Интернет безопасность. Интернет безопасность лекция. 3. Угрозы информационной безопасности. Построение систем
 Скачать 343.93 Kb.
|
|
3.8. Технические каналы утечки информации Физические процессы, происходящие в технических средствах при их функционировании, создают в окружающем пространстве излучения, которые в той или иной степени связаны с обрабатываемой информацией (акустическое и электромагнитное излучение, ПЭМИН). Правомерно предполагать, что образованию каналов утечки информации способствуют также определенные обстоятельства и причины технического характера (несовершенство схемных решений, эксплуатационный износ элементов изделия). В любых технических средствах существуют те или иные физические преобразователи, которые выполняют соответствующие им функции, основанные на определенном физическом принципе действия. Однако помимо 66 основных своих функций такие преобразователи в соответствии со своей физической природой способны порождать и дополнительные каналы утечки. Знание всех типов физических преобразователей позволяет решать задачу определения возможных неконтролируемых проявлений физических полей, образующих каналы утечки информации. Особенности акустических каналов утечки информации Наиболее ценной акустической информацией чаще всего является речь. Частоты речевых сигналов 16 – 20 000 Гц. Один и тот же звук разные люди произносят по-разному (своего рода речевой почерк). Звуки речи не одинаково информативны: гласные содержат мало информации о смысле речи, а глухие согласные наиболее информативны. Мерой силы звукового ощущения является громкость звука. Минимальная громкость соответствует порогу слышимости, максимальная – порогу болевого ощущения. Оба порога зависят от частоты звука. Человеческому уху свойственно изменение порога слышимости: в условиях тишины слышен писк комара, а в условиях шума трудно услышать громкую речь. Качество речи оценивается ее разборчивостью, представляющей собой статистическую характеристику речи, принимаемой на фоне шумов. Разборчивость — это отношение числа правильно понятых элементов речи (звуков, слогов, слов) к общему числу переданных по каналу элементов. Она может характеризовать качество канала только в среднем значении, допуская флуктуации в ту или иную сторону. Разборчивость речи определяется экспериментально с помощью так называемых артикуляционных испытаний. Объективные измерительные и расчетные оценки разборчивости речи могут производиться с помощью вычисления разборчивости формант. Формантами называются максимумы текущего спектра речи, которые заполняют весь речевой диапазон. Доказано, что восприятие человеком формант обладает свойством аддитивности, т. е. каждый участок речевого диапазона вносит свой вклад в общую разборчивость речи. В акустических измерениях используются октавные или третьоктавные частотные полосы. Для октавного анализа вклады частот русской речи равны следующим значениям: Частотная полоса, кГц 0,25 0,5 1 2 4 8 Разборчивость формант, % 6,7 12,5 21,2 29,4 25 5,2 От качественного приема (без искажений и помех) каждой частотной полосы зависит суммарная разборчивость. Предельное значение разборчивости формант, при которой возможно понимание смысла речевого сообщения, равно 15 %, что соответствует 25 %-й разборчивости слогов. Задача оценки канала утечки сводится к измерению или вычислению разборчивости речи и сравнению полученного значения с предельным. Важным является то, какое качество принятого сигнала может обеспечить используемый канал. Для оценки акустического канала при работе с речевой 67 информацией применяется такая характеристика, как разборчивость речи. Она зависит от следующих факторов: • ослабления речи в канале; • реверберации звука; • уровня вибрационных и акустических шумов в местах установки датчиков; • чувствительности самих датчиков. Оперативная оценка этих факторов осложняется тем, что вибрационные и акустические сигналы не поддаются точному расчету. Качество каналов съема оценивают экспериментальным путем с помощью акустических измерений, имитирующих ситуацию контроля информации. Шумы и помехи, возникающие в месте установки датчика, вызываются многочисленными источниками: автомобильным транспортом, работой механических машин, технических средств в помещениях, разговорами в смежных помещениях и т. п. Характерная особенность шумов — их нестационарность, т. е. изменение уровня времени. Эти изменения зависят от времени суток (вечером уровни шумов намного меньше, чем днем), от дня недели (в выходные дни уровни шумов снижаются), от погодных условий. Маскирующие свойства