Новые подходы к защите передачи информации - Кодировщики голоса

Однако с выходом Постановления "Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами" открылись новые горизонты для использования криптографических алгоритмов защиты речевых сигналов в ведомственных сетях связи.

Использование в оперативных радиосетях решений для специальной связи. Ослабление лицензионных ограничений побудило разработчиков обратиться к схемам построения УЗРИ для СМУР, используемых в системах специальной связи.

Примером такого подхода является отечественная цифровая система "Альфа", принятая на снабжение МВД России. Такие радиосистемы передачи служебной информации целесообразно применять только внутри ограниченной территории с системами физической защиты. Примерами использования системы "Альфа" является применение ее внутренними войсками (ВВ) МВД при охране режимных объектов, передачи конфиденциальных цифровых данных между охраняемыми пунктами управления ОВД и ВВ МВД России. В таких системах первая вышеприведенная проблема решается использованием более широкой сетки рабочих частот (практически неограниченный частотный ресурс - в силу важного государственного значения таких систем связи), вторая проблема не ставится в силу наличия обязательного индивидуального вызывного номера у оконечного оборудования, а проблемы реализации "удаленного прослушивания" вообще не существует из-за отсутствия самой функции. Прямолинейное копирование существующих решений из специальной связи показало свою неэффективность для применения в оперативных радиосетях. Необходим оригинальный подход к решению трех указанных проблем.

новые разработки для оперативной радиосвязи

Рис. 8. Новые разработки для оперативной радиосвязи

В некоторых СМУР в качестве помехоустойчивого кодирования обычно используются хорошо изученные методы (например, укороченный блочный код Рида-Соломона), что в данном случае не обеспечивает достаточной дальности связи. Представляется более эффективным использование других помехоустойчивых кодов (например, турбокодов), позволяющих вплотную приблизиться к пределу Шеннона, но требующих большую длину кодируемых данных. Что касается второй проблемы, то при создании СМУР "СМ-Э200" разработчиками (ФПГ "Уральские заводы", г. Ижевск) был реализован оригинальный алгоритм вокодерного анализа и синтеза речи. Это дало возможность повысить разборчивость речи до естественного звучания и возможности идентификации абонента по тембру голоса. В качестве алгоритма речевого кодирования взята классическая модель вокодера с линейным предсказанием и использованием многополосного возбуждения, что ведет к уменьшению посторонних призвуков и улучшению качества восстановленного речевого сигнала в условиях внешних акустических шумов.

В алгоритме применена тройная оценка частоты основного тона, что практически свело на нет эффект "плавающего тона" в конце отдельного слова. Благодаря такой реализации кодирования речи и введенных доработок с учетом ведомственных требований система "СМ-Э200" стала привлекательна для применения в определенных условиях - связь между пунктами временной дислокации и управления (система была рекомендована для эксплуатации во ВВ МВД России). Остается третья проблема - реализация функции "удаленного прослушивания". Можно отбросить выявленные недостатки СМУР, использующих вокодерные технологии, касающиеся учета чувствительности микрофонного усилителя и скрытности включения радиостанции на "передачу" (отсутствие визуальной и звуковой индикации) - это легко устраняется. На полигонных испытаниях при дистанционном включении абонентского оборудования в режим "удаленного прослушивания" аудиообстановки вокруг абонентской радиостанции более 50% всей информации являлось неразборчивым, причем УЗРИ оказались практически неработоспособны при небольших соотношениях сигнал/шум ("смесь" речи и транспортных или индустриальных шумов, многоголосие - "cocktail party" - и т. д.). Таким образом, проблема оказалась сложнее, чем представлялось, и не может быть решена лишь использованием стандартных методов теории цифровых радиосистем аудиоконтроля. Разработчики "сдались": либо функция "удаленного прослушивания" реализована только в "открытом" режиме, либо данный недостаток просто проигнорирован. Это, разумеется, неприемлемо при разработки СМУР для оперативных ведомственных сетей.

