Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій
Рибальський Олег Володимирович
УДК 621.317.799. 297 + 681.849
ОСНОВИ теорії ВИЯВЛЕННЯ СЛІДІВ ЦИФРОВОЇ
ОБРОБКИ фонограм
Спеціальність 05.13.21 системи захисту інформації
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Київ 2005
Дисертацією є рукопис
Організація, де виконана робота Національна академія внутрішніх справ України
Науковий консультант доктор технічних наук, професор Геранін Всеволод Олександрович, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", професор
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник,
Єрохін Віктор Федорович,
начальник управління в/ч А 1906
доктор технічних наук, професор
Конахович Георгій Филимонович,
Національний авіаційний університет України,
декан факультету телекомунікацій та захисту інформації
доктор технічних наук, професор,
Мохор Володимир Володимирович,
Національний технічний університет України "КПІ", Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації, спеціальний факультет СБ України, завідувач кафедри № 3
Провідна установа Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, відділ цифрових моделюючих систем, м. Київ
Захист відбудеться "21" жовтня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради СРД 26.861.02 Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, м. Київ, вул. Соломянська, 7.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій.
Автореферат розісланий "27" липня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради СРД 26.861.02 О.В. Бушма
Загальна ХАРАКТЕРИСТИКА роботи
Актуальність теми. Право на неупереджене правосуддя один з чинників прав людини, пріоритет яких записаний у Конституції України та повинен забезпечуватися на всіх рівнях державної влади.
Неупереджене правосуддя у свою чергу будується на розгляді й оцінюванні доказів у суді. Отже, якщо надані у вигляді фонограм докази є змонтованими, а суд нездатний оцінити цій факт через неможливість його виявлення засобами експертизи, то порушується право людини на неупереджене правосуддя, тобто не забезпечується виконання функціональних обов'язків держави перед громадянином. Це порушення відбувається в разі незабезпечення належного захисту правоохоронних органів від дезінформації, що надається у такому випадку до експертизи та суду, у вигляді змонтованих фонограм. Захист від дезінформації входить до комплексу наук, які забезпечують інформаційну безпеку. При монтажі фонограм відбувається спотворення інформації (тобто порушення її цілісності), що міститься у них, під час їх реєстрації та зберігання.
Не менш важливим аспектом інформаційної безпеки є захист людини від спрямованих на її свідомість інформаційних впливів. Вони становлять особливу загрозу, адже, з урахуванням можливостей сучасних інформаційних технологій, можуть використовуватися для впливання на великі маси людей.
Зрозуміло, що існують й інші аспекти захисту прав людини, які відносяться до інформаційної безпеки держави та базуються на використанні сучасних інформаційних технологій, наприклад, захист персональних даних про особу.
Але у даній роботі ми обмежилися розглядом одного з аспектів захисту інформації, системами захисту від загроз цілісності інформації, що міститься у сигналограмах. Ці загрози можуть бути реалізовані шляхом застосування несанкціонованих зовнішніх втручань у сигналограми із використанням цифрових технологій. Таким чином, робота присвячена створенню систем захисту від дезінформації, наданої на сигналограмах або в правоохоронні органи, як доказовий матеріал, або широкій громадськості, як компрометуючі відеофонодокументи.
Виконана в дисертації розробка основ теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм містить у собі також розробку методів та устаткування для їх перевірки, адекватних засобам їхнього спотворення й обробки. Виявлення слідів подібних маніпуляцій пов'язано зі створенням методів і засобів захисту інформації при її реєстрації, збереженні та обробці, й моделюванням процесів нападу на інформацію, що зберігається на оригінальних фонограмах, тобто підпадає під дію п. 1,2 та 8 паспорту спеціальності 05.13.21 Системи захисту інформації.
Використання цифрової обробки при монтажі фонограм, з урахуванням можливостей сучасних інформаційних технологій, являє суттєву загрозу інформаційній безпеці. Ця загроза виникла завдяки наявності багатьох об'єктивних факторів.
Основний з них повна відсутність в експертних підрозділах правоохоронних органів методів і засобів гарантованого виявлення у фонограмах слідів монтажу, виконаного з застосуванням цифрових технологій.
Наявність цього чинника, за умови легкості придбання різних програм цифрової обробки звукових сигналів та широкого впровадження цифрової апаратури запису аналогових сигналів (ЦАЗАС), ставило під сумнів можливість подальшого використання фонограм як доказового матеріалу.
Маючи безсумнівні переваги, ЦАЗАС, у процесі удосконалення її технології та зниження вартості, у найближчому майбутньому витисне з ринку аналогову апаратуру магнітного запису (ААМЗ).
Разом з тим існує протиріччя між відсутністю методик та апаратури (а, отже, й можливістю) для перевірки автентичності цифрових фонограм при проведенні експертизи, та все значнішими масштабами використання цифрової апаратури звукозапису.
Наслідком цього протиріччя стала відмова експертних підрозділів більшості країн світу від визнання цифрових фонограм експертним матеріалом, у зв'язку з відсутністю методів та устаткування для перевірки їх автентичності.
Отже, було необхідно терміново вирішити протиріччя, що склалося у звязку з відсутністю методів та засобів перевірки автентичності цифрових сигналограм, відповідних існуючому технічному рівню загроз порушення цілісності інформації, яку вони містять.
В той же час, зростає ймовірність перезапису записаних і змонтованих у цифровій формі фонограм на ААМЗ. У такому фальсифікаті сліди цифрової обробки замасковані у власних шумах аналогової фонограми (АФ), і вони не виявляються традиційними методами експертизи. Тому також виникло протиріччя неадекватності наявних методів та засобів перевірки автентичності аналогових сигналограм існуючому технічному рівню загроз порушення цілісності інформації, яку вони містять.
Таким чином, було необхідно вирішити актуальнупроблему виявлення слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, що порушують цілісність інформації, яка міститься у сигналограмах, що перевіряються.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. З початку 2000 р. дослідження зі створення нових методів та устаткування проведення експертиз, що проводяться в Національній академії внутрішніх справ України (НАВСУ), були спрямовані в даному напрямку. Роботи проводилися під безпосереднім науковим і технічним керівництвом здобувача. У 2001 р. на підставі попередніх досліджень у Львівському НДІ судових експертиз Міністерством Юстиції України поставлена НДР "Розробка методичних основ та рекомендацій встановлення ознак оригінальності, достовірності магнітних фонограм та ідентифікації АМЗ за паразитними параметрами" (УДК 343.148 + 681.73 номер державної реєстрації 0195U005666), де здобувач є одним з відповідальних виконавців. За етапами виконання НДР захищені проміжні звіти. Робота завершується у 2005 р. У зв'язку з доповідями, зробленими нами на ряді засідань секції фоноскопії України, конференціях і семінарах, і передачею розроблених методик і засобів у всі НДІ судових експертиз нашої країни для їхнього впровадження, у 2004 р. Міністерством Юстиції України поставлена НДР "Розробка наукових та методичних основ виявлення слідів цифрової обробки аналогових та цифрових фонограм" (УДК 343.148: +681.73+801.009 номер державної реєстрації 0104U003514), де автор є науковим керівником. У роботі беруть участь Львівський, Київський та Одеський НДІ судових експертиз і НАВСУ. Також роботи цього напрямку проводяться в рамках "Програми розвитку матеріально-технічного, наукового та ресурсного забезпечення ОВС України" (додаток 9, п. 22 здобувач є науковим керівником розробки).
Мета досліджень:
1. Вирішити проблему виявлення слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, що порушують цілісність інформації, яка міститься у сигналограмах, що перевіряються, та розробити на цій теоретичній базі методи й засоби контролю автентичності фонограм.
Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити ряд задач.
Задачі досліджень:
1. Показати факт неможливості гарантованого виявлення слідів цифрової обробки фонограм існуючими методами.
. Висунути та обґрунтувати необхідні тези, концепцію та гіпотези, встановити джерела й основні закономірності виникнення й прояву слідів цифрової обробки сигналограм та інформативні ознаки, придатні для їх виявлення.
Для цього провести аналіз конструктивних особливостей цифрової апаратури запису аналогових сигналів та процесу цифрової обробки сигналограм при зовнішніх втручаннях з використанням цифрових технологій. Визначити основні джерела та механізм виникнення слідів цифрової обробки у фонограмах. На базі проведеного аналізу обґрунтувати запропоновані тези, концепцію та гіпотези, встановити основні закономірності й визначити інформативні ознаки слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм.
. Обґрунтувати придатність та достатність обраних інформативних ознак для проведення експертних досліджень аналогових і цифрових фонограм.
. Обрати та застосувати математичний апарат, що дозволяє розробити методи і засоби виділення із сигналів, що містяться у фонограмах, інформативних ознак цифрової обробки. Розробити методи і засоби виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм та перевірити достатність їх роздільної здатності за амплітудою та частотою.
. Експериментально перевірити достовірність отриманих результатів дослідження та методів вирішення досліджуваної проблеми.
. Впровадити в експертну практику розроблені методи та засоби контролю автентичності фонограм.
Методи досягнення поставленої мети та рішення поставлених задач. При дослідженнях був застосований системний підхід до процесу цифрової обробки фонограм. При цьому, для визначення інформативних ознак і джерел їх виникнення, був використаний метод декомпозиції розглянутих систем обробки інформації, що складаються, як мінімум, із двох цифрових пристроїв (наприклад, ЦАЗАС і ПЕОМ). Застосовувалося аналітичне моделювання процесів, що відбуваються при фальсифікації фонограм. Моделі будувалися для різних варіантів операцій, що використовуються при цифровій обробці фонограм. При моделюванні використовувався математичний апарат дискретного в часі перетворення Фур'є, теорії ймовірностей, короткочасного часо-частотного аналізу, у тому числі мікрохвилькового (вейвлет) аналізу, що є частковим випадком короткочасного перетворення Фур'є.
При експериментальному підтвердженні придатності методів мікрохвилькового аналізу для виявлення інформативних ознак цифрової обробки фонограм застосовувалися методи математичного моделювання в ПЕОМ спотворень форми сигналів.
Виходячи з поставлених мети та задач, об'єктом дисертаційного дослідження є процеси, що відбуваються при цифровій обробці аналогових та цифрових сигналограм.
Предметомдисертаційного дослідження є процеси, що відбуваються при цифровій обробці сигналограм, їх прояви у сигналах у вигляді слідів такої обробки, джерела та механізм виникнення таких слідів та їх інформативні ознаки, а також методи й засоби для їхнього виявлення, що використовуються при проведенні експертизи автентичності аналогових і цифрових фонограм.
