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 Потери на поглощение α погл состоят из потерь в кварцевом стекле , которые определяются , как ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение , а также из потерь , связанных с поглощением оптической энергии на примесях ( α примеси ). По - тери в кварцевом стекле вызываются собственным поглощением атомами опти - ческого материала — кварца ( α с.о.м. ) и поглощением атомными дефектами в стеклянном составе ( α дефект )). α погл = α с.о.м. + α дефект + α примеси Основной реакцией стекловолокна на атомное излучение является увеличе - ние затухания оптической энергии вследствие создания атомных дефектов , или центров ослабления , которые поглощают оптическую энергию Поглощение на примесях ( загрязнениях ) возникает преимущественно от ио - нов металла и от OH ( водяных ) ионов Примеси металла обуславливают потери от 1 до 10 дБ / км Ранее ОВ имели высокий уровень содержания OH- ионов , который приводил к большим пикам поглощения на длинах волн 1400, 950 и 725 нм Путем уменьше - ния остаточного содержания OH- ионов в волокне ( для одномодовых волокон — около 1 части на миллиард ), в настоящее время ОВ имеют номинальные затуха - ния 0,5 дБ / км в 1300 нм и 0,3 дБ / км в 1550 нм , как показано сплошной линией на рис . 4.9. Следует обратить внимание на центр примеси в районе 1480 нм , кото - рый является примесью OH- ионов в волокне На этой длине волны всегда при - сутствует пик поглощения в кварцевом волокне Так называемые центры примеси , в зависимости от типа примеси , поглощают световую энергию на определенных , присущих данной примеси , длинах волн и рассеивают ее в виде тепловой энергии Собственное поглощение атомами оптического материала включает в себя : • поглощение электронов в ультрафиолетовой области ; • поглощение электронов на границе инфракрасной области Ультрафиолетовая граница поглотительных полос электронов , в соответст - вии с законом Урбача , определяется как : α уф = С e E/Eo , где С и E 0 — эмпирические постоянные , а E — энергия фотона Характерное распределение ультрафиолетового поглощения представлено на рис . 4.10. Значение затухания в ультрафиолетовой области мало , по сравнению с зату - ханием в инфракрасной области , для малых значений энергии фотона Собст - венные потери на поглощение возрастают при увеличении длины волны излуче - ния и становятся значительными в ультрафиолетовой и инфракрасной областях Так при длине волны излучения больше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло те - ряет свойство прозрачности из - за роста потерь , которые связаны с инфракрас - ным поглощением ( рис . 4.11). Излучатели электромагнитных колебаний 123 Рис . 4.10. Распределение ультрафиолетового и инфракрасного поглощения Рис . 4.11. Сравнение инфракрасного поглощения , вызванного различными примесями На рис . 4.12 представлена зависимость потерь от длины волны излучения для ОВ из кварцевого стекла с предельно малыми потерями и многокомпонент - ных ОВ , изготовленных из различных оптических материалов Рассеивание представляет собой процесс удаления части энергии из распро - страняющейся волны с последующей эмиссией некоторой части этой энергии 124 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации Рис . 4.12. Зависимость потерь от длины волны для различных материалов Источники возникновения рассеяния в ОВ : • маленькие газовые пузырьки ; • неоднородный состав оптического материала ; • изгиб ОВ Потери на рассеяние становятся определяющим фактором затухания в во - локне уже в 1970 г ., когда была достигнута чистота ОВ порядка 99,9999%. Дальнейшему уменьшению затухания препятствовали потери на рассеяние В общем виде потери на рассеяние определяются следующим выражением α рас = α Рел + α Ми + α Σизгиб + α + α ВКР + α ВРБМ Здесь под α Рел подразумеваются потери , обусловленные Релеевским рассеи - ванием Причиной Релеевского рассеяния является то , что атомы в стекле (SiO2 ) имеют случайное пространственное распределение , и локальные изменения в составе приводят к локальному изменению индекса преломления , что и вызыва - ет рассеяние оптической энергии Поэтому волны малой длины должны больше рассеиваться и , следовательно , иметь более высокие потери , чем волны с боль - шей