помех проявляются тем сильнее, чем больше их превышение над полезным сигналом во всей полосе частот речевого диапазона. Наибольшие шумы — уличные, которые создаются автомобильным транспортом, листвой (при наличии ветра), а также дворовые. В здании источниками шумов являются люди (разговоры, шаги), работа механизмов, водопровода, лифта. Средние значения акустических шумов на улице составляют 60...75 дБ и зависят от интенсивности движения автомашин в районе расположения объекта. Разница в уровне шумов от максимального до минимального может составлять до 30 дБ. Следует иметь в виду, что существующая норма допустимого уровня акустических шумов в рабочих помещениях равна 50 дБ. Этот уровень можно брать в качестве расчетного, если неизвестны конкретные показатели шумности в смежных посторонних помещениях. Все приведенные значения шумов даны для широкополосных источников помех. Акустические колебания в помещении складываются из шумов источников, находящихся внутри помещения, и шумов источников вне помещения. Основные пути прохождения акустических волн из помещения: • воздушный перенос: прохождение через открытые окна, двери, щели, поры, вентиляционные воздуховоды; • материальный перенос: прохождение через материал стены или по трубам отопления, газопровода, водопровода в виде продольных колебаний; 68 • мембранный перенос: передача колебаний посредством поперечных колебаний перегородки (стекла, стены и пр.). При рассмотрении первого пути говорят об акустическом канале утечки, второй и третий образуют вибрационный канал. В воздушных каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является воздух, и для их перехвата используются миниатюрные высокочувствительные и направленные микрофоны, которые соединяются с диктофонами или специальными минипередатчиками. Подобные автономные устройства, объединяющие микрофоны и передатчики, обычно называют закладными устройствами или акустическими закладками. Перехваченная этими устройствами акустическая информация может передаваться по радиоканалу, по сети переменного тока, соединительным линиям, посторонним проводникам, трубам и т. п. В этом случае прием осуществляется, как правило, на специальные приемные устройства. Особого внимания заслуживают закладные устройства, прием информации с которых можно осуществить с телефонного аппарата. Необходимо отметить, что акустический канал может быть источником утечки не только речевой информации. В литературе описаны случаи, когда с помощью статистической обработки акустической информации с принтера или клавиатуры удавалось перехватывать компьютерную текстовую информацию, в том числе осуществлять съем информации по системе централизованной вентиляции. В вибрационных, или структурных, каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является не воздух, а конструкции зданий (стены, потолки, полы), трубы водо- и теплоснабжения, канализации и другие твердые тела. В этом случае для перехвата акустических сигналов используются контактные, электронные (с усилителем) и радиостетоскопы (при передаче по радиоканалу). При облучении лазерным лучом вибрирующих в акустическом поле тонких отражающих поверхностей, таких как стекла окон, зеркал, картин и т. п., создается оптико-электронный, или лазерный, канал утечки акустической информации. Отраженное лазерное излучение модулируется по амплитуде и фазе и принимается приемником оптического излучения, при демодуляции которого выделяется речевая информация. Для перехвата речевой информации по данному каналу используются локационные системы, работающие обычно в ближнем инфракрасном диапазоне волн и известные как «лазерные микрофоны». Дальность перехвата составляет несколько сотен метров. Меры по защите объекта, как правило, направлены на перекрытие возможных каналов съема с помощью инженерных средств, проведение работ по звукоизоляции (для уменьшения воздушного и материального переноса звука через перегородки следует делать их слоистыми, подбирая материалы с резко отличающимися акустическими сопротивлениями, для уменьшения мембранного переноса стены делают массивными и т. д.) и зашумлению строительных конструкций защищаемого здания с помощью специального 69 генератора помех. При проектировании такой системы крайне важна точная оценка объекта, так как виброакустическими методами съема информации пользуются квалифицированные профессионалы с применением самой высококачественной техники. Преобразователи аудиоинформации Преобразователем является прибор, который преобразует изменения одной физической величины в изменения другой. Акустическая