У процесі досліджень були проведені:
- розгляд сучасного стану проблеми;
- класифікація існуючої ЦАЗАС, розгляд особливостей схемно-конструктивної побудови її різних видів та аналіз спотворень, що зазнають сигнали при їх передаванні такою апаратурою;
- висунення тез, концепції та гіпотез, покладених в основу досліджень;
- аналіз типів аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів (АЦП і ЦАП відповідно), що використовуються у ЦАЗАС та апаратурі обробки сигналів, аналіз спотворень сигналів, які вони зазнають у процесі перетворень, та вибір серед них тих, що можуть бути використані для виявлення слідів ЦО;
- аналіз можливих методів підробки фонограм, у тому числі аналіз і моделювання можливих дій висококласного фахівця з обробки сигналів при виготовленні фальсифікату з використанням ЦО фонограм;
- на основі проведеного аналізу обґрунтовано прийняті тези та концепцію й висунуто та обґрунтовано гіпотези, визначено джерела та механізм утворення інформативних ознак цифрової обробки фонограм;
- встановлена закономірність й обрані стійкі інформативні ознаки, що можуть використовуватися при проведенні експертних досліджень фонограм;
- обрано математичний апарат, що дозволяє реалізувати методи та засоби виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм;
- розроблені методи та засоби виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм;
- проведена експериментальна перевірка достовірності отриманих результатів досліджень.
Новизна отриманих результатів:
Науково обґрунтовано можливість гарантованого виявлення при перевірці автентичності сигналограм слідів зовнішніх втручань, виконаних в них з використанням цифрових технологій. При цьому:
1. Показано, що методи та засоби, що використовуються в сучасній експертній практиці, не здатні гарантовано виявляти сліди цифрової обробки аналогових і цифрових сигналограм.
2. Вперше створені основи теорії виявлення у сигналограмах слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, в тому числі слідів цифрової обробки фонограм, у межах якої запропоновано та обґрунтовано ряд гіпотез, на основі яких визначені джерела та механізм виникнення слідів зовнішніх втручань при цифровій обробці сигналограм, показана неминучість їх виникнення й аналітично встановлена і експериментально підтверджена закономірність неминучого збільшення кількості спотворень форми та спектральних компонент, які виділяються з сигналів, відтворених з обробленої у цифровій формі сигналограми, відносно кількості цих спотворень й компонент, які виділяються з аналогічних сигналів, відтворених з сигналограми, що не піддавалася такій обробці.
. Ця закономірність прийнята як інформативна ознака слідів цифрової обробки сигналограм.
. Визначена неможливість технічної реалізації засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектру оброблених сигналів, що містяться у фонограмі, при використанні часо-частотного аналізатора, побудованого на класичному короткочасному перетворенні Фурє.
. Визначена можливість технічної реалізації засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектру оброблених сигналів, що містяться у фонограмі, за допомогою мікрохвилькового часо-частотного аналізу. Зясована доцільність використання для розвязання цієї задачі комплексної функції Морле.
6. Вперше розроблено метод перевірки автентичності сигналограм, заснований на виявлені слідів цифрової обробки шляхом порівняння еквівалентів спектрограм, отриманих з вейвлет-портретів стаціонарних сигналів, що виділяються з інформації, яка міститься у зразковій сигналограмі та сигналограмі, що перевіряється.
Практична значимість роботи полягає в тому, що науково обґрунтовано систему виявлення слідів цифрової обробки фонограм, а на цій базі розроблений та апробований апаратно-програмний комплекс, призначений для виявлення слідів цифрової обробки цифрових і аналогових фонограм. Таким чином, експертні підрозділи нашої країни першими отримали метод і засоби достовірної перевірки автентичності фонограм, адекватні способам їх обробки та спотворення, а розробники нових методів і апаратури теоретичні основи створення таких систем, що відкриває нові шляхи їх подальшого удосконалення.
Комплекс впроваджений в експертній групі Національної академії внутрішніх справ України, Київському, Львівському й Одеському НДІ судових експертиз і з його допомогою проведено 29 експертиз по виявленню слідів цифрової обробки фонограм й у 10 випадках такі сліди виявлені у фонограмах, що надавалися на експертизу.
Результати дисертаційного дослідження також впроваджені у навчальний процес НАВСУ за навчальною дисципліною "Інформаційна безпека правоохоронних органів" та у навчальний процес Інституту захисту інформації Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій за навчальною дисципліною "Методи та засоби захисту інформації".
Апробація результатів дисертації.Результати проведених досліджень доповідалися на 11 конференціях і семінарах, у тому числі міжнародних. Серед них: Науково-практична конференція “Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів “ЛЕОТЕСТ-2000” (м. Славське, Львівської обл.). Київ-Львів: НАНУ, 2000; Науково-практична конференція “Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів “ЛЕОТЕСТ-2001” (м. Славське, Львівської обл.). Київ-Львів: НАНУ, 2001; Науково-практичний семінар "Нові напрямки криміналістичних досліджень у практиці судової експертизи". К.: Міністерство юстиції України, Міністерство юстиції Азербайджану, 2001; Міжвідомчий науково-практичний семінар "Проблеми використання спеціальної техніки: навчальний процес, зв'язок науки та практики". К.: НАВСУ, 2002; Міжвідомчий науково-практичний семінар "Інформаційна безпека правоохоронних органів". К.: НАВСУ, 2002; Міжвідомча науково-практична конференція "Взаємодія слідчих та експертів у процесі боротьби зі злочинністю: проблеми та шляхи її подолання". Львів: ЛІВС при НАВСУ, 2003; Міжнар. наук.-практ. семін. "Сучасні технології в судовій акустиці". К.: НАВСУ, 2003; ХІІ Международная научная конференция "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов". М.: Академия управления МВД России, 2003; Міжвідомчий міжрегіональний семінар Наукової Ради НАН України "Технічні засоби захисту інформації". К., 2003; Міжвідомчий міжрегіональний семінар Наукової Ради НАН України "Технічні засоби захисту інформації". К., 2004; Міжнародна науково-практична конференція "Спеціальна техніка у правоохоронній діяльності". К.: НАВСУ, 2004.
Публікації. Результати проведених досліджень наведено в 31 статті, 20 з яких опубліковані в спеціальних виданнях, що входять до переліку наукових видань, в яких можуть публікуватися основні результати дисертаційних робіт, затвердженого ВАК України, двох монографіях, одному курсі лекцій, двох навчальних посібниках і матеріалах й тезах 5 конференцій та семінарів, у тому числі міжнародних. Знайдені в процесі виконання роботи технічні рішення визнані винаходами і на них отримані 4 довгострокових патенти України, а також свідоцтво на авторські права.
З робіт, написаних у співавторстві, особисто здобувачем виконано:
у монографії [1], написаній в співавторстві частина 2 (технічні методи перевірки автентичності фонограм) с. (із с. 86 до с. 300), а співавтору, Жарікову Ю.Ф., належить юридична розробка проблеми (із с. 12 до с. 85);
у статті, написаній у співавторстві з Жаріковим Ю.Ф. [7], всі технічні рішення належать здобувачу (співавтору належить юридична розробка проблеми);
у доповідях на конференціях, (і їх тезах) зроблених у співавторстві з Жаріковим Ю.Ф., Орловим Ю.Ю., Харабугою Ю.С., Шаблею О.М. і Струком І.О., всі технічні рішення належать здобувачу (співавторам належить юридична розробка проблеми);
у статтях, написаних у співавторстві з Мовчан Т.В., а також Писаренко Л.Д. і Путіловим Ю.В. [6,8,9] основні науково-технічні ідеї, пов'язані з визначенням інформативних ознак ЦО фонограм і методами їх виявлення, належать здобувачу (співавторам належить розробка деяких аспектів математичної обробки сигналів при експертизі);
у статті, написаній у співавторстві з Богдановим О.М. і Гераніним В.О. [17], здобувачу належать ідеї, зв'язані з операціями, що виконуються фальсифікатором при виготовленні підробленої фонограми, та виведення формули для дискретизованого сигналу при його обробці, тобто аналітичне моделювання даної операції;
у статті, написаній у співавторстві з Богдановим О.М. та Хахановським В.Г. [22], здобувачу належать ідея можливості зняття зразкової фонограми на місці розміщення апаратури запису;
у статті, написаній у співавторстві з Тимко Є.В. та Усковим К.Ю. [15], здобувачу належать ідеї, що відносяться до класифікації засобів цифрового запису аналогових сигналів, операцій, що можуть бути застосовані при виготовленні фальсифікату, та їх математичному моделюванню;
у статті, написаній у співавторстві з Блізниковим С.О, Мислинським А.В., Брягіним О.В. [23] здобувачу належать ідеї методики проведення досліджень фонограм, отриманих оперативним шляхом;
у патентах України на винаходи [25,26,27,28] основні ідеї, що складають предмет винаходу, належать здобувачу, а у авторському свідоцтві [29] ідея створення та методика застосування програми "Академія".
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку літературних джерел та сімох додатків.
У вступі та першому розділі визначено актуальність досліджуваної проблеми, обєкт, предмет, мета та задачі дослідження, розглянуто особливості термінології, що використовується при експертизі автентичності фонограм, зроблено огляд стану досліджуваної проблеми, визначено вибір напрямків і методів дослідження.
В другому розділі проведене теоретичне дослідження процесів, що відбуваються при цифровій обробці фонограм. Прийняті вихідні тези, прийнята концепція технології цифрової обробки фонограм, висунуто й обґрунтовано необхідні гіпотези, винайдено основну закономірність, що виникає при цифровій обробці фонограм. Обрано математичний апарат і проведена аналітична перевірка його придатності для розвязання задач виявлення слідів ЦО у фонограмах.
У третьому розділі визначені основні положення побудови методів і засобів проведення діагностичних досліджень фонограм, щореалізують теоретичні положення дисертації. Розроблено метод проведення експертизи.
У четвертому розділі розроблена методика проведення та наведені результати експериментальної перевірки достовірності результатів, отриманих при проведенні теоретичного аналізу, та придатності розроблених методів і засобів для виявлення слідів цифрової обробки фонограм при проведенні експертиз їх автентичності.
У списку літератури приведений перелік літературних джерел, на які є посилання в тексті дисертації.
У додатках надаються програми моделювання немонотонності статичної характеристики квантувача рівня, програми перетворень форматів представлення інформації при проведенні експериментальних досліджень у програмі MatLab, виведення основних формул, що визначають концепцію дисертації, результати попередніх експериментальних досліджень, проведених у програмі MatLab, методика проведення експертних досліджень фонограм з використанням програми "Академія", розробленої на підставі представленої на захист теорії, та акти впровадження.
