Повышение уровня подлинности аудиосигнала, передаваемого по радиоканалу

АННОТАЦИЯ
Коновалова А. А. /КИБ-308/ Модель цифрового маркирования аудиосигналов, основанная на методе лоскута, с оценкой устойчивости к атаке аддитивным шумом.
Пояснительная записка к дипломному проекту. (Электронный носитель, 113368 символов, 750 Кб, диплом.pdf). Кафедра «Информатика и информационная безопасность», ПГУПС
Ключевые слова:		ЦИФРОВОЙ ВОДЯНОЙ ЗНАК, ЗВУКОВЫЕ 						ФАЙЛЫ, АУДИОСИГНАЛ,ЗАЩИТА 							ИНФОРМАЦИИ, СКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ, 					ПРОГРАММИРОВАНИЕ, ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ 					ТРАНСПОРТ, АДДИТИВНЫЙ ШУМ
Основная цель выпускной квалификационной работы – повышение уровня подлинности аудиосигнала, передаваемого по радиоканалу, посредством увеличения устойчивости системы цифрового маркирования к внешним воздействиям, в частности к атаке аддитивным шумом. 
Были изучены особенности хранения и передачи звуковых файлов на радиостанции. Разработана модель внедрения цифровых водяных знаков в аудиофайл с использованием метода лоскута. Использован кодер, реализующий модель кодирования Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ-коды). Выполнено моделирование атаки аддитивным шумом на реализованную систему. Оценена устойчивость реализованной системы цифрового маркирования аудиосигналов к реализуемой атаке.
В пояснительной записке описан процесс проектирования системы внедрения ЦВЗ, а также модель его восстановления. Описаны разработанные меры по обеспечению безопасности труда и произведено технико-экономическое обоснование дипломного проекта.
Подпись: ______________ Коновалова А. А.
Дата: «___» _________201__ г.


ВВЕДЕНИЕ
Стеганография – это наука о тайной передаче информации путём скрытия самого факта передачи. Таким образом, стеганография скрывает сам факт существования сообщения. В переводе с греческого означает «скрытое письмо». Если же целью криптографии является скрыть содержимое сообщения, то целью стеганографии является засекретить существование сообщения и создать секретный канал для его передачи.
Развитие в области цифрового аудио и видео, повсеместное использование компьютерных технологий в конце прошлого века привели к возникновению нового понятия в информационной безопасности – цифровой стеганографии. Данное понятие основано на методах цифровой обработки сигналов. Мультимедийная информация позволяет внедрять скрытую информацию, так как её особенной чертой является возможность передачи не точно, а с некоторым искажением, незаметным для человеческого восприятия.
Из понятия цифровой стеганографии появилось наиболее востребованное легально направление – встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ). Это направление основано на встраивании скрытых маркеров, устойчивых к различным видам атак. Метод встраивание ЦВЗ послужил основой для системы защиты авторских прав.
Существует несколько видов атак воздействующих на цифровой водяной знак. Аддитивный шум – один из видов атак. Это помеха, которая прибавляется к сигналу при передаче его по каналу связи. В присутствии даже очень слабой аддитивной помехи линейные преобразования оказываются необратимыми.
Физически аддитивный белый гауссовский шум возникает от посторонних электрических помех, а также из-за взаимного уменьшения или увеличения результирующей амплитуды волн сигналов. Таким образом, аддитивный шум ухудшает качество систем связи.
Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью защиты конфиденциальной информации, передаваемой между радиостанцией и кабиной машиниста, от мешающего воздействия аддитивного шума в канале передачи данных.
Цель дипломного проекта – повышение уровня подлинности аудиосигнала, передаваемого по радиоканалу, посредством увеличения устойчивости системы цифрового маркирования к внешним воздействиям, в частности к атаке аддитивным шумом.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
 Изучить особенности хранения и передачи звуковых файлов на железнодорожном транспорте.
 Реализовать модель системы построения ЦВЗ.
 Реализовать модель системы внедрения и выделения ЦВЗ.
 Выполнить моделирование атаки аддитивным шумом на реализованную систему.
 Опираясь на результаты моделирования, оценить устойчивость реализованной системы цифрового маркирования аудиосигналов к атаке аддитивным шумом.
