Датировка звукозаписи по гулу в энергосети
Сравнение колебания частоты тока в целевом сигнале (target) и референсной базе данных (ref) относительно несущей частоты 50 Гц с помощью программы enf-matching, источник
В современную эпоху очень важно иметь инструменты, которые позволяют точно верифицировать аудио/видеозапись, выявить следы монтажа и поставить точную метку времени.
Рутинная цифровая криминалистика включает изучение метатегов, где указано время записи файла, но эти теги легко подделать. Но есть одна физическая характеристика, которую подделать практически невозможно без предварительных измерений частоты электрического напряжения в сети.
Речь о специфическом гудении энергосети в виде электрического шума, который всегда записывается на аудиодорожку.
Дело в том, что колебания частоты в электросети (electrical network frequency, ENF) складываются в уникальный неповторяемый паттерн. Он отличается для каждого времени суток и дня года. Историческая база данных с записью шума позволяет довольно точно датировать видео, выполнив банальный поиск и сверку звуковых характеристик, примерно как это делает Shazam.
Электрический шум
Электрический шум — широкое понятие, и источников его огромное количество. Шум может передаваться и улавливаться шнуром питания, действующим как антенна, или переноситься по линии электропередач. Помехи могут быть вызваны радиочастотными помехами, такими как радио, телевидение, сотовая связь и микроволновая передача, радары, сварка и далёкие разряды молнии и др. Шум также может быть вызван электромагнитными помехами, создаваемыми нагревателями, кондиционерами, бытовой техникой, термостатами, двигателями.
Отклонение от несущей частоты электрического тока
В случае с гулом электросети в Великобритании анализируются изменения частоты электрического тока от 49 до 51 Гц. Они в точности совпадают по всей территории страны, которая объединена одной энергосистемой.
В других странах мира энергосистемы могут работать на другой частоте тока, например, 60 Гц (США и Канада). Вот как выглядят основные синхронные сети в мире:
А это синхронные сети Европы и Северной Африки:
Каждая синхронная сеть характеризуется своим уникальным паттерном ENF.
Датировка видеозаписи
Для нашего случая принципиально, что шум может переноситься по линии электропередач. Вот почему в единой связанной электросети детектируются одинаковые паттерны, которые неизбежно попадают в звуковую дорожку.
Технику анализа ENF для датировки и валидации записей разработал д-р Каталан Григорас, ныне директор Национального центра цифровой медиакриминалистики в Колорадо (США). Научная работа с описанием метода опубликована в 2005 году. С тех пор техника широко используется правоохранительными органами.
По сути, сигнал электрического шума (гул энергосети) рассматривается как уникальный цифровой водяной знак, который помогает определить время создания записи, обнаружить изменения в записи или доказать фальсификацию. Например, исторические записи изменений частоты сети хранятся в полиции Баварии с 2010 года, а в полиции Великобритании с 2005 года.
В 2011 году исследователи продемонстрировали, что освещение в помещениях, такое как люминесцентные лампы и лампы накаливания, изменяет интенсивность света в зависимости от подаваемого напряжения, а оно тоже зависит от частоты питающего напряжения. В результате интенсивность света может передавать информацию о колебаниях частоты на записи визуальных датчиков подобно тому, как электромагнитные волны от линий электропередач передают информацию об ENF на механизмы аудиодатчиков. Основываясь на этом результате, визуальный след от видео, снятого в условиях внутреннего освещения, также содержит следы ENF.
В том же исследовании продемонстрировано, что сигнатуры ENF от визуального потока и аудио должны совпадать. В результате по совпадению этих двух сигналов можно определить, были ли звуковая и визуальная дорожки записаны вместе или наложены позже.
Правоохранительные органы Великобритании используют паттерны электрического шума в рамках полностью автоматизированного процесса более десяти лет.
Новые инструменты
Если раньше такая экспертиза была уделом профессиональных цифровых криминалистов, но теперь доступна каждому желающему. В октябре 2022 года открытом доступе опубликована опенсорсная программа enf-matching, которая помогает провести такую проверку.
Это питоновский скрипт, который для демонстрации сравнивает запись электрического шума из нашего образца с исторической базой электрического шума ENF-WHU, записанной специалистами Уханского университета (провинция Хубэй, Китай).
Если целевая запись записана в другом регионе мира, то нужно использовать другую базу. Их ведут криминалисты разных стран для проведения экспертизы, а некоторые фрагменты выкладывают в открытый доступ. Например, в свободном доступе можно найти тестовые файлы частот для синхронных сетей Европы, США, Японии и России (например, вот база из Санкт-Петербурга RU01.csv за период с 30.04.2019 по 12.05.2019, размер файла 44,5 МБ).
В файле записаны отклонения от стандартного несущего сигнала 50 Гц в таком виде:
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 …
Теоретически, злоумышленник может выполнить обфускацию электрического шума, но для этого нужно сначала вычесть оригинальный шум, а потом добавить шум из другого временного интервала. Но это довольно трудоёмкая процедура, и о таких случаях пока не известно.