Повний обсяг основного тексту дисертації складає 298 сторінок, в основному тексті є 154 ілюстрації, 4 таблиці та посилання на 124 літературних джерела.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
В першому розділі дисертаційного дослідження, який складається з чотирьох підрозділів та висновків, оглянуто стан проблеми, що досліджується. Обрано напрямки досліджень та розроблена методологія проведення цих досліджень. Класифіковано різні види фальсифікатів фонограм, та показано, що методи та устаткування, які використовуються у широкій експертній практиці, не здатні гарантовано виявити сліди обробки АФ, якщо така обробка провадилася за сучасними технологіями. Єдиними методами, що дозволяють виявляти монтаж АФ (за винятком слідів ЦО), є методи, які побудовані на використанні паразитних параметрів ААМЗ як ідентифікаційних ознак. Доведено, що ймовірність співпадіння таких ознак для двох магнітофонів з однією конструкцією ведучого вузла не перевищує значення 15,3·10-9. Розглянуто термінологічні особливості, що застосовуються у судово-акустичній експертизі, та запропоновано використання нового визначення терміну "цифровий монтаж". Також запропоновано при складанні постанов на проведення експертиз та в експертних дослідженнях користуватися термінами "дійсність" та "сліди обробки", які більше відповідають тим маніпуляціям, що проводяться з фонограмами в разі їх обробки.
У висновках до першого розділу зазначено, що:
1. Показано, що в експертній практиці відсутні методи і засоби, здатні гарантовано виявляти сліди цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм при перевірці їх автентичності. Трасологічні, топологічні та топографічні методи аналізу дійсності фонограм, що використовуються в експертній практиці нашої та інших країн, не забезпечують виявлення слідів монтажу, виконаного з використанням інформаційних технологій. Розроблені нами раніше методи і засоби експертних досліджень оригінальності та дійсності АФ, забезпечують виявлення всіх видів монтажу таких фонограм, за винятком слідів цифрової обробки.
. Відсутність порушень безперервності й інших слідів "традиційних" методів монтажу, з появою та широким впровадженням в усі області людської діяльності цифрової апаратури звукозапису, а також методів і засобів цифрової обробки сигналів на базі ПЕОМ, не є доказом дійсності фонограми.
. Відсутність методів та устаткування для контролю дійсності цифрових фонограм (а також контролю наявності слідів цифрової обробки в аналогових фонограмах) викликало необхідність їх негайної розробки, оскільки ставило під загрозу можливість подальшого використання фонограм як доказового матеріалу й являло суттєву загрозу інформаційній безпеці України.
4. Методи захисту спецапаратури, що запропоновані російськими вченими, та побудовані на застосуванні пілот-сигналу, здатні вирішити лише часткову задачу та не вирішують проблему в цілому.
5. Методи та устаткування, що дають вирішення проблеми, могли бути створені лише шляхом теоретичного й експериментального дослідження тонких процесів, що відбуваються при цифровій обробці та перезапису фонограм.
. Запропоновано методику проведення досліджень. Вона передбачає прийняття двох тез, концепції та гіпотез і встановлення закономірностей, що виникають при монтажі та копіюванні сигналограм цифровими способами, системний підхід до розгляду процесів, що відбуваються, з використанням методу декомпозиції. Така методика дозволить зясувати джерела та механізм виникнення слідів цифрової обробки й їх інформативні ознаки. У результаті розробити методи й апаратуру виявлення слідів цифрової обробки фонограм при перевірці їх автентичності.
. Положення та закономірності, знайдені в процесі теоретичних досліджень, повинні бути перевірені експериментально, що підтвердить їх достовірність.
У другому розділі дисертаційного дослідження, який складається з 13 підрозділів та висновків, проведено теоретичні дослідження процесів, що відбуваються при цифровому монтажу сигналограм.
Спочатку проведено класифікацію різних видів ЦАЗАС і розглянуто конструктивні особливості та режими роботи, характерні для різних видів такої апаратури. Показано, що технічні характеристики ЦАЗАС значно перевищують параметри найкращої ААМЗ. Ця обставина вимагає нового підходу для вирішення задачі перевірки дійсності фонограм, записаних на подібних пристроях звукозапису.
В результаті проведеного аналізу були отримані наступні висновки:
в апаратурі використовуються надвеликі мікросхеми, внаслідок чого аналіз сигналів всередині апарату неможливий;
самі сигнали являють собою цифрові послідовності, перетворені, з урахуванням вимог вірогідності передавання цифрової інформації в апаратурі запису-відтворення, у різні коди, аналіз яких, без знання повної схеми таких апаратів, неможливий. А з огляду на розмаїтість використовуваних алгоритмів стиснення інформації в різних моделях такої апаратури, аналіз цифрових сигналів, що циркулюють всередині таких пристроїв, просто недоцільний, адже застосування такого аналізу вимагало би розробки окремих методів експертизи для кожної моделі апаратури.
На підставі отриманих висновків висунута гіпотеза 1 доцільності використання для дослідження автентичності цифрових сигналограм сигналів, що присутні на аналоговому виході цифрової апаратури запису аналогових сигналів. Ці сигнали завжди доступні для експерта.
Ця гіпотеза припускала, що ознаки слідів цифрової обробки можуть виявлятися у вихідних аналогових сигналах у вигляді спотворень їх форми і, як наслідок, спектра, що повинні виникати при цифровій обробці. Таким чином, була запропонована гіпотеза 2 прояву слідів цифрової обробки у вигляді спотворень форми і спектра аналогових сигналів, отриманих при відтворенні підробленої або скопійованої цифрової сигналограми на аналоговому виході цифрової апаратури звукозапису.
Аналіз конструктивних особливостей ЦАЗАС показав, що всі види таких апаратів обовязково мають АЦП, ЦАП та генератор тактової частоти. Всі інші вузли та блоки у різних типах та моделях апаратів можуть або мати різне конструктивне рішення, або взагалі бути відсутніми.
Оскільки при запису та ЦО сигналів завжди відбуваються аналого-цифрове (АЦ) і цифро-аналогове (ЦА) перетворення, які містять у собі процеси дискретизації у часі та квантування за рівнем сигналів, що перетворюються, необхідно було зясувати, чи можливо використати спотворення, обумовлені цими процесами, при експертизі фонограм.
Тому спочатку були розглянуті особливості різних типів АЦП і ЦАП та встановлено, що у високоякісних ЦАЗАС та звукових картах ПЕОМ використовуються АПЦ порозрядного урівноваження, в які обовязково входять ЦАП. Потім були проаналізовані похибки АЦ та ЦА перетворень. Серед цих похибок було виділено два типи статичних похибок немонотонність та диференційна нелінійність статичної характеристики (СХ) квантувача рівня (КР), які можуть бути використані при експертизі. Ці похибки є наслідком технологічних дефектів виготовлення КР та завжди мають місце у АЦП і ЦАП.
Були розглянуті та проаналізовані можливі варіанти дій фальсифікатора при виготовленні підробленої фонограми. На цій базі була прийнята концепція необхідності застосування мінімум двох різних цифрових пристроїв для реалізації зовнішніх втручань та модифікації інформації, що міститься у цифровій сигналограмі.
На цій основі прийнята та доведена теза мізерності ймовірності збігу розміщення на СХ двох різних КР пристроїв, що беруть участь у процесі обробки сигналограми, рівнів квантування з однаковими технологічними дефектами. При доведенні цієї тези було показано, що ймовірність збігання розміщення таких рівнів на СХ двох різних 16-розрядних КР не перевищує значення 2,3·10-10.
Наявність такого дефекту на визначеному рівні квантування призводить до спотворення форми аналогового сигналу (АС) у виді сплеску, тривалість якого визначається кроком квантування. Рівень такого сплеску не перевищує величини двох рівнів квантування.
Потім була розглянута загальна аналітична модель виникнення спотворень АС при їх дискретизації та квантуванні та показано, що при таких процесах неодмінно спотворюється їх форма та, відповідно, спектр. При цьому потрібно розділяти спотворення спектру, що відбуваються за рахунок дискретизації в часі з тими, що відбуваються при квантуванні за рівнем, оскільки вони мають різне походження та частотний склад.
На базі прийнятої концепції технології обробки сигналограми була прийнята теза 2 мізерності ймовірності збігу частот дискретизації пристроїв, що беруть участь у процесі цифрової обробки сигналограми. Ця теза також була доведена та показано, що ймовірність збігу частот дискретизації (ЧД) не перевищує значення 4·10-11 для обраного кроку дійсного значення частоти 0,001 Гц.
Для зясування впливу операцій дискретизації на сигнали, розглянуто різні варіанти вводу первинних ЦФ у ПЕОМ для обробки, та виводу оброблених фонограм з ПЕОМ при перезапису на ААМЗ або ЦАЗАС. Зясовано, що при цьому можливі дві основні версії: цифровий або аналоговий ввод/вивід інформації. Інші варіанти вводу/виводу є похідними від цих двох. Для зясування спотворень, що зазнають сигнали при таких діях фальсифікатора, проведено аналітичне моделювання, яким охоплено ці можливі варіанти вводу/виводу фонограм при обробці. При цьому досліджувалися лише спотворення, які зазнають сигнали при їх дискретизації під час обробки, оскільки спотворення, що визначаються процесом квантування за рівнем, мають інше джерело та сталий характер.
В результаті розгляду моделей було зясовано, що за рахунок багатократної дискретизації при аналоговому вводі/виводі фонограми, у спектрі сигналів, що виділяються з обробленої фонограми, зявляються додаткові частотні складові відносно частотного складу сигналів, виділених з фонограми, яка не піддавалася обробці. При цифровому вводі/виводі відбувається зміщення частоти обробленого сигналу та додаткових частотних складових на осі частот відносно їх розташування на осі частот для сигналів, що не оброблялися. Це видно з моделей аналогового та цифрового вводу/виводу.
Так, наприклад, розглянуто модель процесів, що відбуваються при обробці ЦФ у випадку її вводу в ПЕОМ в аналоговій формі. При побудові моделі прийнято припущення щодо ідеальності технологічного виконання всіх пристроїв передавання та перетворення інформації, оскільки, спотворення, що додаються ними у сигнали, не мають відношення до процесу дискретизації. Розглядається, як найгірший, варіант втрати ознак первинної фонограми у ПЕОМ під час її обробки, що може відбутися, якщо введена фонограма використовується для отримання зразка мови обєкту наступної фальсифікації. При цьому сам фальсифікат синтезується з отриманих зразків мови у компютері.
Приймаємо АС на вході ЦАЗАС
s(t) =Am cos щt.
