Датиране на звукозаписа с помощта на шума от електрическата мрежа

Към днешен ден е много добра идея да разполагаме с инструменти, които дават независима възможност за съвсем точното верифициране на аудио и/или видео записа, за да се разбере дали няма монтаж и да се постави точен маркер на времето.

Рутинната цифрова криминалистика използва добавянето на огромен брой тагове, които показват времето на записа, но тези тагове сравнително лесно се модифицират и подправят. Но има една много характерна физическа характеристика, която е невъзможно да бъде подправена, освен ако не са осъществени предварителни измервания и записи на честотата на електрическото напрежение в обикновените контакти на електропреносната мрежа.

Става дума за специфичния шум, който понякога наричаме мрежов брум, който дори и с много ниско ниво, винаги присъства в записите.

Идеята е, че промените в честотата на тока в енергийната мрежа (electrical network frequency, ENF) образува уникален модел, който не се повтаря с течение на времето. Той е различен за всяко време от денонощието и за всеки ден на всяка година. Една историческа база данни със записа на този мрежови брум може да се използва за точното датиране на записа на аудио и видео, което може да стане чрез банално търсене и сравняване на звуковите характеристики, както всъщност прави популярната онлайн услуга Shazam.

Електрическият шум

Електрическият шум е едно широко понятие, а източниците на този шум са много. Мрежовият брум може да се излъчва и приема от захранващите кабели, които влизат в ролята на антени. Мрежовият брум се разпространява чрез електропроводните мрежи и почти никога не може изцяло да бъде филтриран. Специфични смущения се предизвикват и от радиочестотните шумове от радиопредавателите, телевизията, мобилните и клетъчните комуникации, микровълновите връзки, радарите, заваряването, мълниите и т.н. Шум генерира и битовата техника – климатици, нагреватели и други подобни.

Що се отнася до мрежовия брум във Великобритания се анализира промяната честотата на електричеството в диапазона от 49 до 51 Hz. Тези промени са еднакви и съвсем точно съвпадат на територията на цялото Обединено кралство.

В другите държави енергийните системи работят с по-други честоти – например 60 Hz, както е в Съединените Щати и Канада. Ето как изглеждат основните синхронни електрически мрежи в света:

Ето какви са синхронните (със съвсем еднаква честота в течение на времето) в Европа и Северна Африка:

Всяка синхронна електрическа мрежа си има свой шаблон и уникален ENF модел, по който може да бъде безпогрешно разпозната.

Датирането на видеозаписа

Конкретно в нашия случай разглеждаме шумът – мрежовият брум, който идва през електропреносната мрежа. В една обща и свързана електропреносна мрежа съществуват и с течение на времето се разпространяват еднакви шаблони, които неизбежно попадат в звуковата пътечка.

Техниката за анализа на ENF е създадена и усъвършенствана от доктор Каталан Григорас (Catalan Grigoras), който сега е директор на Националния център по цифрова криминалистика в щата Колорадо. Научната работа, в която подробно е описан този метод бе публикувана още през 2005 година и оттогава широко се използва от правоохранителните органи от целия свят. Интересно е, че техниката за анализ на ENF без много подробности е описана в Уикипедия, а линкът към научната работа на професор Григорас не е валиден и тя вече може да бъде намерена само в някои специализирани уеб сайтове.

В този научен труд брумът от електропреносната мрежа се разглежда като уникален цифров воден знак, който дава възможност да се определи времето на осъществяване на конкретния запис, да бъдат открити направените промени в този запис и да се докаже фалшификацията. Това е важно: историческите записи за промените в честотата на електрическата мрежа полицията на Бавария записва и пази от 2010 година до днес и продължава да прави този запис. Полицията на Великобритания прави същия запис от 2005 година.

