To jest drugi z cyklu trzech artykułów o pasywnym podsłuchu znalezionym w drewnianej replice Wielkiej Pieczęci Stanów Zjednoczonych, znanym jako “Great Seal Bug” albo “The Thing”. Ten cykl artykułów opisze historię, podstawę działania, oraz próbę rekonstrukcji działającej wersji tego urządzenia.
Ta część zawiera zwięzły opis zasady działania tego urządzenia.
FBI odtajniło pierwotny raport opisujący Great Seal Bug w [3]. Opis ten zawiera wiele przydatnych szczegółów konstrukcyjnych, w tym większość wymiarów:
W tym podsłuchu zastosowany został układ rezonansowy w postaci układu o stałych rozłożonych (co jest częstą techniką przy konstrukcjach mikrofalowych). Poniższy schemat pokazuje różnicę pomiędzy obwodem rezonansowym na elementach skupionych L i C, oraz układem o stałych rozłożonych w postaci walca z prętem w środku (rozłożoną indukcyjność i pojemność schematycznie zaznaczono kolorem niebieskim):
Taki układ o stałych rozłożonych może mieć bardzo małe straty, a przez to dużą dobroć (Q). Większość strat to straty omowe i wynikające z efektu naskórkowości, takie straty mogą być obniżone przez użycie elementów o dużej powierzchni i z materiału o dobrym przewodnictwie (miedź, najlepiej posrebrzona w celu dalszego zmniejszenia strat).
Podsłuch Great Seal Bug składa się z metalowego walca, z metalowym prętem w środku, co stanowi obwód rezonansowy. Jedna ze ścianek walca jest z cienkiej przewodzącej folii, która stanowi membranę mikrofonu. Antena jest sprzężona pojemnościowo z tym obwodem rezonansowym.
Pojemność pomiędzy membraną a prętem w środku walca zmienia się wraz z położeniem membrany (która jest poruszana falami dźwiękowymi). Te zmiany pojemności przestrajają częstotliwość rezonansową obwodu.
Antena ma N * 1/2 długości fali i jest sprzężona pojemnościowo z z obwodem rezonansowym (projektanci podsłuchu użyli N=3, więc antena ma długość 3/2 długości fali na częstotliwości pracy podsłuchu). Anteny o wielokrotności 1/2 długości fali mają dużą impedancję wejściową, więc nie potrzbują do pracy dużej przeciwwagi, obudowa podsłuchu jest tu zupełnie wystarczająca.
Antena jest “oświetlona” przez nadajnik który nadaje niemodulowaną falę nośną na częstotliwości bliskiej rezonansu układu rezonansowego. Część tego sygnału jest wypromieniowywana z powrotem przez antenę. Ilość tego wypromieniowanego sygnału zależy od impedancji obwodu rezonansowego, a ta zmienia się w szerokim zakresie, ponieważ obwód jest bliski częstotliwości rezonansowej.
W skrócie układ działa tak:
- Drgania akustyczne powodują zmianę odległości metalowej membrany od pręta wewnątrz cylindra.
- Te zmiany odległości powodują zmiany pojemności do pręta wewnątrz cylindra.
- Te zmiany pojemności powodują przestrajanie częstotliwości rezonansowej obwodu rezonansowego utworzonego przez pręt wewnątrz cylindra.
- Przestrajanie częstotliwości rezonansowej powoduje duże zmiany impedancji obwodu rezonansowego na częstotliwości nadajnika “oświetlającego” podsłuch.
- Te zmiany impedancji powodują zmiany amplitudy sygnału powtórnie wypromieniowanego przez antenę.
- Rezultatem tego jest modulacja amplitudy (AM) i trochę fazy (PM) wypromieniowanego sygnału. W praktyce używamy tylko modulacji AM.
Powyższe przekłada się na takie wymagania techniczne:
- Odległość pomiędzy metalową membraną prętem wewnątrz cylindra powinna być możliwie jak najmniejsza, ponieważ wtedy wibracje membrany skutkują największymi zmianami pojemności. Wedle [1] ta odległość w orginalnym urządzeniu była 0.23 mm.
- Właściwości elektryczne (impedancja) na częstotliwości sygnału “oświetlającego” podsłuch powinna się zmieniać w możliwie szerokim zakresie. Z tego powodu układ powinien mieć dużą dobroć (Q). Dużą dobroć obwodu można osiągnąć przy zastosowaniu mało stratnych materiałów, z tego powodu najlepiej jakby wszystkie elementy metalowe wewnątrz cylindra były srebrzone (łącznie z membraną).
- Membrana powinna mieć jak najmniejszą bezwładność, więc powinna być bardzo cienka (wedle [1] zastosowana membranę o grubości 6.35 um). Cylinder powinien mieć z tyłu otwory aby drgania membrany nie byłu tłumione przez poduszkę powietrzną.
Zastosowanie takiego urządzenia ma dla podsłuchującego wiele zalet:
- Nie jest potrzebne źródło zasilania, raz zainstalowane urządzenie może działać wiecznie.
- Małe prawdopodobieństwo wykrycia za pomocą techniki z lat 1950. Wyłączenie sygnału oświetlającego powoduje że nie można wykryć sygnału który jest wypromieniowany przez podsłuch.
- Małe prawdopodobieństwo wykrycia za pomocą techniki z lat 1970 – detektora złącz nieliniowych [2], ponieważ w środku nie ma żadnych półprzewodników
Autor: Jacek Lipkowski SQ5BPF
Literatura:
[1] https://www.cryptomuseum.com/covert/bugs/thing/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Nonlinear_junction_detector
[3] https://www.cryptomuseum.com/covert/bugs/thing/files/GREAT_SEAL_BUG.pdf