энергия, возникающая при разговоре, может вызвать акустические (т. е. механические) колебания элементов электронной аппаратуры, что в свою очередь приводит к появлению или изменению электромагнитного излучения. Любой преобразователь характеризуется определенными параметрами. Наиболее важными из них являются: • чувствительность– отношение изменения выходного сигнала к изменению сигнала на его входе; • разрешающая способность – наибольшая точность, с которой осуществляется преобразование; • линейность – равномерность изменения выходного сигнала в зависимости от входного; • инертность (время отклика) – время установления выходного сигнала в ответ на изменение входного сигнала; • рабочая полоса частот – частотный диапазон, в пределах которого воздействие на входе преобразователя создает на выходе допустимый уровень сигнала. По физической природе имеется значительное количество различных первичных преобразователей, среди которых выделяются следующие группы: • индуктивные; • емкостные; • пьезоэлектрические; • оптические преобразователи. Наиболее чувствительными к акустическим воздействиям элементами радиоэлектронной аппаратуры являются катушки индуктивности и конденсаторы переменной емкости. 1. Индуктивные преобразователи. Микрофонный эффект. Рассмотрим акустическое воздействие на катушку индуктивности с сердечником. Механизм и условия возникновения ЭДС индукции в такой катушке сводятся к следующему. Под воздействием акустического давления появляется вибрация корпуса и обмотки катушки. Вибрация вызывает колебания проводов обмотки в магнитном поле, что и приводит к появлению 70 ЭДС индукции на концах катушки. Она зависит от вектора магнитной индукции, магнитной проницаемости сердечника, угла между вектором и осью катушки, угла между вектором и осью сердечника и площадей поперечных сечений сердечника и катушки. Данный эффект непосредственно используется в электродинамических микрофонах, поэтому получил название микрофонного эффекта. Индуктивные преобразователи подразделяются на электромагнитные, электродинамические и магнитострикционные. К электромагнитным преобразователям относятся такие устройства как громкоговорители, электрические звонки (в том числе и вызывные звонки телефонных аппаратов), электрорадиоизмерительные приборы. Типичный образец индуктивного акустоэлектрического преобразователя – электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата, микрофонный эффект которого проявляется при положенной телефонной трубке. По тому же принципу образуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного назначения. Акустические колебания воздействуют на якорь реле. Колебания якоря изменяют магнитный поток реле, замыкающийся по воздуху, что приводит к появлению на выходе катушки реле ЭДС микрофонного эффекта. Динамические головки прямого излучения, устанавливаемые в абонентских громкоговорителях, имеют достаточно высокую чувствительность к акустическому воздействию и довольно равномерную в речевом диапазоне частот амплитудно-частотную характеристику, что обеспечивает высокую разборчивость речевых сигналов. В магнитоэлектрическом измерительном приборе имеются подвижный постоянный магнит и подвижная рамка, которая поворачивается вокруг своей оси под воздействием собственного магнитного поля, создаваемого измеряемым напряжением, и магнитного поля постоянного магнита. Рамка соединена со стрелкой, конец которой перемещается по шкале измерения. Если акустические колебания воздействуют на рамку, она вращается под их давлением и на ее концах возникает ЭДС индукции. Практически аналогичная ситуация будет при воздействии акустических колебаний на электромагнитный измерительный прибор. Различие между магнитоэлектрическим и электромагнитным приборами сводится к тому, что в электромагнитном приборе вместо постоянного магнита используется электромагнит. Следует отметить, что ЭДС микрофонного эффекта возникает и может использоваться в состоянии покоя прибора, когда он не применяется для конкретных измерений. Примерами индукционных акустоэлектрических преобразователей являются различные трансформаторы (повышающие, понижающие, входные, выходные, питания и др.). 