 Сделать вывод по проделанной работе.


ОПИСАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
Автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) — организует сбор и обработку всей необходимой информации, для того, чтобы оптимизировать  управление железнодорожным транспортом в стране. В составе АСУЖТ присутствуют функциональные подсистемы, которые соответствуют структуре управления железнодорожным транспортом. Среди подсистем отдельное место занимает автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП).  Её предназначение заключается в создании и поддержании информационной модели перевозочного процесса в реальном масштабе времени, а так же в прогнозировании текущего планирования эксплуатационной работы предприятий железной дороги.
Автоматизированная Система Оперативного Управления Перевозками (АСОУП)
Автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП) применяется на всех дорогах сети. Она служит для ознакомления руководителей и оперативных работников управлений дорог с информацией о перевозочном процессе в целях оперативного управления регулирования перевозок. Информационной основой АСОУП дороги является машинная модель перевозочного процесса на полигоне дороги. Работающая на основе всесторонней обработки сообщений поступающих со станций. Передается информация о составе поездов (телеграммы-натурные листы сведения о прицепках и отцепках групп вагонов), об операциях с поездами (прибытие, расформирование, готовность к отправлению, отправление и т.д.), о локомотивах (изменение состояния, объединение и разъединение секции и др.), о грузовой работе (погрузка, выгрузка).
В информационной модели представлено текущее состояние эксплуатационной работы полигона. Также, выделены станции, которые имеют непосредственную связь с ИВЦ(сортировочные, крупные грузовые, участковые, станции-пункты учета перехода поездов и вагонов с дороги на дорогу), и участки между ними. Предусмотрена взаимосвязь АСОУП с автоматизированными системами управления (АСУ) нижнего уровня (типа АСУ сортировочными станциями),АСОУП соседних дорог и автоматизированной системой управления отраслевого уровня за счёт автоматизированного обмена данными через каналы связи между ИВЦ, главным вычислительным центром (ГВЦ), с другими вычислительными системами.
В первую очередь система предназначена для обслуживания оперативного персонала станций(операторов СТЦ и товарных контор станционных и маневровых диспетчеров), отделений железных дорог (поездных и локомотивных диспетчеров, дежурных по отделению),оперативно-распорядительных отделов служб перевозок, руководящих работников всех уровней управления. По окончанию решения задач выдаются результаты, они могут выдаваться в любое время по запросу или же в автоматическом режиме. В результатах показана дислокация поездов на участках по направлениям движения и станциям назначения,передачу поездов, вагонов и контейнеров по стыковым пунктам между дорогами и отделениями (общую и по каждому стыковому пункту, с разбивкой по состоянию вагонов роду подвижного состава и назначениям), наличие и дислокацию контролируемого парка локомотивов по техническим станциям, участкам между ними и полигонам обращения, основным и оборотным депо с детализацией по сериям состоянию, депо и дорогам приписки; также отображается информация о грузовой работе, в том числе погрузке по родам грузовнаправлениям и дорогам назначения с выделением важнейших отправителей, а также выгрузке средствами дороги и важнейшими грузополучателями с указанием пригодности освободившихся вагонов под погрузку.
Назначение АСОУП
	Система АСОУП решает следующие задачи:
- контроль поездного положения;
- учет перехода поездов, вагонов и контейнеров по стыковым пунктам;
- контроль за соблюдением норм веса и длины грузовых поездов;
- контроль за соблюдением плана формирования;
- прогноз прибытия грузов на станции назначения;
- оперативный контроль дислокации и состояния локомотивов;
- оперативный контроль погрузки выгрузки;
- автоматизированная система выдачи и отмены предупреждений;
- слежение за дислокацией разрядных грузов на дороге, за спец. подвижным составом, за нахождением на полигоне дороги вагонов стран СНГ;
- пономерной учет, контроль дислокации, анализ использования и регулирование вагонного парка (ДИСПарк).
Функции АСОУП
	АСОУП осуществляет:
- ввод и обработку информации о поездах, движении поездов на дороге, дислокации локомотивов и вагонов, операциях с вагонами, их состоянии;
- ведение баз данных;
- сервисное обслуживание пользователей системы;
- решение комплексов прикладных задач и выдачу результатов пользователям.
