Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра Автоматическая Электросвязь

 

Технические средства защиты информации
в телекоммуникационных системах
Конспект лекций
для магистрантов  специальности
6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛЬ:  А.С. Байкенов. Технические средства защиты информации в телекоммуникационных системах. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АУЭС, 2012.- 58с.

Изложены конспекты шестнадцати лекций по дисциплине «Технические средства защиты информации в телекоммуникационных системах». В них представлены организационно-правовые, технические  и другие методы защиты информации в телекоммуникационных системах.

Ил.33, табл. 2, библиогр.- 8 назв.

Рецензенты: доцент  М.П. Башкиров

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Введение

Курс "Технические средства защиты информации в телекоммуникационных системах" является предметом по выбору для студентов высших учебных заведений и включается в учебные планы в качестве общеобразовательной дисциплины. Курс "Технические средства защиты информации в телекоммуникационных системах" опирается на предшествующие дисциплины: «Математика», «Информатика», «Физика», «Теория электрических цепей».

Цель курса – формирование у магистрантов знаний практического использования систем защиты информации в телекоммуникационных  системах. Дисциплина направлена на формирование у магистрантов систематизированного представления о принципах, методах и средствах реализации технической защиты данных.

Задачи курса - в результате изучения дисциплины магистрант должен:

- знать базовые технологии обеспечения защиты и безопасности информации в телекоммуникационных системах, основные методы защиты информации, их возможности;

- уметь применять на практике базовые технологии защиты информации в телекоммуникационных системах.

Учебным планом для данной дисциплины отводится 2 кредита, всего 120 часов, из них для аудиторных занятий - 32, для самостоятельной работы отведено – 60 час.

 

Т а б л и ц а 1

1 Лекция №1. Основные цели и задачи обеспечения безопасности в телекоммуникационных системах

Цель лекции: ознакомление магистрантов с целью и задачами дисциплины, с вопросами применения методов защиты информации   в области телекоммуникаций.

Содержание:

а) основные цели и задачи обеспечения безопасности в телекоммуникационных системах;

б) угроза информации;

в) средства защиты информации.

 

Техническая защита информации – защита информации, заключающаяся в обеспечении некриптографическими методами безопасности информации (данных), подлежащей (подлежащих) защите в соответствии с действующим законодательством, с применением технических, программных и программно-технических средств (СТ РК 34.026-2006 «Защита информации. Термины и определения», ГОСТ Р 50922-2006 «Защита информации. Основные термины и определения»). Важно обратить внимание, что техническая защита – это не только защита от утечки информации по техническим каналам утечки, но и защита от НСД, от математического воздействия, от вредоносных программ и т.п. Объектами технической защиты информации могут быть:

- объект информатизации;

- информационная система;

- ресурсы информационной системы;

- информационные технологии;

- программные средства;

- сети связи.

С позиции системного подхода система защиты информации должна удовлетворять ряду принципов, основными из которых являются:

- непрерывность. Если на какое-то время защита ослабевает или прекращается вовсе, злоумышленник может воспользоваться этим.

- целенаправленность и конкретность - имеется в виду необходимость защиты от наиболее опасных атак и четкая формулировка целей.

- надежность, универсальность и комплексность.

Вопрос защиты информации поднимается с тех пор, как только люди научились письменной грамоте. Всегда существовала информация, которую должны знать не все. Люди, обладающие такой информацией, прибегали к разным способам ее защиты. Это такие способы, как тайнопись (письмо симпатическими чернилами), шифрование («тарабарская грамота», шифр Цезаря, более совершенные шифры замены, подстановки). В настоящее время всеобщей компьютеризации благополучие и даже жизнь многих людей зависят от обеспечения информационной безопасности множества компьютерных систем обработки информации, а также контроля и управления различными объектами. К таким объектам (их называют критическими) можно отнести системы телекоммуникаций, банковские системы, атомные станции, системы управления воздушным и наземным транспортом, а также системы обработки и  хранения секретной и конфиденциальной информации. Для  нормального и безопасного функционирования этих систем необходимо поддерживать их безопасность и целостность. В настоящее время для проникновения в чужие секреты используются такие возможности, как :

- подслушивание разговоров в помещении или автомашине с помощью предварительно установленных "радиожучков" или магнитофонов;

- контроль телефонов, телексных и телефаксных линий связи, радиотелефонов и  радиостанций;

- дистанционный съем информации  с  различных технических средств, в первую очередь, с мониторов и  печатающих  устройств  компьютеров  и другой электронной техники;

Информация сегодня – это и средство обеспечения успеха в бизнесе, и объект самой серьезной защиты, это и один из наиболее значимых активов предприятия, и один из наиболее существенных элементов предпринимательских рисков. К сожалению, информационные системы становятся все более уязвимыми, требующими серьезной многоуровневой защиты, механизмов контроля и резервирования. Существенно вырастает цена, которую приходится платить владельцу ценной информации, не предпринимающему к защите своих тайн должных усилий.

Информационная сфера активно влияет на состояние политической, экономической, оборонной и других составляющих безопасности РК. Национальная безопасность существенным образом зависит от обеспечения информационной безопасности, и в ходе технического прогресса эта зависимость будет возрастать.

Естественно, возникает потребность защитить информацию от несанкционированного доступа, кражи, уничтожения и других преступных действий. Однако большая часть пользователей не осознает, что постоянно рискует своей безопасностью и личными тайнами. И лишь немногие, хоть каким-либо образом, защищают свои данные. Пользователи компьютеров регулярно оставляют полностью незащищенными даже такие данные, как налоговая и банковская информация, деловая переписка и электронные таблицы.

Основные понятия в защите информации.

Угроза безопасности информации - совокупность условий и факторов, создающих потенциальную или реально существующую опасность, связанную с утечкой информации или несанкционированными и непреднамеренными воздействиями на нее.

Основными формами нарушения (угрозами), которые возможны  при наличии уязвимостей, применительно к основным свойствам информации,  являются:

- разглашение (конфиденциальной) информации– несанкционированное доведение защищаемой информации до потребителей, не имеющих права доступа к этой информации;

-                несанкционированный доступ (НСД) – получение защищаемой информации заинтересованным субъектом с нарушением установленных правовыми документами или собственником, владельцем информации прав или правил доступа к защищаемой информации;

-                изменение, искажение (модификация), копирование, уничтожение и др.  в результате непреднамеренных или несанкционированных воздействий;

-                блокирование доступа к ЗИ в результате непреднамеренных или несанкционированных воздействий;

-                уничтожение, или сбой функционирования носителя ЗИ в результате непреднамеренных или несанкционированных воздействий;

-      непреднамеренное воздействие на информацию (НПД) - ошибка пользователя информацией, сбой технических и программных средств информационных систем, природные явления или иные нецеленаправленные на изменение информации действия, приводящие к искажению, уничтожению, копированию, блокированию доступа к информации, а также к утрате, уничтожению или сбою функционирования носителя информации.

Сбои оборудования:

-      сбои кабельной системы, перебои электропитания; сбои дисковых систем; сбои систем архивации данных; сбои работы серверов, рабочих станций, сетевых карт и т. д;

-      потери информации из-за некорректной работы ПО;

-      потеря или изменение данных при ошибках ПО; потери при заражении системы компьютерными вирусами.   

Технические средства получения информации:

-                перехват электрического излучения;

-                включение в электрическую цепь;

-                жучки;

-                акустический перехват;

-                хищение информационных носителей;

-                программные ловушки;

-                внедрение вирусов.

Технические средства реализуются в виде электрических, электромеханических, электронных устройств. Вся совокупность технических средств принято делить на аппаратные устройства, встраиваемые непосредственно в аппаратуру, или устройства, которые сопрягаются с аппаратурой сети по стандартному интерфейсу (схемы контроля информации по четности, схемы защиты полей памяти по ключу, специальные регистры); физические - реализуются в виде автономных устройств и систем (электронно-механическое оборудование охранной сигнализации и наблюдения. Замки на дверях, решетки на окнах).

Программные средства - программы, специально предназначенные для выполнения функций, связанных с защитой информации.

Угрозы безопасности ТКС могут быть  классифицированы по  следующим признакам:

-по направленности реализации;

-по причинам (источникам) возникновения;

-по объектам воздействия;

-по характеру и масштабам негативных последствий;

-по временным характеристикам воздействия;

-по каналам проникновения в ТКС;

-по используемым способам (методам) и средствам.

 

Классификация угроз по направленности реализации.

Данная классификация (см.рисунок 1.1) систематизирует  угрозы безопасности КС с точки зрения их целевой функции – направленности реализации.  Существуют следующие  направленности реализации угроз:

-нарушение конфиденциальности информации ограниченного доступа   (хищение, разглашение);

-нарушение целостности информации (несанкционированная модификация,  компрометация, уничтожение);

-нарушение доступности информации для законных пользователей (блокирование информации, нарушение нормального функционирования, вывод из строя компонентов КС – технических средств (ТС) и программного обеспечения (ПО)).

         

2 Лекция №2 Классификация угроз информационной безопасности ТКС

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с угрозами информации в области телекоммуникаций.

Содержание:

а) пассивные и активные угрозы, угрозы в модели;

б) радиоэлектронные угрозы. 

 

Угрозы принято делить на случайные (непреднамеренные) и умыш­ленные (преднамеренные). Источником первых могут быть ошибки в программном обеспечении, выходы из строя аппаратных средств, непра­вильные действия пользователей или администрации сети и т.п. Умыш­ленные угрозы в отличие от случайных преследуют цель нанесения ущерба пользователям (абонентам) сети и, в свою очередь, подразде­ляются на активные и пассивные. Пассивные угрозы, как правило, на­правлены на несанкционированное использование информационных ре­сурсов, не оказывая при этом влияния на функционирование сети. Пас­сивной угрозой является, например, попытка получения информации, циркулирующей в каналах передачи данных, посредством прослушива­ния последних. Активные угрозы имеют целью нарушить нормальный процесс функционирования сети посредством целенаправленного воз­действия на ее аппаратные, программные и информационные ресурсы. К активным угрозам относят, например, разрушение или радиоэлек­тронное подавление линий связи сети передачи данных, вывод из строя ПЭВМ или ее операционной системы, искажение сведений в пользова­тельских базах данных или системной информации сети, разрушение или искажение операционной системы сети (включая нарушения прото­колов обмена информацией как внутри одной ТКС, так и с другими ТКС) и т.п. Источниками таких угроз могут быть непосредственные действия злоумышленников, программные вирусы и т.п.

В зависимости от местонахождения источника возможной угрозы все угрозы делятся на две группы: внешние и внутренние. К внешним угрозам информационной безопасности (ИБ) относятся:

- деятельность иностранных разведывательных и специальных служб;

- деятельность  конкурирующих иностранных экономических струк­тур;

- деятельность политических и экономических структур, преступных групп и формирований, а также отдельных лиц внутри страны, на­правленная  против интересов граждан,  государства и общества в целом и проявляющаяся в виде воздействий на ТКС;

- стихийные бедствия  и катастрофы.

На рисунке 2.1 представлены наиболее часто встречаемые угрозы воз­действия на канал связи. Взаимосвязь различных видов угроз безопас­ности информации с видами нарушений и последствий, к которым они приводят,  представлены  на  рисунке 2.2.

Рисунок 2.1- Угрозы безопасности информации в каналах связи

К внутренним угрозам ИБ относятся:                                          

- нарушения установленных требований ИБ (непреднамеренные ли­бо преднамеренные), допускаемые обслуживающим персоналом и пользователями  ТКС;                                                                           

-  отказы и неисправности технических средств обработки, хранения и  передачи сообщений (данных), средств защиты и средств контроля  эффективности принятых мер по защите;

- сбои программного обеспечения, программных средств защиты ин­формации и программных средств контроля эффективности при­нятия  мер  по защите.

По способу реализации угрозы ИБ подразделяются на следующие виды:                                                                             

- организационные;                                   

- программно-математические;

- физические;                                            ...

- радиоэлектронные.

К организационным угрозам И Б относятся:

- нарушения установленных требований по И Б, допускаемые обслу­живающим персоналом и пользователями ТКС;

 

 

Рисунок 2.2 - Виды угроз, влияющие на безопасность информации и устойчивость функционирования ТКС

 

- несанкционированный доступ обслуживающего персонала и поль­зователей ТКС к информационным ресурсам;

- манипулирование информацией (дезинформация, скрытие или ис­кажение  информации);

- несанкционированное копирование данных в ТКС;                       

- хищение информации из баз данных и банков данных ТКС;

- хищение машинных носителей информации;

- хищение ключевых документов средств криптографической защиты;

- уничтожение или модификация данных в ТКС.

К программно-математическим угрозам ИБ относятся:

- внедрение  программ-вирусов;                                                   

- применение программных закладок.                                         

К физическим видам угроз ИБ относятся:

- уничтожение, разрушение средств сбора, обработки, передачи и за­щиты информации, целенаправленное внесение в них неисправно­стей;

- уничтожение или разрушение машинных носителей информации;

- воздействие на обслуживающий персонал и пользователей ТКС с целью реализации физических, программно-математических или организационных угроз. В таблице 2.1 показано, на какие уровни эталонной модели взаимо­связи открытых систем воздействуют основные угрозы информацион­ной безопасности.

 

Таблица 2.1 – Угрозы безопасности в модели ЭМ ВОС

Угрозы безопасности информации	Уровни ЭМ ВОС
	1	2	3	4	5	6	7
Землетрясения Пожары Ураганы Электромагнитные бури Радиоподавление линий связи Вирусы Специальные программно-техн. воздействие Встроенные дефекты Разрушение Подделка Рассекречивание Дешифрация Декодирование Перехват информации Кража информации и ее носителей Потеря (утрата) Неправомерные действия Ошибки в работе Задержки информации Информационное подавление Нарушение доступа законных пользователей ПЭМИН	+ + + + +       +                   +     +	+ + + + +       +     +   +         +     +	+ + + +     + + + +       +   +     +	+ + + +     +   +         +   +     +	+ + + +   + +   +         +     +   +	+ + + +   + +   +   + + + + +   +     + + +	+ + + +   + +   + + + + + + + + + +   + +

 

К радиоэлектронным угрозам  относятся:

- перехват информации в технических каналах утечки;

- внедрение электронных средств перехвата  информации  в аппара­турные средства  и  помещения;

- перехват и дешифрирование информации в сетях передачи данных и  линиях связи;

- навязывание ложной информации  в сетях передачи данных (ПД) и  линиях связи;

- радиоэлектронное подавление линии связи, дезорганизация систем управления  ТКС.

