Введение к работе
Актуальность. Постоянно возрастающее значение информационных технологий в современном мире, влекущее за собой рост объемов передаваемой информации, требует создания новых и совершенствования существующих телекоммуникационных систем (ТКС). Это порождает проблемы, решение которых затруднено с позиций общеизвестных подходов. К одной из таких проблем относится проблема оценки эффективности защиты аудиоинформации. В первую очередь эта проблема проявляется в значительной неопределенности основных критериев оценки эффективности методов скремблирования. Явно обозначившаяся в последнее время несостоятельность существующих подходов и отсутствие понятной стратегии решения данной проблемы породили ситуацию неопределенности в поиске путей возможного решения. Данная ситуация еще более усложняется принятой в ТКС и КС цифровой стратегией обработки и передачи аудиоинформации, что требует учета влияния потерь, вызванных цифровым представлением. Исходя из этого тема диссертационной работы, посвященная разработке и исследованию алгоритмов оценки эффективности защиты аудиоинформации, является актуальной и представляет научный и практический интерес.
Цель и задачи работы. Улучшение защиты телекоммуникационных систем на основе оценки эффективности защиты аудиоинформации с позиций виртуализации информационных потоков.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ известных подходов к решению проблемы защиты аудиоинформации в телекоммуникационных системах.
2. Разработка, реализация и экспериментальная проверка алгоритмов оценки эффективности защиты аудиоинформации на основе комплексного определения разборчивости и избыточности.
3. Разработка, реализация и экспериментальная проверка алгоритмов оценки эффективности защиты аудиоинформации на основе определения идентичности виртуальных вербальных образов.
4. Разработка, реализация и экспериментальная проверка алгоритмов оценки эффективности защиты аудиоинформации на основе определения идентичности виртуальных речевых образов.
Объект исследования. Телекоммуникационные системы.
Предмет исследования. Оценка эффективности защиты аудиоинформации в телекоммуникационных системах.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов теории информации, статистической теории связи, теории оптимизированных импульсно-кодовых преобразований. Экспериментальная часть работы основана на численных методах машинного моделирования и вычислительного эксперимента с использованием языков программирования высокого уровня.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, теоретическим обоснованием, основанным на использовании строгого математического аппарата, совпадением теоретических результатов с результатами проведенных экспериментов, апробацией на научных конференциях.
Научная новизна. Предложен алгоритм количественной оценки разборчивости и избыточности скремблирования с позиций виртуализации информационных потоков. Исследования показали, что при значениях разборчивости близких к нулю (1,5-1,9%) в криптограммах сохраняется избыточность (6-10%), отрицательно влияющая на эффективность скремблирования.
Впервые разработаны и исследованы алгоритмы оценки эффективности скремблирования с позиций корреляционного анализа виртуальных вербальных и речевых образов. Применение предложенных алгоритмов позволило открыть и оценить закономерности зависимости эффективности скремблирования от информационных и индивидуальных характеристик речи. Доказано, что источник речевой информации может существенным образом ухудшать эффективность скремблирования. При этом по общепринятому показателю разборчивости определить это изменение эффективности скремблирования не представляется возможным.
Практическая ценность. Предложенный алгоритм оценки эффективности защиты позволяет впервые одновременно количественно оценивать избыточность и разборчивость криптограмм, формируемых в результате скремблирования. На основе программной реализации алгоритма создана система оценки эффективности защиты аудиоинформации на базе комплексного определения разборчивости и избыточности. Показано, что для амплитудного скремблирования при минимальных значениях разборчивости (4-5%) в криптограммах остается избыточность (8-9%), что дает возможность вероятному злоумышленнику восстановить исходное сообщение.
Внедрение разработанных алгоритмов оценки стойкости и качества скремблирования с позиций корреляционного анализа виртуальных речевых и вербальных образов позволяет впервые производить количественную оценку зависимости эффективности скремблирования от информационных и индивидуальных характеристик речи в реальном масштабе времени. На основе программной реализации алгоритмов созданы системы оценки стойкости и качества скремблирования.
Основные положения и результаты выдвигаемые на защиту:
-
Необходимым условием количественной оценки эффективности скремблирования является комплексное определение разборчивости и избыточности. При значениях разборчивости близких к нулю в криптограммах сохраняется избыточность, отрицательно влияющая на эффективность скремблирования.
-
Необходимым и достаточным условием количественной оценки эффективности скремблирования является виртуальное представление процессов защиты аудиоинформации, предполагающее определение виртуальных образов сообщений и криптограмм, формируемых в процессе скремблирования.
-
Эффективность скремблирования зависит от информационных и индивидуальных характеристик источника аудиоинформации.
Использование результатов работы. Диссертационные исследования являются частью плановых научно-исследовательских работ, проводимых факультетом информационной безопасности.
В рамках работы «Разработка и исследование технологий и параллельных алгоритмов оценки эффективности защиты информационных систем», выполненной по единому заказ-наряду Министерства образования Российской Федерации:
разработаны алгоритмы информационной оценки эффективности скремблирования на основе комплексного определения показателей разборчивости и избыточности;
разработаны алгоритмы оценки эффективности скремблирования на основе определения идентичности виртуальных вербальных и речевых образов;
исследовано влияние индивидуальных характеристик источников речевой информации и характеристик вербальной информации на эффективность скремблирования.
В рамках работы «Разработка и исследование технологий эффективной защиты данных интернет, персональных и сетевых геоинформационных систем», выполняемой по единому заказ-наряду Министерства образования Российской Федерации
программно реализован алгоритм корреляционной идентификации виртуальных образов;
разработаны и программно реализованы алгоритмы формирования и идентификационной оценки виртуальных образов на основе комплексного информационного анализа идентификаторов;
исследована зависимость индивидуальных виртуальных образов от изменений информационной среды.
Результаты диссертационной работы реализованы в учебном процессе факультета информационной безопасности Таганрогского технологического института Южного федерального университета (имеются соответствующие акты о внедрении и свидетельства о регистрации программ ЭВМ).
Личный вклад автора. Основные научные результаты (алгоритмы оценки эффективности защиты аудиоинформации и разработанные на их основе программные средства, экспериментальные исследования, приведенные в диссертации) получены автором лично.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста (191 страница вместе с приложениями), иллюстрированного 87 графиками и рисунками, библиографии, включающей 80 наименований.
Апробация результатов работы. По результатам диссертационных исследований опубликованы 35 печатных работ. Среди них 4 статьи в рецензируемых изданиях ВАК, 14 трудов в материалах международных конференций, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009612500. Материалы исследований нашли отражение в 2-х отчетах о научно-исследовательской работе.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, проводимых Российской академией естествознания (Римини-Рим, 10-17 февраля 2007, Париж-Лондон, 23-27 апреля 2007, Нью-Йорк, 19-27 декабря 2007, Париж-Лондон, 20-28 апреля 2009), международных научно-практических конференциях «Информационная безопасность», г. Таганрог, 2006, 2007 гг., научно-технических конференциях ТТИ ЮФУ 2007, 2008 гг.
