Лекція 1_історія класиф. Курс лекцій з дисципліни теоретичні основи спеціальних вимірювань для студентів, що навчаються за напрямом 170102 "системи технічного захисту інформації"
 Скачать 3.22 Mb.
|
Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет радіоелектроніки08:21 КУРС ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ «ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ СПЕЦІАЛЬНИХ ВИМІРЮВАНЬ» ДЛЯ СТУДЕНТІВ, ЩО НАВЧАЮТЬСЯ ЗА НАПРЯМОМ 6.170102 "СИСТЕМИ ТЕХНІЧНОГО ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ" ФАКУЛЬТЕТ ІРТЗІ Кафедра КріСТЗі автор розробки доц. ОГАР В.І. valeriy.ogar@nure.ua Вступ08:21 Мета курсу : в даному курсі буде розглянуто теоретичні основи спеціальних вимірювань, які використовуються в спеціальних дослідженнях в галузі технічного захисту інформації - виявлення з використанням вимірювальної апаратури можливих технічних каналів витоку від технічних засобів і систем. 25/05/22 Харківський національний університет радіоелектроніки, кафедра ОРТ 25/05/22 ЛЕКЦІЯ №1 Історія08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Почнемо з історії. Методи знімання інформації з телефонної лінії в 1906 р, ефективні і через 100 років. Фраза «це не телефонна розмова» вже давно увійшла в побут, а прослуховування телефонів складають значну частину всіх інструментів промислового шпигунства. Вперше радіоперехоплення був використаний ще в першій світовій війні. Радіопеленгатори вперше з'явилися в 1915 р, з їх допомогою стали визначати місцезнаходження радіостанцій противника і за ними визначати розташування штабів і переміщення частин, агентів. Побічні електромагнітні випромінювання і наведення (ПЕМВН) - виникають в будь-яких пристроях, в яких протікає електричний струм. Проблема витоку інформації через ПЕМВН технічних засобів з'явилася в в 50-х роках і став здійснюватися захист інформації в державних установах шляхом глушіння сигналів, випромінюваних обладнанням. В кінці 70-х років США стали перехоплювати інформацію з підводних кабельних ліній зв'язку з використанням підводних човнів. У 1985 році по ПЕМВН була знята інформація з дисплея, який перебував на восьмому поверсі будівлі за допомогою пристрою, розміщеного в автомобілі. ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Історичні аспекти08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Американські супутники з висоти близько 600 км під час операції «Буря в пустелі» фіксували системи протиракетного попередження. Потім супутники стали контролювати щільність і частоту переговорів по мобільному зв'язку, оскільки вони працюють в тому ж частотному діапазоні, що і радари. У 2006 році російські спецслужби виявили в парку камінь, в який вмонтований накопичувач інформації, з захистом від ударів. На цьому камені погоріли чотири англійських шпигуна. З 2010р в США створюється система, яка дозволить прослуховувати переговори по мобільних телефонах, пейджери, радіотелефони. Сигнали є матеріальними носіями інформації. За своєю фізичною природою сигнали можуть бути електричними, електромагнітними, акустичними. Залежно від середовища їх поширення і способів перехоплення технічні канали витоку можна розділити на: для телекомунікаційної інформації: електромагнітні, електричні і параметричні; для мовної інформації: повітряні, електронні, віброакустичні, електроакустичні, оптико-електронний і параметричні. ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Канали витоку ынформації08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки До електромагнітних каналів витоку інформації відносяться канали, в яких перехоплення телекомунікаційної інформації здійснюється спеціальними приймачами з декодуючими пристроями. Електричні канали витоку інформації здійснюють знімання наведень ПЕМІ з сполучних ліній, з ліній електроживлення, з ланцюгів заземлення. Електронні пристрої перехоплення інформації - заставні пристрої-міні-передавачі, випромінювання яких модулюється інформаційним сигналом і передається по радіоканалу, або спочатку записується, а вже потім по команді передається. У повітряних каналах витоку інформації акустичні сигнали знімаються мікрофонами, записуються, або передаються. 