Тоді сигнал на виході дискретизатора АЦП ЦАЗАС можна записати, використовуючи функцію rect, як
, (1)
де
n номер відліку (вибірки) сигналу на виході ЦАЗАС,
Ткрок дискретизації АС в ЦАЗАС,
Amамплітуда,
Д тривалість імпульсу вибірки в ЦАЗАС.
При цьому враховується, що при дискретизації запамятовується значення сигналу в момент дії переднього фронту імпульсу вибірки тривалістю Д, тобто використовується амплітудно-імпульсна модуляція другого роду АІМ-2. Але при відтворенні сигналів через ЦАП тривалість імпульсу, що діє на його входах, дорівнює тривалості кроку дискретизації, тобто Д= Т.
Тому спектр сигналу, що не оброблявся, на виході ЦАП запишеться як
, (2)
де
щД1 частота дискретизації в системі аналого-цифро-аналогового перетворення (АЦАП) ЦАЗАС,
.
На виході АЦП ПЕОМ сигнал приймає вигляд
, (3)
де
Т крок дискретизації в ПЕОМ,
nномер відліку (вибірки) в АЦП ПЕОМ,
Д тривалість імпульсу вибірки в ПЕОМ.
У розглянутій моделі припускалося, що після запису на жорсткий диск ПЕОМ всі ознаки перезапису сигналів з ЦАЗАС на ПЕОМ було втрачено, тобто обирався найгірший варіант проходження сигналів.
З записаних сигналів синтезується вихідна фальсифікована фонограма, яка через аналоговий вихід ПЕОМ переписується на ЦАЗАС.
Відтоді сигнал на виході ЦАП ПЕОМ запишіться, як
. (4)
Але при перезапису в ЦАЗАС цей сигнал буде піддано перетворенню в її системі АЦАП. Сигнал s(t)записується на носій та при відтворенні надходить на ЦАП ЦАЗАС. Вважаємо, що цей сигнал передається у ЦАЗАС без спотворень, але він надходить на ЦАП з кроком дискретизації Т при кількості вибірок n.
Тому на виході ЦАЗАС буде присутній сигнал
. (5)
Спектр цього сигналу визначатиметься як пряме перетворення Фурє (5), тобто
, (6)
де
оператор прямого перетворення Фурє відповідних сигналів,
щД2 ЧД в АЦАП ПЕОМ.
З аналізу рівнянь (2) та (6) видно, що в спектрі обробленого сигналу зявляються нові спектральні компоненти.
Розглянуто також моделі вводу/виводу фонограм при аналоговому та цифровому мікшуванні, як варіантів ЦО фонограм. Проведено моделювання дій гіпотетичного висококваліфікованого фальсифікатора та зясовано, що при монтажу фонограм неможливо обійти операцію компіляції з окремих фрагментів заданої послідовності.
На моделі вводу ЦФ у цифровій формі у ПЕОМ для створення підробленої фонограми методом компіляції окремих фрагментів, вилучених з різних, або, навіть з однієї фонограми, та виведення вихідної скомпільованої фонограми на ЦАЗАС у цифровій формі, показано, що спектр обробленого таким способом сигналу змінюється. При цьому не має значення, за допомогою яких методів та редакторів провадилася обробка адже сама операція стробіювання фрагменту фонограми для його вирізання еквівалентна множенню цього фрагменту на сигнал, який можна записати як
, (7)
де
ДВ тривалість фрагменту, що вирізається.
Припустимо, що у первинну ЦФ записувався сигнал s(t) =Am cos щt. Цей сигнал був оцифрований та записаний у ЦАЗАС. Сигнал, який не оброблявся, при його відтворенні на аналоговому виході ЦАЗАС запишіться у відповідності до (1), а його спектр у відповідності до (2). Цей сигнал було введено у цифровій формі у ПЕОМ. Потім, за допомогою спеціального редактору, з цього сигналу було вирізано ділянку довжиною Δ, та переставлено на іншу позицію в редакторі. Отриманий таким чином фальсифікат перенесено у цифровій формі на той же звукозаписувальний пристрій, на якому була записана первинна фонограма.
Але сигнал, отриманий за рахунок операції стробіювання частини вибірок, необхідно записати, як
, (8)
де
ДВ тривалість вирізаної ділянки сигналу (Д>T).
Спектр цього сигналу можна отримати, діючи оператором прямого перетворення Фурє на обидві частини рівняння (8).
.(9)
Порівняння спектрів сигналів (2) та (9) свідчить про появу у спектрі обробленого сигналу (9) додаткових спектральних компонент, відносно спектра сигналу (2).
Таким чином, була прийнята гіпотеза 3, що у спектрі обробленого в цифровій формі аналогового сигналу, при використанні для монтажу сигналограми операції стробіювання фрагментів із метою їх наступної компіляції, з'являються спотворення, обумовлені впливом сигналу стробіювання.
В разі використання мікшера на базі ПЕОМ для мікшування в реальному масштабі часу аналогових сигналів, записаних на двох різних ЦАЗАС, та перезапису обробленого сигналу через ПЕОМ на один з цих апаратів (наприклад, ЦАЗАС № 2) при умові аналогового вводу/виводу інформації, також неодмінно виникатимуть спотворення їх спектру. При аналогових сигналах s(t) =Am cos щt, на вході ЦАЗАС № 1 та s(t) =Am cos щt на вході ЦАЗАС № 2, сигнали на виходах дискретизаторів цих ЦАЗАС можна записати, як
, (10)
та
(11)
де
Т, Т крок дискретизації в ЦАЗАС №1 та № 2 відповідно,
n, n номер вибірки в ЦАЗАС №1 та № 2 відповідно,
Amамплітуда,
Д, Д тривалість імпульсу вибірки в ЦАЗАС № 1 та № 2 відповідно.
Сигнали на виходах ЦАП цих ЦАЗАС можна записати, як
(12)
та
, (13)
При цьому враховується, що при дискретизації використовується АІМ-2, а при відтворенні сигналів через ЦАП тривалість імпульсу, що діє на його входах, дорівнює кроку дискретизації, тобто Д= Т, а Д= Т.Отже, спектрисигналів, виділених з фонограм, що не оброблялися, на виходах ЦАП ЦАЗАС № 1 та № 2 визначаються, як
(14)
та
, (15)
де
F {*} оператор прямого перетворення Фурє,
, ЧД у системі АЦАП ЦАЗАС № 1 та № 2 відповідно.
Ці сигнали піддаються перетворенню в АЦП ПЕОМ і на виходах її дискретизатору вони мають вигляд
(16)
та
, (17)
де
Т крок дискретизації в АЦП ПЕОМ,
Дтривалість імпульсу вибірки АЦП ПЕОМ.
Припустимо, що оператор мікшував сигнали в такій послідовності: спочатку від фонограми, записаної на ЦАЗАС № 1, потім - від фонограми, записаної на ЦАЗАС № 2. Скомпільований сигнал, отриманий в результаті мікшування, надходить у ПЕОМ, а після перетворення в машині, запамятовуються в її ОЗП та надходять на аналоговий вихід звукової карти ПЕОМ, звідки переписуються на ЦАЗАС № 2. Його можна записати як
. (18)
Цей сигнал проходить через АЦП ЦАЗАС № 2, перетворюється в цифрову форму та записується й відтворюється на її аналоговому виході.
Скомпільований сигнал, відтворений через ЦАП ЦАЗАС № 2, слід записати як
. (19)
Його спектр визначиться, як перетворення Фурє (19)
. (20)
Зі спектрів (14), (15) та (20) видно, при мікшуванні в реальному масштабі часу за допомогою мікшеру, побудованому на базі ПЕОМ та перезапису оброблених сигналів через ПЕОМ, у обробленій фонограмі будуть міститися спектральні складові, обумовлені дією всіх перетворювань, яким піддавалися сигнали.
Взагалі було побудовано 12 аналітичних моделей, що охоплюють всі можливі варіанти дій фальсифікатора. З їх розгляду витікало, по-перше, те, що уникнути спотворень сигналів в разі їх обробки неможливо. По-друге, що вони завжди проявляються у виді спотворень форми й, відповідно, спектру оброблених сигналів. Таким чином була встановлена закономірністьнеминучого збільшення числа спотворень форми та спектральних компонент, виділених з сигналів, відтворених з обробленої в цифровій формі сигналограми, щодо числа цих спотворень та компонент, виділених з аналогічних сигналів, відтворених з сигналограми, що не піддавалася такій обробці.
Ця закономірність прийнята за інформативну ознаку слідів цифрової обробки сигналограм.
Для зясування вимог, які необхідно висунути до засобів контролю фонограм, щоб забезпечити виявлення слідів ЦО, було проаналізовано величини розбіжностей дійсних значень ЧД звукових карт ПЕОМ та АЦП ЦАЗАС, і визначено, що в разі застосування фальсифікатором у компютері номінальної ЧД, однакової з ЧД у ЦАЗАС, роздільна здатність аналізатору повинна бути не гірше 0,001 Гц при аналізі у широкій смузі частот, оскільки частота першої гармоніки додаткових спектральних компонент, що виникають в наслідок квантування за рівнем, набагато вища від частот додаткових спектральних компонент, що утворюються при дискретизації у часі. Крім того, рівень таких компонент, за правило, не перевищує значення 2 рівнів молодшого розряду АЦ та ЦА перетворювань, а його найбільші значення не перевищують рівня мінус 60 дБ відносно максимального рівня сигналу на виході ЦАЗАС.
Виходячи з результатів аналізу рівня спектральних компонент, потрібної роздільної здатності аналізатору та частотного діапазону аналізу, була прийнята та доведена гіпотеза 4 технічної неможливості реалізації засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектра оброблених сигналів, що містяться у сигналограмі, при використанні часо-частотного аналізу, побудованого на класичному короткочасному перетворенні Фур'є. Також була прийнята та доведена гіпотеза 5 забезпеченнятехнічної можливості реалізації засобу гарантованого виявлення спотворень форми та спектра оброблених сигналів, що містяться у сигналограмі, застосуванням мікрохвилькового часо-частотного аналізу. Для побудови такого аналізатора доцільно використовувати комплексну функцію Морле, оскільки з її допомогою можна, по-перше, побудувати вейвлет-портрет модуля та аргументу досліджуваного сигналу, а, по-друге, цей вейвлет має високу роздільну здатність.