Решение проблемы обеспечения безопасности информации в ТКС должно осуществляться системно на основе оценки эффективности защиты информации, передаваемой по каналам связи, и не должно рассматриваться как чисто техническая задача, которая может быть решена попутно с разработкой элементов сети. Комплекс­ное рассмотрение вопросов обеспечения безопасности в ТКС нашло свое отражение в так называемой архитектуре безопасности (рекомендации МККТТ Х.800), которая является расширением эталонной модели вза­имосвязи открытых систем (ЭМ ВОС). Поэтому угрозы безопасности целесообразно рассматривать в рамках указанной архитектуры.

 

3 Лекция №3. Виды представления информации в ТКС

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов c видами представления информации в ТКС в телекоммуникационных системах.

Содержание: виды представления информации в ТКС в телекоммуникационных системах.

 

Одной из основных причин, обусловливающих сложность реше­ния проблемы защиты конфиденциальной информации в ТКС, являет­ся многообразие видов ее физического представления в этих системах, что предопределяет наличие различных возможных каналов ее утечки и тем самым необходимость создания многоплановой в физическом и функциональном отношении системы защиты. Так, в современных ав­томатизированных ТКС ведомственного назначения информация может циркулировать в виде речи, текста или графических изображений на бумаге, фото- и кинопленке, проекционных экранах, в том числе мони­торах ЭВМ, и т.д., в виде изменений состояния носителей информации, например, магнитных дисков и дискет, магнитных лент, перфокарт и т.д., а также в виде электрических сигналов в технических средствах, обра­батывающих, хранящих или передающих конфиденциальную информа­цию,  и в соединяющих их линиях связи.

Перехват информации, циркулирующей между объектами ТКС по каналам связи, возможен как при передаче ее по линиям, использу­ющим излучающие средства радиосвязи, так и при передаче по про­водным  линиям.

Возможность ведения технической разведки из-за пределов охраня­емой территории объектов ТКС определяется наличием технических ка­налов утечки информации. Все возможные каналы утечки информации на объектах ТКС могут быть сведены в три основных класса: акустиче­ские каналы, оптические каналы и каналы утечки технических средств. По виду среды распространения опасных сигналов акустические каналы могут подразделяться на атмосферные и виброакустические, оптические каналы — на каналы видимого и инфракрасного диапазонов волн, а ка­налы утечки технических средств — на полевые, к которым относятся электрические и магнитные поля указанных средств, и линейные, к ко­торым относятся различного рода цепи и токопроводящие конструкции, выходящие за пределы охраняемой территории объектов ТКС.

Основные каналы утечки информации на объектах ТКС рассматри­ваются с учетом физических полей:

- утечка  по акустическому каналу;

- утечка по виброакустическому каналу;

- утечка по каналам проводной и радиосвязи, не имеющим шифру­ющей  и дешифрирующей аппаратуры;

- утечка по электромагнитным  каналам;

- утечка через вторичные источники электропитания основных тех­нических средств за счет неравномерности тока потребления;

- утечка, возникающая при воздействии электрических, магнитных и акустических полей опасного сигнала на вспомогательных тех­нических средствах;

- утечка за счет тока опасного сигнала в цепях заземления;

- утечка за счет взаимного влияния между цепями, по которым пере­дается конфиденциальная информация, и цепями вспомогательных технических средств, имеющими выход за пределы зоны безопасности объекта (другими словами, использование эффекта индуктивности любых неэкранированных проводников);

- утечка информации за счет побочных электромагнитных излучений наводок, образованных основными техническими средствами.

Необходимо отметить, что выявление всех возможных каналов утеч­ки конфиденциальной информации из ТКС является необходимым усло­вием для определения путей и способов решения проблемы ее защиты, а также конкретных мер по их реализации.

Канал побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) является одним из основных каналов, через который вероятные наруши­тели стараются получить сведения закрытого характера. Это присталь­ное внимание он завоевал в силу своей стабильности, достоверности, неявной формы получения информации и возможности последующего анализа полученной информации. Охота ведется как за государствен­ной, военной, так и за коммерческой информацией. Ее анализ произ­водится по многим параметрам, что позволяет получать достаточно до­стоверную информацию. Работа компьютера и других радиотехнических средств ТКС сопровождается побочными электромагнитными излучени­ями, модулированными информативными сигналами. Так, ПЭМИН от персональных компьютеров типа IBM наблюдаются в диапазоне частот от десятков кГц до сотен МГц с уровнями в ближайшей зоне от 40 до 80 дБ. Существующие методы радиоперехвата информации позволя­ют фиксировать информативные массивы работающих компьютеров на расстоянии до сотен метров. Аналогичный перехват информации может осуществляться через незащищенные цепи питания и заземления.

Известно, что при работе ключом при передаче сообщений просле­живается индивидуальный почерк радиста. Можно классифицировать перехваченные сигналы также по индивидуальным признакам пользова­теля при нажатии клавиши ввода информации.

Необходимо помнить о том, что многие подсистемы демаскируют себя применением только им присущих устройств и режимов работы. В некоторых случаях данное обстоятельство приобретает важное значе­ние. Даже при приеме на бытовой приемник обычно легко различаются дежурный и рабочий режимы работы, особенности структуры сигнала в каналах связи,   адресные сигналы  и тому подобные характеристики

информации, которые при совокупном анализе ситуации вносят свой определенный  вклад в «копилку» нарушителя.

Однако иногда перехват ПЭМИН оказывается возможным и без применения сложной приемной аппаратуры, длительного накопления и анализа информации. Во-первых, это перехват высвечиваемой ин­формации компьютера с помощью объектного телевизионного приемни­ка. При этом можно существенно улучшить возможности приема путем проведения незначительных изменений в телевизионном приемнике. Во-вторых, это перехват излучений от низкочастотных электромеханических устройств с последовательным кодом передачи информации.

Многими специалистами, осознающими реальную опасность утечки коммерческих секретов, предпринимаются действия, направленные на ослабление (закрытие) естественных каналов утечки информации раз­личными методами. В связи с этим попытки нарушителей создавать и использовать искусственные каналы утечки будут усиливаться.

Известны следующие источники утечки информации. Для каждо­го конкретного помещения существует свой набор технических средств, которые могут создавать опасные сигналы и способствовать их распро­странению, т.е. служить источниками утечки. Эту технику можно раз­делить на две основные группы:

1) Основные технические средства:

- телефонные аппараты городской АТС;

- телефонные аппараты внутренней связи;

- базовые станции и сотовые телефоны;

- факс;

- компьютеры (возможно укомплектованные модемами);

- средства размножения документов типа ксерокс.

2) Вспомогательные средства:

- телевизор;

- магнитофон,  видеоаппаратура;

- радиоприемник;

- радиотрансляционный громкоговоритель, селекторная связь;

-датчики охранной и пожарной сигнализации;

- кондиционер;

- телетайп;

- объектовая сеть электрификации;

- системы заземления;

- системы кондиционирования;

- табельное электрооборудование помещения.

 

4 Лекция №4. Источники образования технических каналов утечки информации

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с источниками образования технических каналов утечки информации

Содержание: индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи.

 

4.1 Индуктивные акустоэлектрические преобразователи

 

Если в поле постоянного магнита поместить катушку индуктивности (рамку) и вращать ее хотя бы под воздействием воздушного потока, то на ее выходе появится ЭДС индукции.

Воздушный поток переменной плотности возникает и при разговоре человека. Поэтому в соответствии с разговором (под воздействием его воздушного потока) будет вращаться катушка (рамка), что вызовет пропорционально изменяющуюся ЭДС индукции на ее концах. Таким образом, можно связать акустическое воздействие на провод в магнитном поле с возникающей ЭДС индукции на его концах ‑ это типичный пример из группы индукционных акустических преобразователей. Представителем этой группы является, например, электродинамический преобразователь (см.рисунок 4.1).

 

Рисунок 4.1- Устройство электродинамического преобразователя

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 ЭДС индукции на концах катушки:

где Фс — магнитный поток, замыкающийся через сердечник; Фв — магнитный поток, замыкающийся через обмотки по воздуху.

ЭДС 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. 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. Примером непосредственного использования этого эффекта для целей акустического преобразования является электродинамический микрофон (см.рисунок 4.2).

ЭДС на выходе катушки определяется по формуле

 

где  — индуктивность; здесь k — коэффициент, зависящий от соотношения параметров; l — длина намотки катушки; μ₀ — магнитная проницаемость; S — площадь поперечного сечения катушки; ω — число витков катушки.

 

Рисунок 4.2 - Электродинамический микрофон

Возникновение ЭДС на выходе такого преобразователя принято называть микрофонным эффектом. Можно утверждать, что микрофонный эффект может проявляться как в электродинамической, так и в электромагнитной, конденсаторной и других конструкциях, широко используемых в акустоэлектрических преобразователях самого различного назначения и исполнения.

 

4.2 Емкостные преобразователи

 

Емкостные преобразовывающие элементы превращают изменение емкости в изменение электрического потенциала, тока, напряжения.

Для простейшего конденсатора, состоящего из двух пластин, разделенных слоем диэлектрика (воздух, парафин и др.), емкость определяется по формуле:

 

где e — диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

      S — площадь поверхности каждой пластины;

      d — расстояние между пластинами.

 

Из этого соотношения следует, что емкость конденсатора зависит от расстояния между пластинами. При наличии в цепи емкости постоянного источника тока и нагрузки воздействующее на пластины акустическое давление, изменяя расстояние между пластинами, приводит к изменению емкости. Изменение емкости приводит к изменению сопротивления цепи и соответственно, к падению напряжения на сопротивлении нагрузки пропорционально акустическому давлению. Эти зависимости используются в конструкции конденсаторных микрофонов. Принципиальная схема конденсаторного микрофона приведена на рисунке 5.

Когда на микрофон действует волна звукового давления Р, диафрагма Д движется относительно неподвижного электрода — жесткой пластины П. Это движение вызывает переменное изменение электрической емкости между диафрагмой и задней пластиной, а следовательно, производит соответствующий электрический сигнал на выходе.

 

Рисунок 4.3 – Устройство конденсаторного микрофона

Конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком являются одним из основных элементов перестраиваемых колебательных контуров генераторных систем. Они устроены так, что одна система пластин вдвигается в другую систему пластин, образующих конденсатор переменной емкости. На такой конденсатор акустическое давление оказывается довольно просто, изменяя его емкость, а следовательно, и характеристики устройства, в котором он установлен, приводя к появлению неконтролируемого канала утечки информации.

 

 

5 Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с источниками образования технических каналов утечки информации

Содержание: индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи:

а) микрофонный эффект;

б) пьезоэлектрический эффект.

 

5.1 Микрофонный эффект

 

Электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата — типичный представитель индуктивного акустоэлектрического преобразователя, микрофонный эффект которого проявляется при положенной микротелефонной трубке. На рисунке 5.1 приведена схема телефонного аппарата, а на рисунке 5.1 — схема вызывного звонка.

 

Рисунок 5.1 – Схема телефонного аппарата

 

Рисунок 5.2 – Схема вызывного звонка

ЭДС микрофонного эффекта звонка может быть определена по формуле:

где р — акустическое давление;  — акустическая чувствительность звонка; здесь F — магнитодвижущая сила постоянного магнита; S — площадь якоря (пластины); m₀ — магнитная проницаемость сердечника; w — число витков катушки; S_M — площадь плоского наконечника; d — значение зазора; z_M — механическое сопротивление.

На таком же принципе (электромеханического вызывного звонка) образуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного назначения (см.рисунок 5.3). 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.

КС — контактная система; К — катушка; С – сердечник. Рисунок 5.3 - Схема работы реле

 

Рисунок 5.4 - Схема громкоговорителя

Динамические головки прямого излучения, устанавливаемые в абонентских громкоговорителях, имеют достаточно высокую чувствительность к акустическому воздействию (2–3 мВ/Па) и довольно равномерную в речевом диапазоне частот амплитудно-частотную характеристику, что обеспечивает высокую разборчивость речевых сигналов. Схема динамической головки представлена на рисунке 5.3. ЭДС микрофонного эффекта динамической головки:

 

 

где  — акустическая чувствительность;

       l — длина проводника, движущегося в магнитном поле с индукцией В;

       S — площадь поверхности, подверженной влиянию давления акустического поля;

       z_M — механическое сопротивление.

 

Известно, что абонентские громкоговорители бывают однопрограммные и многопрограммные. В частности, у нас в стране находят достаточно широкое распространение трехпрограммные абонентские громкоговорители.

Наличие сложной электронной схемы построения трехпрограммных громкоговорителей (обратные связи, взаимные переходы, гетеродины) способствует прямому проникновению сигнала, наведенного динамической головкой, на выход устройства (в линию). Не исключается и излучение наведенного сигнала на частотах гетеродинов (78 и 120 кГц).

Исполнительное устройство вторичных электрочасов представляет собой шаговый электродвигатель, управляемый трехсекундными разнополярными импульсами напряжением ±24 В, поступающими с интервалом 57 с от первичных электрочасов.

Микрофонный эффект вторичных часов, обусловленный акустическим эффектом шагового электродвигателя, проявляется в основном в интервалах ожидания импульсов управления. Схематически устройство шагового двигателя представлено на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 – Устройство шагового двигателя

Степень проявления микрофонного эффекта вторичных электрочасов существенно зависит от их конструкции: в пластмассовом, деревянном или металлическом корпусе; с открытым или закрытым механизмом; с жестким или "мягким" креплением.

В магнитоэлектрическом измерительном приборе имеются неподвижный 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 (см. рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 - Устройство магнитоэлектрического измерительного прибора

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 используется для конкретных измерений.

Представителем индукционных акустоэлектрических преобразователей являются различные трансформаторы (повышающие, понижающие, входные, выходные, питания и др.).

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника из мягкой стали или феррита, на котором имеются как минимум две изолированные друг от друга катушки (обмотки) с разными числами витков.

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 на значение коэффициента трансформации.

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 (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 при определенных условиях вследствие магнитострикционного эффекта способен преобразовывать механические колебания в электрические.

 

5.2 Пьезоэлектрический эффект

 

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 на него называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект имеется у кристаллов кварца и у всех сегнетоэлектриков. Чтобы его наблюдать, из кристалла вырезают прямоугольный параллелепипед, грани которого должны быть ориентированы строго определенным образом относительно кристалла. При сдавливании параллелепипеда одна его грань заряжается положительно, а другая — отрицательно. Оказывается, что в этом случае плотность поляризованного заряда грани прямо пропорциональна давлению и не зависит от размеров параллелепипеда. Если сжатие заменить растяжением параллелепипеда, то заряды на его гранях изменяют знаки на обратные.

У пьезокристаллов наблюдается и обратное явление. Если пластину, вырезанную из пьезокристалла, поместить в электрическое поле, 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.