	АСОУП обеспечивает:
- улучшение оперативного управления поездной и грузовой работой, эффективное использование подвижного состава;
- оперативное информирование грузоотправителей и грузополучателей;
- ведение поездной, локомотивной, вагонной, контейнерной и отправочной моделей дороги;
- ведение архива вагонов и поиск вагонов на сети ж. д.
	Задачи АСОУП решаются на всех уровнях АСУЖТ – в Главном вычислительном центре (ГВЦ), информационно-вычислительных центрах дорог (ИВЦ), узловых вычислительных центрах (УВЦ) и вычислительных центрах крупных сортировочных станций. Функционирование АСОУП на сетях железных дорог реализовало  построение надежнойосновы вычислительной сети на железных дорогах России.
Система принудительной остановки поезда.
Данное устройство применяетсяв области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и используется на железнодорожном транспорте с применением радиоканала. Система принудительной остановки локомотива содержит локомотивное устройство, оно расположено в кабине машиниста и состоит из блоков электроники, индикации, коммутации и регистрации. В блок электроники включены два модуля центральной обработки информации, модуль маршрута, модуль цифрового радиоканала, два модуля измерения параметров движения, два модуля внешних устройств, систему контроля безопасности и усилитель электропневматического клапана. В блок индикации включены модуль регистрации, модуль управления и модуль индикации. В блок коммутации включён узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом. Для связи машиниста с дежурным по станции в систему встроено станционное устройство, содержащее радиомодем. Радиомодем соединён внутренним интерфейсом с автоматизированным рабочим местом дежурного по станциии имеет возможность формирования информации для команды принудительной остановки поезда. Таким образом, функционирование системы заключается в принудительной остановке локомотива диспетчером или дежурным по станции. А также, техническим результатом является контроль каждой подвижной единицы, остановка всех локомотивов в зоне действия и адресная остановки с привязкой к координате пути.
Суть изобретения заключается в создании локальной структуры на станции, где вероятно будет производиться контроль над каждой подвижной единицей, основанный на данных спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС. Также суть заключается как в обеспечении принудительной остановки всех подвижных единиц, так и адресной остановки с привязкой к координате пути. Остановка происходит по команде дежурного по станции, передаваемой по радиоканалу независимо от действия машиниста. При нажатии кнопки «Тревога» система отображает информацию о возникновении аварийной ситуации на автоматизированном рабочем месте дежурного по станции.
Данное техническое решение, по сравнению с прототипом, соответствует критерию новизна, так как оно неизвестно из уровня техники. Предложенное изобретение уже известно и является существующим и промышленно применимым техническим средством и соответствует критерию изобретательский уровень. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения принудительной остановки как всех подвижных единиц в зоне действия системы, так и адресной остановки с привязкой к координате пути по команде дежурного по станции, передаваемой по радиоканалу независимо от действия машиниста.
Такой технический результат достигается тем, что в систему включены блоки, соединённые между собой и расположенные в кабине машиниста, это блоки электроники, индикации, коммуникации и ввода данных. С помощью блока электроники определяется допустимый скоростной режим и осуществляется контроль за его соблюдением, это происходит за счёт фиксации сигналов обратной связи от рукоятки бдительности машиниста. Коммуникационный блок выполнен с возможностью включения электропитания устройства, осуществления его связей с периферийной аппаратурой, а также переключения связей при изменении кабины управления локомотивом и включает в себя узел формирования данных о состоянии цепей управления локомотивом. Станционное устройство содержит радиомодем, соединенный внутренним интерфейсом с автоматизированным рабочим местом дежурного по станции, другим входом с радиоантенной.
Если представить схематично, система построена в виде блоков, соединённых между собой. Один из них содержит блок электроники, радиомодем с антенной, навигационный приемник с антенной, кнопку «Тревоги», приставку крана машиниста, электропневматический клапан и источник питания. Второй содержит радиомодем с антенной, автоматизированное рабочее место дежурного по станции, устройство электропитания.
Все модули разработаны с применением современной элементной базы. Программное обеспечение написано на языке ассемблера и аппаратно-ориентированном языке уровня Си.