Аналітично було знайдено вирази спектрів сигналів для ЦФ та АФ в разі їх обробки та в разі їх автентичності, при представленні цих спектрів у вигляді вейвлет-портретів і, таким чином, зясовано, яким чином проявляються ознаки ЦО у вейвлет-портреті. При цьому було встановлено, що сама форма вейвлет-портретів вимагає від експертів спеціальної підготовки для проведення за ними порівняльного аналізу сигналів, отриманих зі зразкової (не обробленої) фонограми (ЗФ) та фонограми, що перевіряється (ПФ) тобто, можливо обробленої. Отже, таке представлення сигналів ускладнюватиме проведення експертизи та не виключатиме дії людського фактору. Крім того, воно не має достатньої наочності для людей, що не мають спеціальної підготовки в прочитанні вейвлет-портретів, і тому не є прийнятним для доказування у суді.
Тому нами було розроблено метод представлення результатів вейвлет-аналізу в графічному та табличному виді, при чому графіки та таблиці отримуються з вейвлет-портретів аргументу досліджуваної функції (сигналу), що дозволяє, при збереженні всіх властивостей вейвлет-аналізу, отримати просту та наочну форму представлення, придатну для швидкого та достовірного визначення результатів порівняння сигналів та ілюстрації їх у висновках експертизи. При цьому виключається можливість впливу людського фактору на результати експертизи.
Скориставшись вейвлет-портретом аргументу сигналу, можна здійснити перехід від зображення поточного спектру сигналу на вейвлет-портреті до його представлення в графічному виді, зберігши при цьому всі позитивні властивості вейвлет-аналізу.
Оскільки вейвлет-портрет надає часо-частотне представлення сигналу (тобто, це поточний спектр), можна побудувати деяке геометричне тіло в трьох площинах: параметру масштабування частоти а, часу t (чи b ) і амплітуди V.
Розсікаючи поверхню площинами, утвореними при фіксованих значеннях параметру а, тобто при ai= const, i = 1,2,3…, t=varia, отримують при кожному фіксованому значенні параметру a осцилограму змін напрямків прирощення аргументу сигналу в часі на обраному фіксованому інтервалі спостереження.
Одержавши таку осцилограму, можна підрахувати кількість змін напрямку прирощення функції аргументу сигналу на фіксованому інтервалі спостереження на якій-небудь частоті, обумовленої значенням параметру a. Оскільки поява на великому сигналі спотворень у виді малого сигналу з частотою, що відповідає площині перетину, супроводжується фазовим стрибком, то кількість таких додаткових стрибків визначить рівень частотної складової цього малого сигналу на даній частоті.
Задаючись дискретністю кроку Дa зміни значення параметра a, можна отримати залежність амплітуди частотних складових від частоти на обраному інтервалі спостереження, тобто часовому інтервалі.
Після проведеного перетворення вейвлет-портрету аргументу сигналу у графічну залежність, порівнювати сигнали досить легко. Але треба було визначитися, які сигнали порівнювати, адже в цілому сигнали мови нестаціонарний процес. Тому ми розробили метод відбору сигналів для порівняння при експертизі.
Для порівняння необхідно обирати центровані стаціонарні сигнали, які є фрагментами окремих звуків (переважно голосних), та які завжди можна виділити з сигналів мовлення, записаних на фонограмі.
Таким чином, для створення методу та засобів виявлення слідів цифрової обробки фонограм була прийнята гіпотеза проведення перевірки автентичності сигналограм шляхом порівняння спотворень форми та спектра стаціонарних сигналів, виділених з мовної інформації, яка міститься у спірній та зразковій сигналограмах.
З проведених теоретичних досліджень були зроблені наступні висновки:
. З аналізу схемно-конструктивних особливостей побудови апаратури цифрового звукозапису витікає, що при проведенні досліджень дійсності як аналогової, так і цифрової фонограми, неможливо виявити сліди ЦО сигналів, що в ній містяться, за розміщенням магнітних відбитків на носії шляхом використання магнітооптичних методів. Цим підтверджено, що відсутність в аналоговій або цифровій фонограмі, перевіреної такими методами, переривань запису (порушень безперервності), слідів перехідних процесів, зупинки та інших "традиційних" слідів монтажу, не є доказом її дійсності.
. У результаті розгляду схемно-конструктивних особливостей побудови апаратури цифрового звукозапису й системного аналізу моделей зовнішніх втручань, виконаних цифровою обробкою сигналограм, прийняті та доведені:
Факт неможливості гарантованого виявлення відомими методами, що використовуються в широкій експертній практиці, слідів цифрової обробки у фонограмах.
Теза 1. Імовірність збігу рівнів квантування з технологічними дефектами у квантувачах пристроїв, що беруть участь у процесі цифрової обробки сигналограми, мізерно мала.
Теза 2. Імовірність збігу частот дискретизації пристроїв, що беруть участь у процесі цифрової обробки сигналограми, мізерно мала.
Концепція. Зовнішні втручання та модифікація інформації, що міститься у цифровій сигналограмі, можливі лише за умови використання не менш, ніж двох різних цифрових пристроїв.
Гіпотеза 1. При перевірці автентичності цифрових сигналограм слід використовувати сигнали, відтворені на аналоговому виході цифрової апаратури запису аналогових сигналів.
Гіпотеза 2. Сліди цифрової обробки сигналограми виявляються у виді спотворень форми, отже, й спектра аналогових сигналів, отриманих при відтворенні на аналоговому виході апаратури звукозапису фонограми, обробленої в цифровій формі.
Гіпотеза 3. У спектрі обробленого в цифровій формі аналогового сигналу, при використанні для монтажу сигналограми операції стробіювання фрагментів із метою їх наступної компіляції, з'являються спотворення, обумовлені впливом сигналу стробіювання.
Гіпотеза 4. Реалізація засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектра оброблених сигналів, що містяться у сигналограмі, при використанні часо-частотного аналізатора, побудованого на класичному короткочасному перетворенні Фур'є, технічно неможлива.
Гіпотеза 5. Реалізація засобу гарантованого виявлення спотворень форми та спектра оброблених сигналів, що містяться у сигналограмі, забезпечується застосуванням вейвлет-аналізу. Для побудови такого аналізатора доцільно використовувати комплексну функцію Морле.
. Виявлена закономірністьнеминучого збільшення числа спотворень форми та спектральних компонент, виділених з сигналів, відтворених з обробленої в цифровій формі сигналограми, щодо числа цих спотворень і компонент, виділених з аналогічних сигналів, відтворених з сигналограми, що не піддавалася такій обробці.
Ця закономірність прийнята за інформативну ознаку слідів цифрової обробки сигналограм.
. Застосування комплексного вейвлета Морле дозволяє отримати в графічній чи табличній формі залежність рівня частотних складових від частоти на обраному інтервалі спостереження, тобто часовому інтервалі.
. Аналітично виявлено, що існують наступні джерела виникнення спотворень форми та спектру сигналів при цифровій обробці сигналограм:
неспівпадіння розміщення на статичних характеристиках квантувачів рівня аналого-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів різних пристроїв, що беруть участь у процесі обробки, рівнів квантування з технологічними дефектами;
розходження дійсних значень частот тактових генераторів пристроїв, що беруть участь у процесі обробки;
застосування операції стробіювання фрагментів сигналограми при їх вирізанні з метою монтажу методом компіляції у ПЕОМ;
виникненням інформаційних втрат при перетворенні форматів представлення інформації, які використовуються при обробці сигналів у ПЕОМ, та їх запису на ЦАЗАС.
. Таким чином, на стаціонарному сигналі встановлені джерела виникнення слідів зовнішніх втручань у сигналограми, виконаних з використанням цифрових технологій, інформативні ознаки їх прояву в оброблених сигналограмах, та знайдено математичний апарат для реалізації методів і засобів їх виявлення.
У третьому розділі дисертаційного дослідження, який складається з пяти підрозділів та висновків, розглянуто розроблені методи та засоби проведення діагностичних досліджень фонограм, щореалізують теоретичні положення дисертації.
Показано ті передумови, з яких виходив здобувач, формуючи технічні вимоги до методів та засобів діагностичних експертних досліджень фонограм, самі технічні вимоги до цих методів і засобів, та технічні рішення, завдяки яким вони реалізовані в апаратно-програмному комплексі "Теорема-1", експериментальні зразки якого розроблені за ідеями та під науковим і технічним керівництвом здобувача. У відповідності до розроблених основ теорії було створено спеціалізований програмний продукт програму "Академія", призначену для виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм. Ця програма ввійшла у апаратно-програмний комплекс.
У процесі створення експериментальних зразків комплексу "Теорема-1" були знайдені методи автоматизації оформлення експертного дослідження.
У процесі розробки методів та засобів виявлення слідів зовнішніх втручань у сигналограми, проведених з використанням цифрових технологій, була прийнята гіпотеза 6, яка, після її експериментального підтвердження, стала методомперевірки сигналограм.
Гіпотеза 6. Гарантоване виявлення слідів цифрової обробки сигналограм забезпечується порівнянням еквівалентів спектрограм, отриманих з вейвлет-портретів стаціонарних сигналів, виділюваних з інформації, яка міститься у зразковій сигналограмі та сигналограмі, що перевіряється.
З розглянутого матеріалу були зроблені наступні висновки:
1. Створенням експериментальних зразків комплексу "Теорема-1" перевірки автентичності аналогових і цифрових фонограм на практиці вирішена проблема виявлення слідів цифрової обробки всіх видів фонограм, наданих на експертизу.
2. При створенні експериментального зразка комплексу перевірки автентичності фонограм "Теорема-1" ставилася мета забезпечення всебічної перевірки як аналогових, так і цифрових фонограм.
. Дана мета була досягнута завдяки роздільному підходу до рішення поставлених задач: перевірці аналогових фонограм, що не піддавалися цифровій обробці, та виявленню слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограмах.
. Поставлені задачі вирішуються застосуванням в комплексі спеціалізованого програмного забезпечення та спеціальних блоків попередньої аналогової обробки вхідних сигналів. Таким чином, комплекс забезпечує два незалежних режими:
перевірку аналогових фонограм за паразитними параметрами ААМЗ, що виявляються в процесі запису-відтворення, й ідентифікацію апаратури аналогового звукозапису;
перевірку аналогових і цифрових фонограм для виявлення в них слідів цифрової обробки та ідентифікацію цифрової апаратури звукозапису.
. Запропонована гіпотеза 6. Гарантоване виявлення слідів цифрової обробки сигналограм забезпечується порівнянням еквівалентів спектрограм, отриманих з вейвлет-портретів стаціонарних сигналів, виділюваних з інформації, яка міститься у зразковій сигналограмі та сигналограмі, що перевіряється.
Ця гіпотеза, після її експериментального підтвердження, прийнята як метод перевірки автентичності сигналограм.
. Ряд технічних рішень, реалізованих в експериментальному зразку комплексу, захищені довгостроковими патентами України.