Чтобы воспринять изменение заряда или напряжения, к пьезоэлектрическому материалу подсоединяют две металлические пластины, которые фактически образуют пластины конденсатора, емкость которого определяется соотношением:

 

где Q — заряд; U— напряжение.

На практике в качестве пьезоэлектрического материала применяются кристаллы кварца, рочелиевая соль, синтетические кристаллы (сульфат лития) и поляризованная керамика (титанат бария).

Кварцевые пластины широко используются в пьезоэлектрических микрофонах, охранных датчиках, стабилизаторах генераторов незатухающих колебаний. На рисунке 5.7 показано устройство пьезоэлектрического микрофона. Когда звуковое давление Р отклоняет диафрагму 1, ее движение вызывает деформацию пьезоэлектрической пластины 2, которая, в свою очередь, вырабатывает электрический сигнал на выходных контактах.

Рисунок 5.7 - Устройство пьезоэлектрического микрофона

 

          6 Лекция №6. Паразитные связи и наводки

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с паразитными связями и наводками

Содержание:

а) паразитные емкостные связи;

б) индуктивные связи;

в) электромагнитные связи;

          г) нежелательные излучения технических средств обработки
информации.

 

6.1 Паразитные связи

 

Элементы, цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых электронных систем и схем постоянно находятся под воздействием собственных (внутренних) и сторонних (внешних) электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих или наводящих в них значительные напряжения. Такое воздействие называют электромагнитным влиянием, или просто влиянием на элементы цепи. Так как такое влияние образуется непредусмотренными связями, то говорят о паразитных (вредных) связях и наводках, которые также могут привести к образованию каналов утечки информации.

Основными видами паразитных связей в схемах электромагнитных устройств являются емкостные, индуктивные, электромагнитные, электромеханические и связи через источники питания и заземления радиоэлектронных средств. Рассмотрим паразитные связи и наводки на примере широко распространенных усилительных схем различного назначения.

Паразитные емкостные связи.

Эти связи обусловлены наличием электрической емкости между элементами, деталями и проводниками усилителей, несущих потенциал сигнала. Так как сопротивление емкости, создающей паразитную емкостную связь, падает с ростом частоты , проходящая через нее энергия с повышением частоты увеличивается. Поэтому паразитная емкостная связь может привести к самовозбуждению на частотах, превышающих высшую рабочую частоту усилителя.

Чем больше усиление сигнала между цепями и каскадами, имеющими емкостную связь, тем меньшей емкости достаточно для его самовозбуждения. При усилении в 10⁵ раз (100 дБ) для самовозбуждения усилителя звуковых частот иногда достаточно емкости между входной и выходной цепями С_пс = 0,01 пФ.

Индуктивные связи.

Такие связи обусловлены наличием взаимоиндукции между проводниками и деталями усилителя, главным образом, между его трансформаторами. Паразитная индуктивная обратная связь между трансформаторами усилителя, например между входным и выходным трансформаторами, может вызвать самовозбуждение в области рабочих частот и на гармониках.

Для усилителей с малым входным напряжением (микрофонные, магнитофонные и др.) очень опасна индуктивная связь входного трансформатора с источниками переменных магнитных полей (трансформаторами питания). При расположении такого источника в нескольких десятках сантиметров от входного трансформатора наводимая на вторичной обмотке трансформатора средних размеров ЭДС может достигнуть нескольких милливольт, что в сотни раз превосходит допустимое значение. Значительно слабее паразитная индуктивная связь проявляется при тороидальной конструкции входного трансформатора. Паразитная индуктивная связь ослабляется при уменьшении размеров трансформаторов.

Электромагнитные связи.

Паразитные электромагнитные связи приводят к самовозбуждению отдельных каскадов звуковых и широкополосных усилителей на частотах порядка десятков и сотен мегагерц. Эти связи обычно возникают между выводными проводниками усилительных элементов, образующими колебательную систему с распределенными параметрами на резонансной частоте определенного значения.

Электромеханические связи.

Паразитные электромеханические связи проявляются в устройствах, корпус которых имеет жесткую механическую связь с включенным на вход усилителя громкоговорителем, в усилителях, расположенных близко от громкоговорителя, а также в усилителях, подвергающихся вибрации (сотрясению). Механические колебания диффузора близкорасположенного громкоговорителя через корпус последнего и шасси усилителя, а также через воздух передаются усилительным элементам. Вследствие микрофонного эффекта эти колебания вызывают в цепях усилителя появление переменной составляющей тока, создающей паразитную обратную связь.

Транзисторы почти не обладают микрофонным эффектом, поэтому паразитная электромеханическая связь проявляется в основном в ламповых усилителях.

Обратная связь в усилителях.

Обратная связь представляет собой передачу сигналов из последующих цепей в предыдущие, т.е. в направлении, обратном нормальному, например, из выходной цепи усилительного элемента или усилителя в его входную цепь.

В системах с обратной связью, используемых в качестве усилителя, термином устойчивость определяют наличие или отсутствие в системе собственных установившихся колебаний. В то время как система, не имеющая цепей обратной связи, всегда устойчива, введение обратной связи может оказаться причиной возникновения колебаний в системе.

Амплитудные и фазовые характеристики усилителя и цепи обратной связи являются функциями частоты, и по этой причине обратная связь может быть положительной при одних частотах и отрицательной – при других. Следовательно, система, имеющая отрицательную обратную связь в среднечастотном диапазоне, может оказаться системой с положительной обратной связью при частотах, удаленных от этого диапазона, и быть каналом утечки информации.

 

6.2 Нежелательные излучения технических средств обработки
информации

 

Технические средства, не являющиеся радиопередающими устройствами, являются источниками нежелательных электромагнитных излучений. Такие излучения называются побочными электромагнитными излучениями. Существуют различные причины их возникновения. В цепях различных устройств протекают переменные электрические токи, порождающие электромагнитные поля, излучаемые в окружающее пространство. Структура и параметры электромагнитных полей, создаваемых токоведущими элементами, определяются конструктивными особенностями систем и средств информатизации и связи, а также условиями их размещения и эксплуатации. Такие электромагнитные излучения являются потенциальными носителями опасного сигнала.

Технические средства различного назначения могут иметь в своем составе устройства, которые для выполнения своих основных функций генерируют электромагнитные колебания (эталонные и измерительные генераторы, генераторы тактовых частот, генераторы развертки электронно-лучевых трубок, гетеродины радиоприемных устройств и т.д.).

В отдельных технических средствах, например в усилительных каскадах, могут возникать паразитные излучения, обусловленные их самовозбуждением за счет паразитных положительных обратных связей. Причины возникновения нежелательных обратных связей в усилителях могут быть различными. Параметры элементов радиоэлектронной аппаратуры — конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности, отрезков соединительных линий — вне полосы рабочих частот существенно отличаются от соответствующих параметров на рабочих частотах. Наличие конечной индуктивности выводов элементов, различных паразитных емкостей, проявление свойств цепей с распределенными параметрами, различные межэлементные соединения образуют большое количество паразитных колебательных систем и обратных связей, свойства которых невозможно предусмотреть и учесть заранее.

Причины возникновения нежелательных обратных связей в усилителях можно разделить на две группы. Первая группа причин связана с наличием внутренних обратных связей через усилительный прибор. Ко второй группе относят внешние обратные связи через паразитные индуктивности, емкости, цепи питания, регулировок и т.д.

К таким каналам можно отнести все виды обратной связи между входной и выходной цепями, в пределах каждого отдельного каскада, в пределах двух, трех и более каскадов. Практически напряжение с выхода усилителя на его вход может передаваться в результате действия следующих основных видов внешних обратных связей:

через емкость между выходной и входной цепями усилителя. Этот вид связи имеет место в тех случаях, когда провода входной цепи проходят рядом с проводами выходной цепи (емкость C₁, рисунке 6.1), когда отсутствуют экраны между каскадами или когда они недостаточно экранированы (емкость С₂ рисунке 6.1), когда среди монтажных проводов имеются провода, не имеющие отношения к высокоточным цепям, но связанные с ними емкостями (емкости С₃ и С₄, рисунке 6.1);

— через взаимоиндуктивности между выходным и входным контурами избирательного усилителя;

— через провода питания активных элементов усилителя;

— через провода регулировок, подключенные к различным точкам усилительных каскадов;

— через шасси и корпус усилителя, являющиеся общим проводом, соединяющим ряд его точек.

В определенных условиях нежелательная обратная связь может оказаться положительной, а условия самовозбуждения - выполненными. Это приводит к возникновению паразитной генерации устройства на этой частоте, предсказать которую заранее практически невозможно.

Рисунок 6.1 – Образование паразитной емкостной обратной связи в многокаскадном усилителе

Побочные излучения технических средств обработки информации могут иметь место в различных участках частотного диапазона. Низкочастотными излучателями электромагнитных колебаний являются, например, усилительные устройства различного функционального назначения и конструктивного исполнения. На более высоких частотах наблюдаются излучения гетеродинов радиоприемных устройств, измерительных генераторов, генераторов тактовых частот электронно-вычислительной техники и т.д.

Нежелательные излучения различных устройств могут содержать опасные сигналы. В процессе функционирования технических средств обработки информации элементы генераторов, усилителей и других излучающих электромагнитные поля устройств могут оказаться в зоне действия электромагнитных полей опасных сигналов. Воздействие электромагнитного поля опасного сигнала на рассматриваемые устройства может привести к изменению параметров отдельных элементов генератора или усилителя. Результатом такого изменения является паразитная модуляция опасным сигналом нежелательных излучений технических средств. Следствием этого является появление в окружающем пространстве нежелательных излучений, модулированных опасными сигналами, т.е. создаются предпосылки для утечки информации, обрабатываемой техническими средствами.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

          7 Лекция №7. Утечка информации по цепям заземления

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

 

Заземлением называется преднамеренное соединение объекта с заземляющим устройством, осуществляемое путем создания системы проводящих поверхностей и электрических соединений, предназначенных для выполнения различных функций.

Заземление экранирующих поверхностей способствует ослаблению нежелательных связей и является составной частью системы экранирования. Проводящие поверхности и электрические соединения системы заземления экранов предназначены для протекания обратных токов в сигнальных цепях и цепях электропитания.

Одной из причин попадания опасного сигнала в систему заземления является наличие электромагнитного поля — носителя опасного сигнала в местах расположения элементов системы. Это электромагнитное поле будет наводить в расположенной поблизости системе заземления ток опасного сигнала.

Проникновение опасного сигнала в цепи заземления может быть связано с образованием так называемых контуров заземления. Рассмотрим два устройства, соединенные парой проводников, один из которых является сигнальным, а другой служит для протекания обратных токов (см. рисунок 7.1).

Пусть возвратный проводник соединен с корпусом первого (I) устройства, а корпус - с землей. Если этот проводник соединен с корпусом второго (II) устройства, также имеющего электрический контакт с землей (соединение 2'‑3'), то образуется замкнутый проводящий контур 2‑2'‑3'‑3‑2. Внешнее электромагнитное поле источника опасного сигнала наводит в этом контуре ЭДС, вызывая протекание тока I_ос, который, в свою очередь, создает на участке 2‑3 падение напряжения U_ос (опасного сигнала) равное:

 

где Z₂₃ — сопротивление участка цепи 2-3.

Рисунок 7.1 -  Образование контуров заземления между двумя устройствами

Если отсутствует проводник 2'-3' или соединение проводника 2-2' с кор­пусом второго устройства, то возможность образования контура заземления полностью не исключается. В этих случаях контур может состоять из провод­ников 2-2', 3-3', земляной шины и паразитных емкостей между сигнальной цепью и корпусом второго устройства С₂, а также между корпусом второго устройства и землей С₂₃.

Еще одна причина появления опасного сигнала в цепи заземления связана с конечным значением величины сопротивления заземляющих проводников. По заземляющему проводнику протекает обратный электрический ток опасного сигнала (см. рисунок 7.2).

Из-за конечного сопротивления R_з земляной шины на этом сопротивлении создается падение напряжения:

где U_C – напряжение источника сигнала;

       R_C1, R_C2 — внутреннее сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки соответственно.

При :

 

Рисунок 7.2 -  Утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства

Напряжение опасного сигнала в цепи заземления будет тем больше, чем больше величина сопротивления R_з.

Утечка информации по цепям заземления может также происходить вследствие того, что общая земля служит обратным проводом для различных контуров. Рассмотрим ситуацию, представленную на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 -  Утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств

В этом случае для двух различных контуров — сигнального и постороннего — общая земля является обратным проводом с эквивалентным сопротивлением R_з.

На эквивалентном сопротивлении земли R_з возникает падение напряжения за счет протекания обратного тока опасного сигнала -I_c, равное:

при Rз<< Rc1+ Rc2

где R_C1, R_C2 — внутреннее сопротивление источника опасного сигнала U_c и сопротивление нагрузки в цепи сигнального контура.

На сопротивлении нагрузки R₂ постороннего контура имеет место падение напряжения U_ос, вызванное протеканием обратного тока опасного сигнала -I_с по общей цепи заземления, которое равно:

при Rз<< R1+ R2,

где R₁ — внутреннее сопротивление источника напряжения U₂ в цепи постороннего контура. Подставляя (25) в (26), получим выражение для определения величины падения напряжения опасного сигнала на нагрузке постороннего контура:

Возможность утечки информации, связанная с цепями заземления, обусловлена также наличием электромагнитного поля опасного сигнала в грунте вокруг заземлителя. Из-за большого затухания, вносимого грунтом, магнитное поле в землю практически не проникает. Электрическое поле в земле определяется величиной потенциала заземлителя и параметрами грунта, где происходит растекание тока опасного сигнала. С помощью дополнительных заземлителей можно осуществить перехват опасного сигнала (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 -  Утечка информации по цепям заземления, обусловленная наличие электромагнитного поля в грунте

 

           8 Лекция №8. Утечка информации по цепям электропитания

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

 

Как правило, провода общей сети питания распределяются по различным помещениям, где расположены технические системы, и соединены с различными устройствами. Вследствие этого образуется нежелательная связь между отдельными техническими средствами. Кроме того, провода сети питания являются линейными антеннами, способными излучать или воспринимать электромагнитные поля. На практике значительная часть нежелательных наводок между удаленными друг от друга устройствами происходит с участием сети питания. При этом возможны различные ситуации. В случае асимметричной наводки, когда провода сети питания прокладываются вместе и имеют одинаковые емкости относительно источников и приемников наводки, в них наводятся напряжения, одинаковые по величине и по фазе относительно земли и корпуса приборов. На рисунке 8.1 представлены действительная и эквивалентная схемы нежелательной асимметричной связи двух устройств, питающихся от общей сети.