Рисунок 1 - Структурная схема системы принудительной остановки локомотива.
На рисунке 1 изображена структурная схема системы принудительной остановки локомотива, содержащая локомотивное и станционное устройства, 1 и 11, соответственно.
Система КЛУБ-У
Система комплексного унифицированного локомотивного устройства безопасности (КЛУБ-У). Это аппаратный комплекс, его отличительными особенностями являются: модульная структура, открытая локальная сеть, позволяющая бесконфликтно уменьшать или увеличивать количество модулей. Данный о параметрах движения поезда, состоянии тормозного оборудования и системе безопасности фиксируются и регистрируются на съёмной электронной кассете.
Система имеет возможность взаимодействовать с системами автоведения, «черным ящиком» и другими системами по локальной сети, а так же, с системой интервального регулирования движения поездов по радиоканалу.
В функциональные особенности устройства входит:
 приём и дешифрование сигналов; 
 описание параметров движения состава;
 формирование информации о значениях целевой и допустимой скоростей движения;
 сравнение фактической скорости движения с допустимой;
 выполнение экстренного торможения при превышении фактической скорости в случае, ели машинист не предпринял необходимые действия;
 автоматическое включение экстренного торможения в случае возникновения ситуаций, ведущих к опасным и катастрофическим последствиям;
 обеспечение экстренного торможения по приказу дежурного по станции независимо от действий машиниста;
 избежание прохождения участка с запрещающим сигналом светофора без указания дежурного по станции;
 постоянный слежение за состоянием тормозной системы; 
 автоматический учёт категории поезда, типа тяги, длины блок-участков, приём информации от систем локомотива;
 оповещение машиниста о сигналах светофора, количестве свободных блок-участков, фактической скорости (с точностью до 1 км/ч) и допустимой на данном участке пути скорости движения, кривой торможения, а также о текущем времени с корректировкой по астрономическому времени, координате места нахождения локомотива с точностью до 30 м при помощи спутниковой навигации, соблюдении графика движения поезда, названиях станций, номерах стрелок, светофорах, перегонах ит. п.;
 регулярный контроль бдительности машиниста;
 контроль совместных действий машиниста и помощника машиниста при трогании поезда и движении к запрещающему сигналу светофора;
 запись информации о движении в электронной памяти кассеты регистрации;
 диагностика системы.
КЛУБ-Усостоит из блоков, основными являются — БЭЛ, БИЛ и БКР. Вид аппаратуры КЛУБ-У представлен на рисунке 2.
Блок БЭЛ (локомотивный блок электроники) служит для получения сигналов от приемных катушек, антенн точечного канала связи, приемопередатчика, антенны, датчиков пути и скорости, а также датчиков давления, цепей локомотива, рукояток и кнопок БИЛ. Также, функциями блока электроники являются обработка принимаемой информации, выдача ее наБИЛ для индикации и регистрации в системы САУТ и автоведения, а также управление электропневматическим клапаном ЭПК. Блок БЭЛ имеет модульную структуру. Связь между модулями и с внешними блоками осуществляется по CAN-интерфейсу.
С помощью блока БИЛ осуществляется ввод и отображение локомотивных и поездных характеристик,  индикация режима работы, готовности кассеты регистрации, а также информации ввода и тестирования, регистрация информации о движении поезда и прочих характеристик, полученных из блока БЭЛ на кассете регистрации.
Блок коммутации и регистрации БКР служит для обработки сигналов от датчиков давления и подключения к БЭЛ периферийных устройств.

Рисунок 2 - Аппаратура КЛУБ-У.
Приёмопередающее устройство осуществляет приём и передачу цифровых сообщений	в радиоканале связи между базовым стационарным пунктом и локомотивом. Скорость передачи данных составляет 9600 бит/с,  задержка передачи в радиоканал составляет менее 22 мс, а приема из радиоканала — менее 2,5 мс и готовности радиостанции после передачи — менее 19 мс, работает устройство в частотном диапазоне 450 – 470 МГц и насчитывает 15 программируемых каналов.
Назначение антенны радиоканала заключается в передаче радиосигналов по каналу связи между локомотивной и станционной радиостанциями. 