Четвертий розділ дисертаційного дослідження, що складається з пятьох підрозділів та висновків, являє собою експериментальне підтвердження достовірності теоретичних положень, розроблених у розділі 2, та перевірку достатності роздільної здатності за амплітудою та частотою апаратно-програмного комплексу. Для цього було проведено ряд експериментів.
Їх цілями були:
. Перевірка достовірності теоретичних положень, знайдених у розділі 2 дисертації.
. Експериментальне підтвердження можливості технічної реалізації запропонованих методів виявлення ознак ЦО АФ і ЦФ за слідами дискретизації в часі та квантування за рівнем і створення та відпрацьовування методики проведення експертних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм по вейвлет-портретах.
3. Відпрацювання спеціалізованого програмного забезпечення та методики проведення експертних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм.
Поставлені цілі реалізуються шляхом рішення ряду задач у процесі проведення експериментальних досліджень.
Задачами цих досліджень є:
. Створення методики проведення експериментів, що охоплює всі моделі, розроблені в розділі 2.
. Експериментальна перевірка теоретичних положень, виведених у розділі 2.
. Експериментальна перевірка достатності роздільної здатності комплексу для виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм.
. Експериментальна перевірка дієвості критеріїв, що визначають наявність слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм.
. Створення та відпрацьовування методики проведення експертних досліджень аналогових і цифрових фонограм.
Методика проведення експериментів містить план та схеми проведення експериментальних досліджень, які дозволили досягти поставленої мети та вирішити поставлені завдання.
Експерименти проводилися у три етапи.
На першому етапі, що складався з чотирьох окремих експериментів, методами короткочасного перетворення Фурє на гармонічному сигналі перевірялося положення розділу 2 щодо появи у сигналі, в разі його перезапису по аналоговому входу/виходу, додаткових частотних складових за рахунок розбіжності дійсних значень ЧД різних пристроїв, які використовуються у процесі перезапису. Також за умови цифрового вводу/виводу перевірялося положення розділу 2 щодо зміщення на осі частот частоти обробленого сигналу. Також, для зясування можливості виявлення слідів цифрової обробки у сигналах усного мовлення шляхом застосування короткочасного перетворення Фурє за умови аналогового та цифрового вводу/виводу інформації при її обробці, проводилися експерименти на складних стаціонарних сигналах, які виділялися з фонограм.
При проведенні цих експериментів використовувалися апарати цифрового звукозапису: цифрові диктофони типу Finctronic зав. № 021, Samsung SVR S820 зав. № 820S2301978, Samsung SVR S820 зав. № 820S2900147, Toshiba, Memory Recorder DMRSX1, зав. № 111283; цифрова апаратура магнітного запису (ЦАМЗ) ARCHOS Jukerbox Recorder 10 MP 3 Player/Recorder, JBR HD 10 s/n зав. № 022302507 BF.
Всього було знято більш 120 спектрограм, отриманих при запису та перезапису гармонічних і мовних сигналів на різних апаратах.
. Експерименти, проведені на гармонічних сигналах, довели правильність теоретичних положень, виведених у розділі 2 дисертаційного дослідження.
2. У спектрах складних стаціонарних сигналів, що виділені з обробленої фонограми як за умови її цифрового, так й аналогового вводу/виводу в процесі обробки, відбувається зсув розташування максимумів на осі частот, щодо спектрів таких же сигналів, які виділені з оригінальної фонограми.
. Величина цього зсуву визначається різницею дійсних значень тактових частот пристроїв, що беруть участь у процесі запису й обробки.
4. Запропонований метод може використовуватися при проведенні експертиз автентичності ЦФ, однак він не забезпечує 100 % вірогідності. Це пояснюється тим, що роздільна здатність за амплітудою та частотою спектроаналізаторів, побудованих на короткочасному перетворенні Фур'є, які використовуються у широкій експертній практиці, недостатня для виявлення додаткових спектральних компонент, що утворюються при багаторазовій дискретизації сигналів, у випадку їхнього перезапису на ЦАЗАС середньої та низької якості. Це обумовлено маскуванням цих складових у спектрі шумів фонограм, що у такій апаратурі мають високий рівень і значно перевищують рівень цих складових.
Ці положення ілюструються рис. 1 та рис. 2.
Рис.1. Спектр гармонічного сигналу частотою 1710 Гц, записаного через лінійний вхід та відтвореного через аналоговий вихід ЦАЗАС ARCHOS Jukebox Recorder 10 Номінальна частота дискретизації в ЦАЗАС ,1 кГц
На другому етапі експериментальних досліджень, який складається з пятьох окремих експериментів, зясовувалася придатність методів вейвлет-аналізу для виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм при умові їх аналогового та цифрового вводу/виводу у ПЕОМ і ЦАЗАС під час обробки та перезапису обробленої фонограми
Спочатку шляхом моделювання у ПЕОМ немонотонності СХ КР сигналу та запису/відтворенні на різних видах апаратури звукозапису й аналізу спотворених таким чином сигналів, що моделювалися, було перевірено придатність вейвлет-аналізу для виявлення слідів ЦО фонограм і можливість технічної реалізації запропонованих методів виявлення ознак ЦО АФ і ЦФ за слідами дискретизації в часі та квантування за рівнем. Потім були зясовані види вейвлетів, які найбільш придатні для вирішення поставлених задач. Підтвердилося теоретичне положення розділу 2 щодо доцільності використання вейвлету Морле. Далі перевірялася здатність апаратно-програмного комплексу "Теорема-1" (при застосуванні програми "Академія") виявляти сліди ЦО аналогових і цифрових фонограм при умові їх аналогового й цифрового вводу/виводу. Експериментально була доведена достатність роздільної здатності комплексу для виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм та дієвість критеріїв, що визначають наявність слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм.
Також було створено та відпрацьовано методики проведення експериментальних та експертних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм за вейвлет-портретами при умові їх аналогового та цифрового вводу/виводу для обробки.
У експериментах третього етапу проводилась експериментальна перевірка здатності апаратно-програмного комплексу "Теорема-1" (при застосуванні програми "Академія") виявляти сліди ЦО аналогових і цифрових фонограм за умови їх перезапису після обробки по акустичному каналу. Експериментально була доведена достатність роздільної здатності комплексу для виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм та дієвість критеріїв, що визначають наявність слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм за умови перезапису фальсифікатів через акустичний канал.
Рис. 2. Спектр перезапису через ПЕОМ № 2 гармонічного сигналу частотою 1710 Гц, перезаписаного через цифровий вхід/вихід та відтвореного через аналоговий вихід на ЦАЗАС ARCHOS Jukebox Recorder 10. Номінальна частота дискретизації в ЦАЗАС та ПЕОМ ,1 кГц.
При цьому було створено та відпрацьовано методики проведення експериментальних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм за вейвлет-портретами та проведено відпрацьовування спеціалізованого програмного забезпечення та методики проведення експертних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм за умови перезапису фальсифікатів через акустичний канал.
Другий та третій етапи експериментальних досліджень (за винятком першого експерименту другого етапу) проводилися на складних стаціонарних сигналах, що виділялися зі зразкових та оброблених фонограм. При експериментах використовувалася апаратура звукозапису різних типів та моделей. Серед ЦАЗАС було застосовано два різних апарати марки Toshiba, апарат Finctronic, два різних апарати марки Samsung, ЦАМЗ ARCHOS, серед ААМЗ Olympus-L400, Olympus-724, Marantz-221.
Взагалі було знято більш ніж 300 вейвлет-портретів. Проведені експериментальні дослідження, по-перше, підтвердили достовірність теоретичних положень, розділу 2, по-друге, довели придатність апаратно-програмного комплексу "Теорема-1" для виявлення слідів ЦО в аналогових і цифрових фонограмах незалежно від способу вводу/виводу сигналів у ПЕОМ для обробки та перезапису сфальсифікованої фонограми.
Результати проведених досліджень ілюструються рис. 3 рис. 5.
На підставі проведених експериментів, що охоплювали всі моделі, розглянуті у розділі 2, були зроблені наступні висновки:
. Експериментально підтверджена достовірність прийнятих гіпотез і знайденої закономірності збільшення числа спотворень форми та спектральних компонент, виділених із сигналів, відтворених з обробленої в цифровій формі фонограми, щодо числа цих спотворень та компонент, виділених з аналогічних сигналів, відтворених з фонограми, що не піддавалася такій обробці.
. Експериментально підтверджено, що дана закономірність є інформативною ознакою слідів цифрової обробки фонограм.
. Експериментально підтверджена можливість технічної реалізації запропонованих методів виявлення ознак ЦО АФ і ЦФ за слідами дискретизації в часі та квантування за рівнем при застосуванні вейвлет-портретів.
. Експериментально підтверджена неможливість гарантованого виявлення слідів цифрової обробки фонограм методами часо-частотного аналізу, побудованого на класичному короткочасному перетворенні Фур'є.
Рис. 3. Спектрограми сигналів тривалістю 28 вибірок на період, виділених з оригінальної фонограми (сірий) на ЦАЗАС "Toshiba" та обробленої фонограми після перезапису на ту ж ЦАЗАС (чорний) через ПЕОМ. Перезапис по цифровому входу/виходу. Введення в ПЕОМ для аналізу 48 кГц, 16-розрядне оцифрування
Рис. 4. Спектрограми сигналів тривалістю 15 вибірок на період, виділених з зразкової (чорний) та обробленої (сірий) фонограм. Зразкова фонограма записана на ААМЗ "Marantz" на швидкості транспортування носія 4,76 см/сек і введена у ПЕОМ по аналоговому входу при частоті дискретизації 48 кГц, оцифруванні 16 розрядів. Оброблена фонограма записана на ЦАЗАС "Toshiba" та введена в ПЕОМ для обробки. Перезапис на ААМЗ "Marantz" при швидкості 4,76 см/сек.
Рис. 5. Спектрограми сигналів тривалістю 20 вибірок на період, виділених з зразкової (сірий графік), що записана на ААМЗ "OlympusL400", та обробленої (чорний графік) фонограм. Оброблена фонограма записана на ЦАЗАС Samsung, введена в ПЕОМ для обробки (ЧД 8 кГц, оцифровка 16 розрядів) та переписана по акустичному каналу на ту ж саму ААМЗ. Частота дискретизації при аналізі 48 кГц, 16 розрядів.
5. Відпрацьовано створене спеціалізоване програмне забезпечення, визначені і відпрацьовані методики проведення експериментальних досліджень аналогових і цифрових фонограм. Роздільна здатність комплексу за амплітудою та частотою достатня для виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм.
. Експериментально визначені режими аналізу та критерії наявності слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм.
. Розроблено методику проведення експертних досліджень автентичності аналогових і цифрових фонограм.