 

а) б) Рисунок 8.1- Действительная (а) и эквивалентная (б) схемы нежелательной асимметричной связи двух устройств

На рисунке 8.2 показан прием опасного сигнала через сеть питания, в которой наводятся напряжения за счет электромагнитного поля, излучаемого техническими средствами, а на рисунке 8.3 показано излучение опасного сигнала через цепи питания источника наводки.

Рисунок 8.2 – Утечка информации по цепям электропитания за счет побочных электромагнитных наводок

Все рассмотренные виды распространения наводок по сети питания являются асимметричными или однопроводными, поскольку оба провода сети питания передают сигнал наводки в одном направлении.

Рисунок 8.3 – Утечка информации по цепям электропитания за счет побочного электромагнитного излучения

Симметричное распространение наводки имеет место в тех случаях, когда на проводах сети индуцируются различные напряжения относительно земли. Тогда между проводами образуется высокочастотная разность потенциалов, и по проводам сети проходят токи наводки в разных направлениях (см. рисунок 8.4).

Вследствие этого в приемнике наводки индуцируются равные по величине обратные по знаку напряжения. Поэтому симметрично распространяющаяся наводка не может проникнуть в высокочастотную часть приемника наводки. Проникновение симметричной наводки через силовой трансформатор путем передачи напряжения, наведенного в первичной обмотке, во вторичную маловероятно вследствие существенных отличий частот сети питания и сигнала наводки. Симметричное распространение наводки опасно только при асимметрии приемника наводки относительно проводов сети питания. Например, если в один из проводов сети питания ввести предохранитель, то провода сети будут иметь разные емкости относительно приемника наводки. Через них будут передаваться напряжения, разность которых приведет к наводке в приемнике.

Одними из основных устройств, без которых невозможна работа любого технического средства, являются вторичные источники питания, предназначенные для преобразования энергии сети переменного тока или постоянного тока в энергию постоянного или переменного тока с напряжением, необходимым для питания аппаратуры технических средств.

Рисунок 8.4- Симметричное распространение наводки по цепям электропитания

При определенных условиях вторичные источники питания совместно с подводящими питающими линиями могут создавать условия для утечки информации, циркулирующей в техническом средстве. Несмотря на большое разнообразие конкретных технических решений схем построения таких источников питания, все они содержат в своем составе трансформаторы, выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы и обладают конечным внутренним сопротивлением. При наличии в составе технических средств усилительных каскадов токи усиливаемых в них сигналов замыкаются через вторичный источник электропитания, создавая на его внутреннем сопротивлении падение напряжения, изменяющееся в соответствии с законом изменения усиливаемого (опасного) сигнала.

При недостаточном затухании в фильтре источника питания это напряжение может быть обнаружено в питающей линии.

 

          9 Лекция №9. Утечка информации по акустическим каналам

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

 

9.1 Прямой акустический канал

 

Наиболее простым способом перехвата речевой информации является подслушивание (прямой перехват). Разведываемые акустические сигналы могут непосредственно приниматься ухом человека, реагирующим на изменение звукового давления, возникающего при распространении звуковой волны в окружающем пространстве. Диапазон частот акустических колебаний, слышимых человеком, от 16-25 Гц до 18-20 кГц в зависимости от индивидуальных особенностей слушателя. Человек воспринимает звук в очень широком диапазоне звуковых давлений, одной из базовых величин этого диапазона является стандартный порог слышимости. Под ним условились понимать эффективное значение звукового давления, создаваемого гармоническим звуковым колебанием частотой F=1000 Гц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха. Порогу слышимости соответствует звуковое давление Р=2×10^-5 Па. Верхний предел определяется значением Р=20 Па, при котором наступает болевое ощущение (стандартный порог болевого ощущения).

В случаях, когда уровни звукового давления, создаваемого звуковой волной, ниже порога слышимости, когда нет возможности непосредственно прослушивать речевые сообщения или требуется их зафиксировать (записать), используют микрофон.

Микрофон является преобразователем акустических колебаний в электрические сигналы. В зависимости от физического явления, приводящего к такому преобразованию, различают основные типы микрофонов:

— электродинамические;

— электромагнитные;

— электростатические;

— пьезоэлектрические;

— магнитострикционные;

— контактные и т.д.

К микрофонам, используемым в технике акустической разведки, предъявляют высокие требования. Преобразование звука в электрический сигнал должно осуществляться с высокой информационной точностью, необходимо обеспечить высокую разборчивость и узнаваемость речевого сигнала, избежать появления различных искажений в пределах динамического диапазона в заданной полосе частот. Кроме того, микрофоны должны обладать направленными свойствами, высокой чувствительностью и приемлемыми массогабаритными характеристиками.

При необходимости передать перехваченное речевое сообщение на расстояние используют проводные, радио- и другие каналы, по которым сообщение, преобразованное в электрический, оптический, радио- или другого вида сигнал, передается на пункт прослушивания. В этих случаях используемые устройства называются закладными устройствами для перехвата акустической информации. В состав радиозакладки может быть включено запоминающее устройство, в которое предварительно записывается перехваченная речевая информация. Ее передача в пункт прослушивания в этом случае осуществляется не в реальном масштабе времени, а с определенной временной задержкой, что повышает скрытность радиозакладных устройств.

Структурная схема, иллюстрирующая прямой перехват акустической информации, представлена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1- Структурная схема прямого перехвата акустической информации

К настоящему времени разработано достаточно большое количество типов направленных микрофонов и закладных подслушивающих устройств.

Виброакустический канал.

Воздействие акустических волн на поверхность твердого тела приводит к возникновению в нем вибрационных колебаний в результате виброакустичесого преобразования. Эти колебания, распространяющиеся в твердой среде, могут быть перехвачены специальными средствами разведки, а речевая информация, содержащаяся в акустическом поле, при определенных условиях может быть восстановлена. С этой целью используют устройства, преобразующие вибрационные колебания в электрические сигналы, соответствующие соответствующим звуковым частотам. Такие устройства называются вибродатчиками. Сигнал, снимаемый с выхода вибродатчика, после усиления может быть прослушен, зарегистрирован на магнитном или другом носителе или передан в пункт приема, находящийся на удалении от места прослушивания, по проводному, радио- или иному передачи информации. Обобщенная структурная схема виброакустического канала утечки информации представлена на рисунке 9.2.

 

Рисунок 9.2- Структурная схема виброакустического канала

В целях ведения разведки с использованием виброакустического канала широко применяются стетоскопы, т.е. устройства, содержащие вибродатчик (стетоскопный микрофон), блок обработки сигнала, осуществляющий его усиление и ослабление помех, и головные телефоны. В ряде таких устройств предусмотрена возможность записи сигнала на магнитный носитель.

Необходимо отметить, что чем тверже материал преграды на пути распространения акустических колебаний, тем лучше он передает вибрации, вызываемые ими. Вибродатчик обычно крепится к металлическому предмету, вмонтированному в стену. В качестве звукопровода могут использоваться трубы водоснабжения, канализации, батареи отопления и т.д. На качество приема вибросигналов кроме свойств вибродатчика и материала твердой среды влияют ее толщина, а также уровни фоновых акустических шумов в помещении и вибраций в твердой среде.

В ряде случаев, когда нет возможности разместить пункт прослушивания в непосредственной близости от места установки вибродатчика (стетоскопа), в состав аппаратуры прослушивания включают проводные, радио- и другие каналы передачи информации, аналогичные каналам, используемым в закладных устройствах.

Оптико-акустический канал.

Перехват речевой информации из помещений может осуществляться с помощью лазерных средств акустической разведки. В этом случае применяется дистанционное лазерно‑локационное зондирование объектов, обладающих определенными свойствами и являющихся потенциальными источниками конфиденциальной речевой информации. В качестве таких объектов могут выступать оконные стекла и другие виброотражающие поверхности.

Генерируемое лазерным передатчиком колебание наводится на оконное стекло помещения. Возникающие при разговоре акустические волны, распространяясь в воздушной среде, воздействуют на оконное стекло и вызывают его колебания в диапазоне частот, соответствующих речевому сообщению. Таким образом, происходит виброакустическое преобразование речевого сообщения в мембране, роль которой играет оконное стекло. Лазерное излучение, падающее на внешнюю поверхность оконного стекла (мембраны), в результате вибро-оптического преобразования оказывается промодулированным сигналом, вызывающим колебания мембраны. Отраженный оптический сигнал принимается оптическим приемником, в котором осуществляется восстановление сообщения.

На рисунке 9.3 приведена обобщенная структурная схема оптико-акустического канала перехвата речевой информации. К настоящему времени созданы различные системы лазерных средств акустической разведки, имеющие дальность действия от десятков метров до единиц километров. Наведение лазерного излучения на оконное стекло нужного помещения осуществляется с помощью телескопического визира. Использование специальной оптической насадки позволяет регулировать угол расходимости выходящего светового пучка.

Рисунок 9.3- Структурная схема оптико-акустического канала

К устройствам лазерной акустической разведки предъявляются высокие требования с точки зрения их помехоустойчивости, поскольку качество перехватываемой информации существенно зависит от наличия и уровней фоновых акустических шумов, помеховых вибраций отражателя-модулятора, а также ослабления лазерного излучения в атмосфере и фоновой оптической засветки при приеме отраженного от объекта сигнала.

          10 Лекция №10. Утечка информации в волоконно‑оптических линиях связи и взаимные влияния в линиях связи

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации в волоконно‑оптических линиях связи и взаимные влияния в линиях связи.

Содержание:

а) утечка информации в волоконно‑оптических линиях связи;

б) взаимные влияния в линиях связи.

 

Основные причины утечки информации в волоконно-оптических линиях связаны с излучением световой энергии в окружающее пространство. Причины этого излучения обусловлены процессами, происходящими при вводе (выводе) излучения в оптический волновод и распространении волн в диэлектрическом волноводе. Кроме того, утечка информации за счет оптического излучения может иметь место из-за наличия постоянных и разъемных соединений оптических волокон, а также изгибов и повреждений этих волокон.

Рассеяние излучения при вводе оптического сигнала в интегрально-оптический волновод связано с тем, что пучок излучения используемых источников имеет заметно большую ширину, чем толщина световодного слоя волновода. Эффективность ввода излучения источника в световод зависят от степени согласования их характеристик: сечения и расходимости светового пучка с геометрическими размерами сердцевины и апертурного угла светово-локна, количества волноводных мод и т.д. Увеличение эффективности ввода излучения в световод достигается применением оптического клея, микролинз и других средств фокусировки излучения. Наибольшее влияние на эффективность ввода излучения источника в световод оказывает поперечное рассогласование, меньшее — продольное и угловое.

В диэлектрическом волноводе толщиной порядка длины распространяющейся в нем волны (l-10 мкм) в зависимости от соотношения показателей преломления волноводного слоя (сердцевины), оболочки и покровного слоя, а также от угла падения световой волны на границе раздела волна может либо канализироваться в волноводном слое (распространяться вдоль волокна путем многократных отражений от границы сердцевина—оболочка (луч 1, рисунок 10.1), либо проникать в оболочку, распространяться вдоль нее и далее выходить в окружающую среду (лучи 2, 3, см. рисунок 10.1).

Рисунок 10.1- Распространение оптической волны в диэлектрическом волноводе

В прямолинейных световодах излучение в окружающую среду незначительно. Однако в местах изгибов волноводов интенсивность излучения в оболочку или воздух увеличивается, и тем больше, чем сильнее эти изгибы. Интенсивность излучения в окружающее пространство увеличивается и при повреждении оболочки световода.

Постоянные соединения отрезков оптических волокон между собой осуществляют свариванием, сплавлением или склеиванием в юстировочном устройстве. Оптические разъемы (соединители) должны допускать многократные соединения—разъединения оптических волокон. Рассогласование волокон возникает из-за имеющихся различий в числовой апертуре, профиле показателя преломления, диаметре сердцевины или из-за погрешностей во взаимной ориентации волокон при их соединении. Основными причинами излучения световой энергии в окружающее пространство в местах соединения оптических волокон являются:

— смещение (осевое несовмещение) стыкуемых волокон (см.рисунок 10.2а);

— наличие зазора между торцами стыкуемых волокон (см.рисунок 10.2б);

— непараллельность торцевых поверхностей стыкуемых волокон (см. рисунок 10.2в);

— угловое рассогласование осей стыкуемых волокон (см. рисунок 10.г);

— различие в диаметрах стыкуемых волокон (см. рисунок 10.д).

 

а)	б)
в)	г)
д) Рисунок 10.2- Внешний вид соединений оптических волокон вызывающих излучение световой энергии в окружающее пространство

 

Наиболее интенсивное излучение в окружающее пространство наблюдается при наличии сдвига соединяемых волокон относительно друг друга.

Еще одна причина утечки информации в волоконно-оптических линиях может быть связана с возможным воздействием внешнего акустического поля (поля опасного сигнала) на волоконно-оптический кабель. Звуковое давление акустической волны может вызвать изменение геометрических размеров (толщины) или смещение соединяемых концов световодов в разъемном устройстве относительно друг друга. Вследствие этого может осуществляться амплитудная модуляция опасным сигналом излучения, проходящего по волокну. Глубина модуляции определяется силой звукового давления, конструкцией и свойствами волокна.

 

          10.2 Взаимные влияния в линиях связи

 

С целью рассмотрения результатов влияния друг на друга параллельно проложенных линий связи приняты следующие основные определения (см. рисунок 10.3):

— влияющая цепь — цепь, создающая первичное влияющее электромагнитное поле (цепь I);

— цепь, подверженная влиянию, — цепь, на которую воздействует влияющее электромагнитное поле (цепь II);

— непосредственное влияние — сигналы, индуцированные непосредственно электромагнитным полем влияющей цепи, в цепи, подверженной влиянию.

Рисунок 10.3- Сигналы в цепях от взаимных влияний

В зависимости от структуры влияющего электромагнитного поля и конструкции цепи, подверженной влиянию, различают систематические и случайные влияния. К систематическим влияниям относятся взаимные наводки, возникающие по всей длине линии. К случайным относятся влияния, возникающие вследствие ряда случайных причин и не поддающиеся точной оценке. Существуют реальные условия наводок с одного неэкранированного провода на другой, параллельный ему провод той же длины, когда оба они расположены над "землей". В таблице приведены примерные данные взаимного влияния различных типов линий и меры их защиты.

С определенной степенью обобщения множество каналов утечки информации может быть обусловлено следующими причинами и явлениями:

— микрофонным эффектом элементами электронных схем;

— магнитным полем электронных схем и устройств различного назначения и использования;

— электромагнитным излучением низкой и высокой частот;

— возникновением паразитной генерации усилителей различного назначения;

— наличием цепей питания электронных систем;

— наличием цепей заземления электронных систем;

— взаимным влиянием проводов и линий связи;

— высокочастотным навязыванием мощных радиоэлектронных средств и систем;

— наличием волоконно-оптическими системами связи.