Надежность КЛУБ-У. При разработке системы уделялось большое внимание повышению ее надежности. В систему встроена диагностика, позволяющая выявлять и фиксировать отказы основного и резервного комплектов. Также в системе предусмотрен фоновый тест в каналах двухканальных узлов системы, способствующий выявлению скрытых ошибок. Подготовительный тест уменьшает возможность наследования скрытых ошибок от поездки к поездке.
Для эффективности функционирования аппаратуры КЛУБ-У предусмотрено автоматическое устройство дешифрации регистрируемой информации, которое гарантирует быструю и объективную автоматическую дешифрацию регистрируемой на съемном носителе информации для анализа качества работы локомотивной бригады и исправности локомотивного оборудования. А также, комплекс средств предрейсового контроля. Блок ввода данных предрейсового контроля БВД осуществляет проверку аппаратуры перед поездкой, а также выполняет функцию перепрограммирования электронной карты.
Монтаж элементов КЛУБ-У. В соответствии с утвержденным проектом оборудования ТПС на локомотиве устанавливают  блоки, приемные катушки, антенны цифрового радиоканала и спутниковой навигации, датчики давления и датчики скорости. В кабине машиниста располагаются блоки БИЛ, БИЛ-Пом, БВЛ, рукоятки РБ, РБС и РБП, ЭПК-150, блок контроля несанкционированного отключения ЭПК КОН, тумблер (автомат) включения питания КЛУБ-У. В машинном отделении или в технологическом проходе находятся остальные блоки: БЭЛ, БКР, БСИ, «Мост».
Антенны цифрового радиоканала и спутниковой навигации расположены на крыше локомотива.
Подготовка устройства к работе. Перед началом эксплуатации локомотива или МВПС, оборудованного устройством КЛУБ-У, в блок электроники БЭЛ при подключенном блоке БВД, установленной в блок регистрации БР-У кассете регистрации и после набора на клавиатуре БВЛ команды «К5» заносятся поездные и технологические характеристики. Такие как категория поезда, время, тип и номер локомотива, диаметры бандажей колесных пар на которых крепятся ДПС1 и ДПС2, число зубьев датчика скорости ДС, конфигурация системы КЛУБ-У, скорости на белый, зеленый и желтый огни, длина блок-участка, электронная карта участка обращения локомотива.
Перед началом поездки машинисту выдается маршрутный лист и кассета регистрации. По окончанию поездки локомотивная бригада сдаёт эту кассету дежурному по депо для расшифровки станционным устройством дешифрации СУД в отделе расшифровки.
Перед включением КЛУБ-У машинист устанавливает кассету в приемник БИЛ или в БР. Затем включает автомат питания КЛУБ-У и тумблер питания «ПИТ» на БКР.
В режим автостопного торможения в информационной строке блока БИЛ возникает сообщение о том, какое устройство является инициатором автостопного торможения: «СРЫВ ОТ САУТ», «СРЫВ ОТ ТСКБМ» или «СРЫВ ОТ КОН». Если сообщения нет, то это означает, что торможение осуществляет устройство КЛУБ-У.
Выключение устройства КЛУБ-У выполняют в рабочей кабине только после прибытия в депо и таким порядком. Необходимо выключить ЭПК, повернув ключ по часовой стрелке до упора. Далее установить в положение «Выключено» тумблер «ПИТ» на БКР (индикаторы питания «ПИТ» на БКР и БЭЛ погаснут) и автоматические выключатели КЛУБ-У. Затем изъять кассету регистрации из БИЛ или БР. Обо всех выявленных замечаниях к работе системы необходимо сделать подробную запись в журнале формы ТУ-152.
Система КУПОЛ
Система КУПОЛ разработана в соответствии с распоряжением вице-президента ОАО «РЖД» В.А. Гапановича от 30.01.04г. №506р и введена в опытную эксплуатацию 07.08.2004г.
Данная система предназначена для повышения безопасности движения поездов за счёт реализации возможности принудительной остановки локомотива или нескольких локомотивов. Принудительная остановка локомотива осуществляется по командам ДСП или ДНЦ, передаваемым  по радиоканалу, независимо от действий машиниста.
