Андрей Кашкаров - Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)
1.13.1. Простой метод экранирования помещений и поверхностей
Как один, наиболее простой для радиолюбителя средней квалификации, вариант устройства защиты от несанкционированного съема информации применяют электрические схемы, где шумовой фон создается посредством электромагнитного экранирования.
Физическая сущность электромагнитного экранирования сводится к тому, что под действием источника электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной к источнику, возникают заряды, а в его стенках – токи, поля которых во внешнем пространстве по интенсивности близки к полю источника, а по направлению противоположны ему, и поэтому происходит взаимная компенсация полей.
Для простого электромагнитного экранирования бывает достаточно установить по контуру (периметру) помещения экран из подручных материалов.
Ниже приведены материалы, используемые при экранировании, по порядку их доступности и простоты в изготовлении неискушенным радиолюбителем:
• металлические материалы (в том числе сеточные материалы и фольговые материалы);
• металлизация поверхностей;
• стекла с токопроводящим покрытием;
• специальные ткани;
• радиопоглощающие материалы;
• токопроводящие краски;
• электропроводный клей.
Так, в помещении создается замкнутый экран из материалов, образующих собой замкнутый контур, подключенный к одной точке (заземлению).
Кроме замкнутых помещений (домов, комнат, иного недвижимого имущества), экранирование (как наиболее простой и доступный способ защиты) применяют также в автомобилях. Для получения реальной эффективности необходимо учитывать наличие в автомобиле окон, которые нельзя заменить эквивалентным стальным экраном. Поэтому необходимо рассчитать эффективность экранирования эквивалентного стеклянного экрана.
При расчете экранирования окон необходимо учитывать снижение светопропускания. В качестве решения данной проблемы можно предложить следующие методы:
• вкрапление в стекло металлической сетки;
• стекла с токопроводящим покрытием.
Например, для нанесения токопроводящего покрытия используют вакуумные установки многослойного магнетронного напыления. Принцип работы этих установок основан на методе «бомбардировки» поверхности материала-подложки атомами или молекулами осаждаемого вещества, создающими на поверхности тонкий (от нескольких нанометров), ровный и чрезвычайно прочный слой покрытия. Используемые установки позволяют наносить одно– и многослойные покрытия из таких материалов, созданных на основе химических элементов, как Ti, Ni, Al, In, Si, Zr, Cu, Co, Fe и др. Эти специальные покрытия наносят (до трех видов за один цикл) на стекло, керамику, металл и ряд пластмасс, и делают это с максимальной производительностью (для пятислойных покрытий) 200 дм2/ч.
В качестве примера можно привести систему «Forster shielding», обладающую эффективностью защиты уровня сигнала 60 дБ в полосе частот от 1 кГц до 1 ГГц. При этом такие экраны обладают отличной проницаемостью света. «Минусом» рассмотренного метода является его относительная дороговизна в условиях частного (несерийного) применения.
1.13.2. Принцип действия генераторов шума
Не все методы защиты от утечки информации, которые актуальны при рассмотрении защиты помещения, будут эффективны при защите салона автомобиля. В качестве примера можно привести микрофоны, укомплектованные устройствами передачи информации по оптическому каналу в ИК-диапазоне длин волн.
Во-первых, они требуют очень тонкой настройки, что при оперативной разведке затруднительно, во-вторых, они требуют отсутствия помех на пути луча, что обеспечить на улицах города сложно. Также затруднительно использование лазерных микрофонов для снятия информации со стекол автомобиля (по тем же причинам).
Остаются микрофоны с передачей информации по радиоканалу, стетоскопы с передачей информации по радиоканалу, диктофоны и высокочастотное навязывание.
Как правило, среди генераторов шума наиболее популярны устройства, создающие «розовый» или «белый» шум (разумеется, шум нельзя видеть в цветовой гамме).
Для оценки разборчивости речи речевой диапазон целесообразно разбивать на полосы, имеющие одинаковый коэффициент (разборчивость речи). В непрофессиональных системах используют семь октавных полос. Погрешность в расчетах значительно зависит от вида шума и при словесной разборчивости 30–80 % составляет 1–2% для «речеподобной» помехи и 3–5% для «белого» и «розового» шума, а также 15 % для шума с тенденцией спада спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот.