Каждый из этих каналов в зависимости от конкретной реализации элементов, узлов и изделий будет иметь определенное проявление, специфические характеристики и особенности образования в зависимости от условий расположения и исполнения.

Наличие и конкретные характеристики каждого источника образования канала утечки информации изучаются, исследуются и определяются конкретно для каждого образца технических средств на специально оборудованных для этого испытательных стендах и в специальных лабораториях для последующего использования в конкретных условиях.

 

Таблица 10.1- Взаимное влияние различных типов линий и меры их защиты

 

 

11 Лекция №11. Пассивные методы защиты информации от утечки по техническим каналам

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с пассивными методами защиты информации от утечки по техническим каналам.

Содержание:

а) экранирование электромагнитных полей;

б) экранирование узлов радиоэлектронной аппаратуры и их соединений.

 

          11.1 Экранирование электромагнитных полей

 

Рассмотрим процесс экранирования электромагнитного поля при падении плоской волны на бесконечно протяженную металлическую пластину толщиной d, находящуюся в воздухе (рисунок 11.1). В этом случае на границе раздела двух сред с различными электрофизическими характеристиками (воздух—металл и металл—воздух) волна претерпевает отражение и преломление, а в толще экрана, ввиду его проводящих свойств, происходит частичное поглощение энергии электромагнитного поля. Таким образом, электромагнитная волна при взаимодействии с экраном отражается от его поверхности, частично проникает в стенку экрана, претерпевает поглощение в материале экрана, многократно отражается от стенок экрана и, в конечном счете, частично проникает в экранируемую область. В результате общая эффективность экранирования (величина потерь энергии электромагнитной волны) металлической пластиной определяется суммой потерь за счет поглощения (затухания) энергии в толще материала А_погл, отражения энергии от границ раздела «внешняя среда—металл» и «металл—экранируемая область» А_отр и многократных внутренних отражений в стенках экрана А_мотр:

Потери на поглощение связаны с поверхностным эффектом в проводниках, приводящим к экспоненциальному уменьшению амплитуды проникающих в металлический экран электрических и магнитных полей.

Это обусловлено тем, что токи, индуцируемые в металле, вызывают омические потери и, следовательно, нагрев экрана.

Рисунок 11.1- Экранирование электромагнитного поля металлическим экраном

Глубина проникновения d определяется как величина, обратная коэффициенту затухания и зависит от частоты: чем больше частота, тем меньше глубина проникновения. В СВЧ диапазоне глубина проникновения d в металлах имеет малую величину и тем меньше, чем больше проводимость металла и его магнитная проницаемость.

где m — абсолютная магнитная проницаемость материала экрана;

       f — частота электромагнитного поля;

       s — удельная проводимость материала экрана.

Выражение для определения потерь на поглощение экраном толщиной d может быть представлено в следующем виде:

Таким образом, потери на поглощение растут пропорционально толщине экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости его материала, а также частоте электромагнитного поля.

Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны с различными значениями полных характеристических сопротивлений этих сред. При прохождении волны через экран она встречает на своем пути две границы раздела: — воздух—металл и металл—воздух.

Хотя электрическое и магнитное поля отражаются от каждой границы по-разному, суммарный эффект после прохождения обеих границ одинаков для обеих составляющих поля. При этом наибольшее отражение при входе волны в экран (на первой границе раздела) испытывает электрическая составляющая поля, а при выходе из экрана (на второй границе раздела) наибольшее отражение испытывает магнитная составляющая поля. Для металлических экранов потери на отражение определяются выражением:

Откуда следует, что потери на отражение велики у экрана, изготовленного из материала с высокой проводимостью и малой магнитной проницаемостью.

Потери на многократные отражения в стенках экрана связаны с волновыми процессами в толще экрана и в основном определяются отражением от его границ. Для электрических полей почти вся энергия падающей волны отражается от первой границы (воздух—металл) и только небольшая ее часть проникает в экран. Поэтому многократными отражениями внутри экрана для электрических полей можно пренебречь.

Для магнитных полей большая часть падающей волны проходит в экран, в основном отражаясь только на второй границе (металл—воздух), тем самым создавая предпосылки к многократным отражениям между стенками экрана. Корректирующий коэффициент А_мотр многократного отражения для магнитных полей в экране с толщиной стенки d при глубине проникновения d равен:

Величина А_мотр имеет отрицательное значение, т.е. многократные отражения в толще экрана ухудшают эффективность экранирования. С уменьшением эффективности можно не считаться в случаях, когда на данной частоте выполняется условие d>d, но им нельзя пренебрегать при применении тонких экранов, когда толщина экрана меньше глубины проникновения.

 

          11.2 Экранирование узлов радиоэлектронной аппаратуры и их соединений

 

Экранирование высокочастотных катушек и контуров.

При экранировании высокочастотных катушек и контуров аппаратуры необходимо учитывать не только эффективность экранирования соответствующего экрана, но и возможность ухудшения основных электрических параметров экранируемых элементов уменьшение индуктивности, увеличение сопротивления и собственной емкости. Вносимые экраном потери возрастают с увеличением удельного сопротивления материала экрана и с уменьшением расстояния между экраном экранируемой катушкой. В тех случаях, когда эквивалентное затухание контура определяется в основном затуханием катушки и необходимо иметь малое затухание, следует в качестве материала экрана применять немагнитные металлы (медь, латунь, алюминий), а размеры экрана выбирать по возможности большими.

При конструировании экранов следует располагать стыки, швы, щели в экране в направлении вихревых токов, определяющих эффективность экранирования. Экранирование электрического поля обеспечивается при наличии хорошего электрического контакта экрана с корпусом аппаратуры.

Экранирование низкочастотных трансформаторов и дросселей.

В трансформаторах питания и низкочастотных трансформаторах, а также в дросселях питания основной рабочий магнитный поток проходит по магнитопроводу. Только небольшая его часть в виде потока рассеяния выходит за пределы магнитопровода, замыкаясь в окружающем пространстве. Магнитный поток рассеяния является причиной нежелательных наводок. Потенциально источниками наиболее интенсивных магнитных полей являются дроссели фильтров питания. Интенсивность полей рассеяния у всех типов трансформаторов растет с увеличением мощности, уменьшением сечения магнитопровода и высоты катушек, а также с ухудшением магнитных свойств магнитопровода.

Улучшение качества магнитопровода, достигаемое применением материалов с высокой относительной магнитной проницаемостью и уменьшением воздушных зазоров, приводит к уменьшению уровней нежелательных наводок.

Эффективное снижение уровней магнитных полей рассеяния трансформаторов и дросселей достигается экранированием. В диапазоне 50—4000 Гц эффективно действует экран из пермаллоя и других специальных сортов ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и малым удельным сопротивлением. Экранирующая коробка не должна плотно прилегать к сердечнику трансформатора. При зазоре примерно в 3 мм эффективность экранирования увеличивается на 15 дБ.

Контактные соединения и устройства экранов.

При конструировании составных экранов, а также контактных элементов, предназначенных для соединения экранов, крышек, панелей, кронштейнов к общему корпусу или шасси аппаратуры, необходимо обеспечивать выполнение требований:

— электрическое сопротивление контактов должно быть минимальным и стабильным;

— контактные соединения должны иметь высокую коррозионную стойкость, длительный срок службы.

По своему назначению контактные соединения могут быть неразборными (неразъемными), разборными (разъемными), скользящими и т.д.

Неразъемные контактные соединения предназначены для постоянного соединения частей и элементов экрана. Эти соединения обычно бывают сварными или паяными. В контактных соединениях, осуществляемых сваркой (сплошные сварные швы), практически не происходит увеличения электрического сопротивления в месте сварки по сравнению с сопротивлением сплошного металла.

При пайке металлов припой, соединяясь с основными металлами, связывает их механически и электрически. Большое значение для качества паяного соединения имеет выбор припоя и зазора между металлами. Качество сварки и пайки после очистки должно тщательно проверяться с целью обнаружения несваренных или непропаянных поверхностей, прожогов и других дефектов. Неразъемное контактное соединение может быть выполнено и несварным, при осуществлении неразъемного контакта с помощью винтов, болтов, заклепок с определенным шагом образуются физически неоднородные стыки между соединяемыми поверхностями. В этих случаях между стыкуемыми поверхностями неизбежно существуют неровности, создающие щели, в результате чего эффективность экранирования ухудшается.

При механическом креплении элементов экрана эффективность экранирования повышается за счет более частого расположения крепежных деталей. Для уменьшения рассеяния отверстия в стационарных соединениях заделываются проводящей пастой.

Надежная работа разъемных контактных соединений обеспечивается их конструкцией, тщательностью изготовления, правильным выбором покрытий материалов и контактным нажатием. При значительных нажатиях контакты сравнительно хорошо обеспечивают малое сопротивление в месте контакта, а при слабых нажатиях даже покрытия из благородных металлов и большие контактные поверхности не гарантируют сохранения этого сопротивления в пределах требуемых значений.

В разъемных контактных соединениях для повышения эффективности экранирования аппаратуры следует применять электромагнитные уплотняющие прокладки, которые должны обеспечивать электрогерметичность соединения. Прокладки используют для уплотнения плохо пригнанных соединений.

Надежный электрический контакт между двумя и более металлическими поверхностями обеспечивается с помощью токопроводящих смол. Например, эпоксидные смолы с серебряным наполнителем заменяют пайку. Если соединяемые поверхности сжаты, но между ними имеется щель, то ее можно заполнить такой токопроводящей смолой. С помощью заполнения на основе токопроводящих смол уплотняют защитные электромагнитные экраны, улучшают экранирующие свойства корпусов радиоэлектронной аппаратуры, ремонтируют электромагнитные прокладки и т.д.Малое электрическое сопротивление контакта между трущимися поверхностями обеспечивается с помощью токопроводящей смазки, например, на основе серебряно-силиконового масла без углеродистого наполнения. Смазка сохраняет высокие электрические и механические свойства в широких диапазонах температуры и влажности, устойчива к химическим воздействиям. Смазка обладает высокой влагостойкостью и хорошими антикоррозийными свойствами.

 

          12 Лекция №12. Фильтрация

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с методом локализации опасных сигналов.

 Содержание:

а)  паразитные емкостные связи;

б)  индуктивные связи;

в)  электромагнитные связи;

          г) нежелательные излучения технических средств обработки
информации.

 

Одним из методов локализации опасных сигналов, циркулирующих в технических средствах и системах обработки информации, является фильтрация. В источниках электромагнитных полей и наводок фильтрация осуществляется с целью предотвращения распространения нежелательных электромагнитных колебания за пределы устройства — источника опасного сигнала. Фильтрация в устройствах — рецепторах электромагнитных полей и наводок должна исключить их воздействие на рецептор.

В системах и средствах информатизации и связи фильтрация может осуществляться:

— в высокочастотных трактах передающих и приемных устройств для подавления нежелательных излучений — носителей опасных сигналов и исключения возможности их нежелательного приема;

— в различных сигнальных цепях технических средств для устранения нежелательных связей между устройствами и исключения прохождения сигналов, отличающихся по спектральному составу от полезных сигналов;

— в цепях электропитания, управления, контроля, коммутации технических средств для исключения прохождения опасных сигналов по этим цепям;

— в проводных и кабельных соединительных линиях для защиты от наводок;

— в цепях электрочасофикации, пожарной и охранной сигнализации для исключения прохождения опасных сигналов и воздействия навязываемых высокочастотных колебаний.

Одна из возможных схем фильтрации опасных сигналов, создаваемых или воспринимаемых техническим средством по различным цепям, представлена на рисунке 12.1.

Фильтрация в различных цепях осуществляется с помощью фильтров, дросселей и трансформаторов.

В целях фильтрации в технических средствах систем информатизации и связи широко используют различные фильтры (нижних и верхних частот полосовые, заграждающие и т.д.). Основное назначение фильтра — пропускать без значительного ослабления сигналы с частотами, лежащими в рабочей полосе частот, и подавлять сигналы с частотами, лежащими за пределами этой полосы.

Количественно эффективность ослабления (фильтрации) нежелательных (в том числе и опасных) сигналов защитным фильтром оценивается в соответствии с выражением:

,

(33)

где U₁(P₂) — напряжение (мощность) опасного сигнала на входе фильтра (см. рисунок 12.1); U₂(P₂) — напряжение (мощность) опасного сигнала на выходе фильтра при включенной нагрузке.

Рисунок 12.1- Обобщенная схема фильтрации

Основные требования, предъявляемые к защитным фильтрам, заключаются в следующем:

— величины рабочих напряжения и тока фильтра должны соответствовать величинам напряжения и тока цепи, в которой фильтр установлен;

— эффективность ослабления нежелательных сигналов должна быть не меньше заданной в защищаемом диапазоне частот;

— ослабление полезного сигнала в полосе прозрачности фильтра должно быть незначительным, не влияющим на качество функционирования системы;

— габариты и масса фильтров должны быть, по возможности, минимальными;

— фильтры должны обеспечивать функционирование при определенных условиях эксплуатации (температура, влажность, давление, удары, вибрация и т.д.);

— конструкции фильтров должны соответствовать требованиям техники безопасности.

К фильтрам цепей питания наряду с общими предъявляются следующие дополнительные требования:

— затухание, вносимое такими фильтрами в цепи постоянного тока или переменного тока основной частоты, должно быть незначительным (например, 0,2 дБ и менее) и иметь большое значение (более 60 дБ) в полосе подавления, которая в зависимости от конкретных условий может быть достаточно широкой (до 10¹⁰ Гц).

— сетевые фильтры должны эффективно работать при больших проходящих токах, высоких напряжениях и высоких уровнях мощности рабочих и подавляемых электромагнитных колебаний;

— ограничения, накладываемые на допустимые уровни нелинейных искажений формы напряжения питания при максимальной нагрузке, должны быть достаточно жесткими (например, уровни гармонических составляющих напряжения питания с частотами выше 10 кГц должны быть на 80 дБ ниже уровня основной гармоники).

Фильтры нижних частот. Фильтр, у которого полоса прозрачности находится в пределах от w=0 (постоянный ток) до некоторой граничной частоты w_гр, называется фильтром нижних частот (ФНЧ).

Фильтры верхних частот. Фильтр, у которого полоса прозрачности занимает все частоты выше некоторой определенной граничной частоты w_гр, называется фильтром верхних частот (ФВЧ). В таком фильтре постоянный ток и все колебания с частотами ниже определенной граничной частоты должны задерживаться, а колебания частот w>w_гр — беспрепятственно пропускаться.

Полосовые и заграждающие (режекторные) фильтры. Полосовые фильтры характеризуются тем, что обе частоты w_гр1, и w_гр2 ограничивающие полосу прозрачности, конечны и ни одна из них не равна нулю.