71 Трансформатор состоит из двух (или более) изолированных друг от друга катушек (обмоток) с разными числами витков и замкнутого сердечника из мягкой стали или феррита. Акустическое влияние на сердечник и обмотку трансформатора (например, на входной трансформатор усилителя звуковых частот) приведет к появлению микрофонного эффекта. Если ЭДС индукции появляется в первичной обмотке, то во вторичной обмотке она увеличивается в коэффициент трансформации раз. Магнитострикция — изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании — вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между узлами решетки. Наибольших значений магнитострикция достигает в ферро- и ферритомагнетиках, в которых магнитное взаимодействие частиц особенно велико. Обратное по отношению к магнитострикции явление — Виллари-эффект, т. е. изменение намагничиваемости тела при его деформации. Виллари-эффект обусловлен изменением под действием механических напряжений доменной структуры ферромагнетика, определяющей его намагниченность. В усилителях с очень большим коэффициентом усиления входной трансформатор на ферритах способен преобразовывать механические колебания в электрические. 2. Емкостные преобразователи. Емкостные преобразовывающие элементы превращают изменение емкости в изменение электрического потенциала, тока, напряжения. Емкость конденсатора зависит от расстояния между пластинами. Воздействующее на пластины акустическое давление, изменяя расстояние между пластинами, приводит к изменению емкости. Конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком являются одним из основных элементов перестраиваемых колебательных контуров генераторных систем. Они устроены так, что система пластин вдвигается в другую систему пластин, образуя конденсатор переменной емкости. Изменяющееся акустическое давление, воздействуя на такой конденсатор, изменяет его емкость, а следовательно, и характеристики устройства, в котором он установлен. 3. Пьезоэлектрический преобразователь. Изучение свойств твердых диэлектриков показало, что некоторые из них поляризуются не только с помощью электрического поля, но и в процессе деформации при механических воздействиях на них. Поляризация диэлектрика при механическом воздействии называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект имеется у кристаллов кварца и у всех сегнетоэлектриков. У пьезокристаллов наблюдается и обратное явление. Если пластину, вырезанную из пьезокристалла, поместить в электрическое поле, 72 зарядив металлические обкладки, то она поляризуется и деформируется, например сжимается. При перемене направления внешнего электрического поля сжатие пластинки сменяется ее растяжением (расширением). Такое явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Кварцевые пластины широко используются в пьезоэлектрических микрофонах, охранных датчиках, стабилизаторах, генераторах электрического микрофона. 4. Оптические преобразователи. К оптическим преобразователям относятся приборы, преобразующие световую энергию в электрическую и обратно. Что касается технических каналов утечки информации, то в оптических системах опасным является акустооптический эффект. Акустооптический эффект — это явление преломления, отражения или рассеяния света, вызванное упругими деформациями стеклянных отражающих поверхностей или волоконно-оптических кабелей под воздействием звуковых колебаний. Волоконные световоды как преобразователи механического давления в изменение интенсивности света являются источником утечки акустической информации за счет акустооптического (или акустоэлектрического) преобразования — микрофонного эффекта в волоконно-оптических системах передачи информации (используется также в охранных системах). Основным элементом оптического кабеля волоконно-оптических систем является волоконный световод в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с различными оптическими характеристиками (показателями преломления). Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки — создание лучших условий отражения на границе сердцевина–оболочка и защита от излучения в окружающее пространство. Передача волны по световоду осуществляется за счет отражений ее от границы сердечника и оболочки, имеющих разные показатели преломления. В современных волоконно-оптических системах в процессе передачи информации используется модуляция источника света по амплитуде, интенсивности и поляризации. Внешнее акустическое воздействие на волоконно-оптический кабель приводит к изменению его геометрических размеров (толщины), что вызывает изменение пути движения света, т. е. приводит к изменению интенсивности, причем пропорционально значению этого давления. При слабом закреплении волокон в разъемном соединителе световодов проявляется акустический эффект модуляции света акустическими полями. Акустические волны вызывают смещение соединяемых концов световода относительно друг друга. Таким образом осуществляется амплитудная модуляция излучения, проходящего по волокну. |