Устройство КУПОЛ состоит из комплекса технических средств, включающих станционное и локомотивное оборудование. Все эти устройства прошли предварительные заводские испытания, выдержали климатические, механические испытания и испытания на ЭМС, что подтверждено соответствующими протоколами.
Устройство служит для работы на локомотивах и моторвагонном подвижном составе всех типов с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока. Обеспечивается безопасность движения, предупреждая предаварийные и аварийные ситуации благодаря применению принудительного торможения или остановки поезда.
В настоящий момент по результатам эксплуатации можно сделать вывод об устойчивой работе как станционной аппаратуры КУПОЛ-С, так и локомотивной – КЛУБ-У с функцией принудительной остановки локомотива.
Радиостанция РЛСМ
Радиостанция РЛСМ-10 предназначена для установки на железнодорожном транспорте (магистральные и маневровые локомотивы, моторвагонные подвижные составы и др.) и автотранспорте различных ведомств, для организации аналоговой и цифровой радиосвязи.
Радиостанция предоставляет возможность подключения пультов управления, устройств телеуправления и телесигнализации (ТУ-ТС), аппаратуры передачи данных, внешнего регистратора переговоров и др.
Радиостанция локомотивная РЛСМ-10 совместима для работы с эксплуатируемой на сети железных дорог аппаратурой радиосвязи системы «Транспорт».
Радиостанция с индексом «Д» предназначена для работы по стандарту DMR (далее по тексту радиостанция-Д). Она обеспечивает работу в диапазоне скоростей движения подвижных объектов от 0 до 350 км/ч, предназначена для организации линейных и зонных сетей радиосвязи, а также для обеспечения работы на любом типе подвижного состава. Индекс «ВС» в наименовании радиостанции означает возможность крепежа составных частей радиостанции к корпусу локомотива. 
Существуют модификации радиостанции-Д для передачи речи и для передачи данных.
Радиостанция-Д для передачи речи может быть двух- (2; 160 МГц) или трёхдиапазонной (2; 160; GSM-R) и обеспечивает работу в цифровых системах поездной и станционной радиосвязи диапазона 160 МГц (в полосе частот 151,7-156,0 МГц), работающих на основе стандарта DMR.
Радиостанция-Д для передачи данных является однодиапазонной и обеспечивает работу в цифровых системах передачи данных диапазона 160 МГц (в полосе частот 151,7…156,0 МГц), работающих на основе стандарта DMR.
Построение системы информирования и оповещения представлено на рисунке 3:

Рисунок 3 - Построение системы информирования и оповещения.
Особенности функционирования:
 поддерживаются цифровые стандарты DMR, GSM, GSM-R;
 используется спутниковая связь Thuraya;
 приемник систем навигации ГЛОНАСС, GPS;
 встроенный регистратор переговоров;
 интерфейсы RS-232, CAN, Ethernet;
 дистанционный мониторинг по радиоканалу;
 управление подсветкой клавиатуры и яркостью дисплея в зависимости от освещенности в кабине;
 модульный конструктив;
 удаленное резервирование и восстановление настроек;
Возможность использования встроенной подсистемы GPS/ГЛОНАСС для автоматического изменения различных параметров радиостанции (рабочий канал, мощность передачи и др.) в зависимости от местонахождения. Передача координат нахождения радиостанции (локомотива) диспетчеру, передача координат нахождения радиостанции в предаварийном состоянии обслуживающему персоналу для оперативной замены без задержки движения, выдача сигналов точного времени машинисту и на регистратор переговоров.
Возможность использования встроенного GSM-модуля для РОРС и аварийной связи с машинистом через сеть сотовой связи (модуль GSM работает независимо от остальных радиотрактов станции) и передачи данных мониторинга и телематики по протоколу GPRS
Наличие порта Ethernet для мониторинга и конфигурирования радиостанции
Возможность передачи данных от оборудования объекта (локомотива, автомобиля и др.), подключённого по интерфейсам RS-232, Ethernet или CAN через сеть GSM по протоколу GPRS.