В ряде случаев ставится задача задержания определенной полосы частот и в то же время пропускания всех остальных частот. Такая задача решается заграждающим фильтром.

С точки зрения конструктивного исполнения фильтры могут быть выполнены на элементах с сосредоточенными параметрами (фильтры, предназначенные для работы на частотах до 300 МГц) и на элементах с распределенными параметрами (коаксиальные, волноводные, полосковые, применяемые на частотах свыше 1 ГГц). В диапазоне частот 300 МГц‑1 ГГц могут использоваться фильтры, включающие элементы, как с сосредоточенными, так и с распределенными параметрами.

Разделительные трансформаторы. Должны обеспечивать развязку первичной и вторичной цепей по сигналам наводки. Это означает, что во вторичную цепь трансформатора не должны проникать наводки, появляющиеся в цепи первичной обмотки. Проникновение наводок во вторичную обмотку объясняется наличием нежелательных резистивных и емкостных цепей связи между обмотками.

Для уменьшения связи обмоток по сигналам наводок часто применяется внутренний экран, выполняемый в виде заземленной прокладки или фольги, укладываемой между первичной и вторичной обмотками. С помощью этого экрана наводка, действующая в первичной обмотке, замыкается на землю.

Разделительные трансформаторы используются с целью решения ряда задач, в том числе для:

— разделения по цепям питания источников и рецепторов наводки, если они подключаются к одним и тем же шинам переменного тока;

— устранения асимметричных наводок;

— ослабления симметричных наводок в цепи вторичной обмотки, обусловленных наличием асимметричных наводок в цепи первичной обмотки.

 

          13 Лекция №13. Заземление технических средств

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с заземлением технических средств

Содержание:

а)  заземление технических средств;

б) согласованные нагрузки волноводных, коаксиальных и волоконно‑оптических линий;

в)  звукоизоляция помещений;

          г) нежелательные излучения технических средств обработки информации.

 

13.1 Заземление технических средств

 

Заземление технических средств систем информатизации и связи должно быть выполнено в соответствии с определенными правилами. Основные требования, предъявляемые к системе заземления, заключаются в следующем:

1) Система заземления должна включать общий заземлитель, заземляющий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

2) Сопротивления заземляющих проводников, а также земляных шин должны быть незначительными;

3) Каждый заземляемый элемент должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых элементов запрещается;

4) В системе заземления должны, по возможности, отсутствовать замкнутые контуры, образованные соединениями или нежелательными связями между сигнальными цепями и корпусами устройств, между корпусами устройств и землей;

5) Следует избегать использования общих проводников в системах экранирующих заземлений, защитных заземлений и сигнальных цепей;

6) Качество электрических соединений в системе заземления должно обеспечивать минимальное сопротивление контакта, надежность и механическую прочность контакта в условиях климатических воздействий и механических нагрузок;

7) Контактные соединения должны исключать возможность образования оксидных пленок на контактирующих поверхностях и связанных с этими пленками нелинейных явлений;

8) Контактные соединения должны исключать возможность образования гальванических пар для предотвращения коррозии в цепях заземления;

9) Запрещается использовать в качестве заземляющего устройства нулевые фазы электросетей, металлоконструкции зданий, трубы систем отопления, водоснабжения, канализации и т.д.

Комплексные сопротивления заземляющих проводников должны обладать минимальными активным сопротивлением и собственной индуктивностью. Поэтому заземляющие проводники должны иметь минимально возможную длину l_з, значительно меньшую длины волны электромагнитного поля l — источника наводки. На практике должно выполняться условие l_з<0,02l. Для уменьшения сопротивления форма и размеры поперечного сечения заземляющих проводников должны выбираться таким образом, чтобы на частоте наводки обеспечивались малые активное и реактивное сопротивления. Сопротивление заземления этих средств не должно превышать 4 Ом.

Для устранения замкнутых контуров в системе заземления используют различные методы. На рисунке 13.1 представлены три способа разрыва нежелательных контуров в цепях заземления: а — с помощью разделительных трансформаторов; б — с помощью дросселей, работающих в синфазном режиме; в — с помощью оптронов.

В целях исключения использования общих проводников в системах раз личных заземлений можно изолировать друг от друга цепи возврата сигнальных токов, цепи возврата постоянных токов питания и цепи возврата переменных токов питания. В этом случае необходимо построить систему заземления, состоящую из трех независимых контуров, сходящихся в одной точке. Такой подход позволяет оптимизировать каждую заземляющую цепь в отдельности. Например, цепи заземления схем распространения сигналов в диапазо­не частот до нескольких мегагерц должны иметь низкое сопротивление и по ним должен течь маленький ток. Заземляющая цепь источников питания постоянного тока должна быть рассчитана на низкое сопротивление, но на значительно больший ток, а заземления источников питания по сети переменного тока должны иметь низкое сопротивление и выдерживать токи в сотни ампер.

 

 

 

а)	б)
в) Рисунок 13.1- Способы разрыва нежелательных контуров в цепях заземления

 

         13.2 Согласованные нагрузки волноводных, коаксиальных и волоконно‑оптических линий

 

Поглощающие согласованные нагрузки. Поглощающие согласованные нагрузки используются в целях полного поглощения энергии электромагнитных колебаний.

Волноводные нагрузки низкого уровня мощности (до десятков ватт), как правило, представляют собой отрезки короткозамкнутых волноводов с помещенными внутрь поглотителями (СВЧ-резисторами). В поглотителях происходит преобразование электромагнитной энергии в тепло. В СВЧ диапазоне такое преобразование может происходить на поверхности проводила за счет токов проводимости и в толще диэлектрика с большими потерями.

В качестве твердых объемных поглотителей используются смеси полупроводящих окислов из мелкодисперсного карбонильного железа с твердыми наполнителями (полистирол, эпоксидная смола, различные виды керамики с примесью проводящих веществ).

Поглощающие нагрузки применяются в качестве эквивалентов антенн излучающих радиоэлектронных средств, а также для других целей (в циркуляторах, переключателях, делителях мощности и т.д.). Эквиваленты антенн используются при проведении различного рода измерений в высокочастотных трактах радиотехнических средств специального назначения в процессе их разработки, испытаний и эксплуатации, а также при проведении регламентных работ на этих средствах.

Антенные насадки. Антенные насадки используются при проведении испытаний специальных радиотехнических средств методом закрытых трактов. В этом случае радиоканал (антенна передающего устройства — среда распространения радиосигнала — антенна приемного устройства) замещается антенной насадкой, исключающей (или существенно ослабляющей) излучение радиосигнала в окружающее пространство.

Использование антенной насадки позволяет локализовать радиоизлучение в пределах ее рабочего объема и существенно ослабить (на 30—40 дБ) уровень радиоизлучений, проникающих во внешнее пространство.

Соединители волноводных, коаксиальных и оптических трактов. Соединителями волноводных трактов называют элементы, обеспечивающие соединение отдельных отрезков волноводов и узлов друг с другом. От качества электрического контакта в местах соединения зависит такая важная характеристика как электрогерметичность тракта. Если в месте соединения контакт ненадежен, то возможно излучение электромагнитного поля из щелей в окружающее пространство. В настоящее время используют два основных типа соединения волноводов — контактные и дроссельные. Контактное соединение может быть неразъемным и разъемным. Неразъемное соединение можно осуществить, например, с помощью внешних муфт. Возможна реализация неразъемных контактных соединений путем стыковки и холодной сварки торцов волноводов.

Разъемные контактные соединения выполняются с помощью специальных контактных фланцев. Плоские контактные фланцы за счет соприкосновения тщательно обработанных торцевых поверхностей обеспечивают непосредственный электрический контакт между соединяемыми волноводами. Контактные поверхности фланцев стягиваются между собой болтами или струбцинами.

Соединение гибких и жестких коаксиальных волноводов осуществляется с помощью специальных разъемов. Разъемные соединительные устройства обычно используются в оконечной аппаратуре.

 

          13.3 Звукоизоляция помещений

 

Основная идея пассивных средств защиты акустической информации - это снижение соотношения сигнал/шум в возможных точках перехвата информации за счет снижения информативного сигнала.

При выборе ограждающих конструкций выделенных помещений в процессе проектирования необходимо руководствоваться следующими правилами:

— в качестве перекрытий рекомендуется использовать акустически неоднородные конструкции;

— в качестве полов целесообразно использовать конструкции на упругом основании или конструкции, установленные на виброизоляторы;

— потолки целесообразно выполнять подвесными, звукопоглощающими со звукоизолирующим слоем;

— в качестве стен и перегородок предпочтительно использование многослойных акустически неоднородных конструкций с упругими прокладками (резина, пробка, ДВП, МВП и т.п.).

Прохождение волн через препятствия осуществляется различными путями:

— через поры, окна, щели, двери и т.д. (путем воздушного переноса):

— через материал стен, по трубам тепло-, водо- и газоснабжения и т.д. за счет их продольных колебаний (путем материального переноса);

— через материал стен и перегородок помещения за счет из поперечных колебаний (путем мембранного переноса).

Выделение акустического сигнала на фоне естественных шумов происходит при определенных соотношениях сигнал/шум. Производя звукоизоляцию, добиваются его снижения до предела, затрудняющего (исключающего) возможность выделения речевых сигналов, проникающих за пределы контролируемой зоны по акустическому или виброакустическому (ограждающие конструкции, трубопроводы) каналам.

Для сплошных, однородных, строительных конструкций ослабление акустического сигнала, характеризующее качество звукоизоляции на средних частотах, рассчитывается по формуле:

(34)

где q_ог, - масса 1 м² ограждения, кг;

      f - частота звука, Гц.

 

Во временно используемых помещениях применяют складные экраны. Применение звукопоглощающих материалов, преобразующих кинетическую энергию звуковой волны в тепловую, имеет некоторые особенности, связанные с необходимостью создания оптимального соотношения прямого и отраженного от преграды акустических сигналов. Чрезмерное звукопоглощение снижает уровень сигнала, большое время реверберации приводит к ухудшению разборчивости речи.

Поглощающие материалы могут быть сплошными и пористыми. Обычно пористые материалы используют в сочетании со сплошными. Один из распространенных видов пористых материалов — облицовочные звукопоглощающие материалы. Их изготавливают в виде плоских плит или рельефных конструкций (пирамид, клиньев и т.д.), располагаемых или вплотную, или на небольшом расстоянии от сплошной строительной конструкции (стены, перегородки, ограждения и т.п.).

Отдельную группу звукопоглощающих материалов составляют резонансные поглотители. Они подразделяются на мембранные и резонаторные. Мембранные поглотители представляют собой натянутый холст (ткань), тонкий фанерный (картонный) лист, под которым располагают хорошо демпфирующий материал (материал с большой вязкостью — например, поролон, губчатую резину, строительный войлок и т.д.). В такого рода поглотителях максимум поглощения достигается на резонансных частотах.

Повышение звукоизоляции стен и перегородок помещений достигается применением слоистых или раздельных их конструкций. В многослойных перегородках и стенах целесообразно подбирать материалы слоев с резко отличающимися акустическими сопротивлениями (например, бетон—поролон).

Звукоизолирующая способность сложных стен, имеющих дверные и оконные проемы, зависит от звукоизоляции дверей и окон. Увеличение звукоизолирующей способности дверей достигается плотной пригонкой полотна дверей к коробке, устранением щелей между дверью и полом, применением уплотняющих прокладок, обивкой или облицовкой полотен дверей специальными материалами и т.д. При недостаточной звукоизоляции однослойных дверей используются двойные двери с тамбуром, облицованные звукопоглощающим материалом.

Звукопоглощающая способность окон, так же, как и дверей, зависит главным образом от поверхностной плотности стекла и прижатия притворов. Обычные окна с двойными переплетами обладают более высокой (на 4—5 дБ) звукоизолирующей способностью по сравнению с окнами со спаренными переплетами. Применение упругих прокладок значительно улучшает звукоизоляционные качества окон. В случаях, когда необходимо обеспечить повышенную звукоизоляцию, применяют окна специальной конструкции (например, двойное окно с заполнением оконного проема органическим стеклом толщиной 20—40 мм и с воздушным зазором между стеклами не менее 100 мм). Повышенное звукопоглощение обеспечивается применением конструкции окон на основе стеклопакетов с герметизацией и заполнением зазора между стеклами различными газовыми смесями.

Между помещениями зданий и сооружений проходит много технологических коммуникаций (трубы тепло-, газо-, водоснабжения и канализации, кабельная сеть энергоснабжения, вентиляционные короба и т.д.). Для них в стенах и перекрытиях сооружений делают соответствующие отверстия и проемы. Их надежная звукоизоляция обеспечивается применением специальных гильз, прокладок, глушителей, вязкоупругих заполнителей и т.д. Обеспечение требуемой звукоизоляции в вентиляционных каналах достигается использованием сложных акустических фильтров и глушителей.

 

14 Лекции №14. Активные методы защиты информации от утечки по техническим каналам

 

          14.1 Акустическая маскировка

 

Условия, исключающие возможность перехвата речевой информации, могут быть созданы с помощью средств активной акустической маскировки. Применение активной акустической маскировки позволяет снизить отношение сигнал/шум на входе технического средства разведки за счет увеличения уровня помехи.

Основу средств акустической маскировки составляют генераторы помех. На практике наиболее широкое применение нашли генераторы шумовых колебаний. Именно поэтому активную акустическую маскировку часто называют акустическим зашумлением.

Большую группу генераторов шума составляют устройства, принцип действия которых основан на усилении колебаний первичных источников шумов. В качестве источников шумовых колебаний используются электровакуумные, газоразрядные, полупроводниковые и др. электронные приборы и элементы. Роль оконечных электроакустических преобразователей, осуществляющих преобразование электрических колебаний в акустические колебания речевого диапазона длин волн, обычно выполняют малогабаритные широкополосные громкоговорители.

Временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к шумовым колебаниям, может быть получен с помощью цифровых генераторов шума, формирующих последовательности двоичных символов, называемые псевдослучайными.

Наряду с шумовыми помехами в целях активной акустической маскировки используют и другие помехи.

Виды акустических помех, создаваемых средствами защиты:

— “белый” шум имеет равномерный спектр в полосе частот речевого сигнала;

— “окрашенный” шум формируется из “белого” в соответствии с огибающей амплитудного спектра скрываемого речевого сигнала;

— “речеподобные” помехи формируются путем микширования в различных сочетаниях отрезков речевых сигналов и музыкальных фрагментов, а также шумовых помех, или формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала при многократном наложении с различными уровнями.