длиной α Ми — потери , обусловленные Ми - рассеянием Данный тип линей - ного рассеяния возникает на ионах примеси , размер которых сравним с длиной волны В высококачественных ОВ такие потери отсутствуют α Σизгиб — суммар - ные потери , обусловленные микро - ( α микро ) и макро - ( α макро ) изгибами ОВ , опре - деляются выражением : α Σизгиб = α микро + α макро Излучатели электромагнитных колебаний 125 Микроизгибы возникают в процессе изготовления ОВ и при формировании пластикового конверта в процессе изготовления оптического кабеля Макроизги - бы возникают в процессе прокладки оптического кабеля и являются функцией от радиуса изгиба ОВ Тогда потери на макроизгибах можно представить выраже - нием : α макро = 2 α п.п. + α п.и.у. + α п.м. , где α п.п. — потери , обусловленные переходами от прямого участка световода к изогнутому , а также от изогнутого к прямому участку ; α п.и.у. — потери на изогну - том участке ОВ ; α п.м. — потери , обусловленные наличием микротрещин α Σстык — суммарные потери , обусловленные стыковкой ОВ и определяемые внутренними ( α внутр. ) и внешними ( α внеш. ) потерями согласно выражения : α Σстык = α внутр. + α внеш. Внутренние потери определяются трудно контролируемыми факторами — парной вариацией диаметров сердцевин , показателей преломления , числовых апертур , эксцентриситетов “ сердцевина — оболочка ”, концентричностью серд - цевины у соединяемых волокон Можно получить случайные изменения пере - численных факторов , так как они зависят не от конструкции соединителя , а от технологии производства ОВ Причинами внешних потерь являются несовершенства конструкции соедини - теля , а также процесса сборки ОВ и соединителя Внешние потери зависят от механической нестыковки ( угловое , радиальное и осевое смещение ), шерохова - тости на торце сердцевины , чистоты участка и наличия зазора между торцами стыкуемых ОВ Наличие зазора приводит к появлению френелевского отраже - ния из - за образования среды с показателем преломления , отличным от показа - теля преломления ОВ α внеш. = α угл. + α рад. + α осевое + α обр. , где α угл. — потери , вызванные угловым смещением световодов ; α рад. — потери , вызванные радиальным смещением осей ОВ ; α осевое — потери , вызванные осе - вым смещением торцов ОВ ; α обр. — потери , обусловленные обратным френе - левским отражением Учитывая изложенное , выражение для α Σстык примет следующий вид : α Σстык = α внутр. + α угл. + α рад. + α осевое + α обр. Суммарные потери , обусловленные стыковкой ОВ , также носят название вно - симых потерь α ВКР — потери , обусловленные вынужденным комбинационным рассеянием Это рассеяние называется рассеянием Рамана - Мандельштама и возникает в волокне тогда , когда проходящая в нем оптическая мощность достигает некото - рого порога Порог рассеяния зависит от площади поперечного сечения и длины 126 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации ОВ , а также от коэффициента потерь Рассеяние распространяется преимуще - ственно в направлении исходного излучения α ВРБМ — потери , обусловленные вынужденным рассеянием Мандельштама - Бриллюэна Физическая суть рассеяния состоит в том , что при достаточно высо - ком уровне мощности излучения происходит изменение энергетических кванто - вых состояний молекул и атомов ОВ , выражающееся в колебательном движении молекул Это приводит к флуктациям плотности вещества , т е к возникновению акустических фононов На этих фононах происходит нелинейное рассеяние све - та , заключающееся в том , что фотоны отдают часть энергии акустическим фоно - нам , в результате чего в спектре излучения появляются новые компоненты , на - зываемые стоксовыми Для обеспечения работоспособности ВОЛС необходимо , чтобы для полного затухания α сигнала в волоконно - оптическом тракте выполнялись следующие условия : α = P пер. – P пр. – α зап. при P пр. ≥ P пр. min ; Δα ≤ α зап. Здесь P пер. — мощность излучения оптического передатчика ( дБ / м ); P пер. — мощность на входе фотоприемника ( дБ / м ); α зап. — эксплуатационный запас ( дБ / м ); Δα — абсолютное изменение затухания тракта при изменении темпера - туры окружающей среды Параметр α определяет длину регенерационного участка Таким образом , величина потерь мощности P L в произвольной точке опреде - ляются решением системы уравнений : P L = P 0 e –(αпогл + αРел + αМи + αΣизгиб + αΣстык + αВКР + αВРБМ + αНСД)L L > 0 P 0 L = 0 Глава 5 Классификация радиоканалов утечки информации Образование радиоканалов утечки информации В современных условиях насыщенности нашей жизни самыми разнообраз - ными техническими , особенно электронными , средствами производственной и трудовой деятельности , различными средствами связи , разного рода вспомога - тельными системами ( телевидение , радиовещание ) крайне необходимо пони - мать опасность возникновения канала утечки информации с ограниченным дос - тупом именно через технические средства ее обработки Более того , техниче - ские средства относятся едва ли не к наиболее опасным и широко распространенным каналам утечки информации Анализ физической природы многочисленных преобразователей и излучате - лей показывает , что : • источниками опасного сигнала являются элементы , узлы и проводники техни - ческих средств обеспечения производственной и трудовой деятельности , а также радио - и электронная аппаратура ; • каждый источник опасного сигнала при определенных условиях может обра - зовать технический канал утечки информации ; • каждая электронная система , содержащая в себе совокупность элементов , узлов и проводников , обладает некоторым множеством технических каналов утечки информации С определенной степенью обобщения множество радиоканалов утечки ин - формации можно представить в виде следующей структуры ( рис . 5.1). Каждый из этих каналов , в зависимости от конкретной реализации элементов , узлов и изделий в целом , будет иметь определенное проявление , специфиче - ские характеристики и особенности образования , связанные с условиями распо - ложения и исполнения Наличие и конкретные характеристики каждого источника образования канала утечки информации изучаются , исследуются и определяются конкретно для ка - ждого образца технических средств на специально оборудованных для этого ис - пытательных стендах и в специальных лабораториях 128 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации Рис . 5.1. Структура радиоканалов утечки информации Классификация радиоканалов утечки информации по природе образования , диапазону излучения и среде распространения представлена на рис . 5.2. Оценка электромагнитных полей Оценка электромагнитных полей полезных и мешающих сигналов в месте приема или оценка собственно радиосигналов на входе приемника ( после пре - образования электромагнитного поля в радиосигналы антенной приемного уст - ройства ) составляет сущность электромагнитной обстановки , которая отражает - ся статической моделью ( рис . 5.3). Модель содержит блоки канала передачи информации и звенья описания со - стояний информации Блоки модели соответствуют материальным элементам , обеспечивающим формирование , передачу , распространение и , частично , прием радиосигналов В соответствии с этим модель электромагнитной обстанов - ки ( ЭМО ) включает в себя следующие блоки : источник полезных сигналов ; ис - точники мешающих сигналов ( непреднамеренных помех ); среда распростране - ния электромагнитных колебаний Информационное описание процессов формирования ЭМО с учетом наличия непреднамеренных помех осуществляется в звеньях ( пространствах ): простран - стве сообщений Λ , пространстве полезных сигналов S , пространстве ме - шающих сигналов V и пространстве входных сигналов U Образование радиоканалов утечки информации 129 Рис . 5.2. Классификация радиоканалов утечки информации Рис . 5.3. Статическая модель формирования электромагнитной обстановки При этом входные сигналы могут рассматриваться в двух вариантах : • на входе приемного устройства в форме электромагнитных полей ; • на входе приемника в форме радиосигнала Начальным в модели является звено , представляемое пространством сооб - щений Λ Пространство сообщений объединяет множество всех возможных классов ( разновидностей ) сообщений Каждое из сообщений является строго де - 130 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации терминированным , но появление того или другого сообщения на приемном кон - це канала передачи информации для получения сообщения является случайным событием С учетом этого сообщение будет рассматриваться как случайное со - бытие конечного