Угрозы безопасности
Информационные и телекоммуникационные технологии играют важную роль в работе ОАО «РЖД». Они предназначены для сбора, хранения, обработки, передачи информации и использования информационной инфраструктуры. Существует опасность нарушения таких характеристик информации, как конфиденциальность, целостность, доступность. Это может привести к неблагоприятным последствиям, таким как:
 нарушение достоверности цифровых файлов и документов;
 нарушение функциональных систем корпоративного управления и управления технологическими процессами;
 несанкционированному доступу к передаваемой информации;
 разглашению сведений, составляющих коммерческую тайну и др.
На рисунке 4 показана схема передачи сигнала по радиоканалу связи, на которой указан возможный путь реализации атаки на сеть со стороны нарушителя, с целью получить доступ к передаваемым данным, в том числе и   звуковым файлам.

      Нарушитель может провести атаку на сеть передачи данных, с целью искажения, удаления, перехвата передаваемой информации. Завладев аудиофайлами, злоумышленник может использовать их в качестве источника информации на этапе разведки, а также в процессе подготовки спланированной атаки на объект инфраструктуры ОАО «РЖД». Кроме того, он также может совершить подмену данных, нарушив их доступность, целостность и конфиденциальность.
Вывод по первому разделу
В первом разделе даётся описание систем АСОУП, КЛУБ-У и КУПОЛ. В ходе  изучения систем было установлено, что в них происходит передача технического сигнала, который по своим свойствам не является аудиосигналом, а следовательно, не удовлетворяет условию темы ВКР.
В этом случае было принято решение рассмотреть строение и функции локомотивной радиостанции РЛСМ-10. Были рассмотрены особенности, а так же общая схема телекоммуникационной сети для передачи звуковых файлов, а также схема с указанием критического места, на которое могут быть направлены неправомерные действия злоумышленника.
Таким образом, существует необходимость в применении технологии встраивания ЦВЗ в звуковой сигнал. Это обусловлено необходимостью подтверждения подлинности и достоверности файлов, используемых в качестве источников информации при контроле установленных регламентов работы, а также расследовании причин событий, связанных с нарушением безопасности движения на железной дороге.


АНАЛИЗ ЦИФРОВЫХ ВОДЯНЫХ ЗНАКОВ
 Водяные знаки
Незаконное копирование различной медиа информации было поводом для обсуждения уже несколько лет. Раньше, копии были легко узнаваемы, в виду значительного снижения качества, при использовании аналоговых методов копирования, к примеру, ксерокопирование или запись аудио CD диска на магнитную ленту. Однако сейчас, в эру персональных компьютеров, цифровое копирование стало повседневным и факсимиле изображения, видео, аудио и текст могут быть выполнены очень быстро. А в связи с массовым подключением к интернету, распространяются эти фалы очень быстро. Всемирная паутина ответственна за огромный скачок пиратского контента, из-за ее доступности и скорости распространения. 
Файлы могут быть подделаны или просто изменены из-за наличия большого спектра соответствующего программного обеспечения и люди часто утверждают, что эти изменённые файлы их, в то время как созданы они были кем-то другим. Для остановки распространения этих цифровых копий и искаженных файлов существует несколько методов, которые использовались и проверялись, но до недавних пор, проваливались. Такие методы включают защиту от копирования и шифрование файлов. Все эти старые технологии страдают от основных недостатков. Как только зашифрованный фал был успешно расшифрован, он может быть скопирован сколь угодно раз, для дальнейшего распространения без шифрования. Защита от копирования должна была позволить использовать файлы из оригинального источника, и сделать незаконное копирование трудным, а в идеале невозможным. К сожалению, эти методы всегда оставались «позади» нарушителей и копирование продолжалось с удаленной защитой.
Основа
Очевидно, что копирование,  в какой-либо степени всегда будет существовать, поэтому способ определения автора выглядит весьма перспективным. В основном, следует только определить, является ли файл оригиналом, а так же кому он принадлежит. В наше время, издатели вынуждены распространять информацию в электронном виде, поэтому им необходимо применять цифровую подпись к их продукции, во избежание незаконного копирования. “Защита авторских прав на цифровые изображения – это процесс доказательства права интеллектуальной собственности в суде, против незаконного воспроизведения, обработки, преобразования или трансляции цифрового изображения. 