“Речеподобные” помехи:

— “речеподобная” помеха-1 формируется из фрагментов речи трех дикторов радиовещательных станций при примерно равных уровнях смешиваемых сигналов;

— “речеподобная” помеха-2 формируется из одного доминирующего речевого сигнала или музыкального фрагмента и смеси фрагментов радиопередач с шумом;

— “речеподобная” помеха-3  формируется из фрагментов скрываемого речевого сигнала при многократном их наложении с различными уровнями.

Акустические колебания, создаваемые средствами активной акустической маскировки, могут отрицательно воздействовать на людей, находящихся в зашумленном помещении, и приводить к их быстрой и повышенной утомляемости.

Ухудшение условий перехвата речевой информации по виброакустическому и оптико-акустическому каналам утечки также может быть достигнуто использованием средств акустической маскировки. В этом случае в качестве оконечных устройств генераторов помех используются вибродатчики. При закреплении такого датчика, например, на оконном стекле защищаемого помещения виброколебания, создаваемые средством маскировки, вызывают интенсивные колебания стекла с амплитудой, существенно превышающей амплитуду его колебаний, вызванных речевым сигналом. Вследствие этого при лазерно-локационном зондировании оконного стекла отраженный от него акустический сигнал оказывается промодулированным не только речевым информационным сигналом, но и в значительной степени помеховым. Это приводит  к существенному ухудшению условий приема и восстановления перехваченных речевых сообщений.

Аналогичное ухудшение условий перехвата будет иметь место и при налили виброакустического канала утечки информации — например, при съеме речевого сигнала скрытно размещенным на оконном стекле или на стене защищаемого помещения стетоскопным микрофоном. Уровень маскирующего вибрационного шума должен превосходить уровень информационного сигнала на определенную нормами виброакустической защиты величину.

Основные требования, которым должны удовлетворять современные средства виброакустической защиты:

Временные, спектральные и корреляционные характеристики помех должны быть близки соответствующим характеристикам полезного сигнала.

Средства создания помех должны обеспечивать требуемое превышение помехи над полезным сигналом в каждой выделенной полосе частот, исключающее возможность выделения сигнала на фоне помехи.

Элементы крепления электромеханических преобразователей не должны существенно искажать помеховый сигнал.

Следует учитывать, что создаваемые средствами маскировки виброколебания могут раздражающе воздействовать на нервную систему человека, вызывая различные функциональные отклонения.

 

          14.2 Электромагнитное зашумление

 

В случаях, когда пассивные методы защиты не позволяют добиться необходимого затухания опасного сигнала на границе контролируемой территории, а также, когда применение средств пассивной защиты значительно увеличивает массогабаритные характеристики защищаемого объекта или существенно усложняет процесс его эксплуатации, применяют метод активной защиты. Этот метод основан на создании активных маскирующих помех (как правило, шумовых) в заданном диапазоне частот и реализуется с помощью систем активной защиты. Такие системы подразделяются на системы линейного и пространственного зашумления.

Системы линейного зашумления применяются для маскировки опасных сигналов в проводах, кабелях, различных токоведущих линиях и конструкциях, выходящих за пределы контролируемой территории. Объектами линейного зашумления являются, например, провода, цепи и устройства технических средств, подверженные воздействию низкочастотных электромагнитных полей, возникающих при работе ТСОИ, а также элементы и устройства, обладающие свойствами электроакустических преобразователей.

В простейшем случае система линейного зашумления представляет собой генератор шумового сигнала, формирующий шумовое маскирующее напряжение с заданными спектральными, временными и энергетическими характеристиками, который подключается в зашумляемую токоведущую линию (рисунок 14.1).

Рисунок 14.1 – Структурная схема системы линейного зашумления

Системы пространственного зашумления применяют для создания маскирующих помех в окружающем пространстве. В состав системы пространственного зашумления входят:

— генераторы шумового сигнала;

— усилители, обеспечивающие необходимую мощность шумового сигнала в заданном диапазоне частот;

— антенны;

— устройства коммутации и контроля.

Цель зашумления считается достигнутой в том случае, когда отношение опасный сигнал/шум на границе контролируемой территории в окружающем пространстве или в токоведущей линии уменьшается до требуемого уровня, не позволяющего средствам разведки качественно решать задачи обнаружения и анализа опасного сигнала. Способы размещения и подключения систем линейного и пространственного зашумления определяются особенностями схемного решения, расположения и монтажа защищаемых объектов и средств зашумления.

При применении систем активной зашиты необходимо учитывать их возможное влияние на качество работы защищаемых и других технических средств, расположенных в зоне действия электромагнитных полей, создаваемых системой активного зашумления.

 

          14.3 Методы защиты проводных линий связи на энергетическом уровне

 

При защите телефонных разговоров на энергетическом уровне осуществляется подавление электронных устройств перехвата информации с использованием активных методов и средств, к которым относятся методы:

— “синфазной” низкочастотной маскирующей помехи;

— высокочастотной маскирующей помехи;

— “ультразвуковой” маскирующей помехи;

— низкочастотной маскирующей помехи;

— повышения напряжения;

— понижения напряжения;

— компенсационный;

— “выжигания”.

Метод “синфазной” маскирующей низкочастотной помехи.

Метод “синфазной” маскирующей низкочастотной помехи используется для подавления электронных устройств перехвата речевой информации, подключаемых к телефонной линии последовательно в разрыв одного из проводов или через индукционный датчик к одному из проводов. Суть метода заключается в подаче во время разговора в каждый провод телефонной линии согласованных по амплитуде и фазе относительно нулевого провода электросети 220 В маскирующих помеховых сигналов речевого диапазона частот (маскирующего низкочастотного шума). Вследствие согласования по амплитуде и фазе в телефонном аппарате, подключаемом параллельно телефонной линии, эти помеховые сигналы компенсируют друг друга и не приводят к искажению полезного сигнала, т.е. не ухудшают качество связи. В любых устройствах, подключаемых к одному телефонному проводу (как последовательно, так и через индукционный датчик), помеховый сигнал не компенсируется и «накладывается» на полезный сигнал. А так как его уровень значительно превосходит полезный сигнал, то перехват передаваемой информации становится невозможным. В качестве маскирующего помехового сигнала, как правило, используются дискретные сигналы (псевдослучайные М‑последовательности импульсов) в диапазоне частот от 100 до10000 Гц.

Метод высокочастотной маскирующей помехи.

Метод высокочастотной маскирующей помехи заключается в подаче во время разговора в телефонную линию маскирующего помехового сигнала в диапазоне высоких частот звукового диапазона (маскирующего высокочастотного шума). Частоты маскирующих помеховых сигналов подбираются таким образом, чтобы после прохождения низкочастотного усилителя или селективных цепей модулятора телефонной закладки их уровень оказался достаточным для подавления полезного сигнала (речевого сигнала в телефонной линии), но в то же время, чтобы они не ухудшали качество связи. Чем ниже частота помехового сигнала, тем выше его эффективность и тем большее мешающее воздействие он оказывает на полезный сигнал. Обычно используются частоты в диапазоне от 6-8 кГц до 12-16 кГц.

Для исключения воздействия маскирующего помехового сигнала на качество связи в устройстве защиты, подключаемым параллельно в разрыв телефонной линии, устанавливается специальный фильтр нижних частот с граничной частотой выше 3,4 кГц, который подавляет помеховые сигналы высокой частоты (не пропускает их в сторону телефонного аппарата) и не оказывает существенного влияния на прохождение низкочастотных речевых сигналов.

В качестве маскирующего шума используются широкополосные аналоговые сигналы типа “белого шума” или дискретные сигналы типа псевдослучайной последовательности импульсов с шириной спектра не менее 3-4 кГц.

Данный метод используется для подавления практически всех типов электронных устройств перехвата речевой информации, подключаемых к телефонной линии как последовательно, так и параллельно. Однако эффективность подавления средств съема информации с подключением к линии последовательно (особенно при помощи индукционных датчиков) значительно ниже, чем при использовании метода “синфазной” маскирующей низкочастотной помехи.

Метод “ультразвуковой” маскирующей помехи.

Метод “ультразвуковой” маскирующей помехи в основном аналогичен рассмотренному выше. Отличие состоит в том, что частота помехового сигнала находится в диапазоне от 20-30 кГц до 50-100 кГц, что намного упрощает схему устройства подавления, но при этом эффективность данного метода по сравнению с методом высокочастотной маскирующей помехи ухудшается.

Метод низкочастотной маскирующей помехи.

При использовании метода в линию при положенной телефонной трубке подается маскирующий низкочастотный помеховый сигнал. Этот метод применяется для активизации (включения на запись) диктофонов, подключаемых к телефонной линии с помощью адаптеров или индукционных датчиков, что приводит к сматыванию пленки (заполнению памяти) в режиме записи шума, то есть при отсутствии полезного сигнала.

Метод повышения напряжения.

Метод повышения напряжения заключается в “поднятии” напряжения в телефонной линии во время разговора и используется для ухудшения качества функционирования телефонных закладок за счет перевода их передатчиков в нелинейный режим работы. Повышение напряжения в линии до 25-35 В вызывает у телефонных закладок с последовательным подключением и параметрической стабилизацией частоты передатчика “уход” несущей частоты и ухудшение разборчивости речи. У телефонных закладок с последовательным подключением и кварцевой стабилизацией частоты передатчика наблюдается уменьшение отношения сигнал/шум на 3-10 дБ. Передатчики телефонных закладок с параллельным подключением к линии при таких напряжениях в ряде случаев просто отключаются.

Метод понижения напряжения.

Метод понижения напряжения предусматривает подачу во время разговора в линию постоянного напряжения, соответствующего напряжению в линии при поднятой телефонной трубке, но обратной полярности. Этот метод применяется для нарушения функционирования всех типов электронных устройств перехвата информации с контактным (как последовательным, так и параллельным) подключением к линии, используя ее в качестве источника питания. Рассмотренные выше методы обеспечивают подавление устройств съема информации, подключаемых к линии только на участке от защищаемого телефонного аппарата до АТС. Для защиты телефонных линий используются устройства, реализующие одновременно несколько методов подавления.

Компенсационный метод.

Компенсационный метод используется для стеганографической маскировки (скрытия) речевых сообщений, передаваемых абонентом по телефонной линии. Данный метод обладает высокой эффективностью подавления всех известных средств несанкционированного съема информации, подключаемых к линии на всем участке телефонной линии от одного абонента до другого. Суть метода заключается в следующем: перед началом передачи скрываемого сообщения по специальной команде абонента на приемной стороне включается генератор шума, подающий в телефонную линию, маскирующую шумовую помеху (как правило, “цифровой” шумовой сигнал) речевого диапазона частот, которая в линии “смешивается” с передаваемым сообщением. Одновременно этот же шумовой сигнал (“чистый” шум) подается на один из входов двухканального адаптивного фильтра, на другой вход которого поступает аддитивная смесь принимаемого речевого сигнала и маскирующего шума. Аддитивный фильтр компенсирует (подавляет) шумовую составляющую и выделяет скрываемый речевой сигнал (передаваемое сообщение). Наличие таких устройств защиты у обоих абонентов позволяет организовать полудуплексный закрытый канал связи.

Метод “выжигания”.

Метод “выжигания” реализуется путем подачи в линию высоковольтных (напряжение более 1500 В) импульсов, мощностью 15-50 ВА, приводящих к электрическому “выжиганию” входных каскадов электронных устройств перехвата информации и блоков их питания, гальванически подключенных к телефонной линии. Подача высоковольтных импульсов осуществляется при отключении телефонного аппарата от линии. При этом для уничтожения параллельно подключенных устройств подача высоковольтных импульсов осуществляется при разомкнутой, а последовательно подключенных устройств — при “закороченной” (как правило, в телефонной коробке или щите) телефонной линии.

 

          15 Лекция №15. Поиск закладных устройств

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с поиском закладных устройств

Содержание:

а) методы поиска закладных устройств;

б) средства обнаружения закладных устройств.

 

15.1 Методы поиска закладных устройств

 

Поиск и обнаружение закладных устройств может осуществляться визуально, а также с использованием специальной аппаратуры.

Обнаружение закладных устройств, так же как и любых других объектов, производится по их демаскирующим признакам. Каждый вид электронных устройств перехвата информации имеет свои демаскирующие признаки, позволяющие обнаружить закладку.

Наиболее информативными признаками проводной микрофонной системы являются:

— тонкий провод неизвестного назначения, подключенный к малогабаритному микрофону (часто закамуфлированному и скрытно установленному) и выходящий в другое помещение;

— наличие в линии (проводе) неизвестного назначения постоянного (в несколько вольт) напряжения и низкочастотного информационного сигнала.

Демаскирующие признаки автономных некамуфлированных акустических закладок включают:

— признаки внешнего вида - малогабаритный предмет (часто в форме параллелепипеда) неизвестного назначения;

— одно или несколько отверстий малого диаметра в корпусе;

— наличие автономных источников питания (например, аккумуляторных батарей);

— наличие полупроводниковых элементов, выявляемых при облучении обследуемого устройства нелинейным радиолокатором;

— наличие в устройстве проводников или других деталей, определяемых при просвечивании его рентгеновскими лучами.

Камуфлированные акустические закладки по внешнему виду, на первый взгляд, не отличаются от объекта имитации, особенно если закладка устанавливается в корпус бытового предмета без изменения его внешнего вида. Такие закладки можно выявить путем разборки предмета.

Закладки, устанавливаемые в малогабаритные предметы, ограничивают возможности последних. Эти ограничения могут служить косвенными признаками закладных устройств. Чтобы исключить возможность выявления закладки путем ее разборки, места соединения разбираемых частей склеивают.

Некоторые камуфлированные закладные устройства не отличаются от оригиналов даже при тщательном внешнем осмотре. Их можно обнаружить только при просвечивании предметов рентгеновскими лучами.

К основным методам поиска закладных устройств можно отнести:

— специальное обследование выделенных помещений;

— поиск радиозакладок с использованием индикаторов поля, радиочастотомеров и интерсепторов;

— поиск радиозакладок с использованием сканерных приемников и анализаторов спектра;

— поиск радиозакладок с использованием программно-аппаратных комплексов контроля;

— поиск портативных звукозаписывающих устройств с использованием детекторов диктофонов (по наличию их побочных электромагнитных излучений генераторов подмагничивания и электродвигателей);

— поиск портативных видеозаписывающих устройств с использованием детекторов видеокамер (по наличию побочных электромагнитных излучений генераторов подмагничивания и электродвигателей видеокамер);

— поиск закладок с использованием нелинейных локаторов;

— поиск закладок с использованием рентгеновских комплексов;

— проверка с использованием ВЧ-пробника (зонда) линий электропитания, радиотрансляции и телефонной связи;

— измерение параметров линий электропитания, телефонных линий связи и т.д.;

— проведение тестового “прозвона” всех телефонных аппаратов, установленных в проверяемом помещении, с контролем (на слух) прохождения всех вызывных сигналов АТС.

