.
Таблиця 1
Частота, кГц
0.3
0.5
0.8
1.15
1.5
1.85
2.2
2.55
2.9
3.2
3.4
Вихідна напруга, В
Амплітудний коефі цієнт перетворення
Частотний коефіцієнт перетворення
6. Обчислити амплітудний коефіцієнт перетворення інвертора за формулою:
(1)
де - напруга сигналу на вході інвертора, В;
- напруга сигналу на виході інвертора, В;
Занести значення в таблицю 1.
7. Обчислити частотний коефіцієнт перетворення за формулою:
(2)
де - частота сигналу на виході інвертора, Гц.
Занести значення в таблицю 1.
8. Вибрати з таблиці 1 максимальне і мінімальне значення амплітудного коефіцієнта та обчислити нерівномірність АЧХ інвертора
(3)
де - максимальне значення напруги на виході інвертора, мВ;
- мінімальне значення напруги на виході інвертора, мВ.
9. Результати вимірів та обчислень оформити у вигляді таблиці і графіка. Результати вважаються задовільними, якщо нерівномірність АЧХ не перевищує 6дБ.
10. Вибрати з таблиці 1 максимальне і мінімальне значення частотного коефіцієнта та обчислити нерівномірність частотної характеристики інвертора
(4)
де - максимальне додатне відхилення частоти на виході інвертора, Гц;
- максимальне від’ємне відхилення частоти на виході інвертора, Гц;
11. Результати вимірів та обчислень оформити у вигляді таблиці і графіка. Результати вважаються задовільними, якщо нерівномірність частотної характеристики не перевищує 6дБ.
Дослідження характеристик пристрою
у полігармонічному режимі
Підготувати лабораторний стенд до роботи згідно пп.1-4 попереднього розділу.
Включити ГС в режим прямокутних імпульсів і встановити рівень 1 В його вихідної напруги ГС, а частоту 300 Гц. Перемикач П встановити в положення “Передача”.
Проконтролювати за допомогою осцилографа вхідний і вихідний сигнали інвертора спектру. Навести у звіті форму вихідного сигналу та пояснити її суть.
Виміряти за допомогою селективного вольтметра рівень спектральних складових вхідного і вихідного сигналу інвертора та записати їх значення до таблиці 2.
Таблиця 2
Частота, кГц
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
2.7
3.0
3.3
Вхідна напруга, В
Вихідна напруга, В
Амплітудний коефі цієнт перетворення
5. Обчислити амплітудний коефіцієнт перетворення інвертора у полігармонічному режимі за формулою:
(5)
де - значення і-ої гармонічної складової вхідного сигналу інвертора, мВ;
- значення і-ої гармонічної складової вхідного сигналу інвертора, мВ;
Занести значення в таблицю 2.
6. Вибрати з таблиці 2 максимальне і мінімальне значення амплітудного коефіцієнта та обчислити нерівномірність АЧХ інвертора у полігармонічному режимі
(6)
де - максимальне значення ;
- мінімальне значення .
7. Результати вимірів та обчислень оформити у вигляді таблиці і графіка. Результати вважаються задовільними, якщо нерівномірність АЧХ не перевищує 6дБ.
3.3. Випробування інверторів спектру мовним сигналом
Зібрати схему як показано на рис.3 та включити живлення всіх приладів.
Рис.3. Схема лабораторного стенду для випробування
інверторів спектру мовним сигналом
Перемикач П першого інвертора спектру встановити в положення “Передача”, а перемикач другого інвертора – в положення “Прийом”.
Подати на перший канал осцилографа вхідний сигнал першого інвертора спектру, а на другий – вихідний сигнал другого інвертора.
Вставити до магнітофона касету із записом мови і простежити сигнали на обох каналах осцилографа.
Перевести осцилограф у режим різницевого сигналу з метою виявлення розбіжності між вхідним та відтвореним сигналами.
Оцінити якість звучання відтвореного сигналу та порівняти його із оригіналом (включивши телефони до магнітофона).
4. ЛІТЕРАТУРА
ГОСТ 7153-85. Аппараты телефонные общего применения. Общие технические условия.
Лагутин В.С., Петраков А.В. Утечка и защита информации в телефонных каналах.– М.: Энергоатомиздат, 1996. – 304 с.
Ярочкин В.И. Технические каналы утечки информации.-М. 1994г.-106 c.
Кащеев В.И. Мониторинг телефонной сети.-М. 1995г.- 52c.
Попугаев Ю.И. Телефонные переговоры: способы защиты.- 1995г.- 84c.
23.05.2013 19:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора