Методы и средства защиты информации. Внимание!!! В книге могут встречаться существенные ошибки (в рисунках и формулах). Они не связаны ни со
 Скачать 4.86 Mb.
|
|
Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации • оптические каналы ( электромагнитные излучения в инфракрасной , видимой и ультрафиолетовой части спектра ); • материально - вещественные каналы ( бумага , фото , магнитные носители , отхо - ды и т д .). Правомерно предполагать , что образованию технических каналов утечки ин - формации способствуют определенные обстоятельства и причины технического характера ( рис . 4.1). К ним можно отнести несовершенство элементной базы и схемных решений , принятых для данной категории технических средств , экс - плуатационный износ элементов изделия , а также злоумышленные действия Рис . 4.1. Классификация причин образования технических каналов утечки информации Основными источниками образования технических каналов утечки инфор - мации ( рис . 4.2) являются : • преобразователи физических величин ; • излучатели электромагнитных колебаний ; • паразитные связи и наводки на провода и элементы электронных устройств Для каждой из этих групп , в свою очередь , можно выполнить декомпозицию по принципу преобразования или иным параметрам Так , по принципам преоб - разования акустические преобразователи подразделяются на индуктивные , ем - костные , пьезоэлектрические и оптические При этом по виду преобразования они могут быть и акустическими , и электромагнитными Декомпозиция излучателей электромагнитных колебаний выполняется по диапазону частот Технические каналы утечки информации . Классификация , причины и источники … 107 Рис . 4.2. Классификация источников образования технических каналов утечки информации Паразитные связи и наводки проявляются в виде обратной связи ( наиболее харак - терна положительная обратная связь ), утечки по цепям питания и заземления Технические средства и системы могут не только непосредственно излучать в пространство сигналы , содержащие обрабатываемую ими информацию , но и улавливать за счет своих микрофонных или антенных свойств существующие в непосредственной близости от них акустические либо электромагнитные излу - чения Такие технические средства могут преобразовывать принятые излучения в электрические сигналы и передавать их по своим линиям связи , как правило , бесконтрольным , за территорией объекта на значительные расстояния , что в еще большей степени повышает опасность утечки информации Возможностью образовывать подобные радиотехнические каналы утечки об - ладают некоторые телефонные аппараты , датчики охранной и пожарной сигна - лизации , их линии , а также сеть электропитания Нередки случаи , когда технические устройства имеют в своем составе , поми - мо подобных “ микрофонов ” и “ антенн ”, высокочастотные или импульсные гене - раторы Генерируемые колебания в таких устройствах могут быть промодулиро - ваны проявившимися электрическими сигналами , вследствие чего эти техниче - ские устройства превращаются в радиопередатчики и представляют серьезную опасность , так как способны излучать информацию в окружающее пространство Как в любой системе связи , в каналах утечки информации опасный сигнал ( сигнал , несущий секретную информацию ) характеризуется длительностью Т c , 108 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации динамическим диапазоном Д c и шириной спектра F c , произведение которых представляет собой его объем V c = T c F c Д c Чтобы принять такой объем информации , на принимающей стороне должна быть аппаратура , обладающая соответствующими характеристиками , т е имеющая необходимую чувствительность при определенном превышении сиг - нала над уровнем собственных помех , и обеспечивающая необходимую ширину полосы принимаемых сигналов при соответствующей длительности их передачи Очевидно , что по каналу может пройти без искажения лишь такой сигнал , ко - торый удовлетворяет условиям ( Т к , F к и Д к — это длительность приема инфор - мации каналом , ширина спектра принимаемого сигнала и динамический диапа - зон канала , соответственно ): Т c ≤ Т к ; F c ≤ F к ; Д c ≤ Д к К основным информационным характеристикам канала относятся : • местоположение начала и конца канала ; • форма передаваемой информации ( дискретная , непрерывная ) в звеньях ка - нала ; • структура канала передачи ( датчик , кодер , модулятор , линия , демодулятор , декодер , устройство фиксации и др .); • вид канала ( телефонный , телеграфный , телевизионный и др .); • скорость передачи и объем передаваемой информации ; • способы преобразования информации в звеньях канала передачи ( методы модуляции , кодирования и т д .); • пропускная способность канала ; • емкость канала Кроме того , классификация каналов передачи возможна по следующим при - знакам : • по виду сигналов и способу передачи ; • по исполнению : проводные , кабельные , световодные , радио и другое ; • по принципу действия : электромагнитные , оптические , акустические Параметры канала определяются физической структурой канала , его типом и режимом использования Ширина полосы пропускания ( частотный спектр ) канала F меняется от 3100 Гц для телефонного до 8 МГц для телевидения и до сотен мегагерц для оптиче - ских линий связи Превышение сигнала над помехой в канале ( динамический диапазон ) Д , определяемое соотношения мощностей сигнала и помехи в канале , — способ - ность канала передавать различные уровни сигнала Этот параметр связан с расчетным уровнем помех , возможностями модуляции Динамический диапазон Сигнал и его описание 109 Д ограничивает дальность передачи , а также влияет на возможность выделения сигнала на фоне помех Дальность определяется выражением : Д = log (Р с / Р п ), где Р с и Р п — средние мощности , соответственно , сигнала и помехи в канале на входе приемника Каждый канал также характеризуется количеством информации , которое мо - жет быть передано по нему Предельное значение количества информации , которое может быть пе - редано по каналу связи , обладающему полосой пропускания F к , определяется формулой Шеннона : C max = F к log (1 + Р с / Р ш ) [дв. ед./с], где Р с — средняя мощность сигнала , Р ш — мощность шумов с равномерным частотным спектром Сигнал и его описание Основным элементом рассмотренных каналов утечки информации являются сигналы , совокупность которых , в свою очередь , формирует информационное сообщение Сообщение может иметь дискретную природу , т е состоять из от - дельных символов В этом случае и сигнал составляется из отдельных элемен - тов , и представляет собою дискретную последовательность Примером может служить передача текста по телеграфу Сообщение может представлять собою и непрерывную функцию времени В простейшем случае эта функция непосредственно используется в качестве сиг - нала Так обстоит , например , дело при обычной городской телефонной связи Для передачи на большие расстояния прибегают к модуляции , к которой и сво - дится образование сигнала Если же при передаче используется непрерывная функция с импульсными или кодовыми методами , то нужно произвести дискретизацию функции по вре - мени , т е перейти от функции непрерывного аргумента к функции дискретного аргумента Эта операция выполняется путем взятия отсчетов функции в опреде - ленные дискретные моменты t к В результате функция m(t) заменяется совокуп - ностью мгновенных значений { m к } = { m(t к ) }. Обычно моменты отсчетов располагаются по оси времени равномерно , т е t к = k ∆ t. Выбор интервала ∆ t производится на основании теоремы Котельникова , которая гласит : 110 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации функция с ограниченным спектром полностью определяется своими значе - ниями , отсчитанными через интервалы ∆ t = ½ F, где F — ширина спектра Это положение может применяться и к функциям с неограниченным , но быстро убывающим за пределами интервала F спектром В таком случае функция восста - навливается по своим отсчетам не точно , но с легко оцениваемым приближением Исходное сообщение может представлять собой функцию не одного , а многих аргументов В этом случае такая функция превращается в функцию m(t) , зави - сящую от одного аргумента Это осуществляется посредством операции , назы - ваемой разверткой При этом может произойти дискретизация по одному , не - скольким или всем аргументам Примером может послужить образование теле - визионного сигнала Изображение может быть представлено как B(x, y, t) , где x и y — пространственные координаты ( координаты плоскости изображения ), B — яркость Время дискретизируется в результате покадровой передачи ( ∆ t = 1/25 с ). При обычной строчной развертке координата x ( вдоль строки ) остается не - прерывной , а координата y дискретизируется Шаг ∆ y определяется количеством строк развертки Таким образом , получается функция m(t) = m(i ∆ y, k ∆ t, vt), где v — скорость развертки вдоль строки , i — номер строки , k — номер кадра До сих пор речь шла о дискретизации по аргументам Но возможна ( а иногда необходима ) дискретизация по значениям функции Предполагается , что функ - ция ограничена , т е ее значения лежат в конечном интервале В таком случае дискретизация состоит в замене несчетного множества возможных значений функции конечным множеством Обычно дискретные значения располагаются по шкале функции равномерно , так что m i = [m/ ∆ m + ½] ∆ m, где скобки обозначают функцию выделения целой части , ∆ m — шаг квантова - ния Понятно , что квантование , заменяющее истинное значение m округленным значением m i , вносит погрешность ε = m – m i Однако существенно , что эта погрешность не превосходит половины шага квантования и , следовательно , находится под нашим контролем Итак , при импульсной передаче необходима дискретизация по времени , а при кодовой передаче , кроме того , и дискретизация по значениям функции , т е кван - тование Рассмотрим вопросы модуляции Берется некоторая функция f = f(a, b, c, ..., t), Сигнал и его описание 111 называемая переносчиком Величины a, b, c, ... представляют собой в отсутст - вие модуляции постоянные параметры Сущность модуляции состоит в том , что один из параметров получает при - ращение , пропорциональное передаваемому сообщению , например a = a 0 + δ a = a 0 + ∆ a m(t) = a 0 (1 + ( ∆ a/a 0 ) m(t)), где δ a — переменное приращение , ∆ a — постоянная величина , выражающая степень изменения параметра Если | m(t) | ≤ 1, то отношение ∆ a/a 0 есть наи - большее относительное изменение параметра a , или глубина модуляции Таким же образом может изменяться и любой другой параметр Если изменя - ется ( модулируется ) параметр a , то мы имеем a - модуляцию , если параметр b — b - модуляцию и т д Количество возможных видов модуляции при данном пере - носчике равно количеству его параметров Так , например , если в качестве пере - носчика выбрано синусоидальное колебание f(t) = A sin ( ω t + ψ ), то параметрами являются амплитуда A , частота ω и начальная фаза ψ Каждый из этих параметров можно модулировать , в результате чего получается , соответ - ственно , амплитудная ( АМ ), частотная ( ЧС ) и фазовая модуляция ФМ Если переносчиком является периодическая последовательность импульсов определенной формы , параметрами являются : амплитуда , длительность , часто - та следования и фаза Это дает четыре основные вида импульсной модуляции : амплитудно - импульсная ( АИМ ), длительностно - импульсная ( ДИМ ), частотно - импульсная ( ЧИМ ) и фазово - импульсная ( ФИМ ). Переход от видеоимпульсов к радиоимпульсам позволяет получить еще два вида модуляции : по частоте и по фазе высокочастотного заполнения Возможны , в принципе , многочисленные виды модуляции по параметрам , оп - ределяющим форму видеоимпульсов ; однако на практике такие виды модуляции пока не применяются В качестве переносчика можно воспользоваться не только периодической функцией , но и стационарным случайным процессом В этом случае в каче - стве модулируемого параметра можно взять любую числовую характеристику , которая в силу стационарности является , по определению , постоянной ( т е не зависящей от начала отсчета времени ) величиной Таковы , например , моменты распределения или их Фурье - преобразования Первый момент , т е среднее зна - чение , обычно равен нулю Второй момент есть функция корреляции , зависящая от временного сдвига τ Фурье - преобразование функции корреляции есть спектр мощности Второй момент при τ = 0 есть просто мощность Модуляция по мощ - ности представляет собой аналогию амплитудной модуляции Модуляция по по - ложению спектра на шкале частот в чем - то подобна частотной модуляции Ана - лога фазовой модуляции для случайного процесса не существует 112 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации Следует иметь в виду , что мощность , определенная для конечного отрезка реализации случайного процесса , есть случайная величина , флуктуирующая около среднего значения Тоже относится и к любым другим моментам или их преобразованиям Поэтому при использовании случайного процесса в качестве переносчика в сигнал с самого начала примешивается специфическая помеха , хотя и не устранимая , но с известными статистическими характеристиками Сигналы с помехами Наряду с полезным сигналом на вход приемника , как правило , действует по - меха Обычно сигнал и помеха взаимодействуют между собой аддитивно , т е суммируются Иногда между ними имеет место и мультипликативное взаимодей - ствие Таким образом , при достаточно сильных помехах прием полезного сигнала может значительно затруднится или вообще стать невозможным Поэтому для обеспечения необходимого качества приема необходимо каким - то образом устра - нить или ослабить воздействие помехи на средство приема Исследуем влияние помехи на основные характеристики сигнала при адди - тивном их взаимодействии в трех основных случаях 1. Если сигнал х(t) и помеха х п (t) являются квазидетерминированными , то сум - марный сигнал х Σ (t) = х(t) + х п (t) Предположим , что х(t) и х п (t) — импульсы Тогда спектр суммарного сигнала S Σ (iω) = S(iω) + S п (iω), где S(iω) и S п (iω) спектры соответственно х(t) и х п (t) Энергия суммарного сигнала будет описываться следующим выражением : E Σ = ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ х 2 Σ (t) dt = E x + E xп + 2E xxп = ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ х 2 (t) dt + ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ х 2 п (t) dt + 2 ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ х(t)x п (t) dt , где E xxп — энергия взаимодействия сигнала и помехи Если E xxп = 0 , то сигнал и помеха ортогональны Корреляционная функция суммарного сигнала в этом случае имеет следующий вид : R Σ (τ) = ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ х Σ (t) х Σ (t – τ)dt = R xx (τ) + R xпxп (τ) + R xxп (τ) + R xпx (τ) R xxп (0) + R xпx (0) = E xxп 2. Если сигнал является квазидетерминированным , а помеха случайной , то суммарный сигнал , описываемый выражением х Σ (t) = х(t) + х п (t) , может рас - сматриваться , как нестационарный сигнал , у которого математическое ожи - дание является функцией времени Сигнал и помеха в этом случае взаимоне - зависимы , поэтом корреляционная функция суммарного сигнала R Σ (τ) = R x (τ) + R xп (τ) Излучатели электромагнитных колебаний 113 Если сигнал периодический , то R x (τ) является периодической функцией , а R xп ( ∞ ) = 0 Это используется для выделения периодического сигнала из слу - чайной помехи 3. Если сигнал и помеха являются случайными , то X Σ (t) = X(t) + X п (t) В этом случае плотность вероятности p Σ (x) сигнала X Σ (t) будет равна свертке рас - пределений p(x) и p(х п ) Корреляционная функция суммарного сигнала : R Σ (τ) = R xx (τ) + R xпxп (τ) + R xxп (τ) + R xпx (τ) + … Если X(t) и X п (t) некоррелированы , то R xxп (τ) = 0 и R xпx (τ) = 0 Тогда R Σ (τ) = R xx (τ) + R xпxп (τ) Энергетический спектр суммарного сигнала G Σ (ω) = ⌡ ⌠ – ∞ + ∞ R Σ (τ) e –jωτ dτ = G xx (ω) + G xпxп (ω) + G xxп (ω) + G xпx (ω) + … Если X(t) и X п (t) некоррелированы , то G xxп (ω) = G xпx (ω) = 0 Способы борьбы с помехами в значительной мере зависят от их спектра По относительному спектральному составу различают следующие три вида помех : • высокочастотная с периодом повторений Т п значительно меньше времени измерения Т изм ; • с периодом повторения , близким к Т изм ; • низкочастотная с периодом повторения Т п , значительно превышающим Т изм Высокочастотную составляющую наиболее целесообразно уменьшать усред - нением , если при этом обеспечивается необходимое быстродействие приема информации Составляющая с периодом Т п ≈ T изм часто представляет собой помехи с час - тотой сети В этом случае помехи уменьшают , применяя фильтры , интегрирова - ние за время , кратное периоду помехи , и осуществляя синфазирование момен - тов получения информации и перехода помехи через нулевое значение Низкочастотная составляющая устраняется обычно способами , разработан - ными для систематических погрешностей Излучатели электромагнитных колебаний |