08:21 У віброакустичних технічних каналах витоку інформації середовищем поширення акустичних сигналів є огорожі конструкцій будівель, споруд (стіни, стелі, підлоги), труби водопостачання, каналізації. Для перехоплення акустичних коливань Використовуються електронні стетоскопи, радіостетоскопи з передачею інформації по радіоканалу. Електроакустичні технічні канали витоку інформації виникають за рахунок перетворень акустичних сигналів в електричні. Перехоплення акустичних коливань здійснюється шляхом безпосереднього підключення до пристроїв, що мають "мікрофонний ефект", наприклад до телефонних апаратів з електромеханічними викличними дзвінками. Оптико-електронний канал витоку акустичної інформації утворюється при опроміненні лазерним променем вібруючих поверхонь, що відбивають (скла вікон, картин, дзеркал і т.д.). - Т.зв. лазерні мікрофони. Параметричні канали витоку інформації реалізуються шляхом "високочастотного опромінення" приміщення, де встановлені елементи, параметри яких змінюються при впливі мовного сигналу. Для перехоплення інформації необхідний передавач з направленим випромінюванням і приймач. 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Фізичні величини, які вимірюють в області захисту інформації - частота, напруженість електричного поля, напруга, опір, параметри модуляції коливань, тому їх можна віднести до Електрорадіовимірювань. Для проведення спеціальних вимірювань потрібні особливі засоби вимірювальної техніки. Під засобами вимірювань розуміють технічні засоби, що використовуються при вимірах і мають нормовані метрологічні характеристики. Для виявлення каналів витоку інформації тобто проведення атестації об'єктів необхідно досконало знати теоретичні та практичні питання - в різних областях науки - спектрального і кореляційного аналізу, віброакустики, антенно-фідерних пристроїв, законів поширення радіохвиль, нормативно-правових актів і документів щодо захисту засобів обчислювальної техніки, метрології та ін. Необхідно грамотне застосування дорогих і складних сучасних технічних засобів вимірювання, до яких відносяться вимірювальні приймачі, аналізатори спектра, аналізатори ліній зв'язку. 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки
08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Оскільки більшість ГОСТів закрито ( є ГОСТ 29339-92 «Захист інформації від витоку за рахунок ПЕМВН при її обробці засобами обчислювальної техніки»), підходи до обґрунтування методики вибору вимірювальних засобів викладені з урахуванням міжнародних і відкритих стандартів. Як і до всіх засоби вимірювальної техніки, до спеціальних засобів вимірювань ставиться вимога забезпечення єдності вимірювань. Під єдністю вимірювань розуміється таке їх стан, коли результати вимірювань виражаються в узаконених одиницях величин, а похибки відомі з заданою вірогідністю і не виходять за встановлені межі. Єдність вимірювань покликане забезпечити порівнянність результатів вимірювань, отриманих в різних місцях і в різний час, за допомогою різних методів і засобів вимірювань. Спеціальні ЗВТ відносяться до робочих засобів вимірювання і потребують калібрування за допомогою еталонів. Деякі спеціальні засоби змін - нелінійні локатори, індикатори ЕМП і металодетектори відносяться до індикаторів. ІНДИКАТОР - технічні засоби, призначені для встановлення наявності ка фізичної величини або перевищення рівня її порогового значення. Індикатори застосовуються для спостереження за зміною величин без оцінки похибки, вони не підлягають державному метрологічному контролю та нагляду, тобто не підлягають періодичній повірці або калібруванню. Сигнали, які необхідно виявляти, знаходяться на рівні, порівняному з шумами, тому в курсі буде розглянуто елементи теорії виявлення. Пошукові прилади дозволяють виявляти і локалізувати передавачі, з амплітудною і частотною модуляцією, виявити закладки, що використовують АМ, ЧМ та сучасні цифрові протоколи радіозв'язку GSM, CDMA, WCDMA, 3G, DECT, Bluetooth, Wi-Fi, Wi-Max. Тому в курсі будуть розглянуті ці види модуляції і методи вимірювання їх параметрів 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Спеціальні ЗВТ відносяться до робочих засобів вимірювання і потребують калібрування за допомогою еталонів. Деякі спеціальні засоби змін - нелінійні локатори, індикатори ЕМП і металодетектори відносяться до індикаторів. ІНДИКАТОР - технічні засоби, призначені для встановлення наявності ка фізичної величини або перевищення рівня її порогового значення. Індикатори застосовуються для спостереження за зміною величин без оцінки похибки, вони не підлягають державному