совмещение раздельного кодирования

Рис. 9. Совмещение раздельного кодирования

Для решения данной проблемы предлагается совместить параметрическое (использовать для речевого сигнала) и непараметрическое (использовать для неречевого сигнала) кодирование (рис. 2). При этом придется применить теорию распознавания образов: в первую очередь, для создания автоматического распознавателя речи (детектора речь/не речь). Разработка автоматического распознавателя речи (АРР) сопровождается серьезными ограничениями условий функционирования СМУР на базе ведомственных оперативных радиосетей. В данных условиях невозможно использовать наиболее эффективные методы APR:

    -многоканальные методы, основанные на разнесенных микрофонах (абонентский микрофон в зоне источника речевого сигнала абонента и опорный микрофон вне данной зоны; либо опорный микрофон размещается на дальнем торце средства связи по отношению к абонентскому - в основу положено явление задержки речевого сигнала между разными микрофонами); -методы, основанные на отличии энергетики речевого сигнала и неречевых фоновых шумов (энергия речевого сигнала значительно превосходит энергию сигналов "молчания", "пауз").

Для решения поставленной задачи необходимо комбинировать широкий спектр оставшихся алгоритмов АРР:

    -дискриминаторы параметров сигнала с повышенной устойчивостью к шумам; -коррекция и улучшение характеристик до уровня, позволяющего распознать сигнал как речь; -адаптация моделей "чистой" речи с компенсацией воздействия шума.

Большинство таких алгоритмов требуют заранее заданных статистических данных аудиошумов, не являющихся речевыми сигналами, чтобы отличать спектральные характеристики "чистой" речи от спектральных характеристик искаженных речевых сигналов или модифицировать эталонные модели.

Выходные аудиосигналы будут кодироваться по разным законам: речевой - по криптографическому закону, неречевой - по алгоритму мозаичного скремблирования. Однако возникает сомнение в целесообразности такого раздельного кодирования: повышенной защиты речевых сигналов и закрытия средней стойкости неречевых сигналов. Действительно, сотрудникам министерств и ведомств запрещается передавать по оперативным радиосетям служебную информацию, содержащую сведения ограниченного распространения (ограничения налагаются ведомственными нормативными документами, а в экстремальных ситуациях используются кодовые слова, фразы или кодовые таблицы, утвержденные управлениями и отделами связи). При использовании функции "удаленного прослушивания" и при небольшом отношении сигнал/шум возрастает вероятность неправильного срабатывания АРР, что может привести к передаче прослушиваемой информации, несоответствующей уровню "закрытия" используемой радиосети. В этом случае может произойти радиоперехват таких сигналов потенциальным противником с дальнейшей шумо-очисткой в режиме off-line и, таким образом, возможен несанкционированный доступ к конфиденциальной информации.

целесообразность использования непараметрического кодирования

Рис. 10. Целесообразность использования непараметрического кодирования

В данном вопросе мы подошли к парадоксальному для разработчиков выводу: "закрытие" сигналов, передаваемых при "удаленном прослушивании", должно быть более высокого уровня, чем для передачи речевой информации при обычном "сеансе связи", то есть необходимо непараметрическое кодирование прослушиваемых аудиосигналов с последующим криптографическим "закрытием". Это, конечно, потребует высокой скорости информационного потока и, как следствие, использования более широкой полосы рабочих частот. Таким образом, придется нормативно определить использование под передачу неречевых сигналов в режиме "удаленного прослушивания" сразу нескольких стандартных каналов (25/12,5 кГц), что ведет к неэффективному использованию частотного ресурса.

Таким образом, в свете всего изложенного ставится вопрос: есть ли вообще перспективы в настоящее время для использования параметрического кодирования в системах мониторинга оперативных радиосетей?

Похожие статьи




Новые подходы к защите передачи информации - Кодировщики голоса

Предыдущая | Следующая