В качестве примера, рассмотрим компанию, производящую 3D модели; покупатель хочет понять, является ли модель, которую он купил, оригинальным, неизмененным образцом компании производителя. Если она как-то изменена, то это может вызывать сбои в работе или ее функциональность не будет соответствовать спецификации, поэтому покупатель пойдет покупать ее в другое место.  
Возможно, компания производит различные виды медиа информации и хочет, чтобы они были защищены от незаконного копирования или распространения авторским правом. Тогда должен быть метод для определения автора файла, для законов о защите авторских прав, которые можно будет использовать в суде.
Для таких требования, старые методы водяных знаков были адаптированы для использования в нынешнее время. Они просто были преобразованы в цифровые водяные знаки. Обычные водяные знаки подразумевают наличие маленького видимого знака на бумаге, который гарантирует подлинность или официальность данной бумаги. Например, банковские чеки, официальные документы или бумажные деньги. Этот метод был модифицирован и обновлен для цифровых изображений и такие же техники используются для видео, аудио и текста. Современные водяные знаки больше неразличимы человеческим глазом, но их можно обнаружить используя ряд методов. 


Цифровые водяные знаки
Цифровые водяные знаки основываются на науке стеганографии. Слово стеганография пришло из греческого языка, и означает “скрытое письмо”. Это область исследований в скрытой связи. Стеганография и водяные знаки основываются на не идеальности человеческих органов чувств. Глаза и уши человека не способны уловить незначительные изменения, поэтому могут быть обмануты, посчитав два изображения или две звуковые дорожки одинаковыми, хотя это не так. У человеческого глаза ограниченный динамический диапазон, поэтому низкокачественные изображения могут быть спрятаны в изображения с высоким разрешением.
При использовании водяных знаков выделяют три основных стадии:
- Генерация/внедрение
- Атака
- Восстановление/обнаружение
Генерация – очень важный этап всего маркирования. Водяной знак должен содержать уникальную информацию для идентификации владельца, в противном случае, однозначно его определить не получится. Представьте, если две компании будут использовать одинаковые водяные знаки, то будет невозможно доказать, какая компания является правомерным автором. Самый популярный метод генерации – это обратиться к третьей, доверенной стороне, тогда генерация будет однозначно уникальной. Этой третьей стороной, как правило, является специализированная на водяных знаках компания, которая хранит у себя в базе данных информацию обо всех водяных знаках её клиентов. Если продукт был скопирован без согласования с автором и дело переходит в суд, то тогда, для определения истинного владельца обращаются в эту компанию. Примером такой компании является «Digimarc». «Digimarc» - это организация, которая специализируется на различных этапах маркирования. Они предлагают генерацию уникальных подписей и алгоритмы внедрения, наряду с программным обеспечением для их распознавания. «DigimarcMediabridge» - отличный пример такой программы. Она может сканировать или сфотографировать изображение, а затем распознать внедренный в него водяной знак. Если таковой знак был сгенерирован этим программным обеспечением, то в нём хранится информация, содержащая уникальный индекс. Затем, когда найдется такой же индекс на серверах «Digimarc», программа выведет ссылку, которая хранит информацию о правомерном владельце. Весь этот процесс выполняется без дополнительной информации и без какого-либо участия человека. Говорят, водяной знак – это «мост» между изображением и информацией, что и отображено в названии этой программы.
Еще одно программное обеспечение, часто используемое в области водяных знаков – это «Stirmark». Оно используется как контрольный показатель против атак. «Stirmark» проверяет атаки на маркированные изображения по девяти разным категориям. Если после атаки водяной знак все ещё можно распознать, то результат 1, если нет, то 0. Этот этап повторяется для нескольких изображений, по всем типам атак. В итоге получается средняя оценка за все этапы. Это и есть алгоритм оценки водяного знака.
Так же, уже появился официальный проект по оцениванию надежности водяных знаков, он называется «Certimark». Процесс внедрения использует алгоритм для инкорпорирования водяного знака с файлом. Эти алгоритмы широко исследовались и многие из них были тщательно изучены. Извлечение водяного знака позволяет не только определить владельца, но и получить некоторую информацию о предполагаемом получ.......................