множества возможных сообщений Смысл сообщения и количество классов сообщений зависят от функциональ - ных задач , выполняемых радиоэлектронными средствами Множество классов сообщений λ = ( λ 0 , λ 1 , ..., λ m ) в любом случае полагается ограниченным ( m ≠ ∞ ). Каждый из λ i классов сообщений отличается от другого класса сообщения существом информационного содержания Особый смысл имеет нулевой класс сообщения λ 0 — он означает отсутствие сообщения Так , для радиоэлектронных средств ( РЭС ) радиоэлектронной разведки при решении задачи обнаружения источника излучения множество всех возможных сообщений состоит из двух классов : λ 0 — излучение отсутствует , λ 1 — излучение от объекта имеется Для разносвязных каналов при передаче символов , алфавит которых содержит m различных символов , пространство сообщений состоит из m + 1 класса Нулевой класс λ 0 и в этом случае соответствует отсутствию передачи ка - кого - либо из m символов Статистическая характеристика пространства сообщений выражается со - вокупностью априорных вероятностей всех возможных сообщений Это означа - ет , что каждому классу сообщения приписывается определенная вероятность его появления Априорные вероятности сообщений полагаются либо заранее известными , либо определяемыми каким - либо известным способом Важным свойством сообщений является их классификационная упорядочен - ность , при которой имеется строгое соответствие каждого класса своему классу решения задачи в классификационной схеме задач Все многообразие функциональных задач , реализуемых радиоприемными устройствами РЭС может быть сведено к трем основным задачам : обнаружение , распознавание и измерение параметров сигнала В свою очередь , три основные задачи могут быть систематизированы и объе - динены единой схемой классификации ( рис . 5.4). Схема классификационных задач имеет иерархическую структуру Верхний уровень схемы отвечает двухвариантной задаче обнаружения , все последующие ниже расположенные уровни соответствуют многовариантным задачам распо - знавания и измерения Каждому ниже расположенному уровню соответствует более детальное распознавание и , соответственно , большее число классов ре - шений Нижний уровень отражает задачу измерения , которая представлена на - бором дискретов значений измеряемого параметра Это означает , что сообщениям , как и возможным решениям задач РЭС , свой - ственна единая иерархическая структура классификационной схемы с горизон - тальной несовместимостью и вертикальной совместимостью классов сообщений как случайных событий Отметим , что с учетом нулевого класса сообщений , сумма вероятностей классов сообщений по горизонталям классификационной Образование радиоканалов утечки информации 131 схемы равна единице , т е все классы сообщений ( включая и нулевой класс ) по каждому из видов задач РЭС составляют полную группу случайных событий Рис . 5.4. Классификация функциональных задач РЭС Источник полезного сигнала , следующий по схеме за звеном пространства сообщений , осуществляет формирование радиосигнала из сообщения S = F 1 ( λ ) Оператор F 1 определяет способ формирования сигнала из сообщения , т е характеризует выбор переносчика информации и способ его кодирования ( моду - ляции ) сообщением Типичным переносчиком информации при функционирова - нии РЭС выступают гармонические колебания , модулированные тем или иным способом Множество всех полезных сигналов заполняет пространство полезных сигна - лов S = S 0 , S 1 , ..., S m , где S 0 — нулевой сигнал , соответствующий отсутствию со - общения Излучаемые сигналы представляются функциями пространственных координат ( x 1 , y 1 , z 1 ) источника сигналов , времени t , совокупности существенных параметров α и совокупности несущественных параметров β : S = s(x 1 , y 1 , z 1 , α , β ) Каждому классу сообщения ставится в соответствие свой класс полезного сигнала При этом сообщение закодировано в существенных параметрах , а сиг - нал i - го класса является узкополосным : S i = s i ( x 1 , y 1 , z 1 , t, α ) β exp(j ω 0 t), где s i (x 1 , y 1 , z 1 , t, α ) — комплексная модулирующая функция , соответствующая i - му сообщению ; β — комплексный множитель , являющийся функцией несущест - венных параметров ; ω 0 — частота несущей высокочастотного сигнала |