метрологічному контролю та нагляду, тобто не підлягають періодичній повірці або калібруванню. Сигнали, які необхідно виявляти, знаходяться на рівні, порівняному з шумами, тому в курсі буде розглянуто елементи теорії виявлення. Пошукові прилади дозволяють виявляти і локалізувати передавачі, з амплітудною і частотною модуляцією, виявити закладки, що використовують АМ, ЧМ та сучасні цифрові протоколи радіозв'язку GSM, CDMA, WCDMA, 3G, DECT, Bluetooth, Wi-Fi, Wi-Max. Тому в курсі будуть розглянуті ці види модуляції і методи вимірювання їх параметрів Прилади – індикатори в системах захисту інформаціїМеталошукачі Детектор (індикатор) поля для виявлення бездротових відеокамер та жучків Портативний нелінійний локатор «Буклет-2» Классификація робочих засобів вимірювань за метрологічним призначеннямХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки За метрологічнім призначенням робочі підрозділяються на:
Нановольтметр селективный Unipan 233 Міжнародна Метрична КонвенціяХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки В 1875 р. 17 країнами: Францією,Росією, Німеччиною, Iспанією, Австро - Угорщиною, Бельгією, Бразилією, Данією, Аргентиною, США, Iталією, Перу, Португалією, Швецією, Норвегією,Швейцарією, Туреччиною й Венесуелою у Парижi 8 (20) травня підписана Міжнародна метрична конвенція. На всі часи, для всіх народів 20 травня – всесвітній день метрології Міжнародне бюро мір і вагМБМВ (BIPM – фр. Burean Iternational des poids et Mesures BIPM міжнародне бюро мір і ваг, розташоване в м.Севр, передмісті Парижа , є провідної метрологічною організацією світу. Не менш одного разу в 4 роки проводиться Генеральна конференція МБМВ по мірах і вагам для забезпечення єдності вимірювань на міжнародному рівні. З 2002 р. -Україна –асоційований член Метричної конвенції bipm.org Приєднання України до Метричної конвенції Міністерство закордонних та Європейських справ Франції повідомило ВІРМ, що Україна приєдналася до Метричної Конвенції з датою приєднання 7 серпня 2018 р. на XXVІ ГКМВ в 2018р. відбулося перевизначення основних одиниць СІ “New SI”Ампером назвали таку силу струму, при якій через перетин провідника за одну секунду проходить заряд, що дорівнює одному кулону. Заряд електрона складає точно 1,60217653·10-19 Кл. Кілограм виражається через секунду, метр та сталу Планка. Кельвін – виражається через метр, секунду, кілограм та сталу Больцмана. Перехід на нові визначення одиниць не впливає на звичайні побутові та технічні вимірювання: кілограм як і раніше є тим же кілограмом, вода замерзає при нулі градусів Цельсія і т.д., ніхто в повсякденнім житті нічого не помітив. Зміна визначень значно підвищить точність вимірювань, проведених у найкращих наукових лабораторіях світу. Одиниці вимірювання 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки У спеціальних вимюваннях використовується похідні одиниці СІ: Герц - частота, Вольт- електрична напруга, ЕРС; Ом- електричний опір, Фарад-- електрична ємність; Генрі - індуктивність; Ватт - потужність; Тесла - Магнітна індукція; Напруженість електричного поля, В/м; напруженість магнітного поля А / м; Звуковий тиск Па, децибел, , Р0 = 2·10-5 Па, що відповідає мінімальному звуковому тиску, що приймається людським слухом. При цьому зміна рівня звукового тиску на 1 дБ є мінімальною, розрізняти людське слухом величиною зміни гучності. За класифікація вимірювань - вимірювання бувають прямі, непрямі, спільні та сукупні. У спецвимірюваннях застосовують, в основному, прямі вимірювання, при яких шукані значення фізичної величини визначають безпосередньо шляхом перевірки мірою цієї величини. 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки 16 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Класифікація за кількістю вимірювальної інформації: a) Одноразові .