През 2011 година изследователи и криминалисти съвместно демонстрираха, че осветлението в помещенията – луминесцентните лампи и лампите с нажежаема жичка променят интензивността си на светене в зависимост от подаваното напрежение и зависи от честотата на електрическата мрежа. Това означава, че невидимите за човешкото око незначителни промени в интензивността на светлината дават информация за промените в честотата при записа на видеа, съвсем както се случва и при аудиозаписите. Тоест, всяко видео, заснето чрез вътрешно, а не локално осветяване, съдържа ENF следи и може да бъде датирано.

В това второ изследване бе демонстрирано, че ENF сигнатурите от визуалния поток трябва да съвпадат с тези от аудио потока. В крайна сметка по съвпадението на тези два сигнала е възможно да се определи дали звуковата и видео пътечките за записани заедно или някоя от тях е наложена по-късно.

Да добавим, че правоохранителните органи на Великобритания използват шаблоните и моделите на електрическия брум и шумове от малко над 10 години.

Новите инструменти

Докато преди време подобна експертиза бе работа само на професионалните цифрови криминалисти, сега тя е достъпна за всички. През месец ноември с отворен достъп бе публикувана програмата enf-matching (публикувана е в GitHub) с отворен код, която дава възможност за осъществяването на подобна проверка.

Тя е написана на програмния език Python и за демонстрация сравнява записа на електрическия шум от подаден образец с историческата база данни на електрическия брум и на различните шумове, която носи името ENF-WHU. Интересно е, че тя е създадена от специалистите на университета на Ухан, Китай.

Разбира се, ако записът е направен в друг регион на планетата, ще трябва да се използва друга подобна база. Тези бази данни се записват и създават от криминалистите на различните държави и се използват в различните експертизи, като някои фрагменти се публикуват със свободен достъп, явно за да може да се потвърди автентичността на информацията. Така например, могат да се открият публикуваните със свободен достъп (power-grid-frequency.org) текстовите файлове за синхронните електрически мрежи на Европа, САЩ, Япония и Русия. За Русия е характерно, че е разделена на няколко зони. Файлът за Санкт Петербург например, се разпространява във вид на RU01.csv и неговата големина за периода 30.04.2019 до 12.05.2019-та е с големина 44,5 MB, което не е чак толкова много.

В тези файлове са записани отклоненията от стандартната честота на електрическия ток в следния вид:

Time f50_DE_KA

30.04.2019 0:00 -18.5638

30.04.2019 0:00 -19.2312

30.04.2019 0:00 -20.4551

30.04.2019 0:00 -23.2079

30.04.2019 0:00 -26.722

30.04.2019 0:00 -29.2147

…

На теория, някой хакер или злоумишленик би могъл да извърши обфускация на електрическия шум, но за тази цел трябва най-напред да заглуши оригиналния шум и след това да добави подобен шум от друг времеви интервал. Но това е наистина трудно и досега не е известен нито един подобен случай.

Обсъжданията на този метод са наистина много. Първото, за което почти всички се сещат е да се използва автономно захранване – акумулаторни батерии или нещо друго. Но това не спира смущенията. Поставен на масата захранван от батерии осцилоскоп при максимална чувствителност с лекота улавя смущенията с честота 50 Hz, идващи от електрическата мрежа.

Редица експерти в тази област са на мнение, че погасяването на спектралния шум и следите от брума на електрическата мрежа в записите е изключително сложно, дори когато става дума за портативно устройство с микрофон и камера, каквото е например смартфонът. Всеобщото мнение е, че да се подменят едни спектрални следи с други, които да бъдат също толкова достоверни, но да са взето от друг участък на световното време, както и от друг регион на планетата, и то по такъв начин, че криминалистите да не открият тази подмяна, е на практика невъзможно. Няма начин.

Да напомним, че AC спектърът далече не е само 50 или 100 Hz. Той достига до 20-та и дори до 30-та хармоника с всичките си амплитудни и фазови особености, краткосрочна и дългосрочна динамика. Да се премахне този шаблон, който с течение на времето образува неповторим модел, не е реалистично. Това може би е все едно да се подмени фона от картината на известен художник и после тя да се изпрати на експертиза