 

          15.1 Средства обнаружения закладных устройств

 

Закладные устройства занимают ведущее место среди средств технического шпионажа. Для повышения скрытности работы мощность передатчика радиозакладки делается небольшой, но достаточной для перехвата высокочувствительным приемником с небольшого расстояния (20-400м). Рабочую частоту для повышения скрытности нередко выбирают вблизи несущей частоты мощной радиостанции. Микрофоны делают как встроенными, так и выносными. Они бывают двух типов: акустическими (т.е. чувствительнымик голосам людей) или вибрационными (преобразующими в электрические сигналы колебания, возникающие от человеческой речи в разнообразных жестких конструкциях). Для повышения скрытности они камуфлируются специальным образом и имеют дистанционное включение или включение при наличии голоса человека (VOX-закладки). В качестве канала связи они обычно используют сеть электропитания, телефонные линии или радиоканал.

Для обнаружения радио-закладок применяют специальные измерительные приборы и устройства. С их помощью осуществляется поиск и фиксация рабочих частот радио-закладок, а также определяется их местонахождение. Эта процедура достаточно сложна, она требует соответствующих теоретических знаний, практических навыков работы с разнообразной и весьма сложной измерительной аппаратурой.

Индикаторы электромагнитных излучений.

Простейший индикатор электромагнитного поля состоит из антенны, широкополосного усилителя, амплитудного детектора и порогового устройства, которое срабатывает, если сигнал на выходе детектора превысит регулируемый пороговый уровень. Порог устанавливается так, чтобы индикатор не реагировал на внешние излучения (фон). В результате подслушивающее устройство обнаруживается только в тех точках помещения, где уровень его поля превосходит фоновый на 15–20 дБ.

Для повышения чувствительности используются режекторные фильтры, настроенные на частоты мощных внешних источников данного региона (телевизионные и радиовещательные станции), или пространственная компенсация внешних электромагнитных полей.

Некоторые устройства оснащаются простейшими средствами идентификации: звуковой выход позволяет прослушивать демодулированный сигнал и выявлять радиомикрофоны методом так называемой “акустической обратной связи”, вызывающей самовозбуждение в тракте радиомикрофон - индикатор.

Индикаторы поля отличаются небольшими размерами и массой, простотой, быстродействием и низкой стоимостью. Однако из-за недостаточной чувствительности и избирательности они не обеспечивают требуемой достоверности обнаружения. Поэтому эти устройства рекомендуются лишь для предварительного обследования помещения или ручной локализации радиомикрофонов, обнаруженных более совершенными системами.

Индикаторы-частотомеры.

Отличаются от индикаторов электромагнитных излучений встроенным счетчиком - частотомером, который измеряет частоту радиосигнала, превысившего установленный порог, и помогает оператору идентифицировать сигнал подслушивающего устройства.

Кроме того, некоторые индикаторы можно подключать к компьютеру и сканирующему радиоприемнику. В этой конфигурации индикатору поручается предварительный анализ электромагнитной обстановки с последующей проверкой результатов сканером. Индикаторы-частотомеры сохраняют основной недостаток индикаторов поля: достоверно обнаружить источник излучения они могут только в непосредственной близости от него.

Нелинейные локаторы.

Используются для физического обнаружения и определения местоположения скрытно размещенных электронных устройств, которые могут находиться в выключенном состоянии. Нелинейный локатор излучает СВЧ-сигнал и принимает его вторую гармонику, которая образуется из-за нелинейных эффектов в полупроводниковых приборах. Чтобы исключить ложное срабатывание локатора, создаваемое контактами металл-окисел в строительных конструкциях, более совершенные изделия принимают и анализируют уровни не только второй, но и третьей гармоник.

Анализаторы спектра.

Анализатор спектра - измерительный прибор, который широко используется для обнаружения и идентификации сигналов оператором по форме их спектров. Обладая высокой чувствительностью, он может подключаться к антенне или кабельным линиям и воспроизводить на экране спектральные панорамы или спектры отдельных радиосигналов. Главное преимущество анализаторов спектра - высокая скорость сканирования и наглядное отображение результатов. Однако они, как правило, не располагают средствами автоматизации операций обнаружения и довольно дороги.

Сканирующие радиоприемники.

Современные сканеры могут автоматически перестраиваться в диапазоне до нескольких ГГц и обнаруживать сигналы с различными видами модуляции. Эти изделия можно разделить на две группы. Первые обладают уникальными параметрами, однако их размеры, масса и главное стоимость весьма высоки.

Изделия второй группы появились в результате эволюции связных, в основном коротковолновых, радиоприемников. Сканеры, обладающие высокой чувствительностью, частотной избирательностью и широким диапазоном анализа, обнаруживают сигналы радиомикрофонов с большой достоверностью. Однако эксплуатация их в качестве автономных устройств из-за ограниченных возможностей по вводу, хранению и отображению данных требует весьма высокой квалификации оператора.

Компьютерные программы управления сканерами.

Большинство современных сканеров можно подключить к компьютеру, который значительно расширяет возможности управления, отображения и хранения информации об исследуемых сигналах. Наряду с функциями управления, а также накопления и обработки данных о радиоспектрах, специализированное программное обеспечение способно решать отдельные задачи идентификации сигналов подслушивающих устройств.

Микрокомпьютерные комплексы обнаружения радиомикрофонов.

В этих изделиях объединяется аппаратура поиска сигналов: антенны, адаптеры для подключения к кабельным линиям, специализированные сканирующие радиоприемники, а также устройства индикации и регистрации данных. Функции управления и отображения поручаются микрокомпьютеру, который организует также отдельные автоматические процедуры обнаружения и идентификации сигналов.

Компьютерные комплексы контроля помещений и зданий.

Представляют собой аппаратно-программные системы на базе стандартных узлов компьютера и недорогого сканера, которые оснащаются дополнительной аппаратурой и программами. Располагают возможностями для реализации “интеллектуальных” процедур обнаружения любой сложности.

 

          16 Лекция №16. Противодействие техническим средствам разведки

 

Цель лекции: ознакомление магистрантов с противодействием техническим средствам разведки

Содержание:

а) классификация методов технической разведки;

б методы разграничения доступа и способы их реализации.

 

16.1 Классификация методов технической разведки

 

Противодействие техническим средствам разведки (ТСР) представляет собой совокупность согласованных мероприятий, предназначенных для исключения или существенного затруднения добывания охраняемых сведений с помощью технических средств.

Добывание информации предполагает наличие информационных потоков от физических носителей охраняемых сведений к системе управления. При использовании TCP такие информационные потоки образуются за счет перехвата и анализа сигналов и полей различной физической природы. Источниками информации для технической разведки являются содержащие охраняемые сведения объекты. Это позволяет непосредственно влиять на качество добываемой злоумышленником информации и в целом на эффективность его деятельности путем скрытия истинного положения и навязывания ложного представления об охраняемых сведениях.

Искажение или снижение качества получаемой информации непосредственно влияет на принимаемые злоумышленником решения и, через его систему управления, на способы и приемы исполнения решения. Непосредственный контакт принципиально необходим на этапах добывания информации и исполнения решения, причем добывание информации должно предшествовать принятию решения и его исполнению злоумышленником. Поэтому противодействие ТСР должно носить упреждающий характер и реализовываться заблаговременно.

Любая система технической разведки (рисунок 16.1) содержит следующие основные элементы:

— технические средства разведки (TCP);

— каналы передачи информации (КПИ);

— центры сбора и обработки информации (ЦСОИ).

Технические средства разведки представляют собой совокупность разведывательной аппаратуры, предназначенной для обнаружения демаскирующих признаков, предварительной обработки, регистрации перехваченной информации и ее передачи через КПИ в ЦСОИ. В ЦСОИ информация от различных TCP накапливается, классифицируется, анализируется и предоставляется потребителям (автоматизированным системам управления или лицам, принимающим решения. Таким образом, в системе технической разведки реализуется обнаружение и анализ демаскирующих признаков (ДП).

 

Рисунок 16.1- Упрощенная структурная схема системы технической разведки

Обнаружение ДП по физической сути заключается в выполнении следующих операций:

— поиск и обнаружение энергии ДП в пространстве, во времени, по спектру и т.д.;

— выделение ДП из искусственных и естественных помех.

Физический смысл анализа ДП раскрывают следующие операции:

— разделение ДП различных объектов;

— оценка параметров ДП (определение их объективных характеристик);

— сокращение избыточности информации;

— регистрация, накопление и классификация ДП;

— нахождение местоположения источника ДП;

— распознавание смыслового содержания ДП;

— выявление охраняемых сведений.

В соответствии с приведенной классификацией главными направлениями снижения эффективности TCP является противодействие обнаружению ДП и противодействие их анализу.

При противодействии обнаружению ДП преследуется цель скрытия от TCP демаскирующих признаков. Соответственно все организационные и технические способы, предназначенные для исключения или существенного затруднения обнаружения ДП, составляют одно из главных направлений противодействия TCP — скрытие.

Другим основным направлением является техническая дезинформация, которая объединяет все организационно-технические меры противодействия, направленные на затруднение анализа ДП и навязывание противнику ложной информации.

Скрытие, обеспечивая противодействие обнаружению, всегда затрудняет или исключает возможность проведения анализа демаскирующего признака. Техническая дезинформация, наоборот, затрудняя анализ, как правило, не влияет на возможность обнаружения объекта разведки.

Некоторые ТСР предназначены для обеспечения активного воздействия на любые объекты, чьи сигналы оказываются в заданных диапазонах поиска и обнаружения. Техническая дезинформация в такой ситуации может оказаться неэффективной. Поэтому реализация стратегии скрытия объекта является более радикальным направлением противодействия TCP, чем техническая дезинформация.

Однако на практике часто встречаются ситуации, когда невозможно обеспечить при ограниченных ресурсах надежное скрытие объекта (например, крупного здания или сооружения) или отдельных демаскирующих признаков (таких, как мощные непрерывные электромагнитные излучения радиоэлектронных и оптических систем на открытой местности). В подобных ситуациях цели противодействия техническим средствам разведки могут достигаться только применением методов и средств технической дезинформации.

Кроме рассмотренных мер ПД TCP, предполагающих нормальное функционирование всех составных частей системы разведки, возможно проведение активных действий по выявлению и выведению из строя элементов системы разведки.

Выделим основные группы технических средств ведения разведки. [15]

Радиопередатчики с микрофоном (радиомикрофоны):

-                 с автономным питанием;

-                 с питанием от телефонной линии;

-         с питанием от электросети;

-                 управляемые дистанционно;

-                 использующие функцию включения при наличии голоса;

-                 полуактивные;

-                 с накоплением информации и передачей в режиме быстродействия.

 Электронные "уши":

-                 микрофоны с проводами;

-                 электронные стетоскопы (прослушивают сквозь стены);

-                 микрофоны с острой диаграммой направленности;

          - лазерные микрофоны;

          - микрофоны с передачей через сеть 220 В;

          - прослушивание через микрофон телефонной трубки;

          - гидроакустические микрофоны.

Устройства перехвата телефонных сообщений:

-                 непосредственного подключения к телефонной линии;

-                 подключения с использованием индукционных датчиков (датчики Хола и др.);

-                 с использованием датчиков, расположенных внутри телефонного ап­парата;

-                 телефонный радиотранслятор;

-                 перехват сообщений сотовой телефонной связи;

-                 перехват пейджинговых сообщений;

-                 специальные многоканальные устройства перехвата телефонных со­общений.

Устройства приема, записи, управления:

-                 приёмник для радиомикрофонов;

-                 устройства записи;

-                 ретрансляторы;

-                 устройства записи и передачи в ускоренном режиме;

- устройства дистанционного управления.

Видеосистемы записи и наблюдения.

Системы определения местоположения контролируемого объекта. Системы контроля компьютеров и компьютерных сетей. Дальше рассмотрим основные характеристики технических средств ве­дения разведки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Ярочкин В.И. Информационная безопасность: Учеб. для ВУЗов. Изд. 2. – Минск: Академический проект, 2005. – 544 с.

2. Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учеб. пособие для подготовки экспертов системы Гостехкомиссии России. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. – 416 с.

3. Деднев М.А. Защита информации в банковском деле и электронном бизнесе. – М.: Кудиц-образ, 2004. – 512 с.

4. Конеев И.Р. Информационная безопасность предприятия. – СПб.: БХВ‑Петербург, 2003. – 752 с.

5. Галатенко В.А. Основы информационной безопасности: курс лекций. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий, 2003. – 280 с.

6. Голдовский И. Безопасность платежей в Интернете.- СПб.: Питер, 2001. – 240 с.

7 Богуш. В.А. , Борботько Т.В.  Гусинский, А.В. . Электромагнитные излучения. Методы и средства защиты. Под ред. Л.М. Лынькова. Мн.: Бестпринт, 2003. – 406 с.

8. Борботько Т.В.Лекции по курсу “Основы защиты информации”.Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники».- Минск, 2005 г. с. 80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                           3

1 Лекция №1. Основные цели и задачи обеспечения безопасности

в телекоммуникационных системах                                                                4

2 Лекция №2. Классификация угроз информационной

безопасности ТКС                                                                                              7

3 Лекция №3. Виды представления информации в ТКС                              12

4 Лекция №4. Источники образования технических каналов утечки          15

5 Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические

преобразователи, емкостные преобразователи                                             17

6 Лекция №6. Паразитные связи и наводки                                                  22

7 Лекция №7. Утечка информации по цепям заземления                            27

8 Лекция №8. Утечка информации по цепям электропитания                     30

9 Лекция №9. Утечка информации по акустическим каналам                     33

10 Лекция №10. Утечка информации в волоконно‑оптических

линиях связи и взаимные влияния в линиях связи                                       38

11Лекция №11. Пассивные методы защиты информации

от утечки по техническим каналам                                                               42

12 Лекция №12. Фильтрация                                                                         47

13 Лекция №13. Заземление технических средств                                       50

14Лекции №14. Активные методы защиты информации

от утечки по техническим каналам                                                               56

15 Лекция №15. Поиск закладных устройств                                                        62

16 Лекция №16. Противодействие техническим средствам разведки         66

Список литературы                                                                                        70

 

 Сводный план 2012г., поз 325

Алимжан Сергеевич Байкенов

 

Технические средства защиты информации
в телекоммуникационных системах
Конспект лекций
для магистрантов  специальности
6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Редактор Л.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

 

Подписано в печать
Формат 60х84 1/16
Тираж   50 экз.
Бумага типографическая №
Объём   4,5 уч.-изд.л.
Заказ___Цена 450 тенге

 

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова.126