. Аналіз за вейвлет-спектрограмами складних стаціонарних сигналів, що виділяють з фрагментів мовної інформації, тривалістю від 10 до 150 вибірок частоти дискретизації, яка використовується при введенні аналізованих фонограм у ПЕОМ, що припадають на період досліджуваного сигналу, забезпечує гарантоване виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм при проведенні експертиз.
. Найбільш придатною за своїми властивостями для аналізу автентичності фонограм є комплексна вейвлет-функція Морле.
. Аналіз сигналів за вейвлет-спектрограмами забезпечує при проведенні експертиз виявлення слідів ЦО аналогових і цифрових фонограм, за умови їх перезапису на ААМЗ чи ЦАЗАС також через акустичний канал.
. Оптимальними параметрами аналізу сигналів тривалістю від 10 до 150 вибірок частоти дискретизації введення в ПЕОМ досліджуваних фонограм є:
нижнє значення параметра а при частоті дискретизації аналізу 48 кГц ,5 (для більш високої частоти дискретизації введення це значення може зменшуватися);
верхнє значення параметра а при тривалості досліджуваних сигналів від 10 до 150 вибірок частоти дискретизації фонограм при їх введенні для аналізу лежить у межах від 8 до 15;
крок параметра а при аналізі в діапазоні верхніх значень параметра від 3 до 5 складає 0,01.
. Прояви ознак цифрової обробки фонограм, знайдені в розділі 2 роботи, носять стійкий характер.
На основі проведених дисертаційних досліджень були зроблені наступні узагальненні висновки:
1. Вперше створені основи теорії виявлення у сигналограмах слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, чим закладена теоретична база для розробки та удосконалення методів виявлення слідів цифрової обробки сигналограм і, таким чином, захисту від дезінформації.
Цим науково обґрунтована можливість гарантованого виявлення при перевірці автентичності сигналограм слідів зовнішніх втручань, що проведені в них з використанням цифрової обчислювальної техніки.
Виявлення цих втручань проводиться шляхом порівняння еквівалентів спектрограм, отриманих з вейвлет-портретів стаціонарних сигналів, що виділяють з інформації, яка міститься у зразковій сигналограмі та сигналограмі, яка перевіряється.
Аналітично доведено та експериментально підтверджено, що інформативною ознакою таких втручань є збільшення кількості частотних компонент на еквіваленті спектрограми, отриманої з вейвлет-портрету обробленого сигналу, відносно кількості частотних компонент на еквіваленті спектрограми, отриманої з вейвлет-портрету сигналу, який не піддавався цифровій обробці.
Таким чином, розвязана проблема виявлення слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, що порушують цілісність інформації, яка міститься у сигналограмах, що перевіряються.
На цій основі автор розробив методи та засоби гарантованого виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм, чим на рівні, адекватному сучасному технічному стану потенційних загроз цілісності інформації, яка міститься у фонограмах, забезпечена достовірність перевірки їх автентичності, без чого сьогодні достовірна експертиза принципово неможлива.
2. У процесі рішення проблеми отримані наступні наукові результати:
2.1. Показано, що методи і засоби, що використовуються в сучасній експертній практиці, не забезпечують гарантоване виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових сигналограм.
2.2. Вперше створено основи теорії виявлення у сигналограмах слідів зовнішніх втручань, виконаних з використанням цифрових технологій, в тому числі слідів цифрової обробки фонограм, в рамках якої запропоновано та обґрунтовано ряд гіпотез, на підставі яких визначені джерела й механізм виникнення слідів цифрової обробки сигналограм, показана неминучість їх виникнення та аналітично встановлена й експериментально підтверджена закономірність неминучого збільшення числа спотворень форми й спектральних компонент виділених зі сигналів, відтворених з обробленої в цифровій формі сигналограми, щодо числа цих спотворень та компонент, виділених з аналогічних сигналів, відтворених з фонограми, що не піддавалася такій обробці.
.3. Дана закономірність прийнята як інформативна ознака слідів цифрової обробки фонограм.
.4. Встановлена неможливість технічної реалізації засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектра оброблених сигналів, що містяться у фонограмі, при використанні часо-частотного аналізатору, побудованого на класичному короткочасному перетворенні Фур'є.
.5. Встановлена можливість технічної реалізації засобів гарантованого виявлення спотворень форми та спектру оброблених сигналів, що містяться у фонограмі, за допомогою мікрохвилькового часо-частотного (вейвлет) аналізу. Встановлена доцільність застосування для розвязання даної задачі комплексної функції Морле.
2.6. Вперше розроблений метод перевірки автентичності фонограм, заснований на виявленні слідів цифрової обробки шляхом порівняння еквівалентів спектрограм, отриманих з вейвлет-портретів стаціонарних сигналів, що виділяються з мовної інформації, яка міститься у зразковій фонограмі та фонограмі, що перевіряється.
. Встановлено, що основними джерелами виникнення спотворень форми та спектра сигналів при цифровій обробці сигналограм є:
розбіжність дійсних значень частот тактових генераторів пристроїв, які використовуються в процесі монтажу;
розбіжність розміщення рівнів квантування з технологічними дефектами на статичних характеристиках квантувачів рівня аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів різних пристроїв, які використовуються в процесі монтажу;
використання операції стробіювання для вирізання фрагментів фонограми при монтажі методом компіляції фрагментів у ПЕОМ;
виникненням інформаційних втрат при перетворенні форматів представлення інформації, що використовуються при обробці сигналів у ПЕОМ і в цифровій апаратурі запису аналогових сигналів.
4. У процесі вирішення розглянутої проблеми були розвязані наступні задачі:
.1. Розглянуті особливості схемно-конструктивних рішень, що використовуються в апаратурі цифрового запису аналогових сигналів і в апаратурі цифрової обробки звукових сигналів.
.2. Проаналізовані особливості процесів, що відбуваються при запису, відтворенні та цифровій обробці фонограм, і серед них виявлені ті, що містять інформацію щодо зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій.
4.3. Побудовані моделі різних варіантів обробки фонограм, які порушують цілісність інформації.
.4. Обраний математичний апарат, що дозволяє побудувати аналізатори, здатні виявляти сліди цифрової обробки фонограм.
.5. Розроблені методи та засоби виявлення слідів цифрової обробки фонограм при перевірці їх автентичності.
4.6. Проведена експериментальна перевірка достовірності розроблених основ теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм і достатності роздільної здатності за амплітудою та частотою розроблених методу й устаткування (експериментальні зразки апаратно-програмного комплексу "Теорема-1"). Результати експерименту відмінно узгоджуються з результатами теоретичних викладень.
. Практична значимість роботи полягає в тому, що науково обґрунтовано систему виявлення слідів порушень цілісності інформації, яка міститься у фонограмах, і на цій базі вперше розроблено й апробовано апаратно-програмний комплекс "Теорема-1", призначений для виявлення слідів цифрової обробки цифрових та аналогових фонограм, а розробники методів та засобів судово-акустичної експертизи отримали теоретичні основи побудови таких систем, що відкриває шляхи їх подальшого удосконалення.
. Комплекс впроваджений в експертну практику в експертній групі інформаційно-технічного центру Національної академії внутрішніх справ України та Львівському, Одеському й Київському науково-дослідних інститутах судових експертиз.
Таким чином, достовірність проведених досліджень і працездатність розроблених методу та устаткування підтверджені експертною практикою.
. Ряд технічних рішень, реалізованих у комплексі "Теорема-1", захищені довгостроковими патентами на винаходи України та патентуються відповідно до правил міжнародного патентування.
Основні результати дисертації опубліковано у наступних роботах:
. Рыбальский О.В., Жариков Ю.Ф. Современные методы проверки аутентичности магнитных фонограмм в судебно-акустической экспертизе. К.: НАВСУ, 2003. с.
2. Рибальський О.В. Застосування вейвлет-аналізу для виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм у судово-акустичній експертизі. К.: НАВСУ, 2004. с.
3. Рыбальский О.В. Проверка аутентичности фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы, как одна из составляющих информационной безопасности страны. Часть 1 // Захист інформації. К.: КМУЦА. . № 1. С. 17.
4. Рыбальский О.В. Проверка аутентичности фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы, как одна из составляющих информационной безопасности страны. Часть 2 // Захист інформації. К.: КМУЦА. . № 2. С. 24.
5. Рыбальский О.В. Методологические основы судебно-акустической экспертизы при проведении диагностических исследований по выявлению следов цифровой обработки аналоговых и цифровых фонограмм // Защита информации: Сб. научн. тр. К.: НАУ, 2003. Вып. 10. С. 165.
6. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В. Неизбежные следы монтажа цифровых сигналограмм // Реєстрація, зберігання та обробка даних. К. . Т.4, № 2. С.51.
7. Рыбальский О.В., Жариков Ю.Ф. Расчет возможности совпадения информационных признаков, полученных из аппаратуры магнитной записи при проведении фоноскопических экспертиз // Специальная техника и вооружение. К. . № 2. С. 5.
8. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В., Писаренко Л.Д., Путилов Ю.В. Выявление признаков обработки цифровых фонограмм с помощью вейвлет-анализа сигналов // Реєстрація, зберігання та обробка даних. К. . Т. 4, № 3. С. 89.
9. Рыбальский О.В., Мовчан Т.В. Особенности применения вейвлет-анализа при проведении экспертиз подлинности цифровых фонограмм // Реєстрація, зберігання та обробка даних. К. . Т. 5, № 1. С. 22.
10. Рыбальский О.В. Программа для выявления следов цифровой обработки аналоговых и цифровых фонограмм при проведении судебно-акустической экспертизы // Реєстрація, зберігання і обробка даних. К. . Т. 5, № 3. С. 50.
11. Рыбальский О.В. Модели нестандартных способов обработки цифровых фонограмм // Реєстрація, зберігання і обробка даних. К. Т. 5, № 4. С. 25.
12. Рыбальский О.В. Метод получения графиков текущих спектров сигналов из их вейвлет-портретов // Захист інформації. К.: КМУЦА. . № 1. С. 51.
13. Рыбальский О.В. Выбор направлений разработки методов и средств выявления следов цифровой обработки фонограмм // Захист інформації. К.: КМУЦА. . № 2. С. 51.
14. Рибальський О.В. До основ теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм // Зб. наук. пр. Військового інституту телекомунікацій та інформатизації НТУУ "КПІ". К. . № 4. С. 129.
15. Рыбальский О.В., Тимко Е.В., Усков К.Ю. Выявление следов цифровой обработки цифровых фонограмм, проведенной с перекодировкой форматов // Реєстрація, зберігання і обробка даних. К. . Т. 6, № 1. С. 99.