Результаты моделирования зависимости словесной разборчивости от интегрального отношения сигнал/шум в пяти октавных полосах на наиболее важном звуковом диапазоне (180-5600 Гц) при различном виде шумовых помех представлены на рис. 1.25.
Рис. 1.25. Зависимость словесной разборчивости W от интегрального отношения сигнал/шум q в полосе частот 180-5600 Гц: 1 – «белый» шум; 2 – «розовый» шум; 3 – шум со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву в сторону высоких частот;4 – шумовая «речеподобная» помеха
Критерии эффективности защиты речевой информации во многом зависят от целей, преследуемых при организации защиты, к примеру скрыть смысловое содержание или скрыть тематику разговора.
Процесс восприятия речи в шуме сопровождается потерями составных элементов речевого сообщения. Так, при прослушивании фонограммы перехваченного речевого сообщения (с использованием защиты) возможно установить факт наличия речи, но нельзя установить предмет разговора. Практический опыт показывает, что выяснить основное содержание перехваченного разговора невозможно при словесной разборчивости менее 60–70 %, а краткое содержание – при словесной разборчивости менее 40–50 %. При словесной разборчивости менее 20–30 % затруднено установление даже предмета ведущегося разговора.
В табл. 1.6 приведены значения отношения сигнал/шум в октавных полосах, при которых словесная разборчивость составляет 20 %, 30 % и 40 %.
Таблица 1.6. Значения отношений сигнал/шум, при которых обеспечивается требуемая эффективность защиты акустической информации
По результатам, приведенным в табл. 1.6, видно, что наиболее эффективными являются «розовый» шум и шумовая «речеподобная» помеха. При их использовании для скрытия тематики разговора необходимо обеспечить превышение уровня помех над уровнем скрываемого сигнала в точке возможного размещения датчика на 8, 8 и 9 дБ соответственно. Для «белого» шума и шума со спадом спектральной плотности 6 дБ на октаву это значение составляет соответственно 10 и 13 дБ.
Для выбора генератора виброакустического зашумления необходимо выяснить уровень фонового шума. К примеру, уровень шума вне салона автомобиля будет равен 30–35 дБ.
Среднее значение звукоизоляции для одинарного стекла или герметичной металлической двери равно 30 дБ.
1.13.3. Генератор акустического «белого» шума
Технически эффективным является применение активных средств виброакустического зашумления, которые обеспечивают высокую эффективность при относительно небольших материальных затратах и несложности установки.
Устройство акустического шума для защиты переговоров от прослушивания в замкнутых пространствах (тамбур, салон автомобиля, небольшие кабинеты) представляет собой генератор «белого» шума в акустическом диапазоне частот и обеспечивает снижение разборчивости после записи или передачи по каналу связи. Самым простым методом получения «белого» шума является использование шумящих электронных элементов (транзисторов, различных диодов, а ранее и электронных ламп) с усилением напряжения шума.
Принцип работы устройства следующий: излучения гармонических ультразвуковых колебаний не прослушиваются человеческим ухом (тренированная собака их может уловить). Человеческое ухо линейно в амплитудном отношении, а микрофон диктофона – нелинейный элемент, и поэтому на входе диктофона возникнет интерференционный процесс, который приведет к подавлению записи речи сигналом разностной частоты.
Уровень ультразвуковых колебаний используется в пределах 80100 дБ. Этот метод может безопасно использоваться как в домах, так и в автомобилях.
Электрическая схема несложного генератора шума приведена на рис. 1.26.
Источником шума является полупроводниковый стабилитрон VD1 типа КС168А, работающий в режиме лавинного пробоя при очень малом токе. Сила тока через стабилитрон VD1 составляет менее 100 мкА.
Шум как полезный сигнал снимается с катода стабилитрона VD1 и через конденсатор С1 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1 типа КР140УД1208. На неинвертирующий вход этого усилителя поступает напряжение смещения, равное половине напряжения питания с делителя напряжения, выполненного на резисторах R2 и R3.
