авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Алгоритмы оценки эффективности защиты аудиоинформации на основе виртуального представления информационных потоков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Евсеев Алексей Сергеевич

АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ЗАЩИТЫ АУДИОИНФОРМАЦИИ

НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

Специальность 05.13.13 – Телекоммуникационные системы

и компьютерные сети

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Таганрог – 2009

Работа выполнена на кафедре радиоэлектронных средств защиты и сервиса (РЭС ЗиС) Технологического института федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Румянцев Константин Евгеньевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Галуев Геннадий Анатольевич кандидат технических наук Забродин Роман Александрович
Ведущая организация: Негосударственное образовательное учреждение «Академия Информационных Систем», г. Москва

Защита диссертации состоится «28» августа 2009 г. в 1420 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.24 по техническим наукам Южного Федерального Университета по адресу: 347928, г. Таганрог, ул. Чехова 2, корп. И, комн. 347.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: 344000, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

u

Просим Вас прислать отзыв, заверенный печатью учреждения, по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, пер., Некрасовский, 44, Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.24 Кухаренко Анатолию Павловичу.

Автореферат разослан "27" июля 2009 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета Д 212.208.24
кандидат технических наук, доцент А.П. Кухаренко

Общая характеристика работы

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Краткое содержание работы

Во введении приведена общая характеристика работы, проанализированы причины, препятствующие повышению эффективности защиты аудиоинформации, сформулированы цель и задачи исследования, дан краткий обзор содержания диссертации, перечислены новые научные результаты, полученные в ней, приведены сведения о практической ценности работы и апробациях ее результатов.

В первой главе проанализированы известные подходы к решению проблем оценки эффективности защиты аудиоинформации в телекоммуникационных системах, даны характеристики проблем оценки эффективности защиты аудиоинформации, предложена стратегия решения проблем оценки эффективности защиты аудиоинформации с позиции виртуализации информационных потоков.

Для оценки эффективности защиты аудиоинформации применяются такие характеристики, как среднее количество информации и разборчивость речи. Однако существующие методы оценки разборчивости речи применимы только для амплитудного скремблирования (маскирования шумом), так как для их работы требуется знание шума скремблирования (маскирования). Для методов скремблирования, основанных на временных и частотных перестановках, такое понятие, как шум скремблирования, отсутствует. Для решения данной проблемы введено понятие виртуального шума скремблирования и на его основе построены алгоритмы оценки эффективности скремблирования.

Во второй главе даны алгоритмы оценки эффективности защиты аудиоинформации с позиций комплексной виртуализации процессов измерения разборчивости и избыточности.

Пусть – передаваемые логические формы речи ансамбля , а – логические формы речи ансамбля , воспринимаемые слуховым аппаратом человека. Тогда среднее количество принятой информации определяется как

, (1.1)

где энтропии правой части могут быть определены по формулам

(1.2)

Условные вероятности зависят от свойств речевого процесса и маскирующего шума. При точном решении задачи необходимо располагать стохастической матрицей ||||. Этой матрицей обычно не располагают, поэтому задача решается приближенно. Указанную вероятность можно выразить через среднюю вероятность правильного приема и ошибочного приема установленных логических форм речи. Здесь разборчивость измеряется в процентах и в соответствии с установленной логической формой речи может быть словесной, слоговой или фонемной. С учетом этого имеем

(1.3)

Подставив (1.2) и (1.3) в (1.1), получим:

. (1.4)

Далее можно определить нормированное среднее (относительно ) количество информации по формуле:

. (1.5)

Из формулы (1.5) на основе (1.4) строится график (рис.1) зависимости разборчивости логических форм речи от нормированного среднего количества смысловой информации , принятой человеком.

 Зависимость разборчивости -19

Рис.1. Зависимость разборчивости Рис.2. Зависимость коэффициента

от нормированного среднего количества восприятия от отношения сигнал/ информации виртуальный шум

При использовании разборчивости в качестве основного параметра оценки эффективности защиты аудиоинформации существует довольно серьезная проблема, связанная с тем, что даже при условии нулевой разборчивости в криптограммах может присутствовать избыточность, что оказывает негативное влияние на эффективность защиты аудиоинформации.

Проведенные исследования показали, что одним из путей решения данной проблемы является виртуализация представления процесса защиты аудиоинформации, предусматривающая введение понятия виртуального шума скремблирования, определяемого как , где – сообщение; – криптограмма.

С этих позиций избыточность ансамбля аудиосообщений X, присутствующая в ансамбле соответствующих им криптограмм Y, может быть представлена в виде

. (1.6)

Учитывая, что , преобразуем (1.6) к виду

(1.7)

Для коэффициента избыточности находим

(1.8)

где

. (1.9)

Нормированное среднее количество информации для речевых сообщений может быть определено путем подхода, предложенного в [14], как

; (1.10)

, (1.11)

где W – разборчивость; M – количество логических элементов сообщений в выборочном пространстве ансамбля X.

Выражения (1.3) – (1.11) определяют алгоритм оценки эффективности защиты аудиоинформации на основе комплексного определения разборчивости и избыточности:

  1. Расчет отношения сигнал/виртуальный шум на средних частотах fi спектральных каналов с равным средним количеством информации: 0,1; 0,22; 0,32; 0,41; 0,475; 0,55; 0,65; 0,77; 0,88; 0,99; 1,43; 1,85; 2,24; 2,45; 3,23; 3,72; 4,22; 4,76; 5,60; 6,65 (кГц).
  2. Определение коэффициента восприятия для каждого спектрального канала по графику зависимости на рис. 2.
  3. Расчет по формуле (1.1) среднего количества информации логического элемента аудиосообщения.
  4. Определение с помощью зависимостей (1.3) – (1.5) разборчивости логического элемента аудиосообщения.
  5. Определение на основании зависимостей (1.6) –(1.11) избыточности логического элемента аудиосообщения.

Таким образом, на основе исследований во второй главе:

1. Открыта закономерность остаточной избыточности при значениях разборчивости, стремящихся к нулю.

2. Разработан алгоритм оценки эффективности скремблирования, впервые позволяющий определять числовые значения разборчивости и избыточности.

3. На основе программной реализации алгоритма создана принципиально новая система оценки эффективности защиты скремблирования, которая впервые открывает возможность одновременного количественного определения избыточности и разборчивости криптограмм, формируемых в результате скремблирования.

В третьей главе проведен анализ эффективности защиты аудиоинформации на основе определения идентичности виртуальных вербальных образов.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.