16. Рыбальский О.В. К экспериментальной проверке достоверности положений теории выявления следов цифровой обработки фонограмм // Реєстрація, зберігання та обробка даних. К. . Т.6, № 3. С. 85.
17. Рибальський О.В., Богданов О.М., Геранін В.О. Методологія розробки основ теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм та її деякі аспекти // Правове, нормативне, метрологічне забезпечення систем захисту інформації в Україні. . Вип. 8. С. 24.
18. Рибальський О.В. Можливості використання магнітооптичних методів візуализації остаточної намагніченості при проведенні судово-акустичної експертизи // Зб. наук. пр. Військового інституту телекомунікацій та інформатизації НТУУ "КПІ". К. . № 3. С. 125.
19. Рибальський О.В. Умови реалізації комплексу для виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових фонограм // Зб. наук. пр. Військового інституту телекомунікацій та інформатизації НТУУ "КПІ". К. . № 1. С. 124.
20. Рыбальский О.В. Анализ возможных цифровых и аналоговых способов подделки фонограмм и требований к анализаторам для выявления их следов // Захист інформації. К.: КМУЦА, 2004. Спеціальний випуск. С. 44.
21. Рыбальский О.В. К основам теории выявления следов цифровой обработки фонограмм // Защита информации. Сб. трудов НАУ. К.: КМУЦА, 2004. Вып. 11. С. 50.
22. Богданов О.М., Рибальський О.В., Хахановський В.Г. Проблема легалізації фонограм, записаних на спеціальній апаратурі звукозапису // Правове, нормативне, метрологічне забезпечення систем захисту інформації в Україні. . Вип. 8. С. 34.
23. Рыбальский О.В., Близников С.А, Мыслинский А.В., Брягин О.В. Особенности проведения экспертизы цифровых сигналограмм, полученных оперативным путем // Захист інформації. К.: КМУЦА. . № 2. С. 57.
24. Рыбальский О.В. Современные методы и средства проверки аутентичности фонограмм / Сб. тр. ХІІ Междунар. научн. конф. "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов". М.: Академия управления МВД России, 2003. С. 301.
25. Пат. 60403 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36. Спосіб перевірки автентичності цифрових сигналограм: Пат. 60403 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36 Рибальський О. В., Жаріков Ю.Ф. (Україна); НАВСУ. № 2002031835; Заявл. 05.03.02; Опубл. 15.10.03, Бюл. № 10.
. Пат. 54627 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36. Спосіб ідентифікації цифрової апаратури запису аналогових сигналів та перевірки автентичності цифрових сигналограм: Пат. 54627 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36 Рибальський О.В., Жаріков Ю.Ф., Орлов Ю.Ю., Геранін В.О., Писаренко Л.Д., Мовчан Т.В., Кирюша Б.А. (Україна); НАВСУ. № 2001129156; Заявл. 28.12.01; Опубл. 17.03.03, Бюл. № 3.
27. Пат. 27206 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36. Спосіб перевірки оригінальності та автентичності аналогових магнітних сигналограм: Пат. 27207 України, МКВ G 11 b 27/00, 27/36 Рибальський О.В., Жаріков Ю.Ф., Орлов Ю.Ю. (Україна); НАВСУ. № 99084532; Заявл. 09.08.99; Опубл. 15.08.00, Бюл. № 3.
. Рішення Державного департаменту інтелектуальної власності про видачу патенту на винахід від 23.11.2004 р. по заявці на винахід № 2003076921 МКВ G 11 b 27/00, 27/36. Спосіб виявлення слідів цифрової обробки аналогових і цифрових сигналограм: Рибальський О.В., Геранін В.О., Жаріков Ю.Ф., Орлов Ю.Ю., Волкович С.Л., Струк І.О. (Україна); НАВСУ. заявл. 22.07.2003 р.
. Свідоцтво № 11088 про реєстрацію авторського права на твір. "Компютерна програма "Академія"". Рибальський О.В., Волкович С.Л. (Україна); Рибальський О.В. № 10986; Заявл. 26.07.2004; Опуб. 17.09.2004.
Анотація
Рибальський О.В. Основи теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм. Рукопис.
Дисертація за здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.21 системи захисту інформації. Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, Київ, 2005.
Дисертацію присвячено виявленню слідів цифрової обробки у сигналограмах, що надаються на судово-акустичну (фоноскопічну) експертизу для надання цим сигналограмам статусу доказового матеріалу.
У дисертації розроблено новий напрямок створення методів та засобів перевірки автентичності аналогових і цифрових фонограм з використанням тонких процесів, які відбуваються при запису, цифровій обробці та перезапису оброблених фонограм. Вирішена проблема виявлення слідів зовнішніх втручань, проведених з використанням цифрових технологій, що порушують цілісність інформації, яка міститься у сигналограмах, що перевіряються.
Для цього розроблено основи теорії виявлення слідів цифрової обробки фонограм.
На цій основі автор розробив методи та засоби перевірки автентичності аналогових і цифрових фонограм, без чого сьогодні достовірна експертиза принципово неможлива. Тим самим, на рівні, адекватному сучасному технічному стану потенційних загроз порушень цілісності інформації, забезпечена можливість достовірної перевірки фонограм при проведенні експертизи їх автентичності.
Розроблено та впроваджено в експертну практику нашої країни методи та засоби для виявлення слідів цифрової обробки фонограм.
Ключові слова: автентичність, експертиза, сигналограма, фонограма, аналогова фонограма, цифрова фонограма, цифрова обробка фонограм, оригінальність та дійсність фонограм, цілісність інформації, спотворення сигналів.
Аннотация
Рыбальский О.В. Основы теории выявления следов цифровой обработки фонограмм. Рукопись.
Диссертация за соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.21 системы защиты информации. Государственный университет информационно-коммуникационных технологий, Киев, 2004.
Диссертация посвящена выявлению следов цифровой обработки в сигналограммах, представляемых на судебно-акустическую (фоноскопическую) экспертизу для придания этим сигналограммам статуса доказательного материала.
В диссертации разработано новое направление создания методов и средств проверки аутентичности аналоговых и цифровых фонограмм с использованием тонких процессов, происходящих при записи, цифровой обработке и перезаписи обработанных фонограмм. Решена проблема выявления следов внешних вмешательств, произведенных с использованием цифровых технологий, нарушающих целостность информации, содержащейся в проверяемых сигналограммах.
Для ее решения разработаны основы теории выявления следов цифровой обработки фонограмм.
На этой основе автор разработал методы и средства проверки аутентичности аналоговых и цифровых фонограмм, без чего сегодня их достоверная экспертиза принципиально невозможна. Тем самым, на уровне, адекватном современному техническому состоянию потенциальных угроз нарушения целостности информации, обеспечена возможность проверки фонограмм при проведении экспертизы их аутентичности.
Впервые разработанные основы теории содержат концепцию технологии обработки фонограмм с использованием цифровых способов и аппаратуры, тезисы и ряд гипотез. Тезисы, концепция и гипотезы обоснованы аналитически. На их основании найдена закономерность, характерная для фонограмм, содержащих следы цифровой обработки. Эта закономерность принята в качестве информативного признака следов такой обработки.
В процессе разрешения рассмотренной проблемы были решены следующие задачи:
Рассмотрены особенности схемно-конструктивных решений, используемых в аппаратуре цифровой записи аналоговых сигналов и в аппаратуре цифровой обработки звуковых сигналов.
Проанализированы особенности процессов, происходящих при записи, воспроизведении и цифровой обработке фонограмм, и среди них выявлены те, что содержат информацию о внешних вмешательствах, произведенных с использованием цифровых технологий.
Построены модели различных вариантов цифровой обработки фонограмм, нарушающих целостность содержащейся в них информации.
Избран математический аппарат, позволяющий построить анализаторы, способные выявлять следы цифровой обработки фонограмм.
Разработаны методы и средства выявления следов цифровой обработки фонограмм при проверке их аутентичности.
Проведена экспериментальная проверка достоверности разработанных основ теории выявления следов цифровой обработки фонограмм и достаточности разрешающей способности по амплитуде и частоте разработанных методов и оборудования (экспериментальные образцы аппаратно-программного комплекса "Теорема-1"). Результаты эксперимента отлично согласуются с результатами теоретических выкладок.
Впервые разработан метод проверки аутентичности сигналограмм, основанный на выявлении следов цифровой обработки путем сравнения эквивалентов спектрограмм, полученных из вейвлет-портретов стационарных сигналов, выделяемых из информации, содержащейся в образцовой и проверяемой сигналограммах.
Практическая значимость работы состоит в том, что научно обоснована система гарантированного выявления следов цифровой обработки фонограмм, а на этой базе впервые разработан и апробирован аппаратно-программный комплекс "Теорема-1", предназначенный для выявления следов цифровой обработки цифровых и аналоговых фонограмм, а разработчики методов и средств экспертизы получили теоретические основы создания таких систем, что открывает пути их дальнейшего совершенствования.
Разработанные метод и средства внедрены в экспертную практику в Национальной академии внутренних дел Украины, Киевском, Львовском и Одесском НИИ судебных экспертиз.
Ключевые слова: аутентичность, экспертиза, сигналограмма, фонограмма, аналоговая фонограмма, цифровая фонограмма, цифровая обработка фонограмм, оригинальность и подлинность фонограмм, целостность информации, искажения сигналов.
The summary
Rybalsky O.V. Bases of the theory of revealing of traces of digital processing of soundtracks. - Manuscript.
The dissertation for competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a speciality 05.13.21 - system of protection of the information. - State University of Information and Communication Technologies, Kiev, 2004.
The dissertation is devoted to revealing of traces of digital processing in soundtracks represented on examination for giving to them of the status proof.
In the dissertation the new direction of creation of methods and means of check аутентичности of analog and digital soundtracks with use of thin processes occurring at recording, digital processing and rewriting of the processed soundtracks is developed. The problem of guaranteed revealing of traces of digital editing of soundtracks is decided.
The methods and means of check authenticity of analog and digital soundtracks are developed.
Keywords: authenticity, examination, soundtrack, analog soundtrack, digital soundtrack, digital processing of soundtracks, originality and authenticity of soundtracks.
Підписано до друку 21.07.05. Формат 60х84/16. Папір офсетний.
Офсетний друк. Ум. фарбовідб. 10. Ум. друк. арк. 1,25. Обл. - вид.арк 2,25.
Тираж 100 прим. Замовлення № 3-120 від 25.07.05.
Надруковано ТОВ "ПоліграфКонсалтинг"
, м. Київ, вул. Тельмана, 5.
Свідоцтво про внесення до Державного реєстру ДК № 1305 від 28.03.2003 р.