Якщо вимірюється одна величина, то вимірювання проводяться один раз. Однак при цьому велика ймовірність грубої помилки - промаху. b) Багаторазові. Рекомендується провести кілька вимірів і взяти за результат середнє значення. Такі вимірювання найбільш поширені в спеціальних вимірах при вимірах слабких сигналів на тлі шуму. По відношенню до основних одиницям: a) Абсолютні, при яких результат вимірювань виражається в одиницях СІ b) Відносні, при яких проводиться вимір відношення величини до однорідної величиною, що грає роль одиниці або по відношенню до однорідної величини, прийнятої за вихідну. Вимірювання проводяться в%, дБ. ПРИНЦИПИ ТА МЕТОДИ ВИМІРЮВАНЬ08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Принципи вимірювань - це фізичні ефекти (явища), покладені в основу вимірювань. Фізичні ефекти, наприклад - електромагнітні ефекти, ефект Холла, фотоелектричний, п'єзоелектричний. Методи прямих вимірювань - це сукупність прийомів (способів) вимірюваної величини з її одиницею відповідно до обраним принципом вимірювань. У спеціальних вимірах найбільш часто використовується Метод безпосередньої оцінки дозволяє визначити значення величини по відліковий пристрій засоби вимірювальної техніки (вимірювач вбрані поля). Похибка вимірювань - відхилення результатів вимірювань від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини. Якщо позначити виміряний, дослідне значення величини Хізм, а умовно істинне - дійсне значення ХД, то абсолютна похибка вимірювань буде, відносна. Найчастіше в спеціальних вимірах використовується відносна похибка, виражена в % і дБ. = 20 lg (U1 / U2). За характером зміни результатів при повторних вимірах похибки поділяються на систематичні і випадкові. Систематичними називаються похибки, які при повторних вимірах залишаються постійними і змінюються закономірно, прогресуючи. Систематичні похибки можна виявити шляхом зіставлення результатів вимірювань з показаннями еталонного приладу Випадковими називаються похибки, що змінюються при повторних вимірах непередбачено, випадковим чином. В процесі вимірювання присутні численні впливають величини - температура, тиск, вологість, напруга живлення, врахувати які практично неможливо. 16 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Випадкова похибка не може бути виключена з результатів вимірювання, але її вплив може бути зменшено за допомогою багаторазових вимірювань і визначенням характеристик випадкової похибки. До випадкових погрішностей в більшості випадків відносяться і грубі похибки (промахи) - неправильне підключення, неправильний відлік показань приладу, раптова зміна напруга живлення мережі. За умовами проведення вимірювань похибки вимірювання поділяються на основні та додаткові. Основною називається похибка, відповідна нормальних умов застосування засобів вимірювання. До нормальним відносяться такі зовнішні умови: - температура навколишнього середовища (293 5) К (20 ± 50С); - відносна вологість (65 15)%; - атмосферний тиск (1004) кПа (750 30 мм. Рт. Ст); - напруга електричної мережі 220 В 2% 4,4 В з частотою (50 0,5) Гц. Крім нормальних умов в технічному паспорті вказують також робочі умови, в межах яких СІ має гарантовані метрологічні характеристики. Робочий діапазон температур багатьох приладів + 100 ... 400С. Додатковою похибкою СІ називається похибка, що виникає внаслідок відхилень однієї з впливають величин від нормального значення. ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки . 17 08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Годинник з двома шкалами Похибки в спеціальних вимірах поділяються через виникнення на інструментальні, методичні та суб'єктивні. Інструментальна (приладова, апаратурна) - похибка, обумовлена недосконалістю СІ, неідеальної реалізацією принципу дії, конструктивно-технічними особливостями СІ і впливом зовнішніх умов. Деякі з інструментальних похибок є систематичними, деякі - випадковими. Методична похибка - складова похибка, обумовлена недосконалістю методу вимірювань, спрощених математичних залежностях, що не урахуванням паразитних параметрів. Ці похибки відносяться до систематичних. Суб'єктивна (особиста) похибка виникає внаслідок індивідуальних особливостей (уважності, зосередженості, підготовки). Суб'єктивні похибки відносяться до випадкових похибок, але для деяких операторів можуть бути систематичними. В автоматизованих СІ практично відсутня суб'єктивна похибка. Кожне ЗВТ має залежність похибки від значення вхідного сигналу. Якщо залежність похибки від вимірюваного значення Х не залежить, то така абсолютна похибка називається адитивною, що виникає при похибки зміщення нуля. Для відносної похибки. Якщо похибка збільшується зі збільшенням вимірюваної величини така похибка - мультиплікативна. У приладах спецізмереній з автоматичною установкою нуля найчастіше зустрічається мультипликативная похибка. Невизначеність вимірюванняВ 1993 р. МБМВ рекомендувало в якості оцінки точності прийняти невизначеність, розробило «Керівництво з вираження невизначеності вимірювань», яке визначає відмову від використання поняття похибки вимірювань та рекомендує використовувати поняття невизначеності вимірювань невизначеність, uncertainty – непевність, неточність, невизначеність, на російській – неопределенность, невыясненность. В 2016р. в Україні набрав чинності Закон “Про метрологію та метрологічну діяльність”, в якому для оцінки точності вимірювань допускається застосовувати похибку або невизначеність вимірювань і проходить поступовий перехід на використання поняття “невизначеність вимірювання”. Guide to the expression of uncertainty in measurement 18 Теоретичні основи поняття невизначеності вимірюваньПоняття невизначеності вимірювань базується на теоремі Байеса з теорії ймовірностей, яка дозволяє визначити ймовірність того, що відбулася деяка подія при наявності лише непрямих тому підтверджень. Томас Байес Вернер Гейзенберг У фундаменті поняття невизначеності є відомий принцип невизначеності Гейзенберга про те, що не можна одночасно вимірювати точно швидкість та координати частки. Або не можна одночасно визначити ампліитуду фотона і фазу його коливань. 19 Невизначеність і похибкаВідмінність від поняття похибки носить значною мірою філософський характер – вважається, що істинного значення взагалі не існує. Фізичний зміст невизначеності вимірювання полягає в тому, що для даного результату вимірювання нема єдиного значення, а є нескінченна кількість значень, розсіяних навколо результату вимірювання, що узгоджується зі всіма спостереженнями і даними та який з різним ступенем упевненості (рівнем довіри) може бути обґрунтовано приписаний вимірюваній величині. Обробка даних з використанням поняття “невизначеність” більш проста і дозволяє легше вирішити багато практичних завдань. Керівництво визначає відмову від використання розподілу похибки вимірювань на випадкові й систематичні й розділяє невизначеність на типи – тип А, В, С. 20 Показчики невизначеності вимірюванняСтандартна невизначеність типу А (Uа)- характеризує розсіяння результатів, визначається статистичними методами (практично збігається з випадковою похибкою). Стандартна невизначеність типу В (Ub) – визначається порівнянням з еталонами (аналог систематичної похибки). Сумарна стандартна невизначеність С (Uс) - стандартна невизначеність результату вимірів, отримана через значення Ua та Ub : 21 Розширена невизначеність (Uр) - величина, що визначає інтервал навколо результату вимірів, у межах якого, перебуває більша частина розподілу значень, які з достатньою підставою могли б бути приписані вимірюваній величині з заданою ймовірністю P. . К-коефіцієнт покриття, залежить від P к=2 для Р=0,95 ; к=3 для Р=0,99 Еталони08:21 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки 22 ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Для виявлення систематичних похибок (невизначеності вимірювань) і забезпечення єдності вимірювань застосовують еталони. Еталоном називається засіб вимірювань, призначений для відтворення і (або) зберігання одиниці величини і передачі її розміру іншим засобам вимірювання. Вимірювання спираються на еталони основних одиниць системи СІ: довжини- м, маси-кг, часу с, постійного струму - А, температури - К, сили світла -кандели. На еталони основних одиниць спираються базові стандарти в області електро-радіовимірювань - еталони часу і частоти з, Гц, постійної напруги У, електричного опору Ом, магнітної індукції Тл. Як похідних від них використовуються еталони параметрів інтенсивності - сили змінного струму А, змінної напруги В, потужність змінного струму Вт, напруженість електричного поля В/м, напруженість магнітного поля А/м. На базові стандарти спираються еталони параметрів ланцюгів і трактів - ємності Ф, індуктивності Гн, хвильового опору Ом. На еталони часу і частоти та параметрів інтенсивності спираються еталони параметрів форми і спектра радіосигналів - коефіцієнта амплітудної модуляції%, одиниці девіації частоти Гц, коефіцієнта гармонік %. ЕталониХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки ХНУРЕ, кафедра основ радіотехніки Еталони – засоби вимірювань призначені для відтворення й зберігання одиниці величини з метою передачі її розміру іншим засобам вимірювань. Існують Міжнародні, Державні та робочі еталони 1,2,3 розряду. Робочий еталон – стандарт частоти та часу СЧВ-74 Державний еталон часу та частоти |