главная . информация . каталог . форум . faq . контакты

вход
 
логин
пароль
 

Разделы
Статьи (1)
Статьи (2)
Статьи (3)
Статьи по нелинейной радиолокации
Книги
Защита информации от утечки по техническим каналам. Технические каналы утечки информации
Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации.
Способы и средства защиты информации
Учебно-методический курс "Информационная безопасность волоконно-оптических технологий"
Документы
Ссылки
СМИ о техническом шпионаже
Обнаружение СТС
Зарубежные спецслужбы
О прослушке
Общие вопросы безопасности
Галерея

Поиск

 Поиск по форуму


       





DTest

статьи (2)

Статья размещена с разрешения редакции журнала "Защита информации. Инсайд",
в котором она была опубликована в № 2 за 2007 год (стр. 34-39).

В.П. Иванов, к. ф.-м. н., дважды лауреат Премии Совета Министров СССР,
заслужен­ный изобретатель РФ, ведущий конструктор ФГУП СКБ ИРЭ РАН
ivanov@sdb.ire.rssi.ru

Устройства радиомаскировки на основе сверхширокополосных генераторов шума

Проблемой предотвращения утечки информации по каналу побочных электро­магнитных излучений и наводок (ПЭМИН) от работающих средств вычисли­тельной техники в СССР занимаются с начала 80-х годов прошлого века. Сотрудниками Института радиотехники и электроники РАН и СКБ ИРЭ РАН был разработан способ активной радиотехнической маскировки ПЭМИН средств вычислительной техники [1]. Суть его заключалась в формировании и излучении в непосредственной близости от работающих средств вычисли­тельной техники маскирующего шумового сигнала в диапазоне частот по­бочных электромагнитных излучений и наводок со спектральным уровнем, превышающим уровни ПЭМИН.

     Основная сложность при разра­ботке малогабаритных устройств радиомаскировки заключалась в со­здании сверхширокополосных ге­нераторов шума.
     В первых устройствах радиома­скировки («Шатер-2», «Шатер-4», «ГШ-1000») [1] генератор шума реа­лизован путем включения в много­петлевую цепь внешней обратной связи автогенератора специального нелинейного транзисторного эле­мента, положение рабочей точки ко­торого определялось амплитудой циркулирующего в системе сигнала. Многопетлевая цепь обратной связи обеспечивала генерацию набора не­эквидистантных собственных частот системы, нелинейно взаимодейству­ющих в активном элементе с пре­имущественным усилением малых возмущений, что приводило к неус­тойчивости и стохастизации колеба­ний. В такой системе, как показано в [1-3], генерация хаотических (шу­мовых) колебаний определялась не внутренними шумами, а сложной нелинейной динамикой колебатель­ной системы.
     Эффективного излучения сверх­широкополосного шумового си­гнала можно добиться, только раз­вязав генератор и антенну с помо­щью выходного усилительного ка­скада. При этом важно, чтобы реак­ция генератора на нагрузку в виде усилительного каскада не приводи­ла к ухудшению параметров гене­рируемого сигнала.
     В этих устройствах радиомаски­ровки излучающая антенна пред­ставляла собой магнитный диполь, по которому протекает полный ток усилителя. Частотная зависимость коэффициента усиления усилителя подчеркивала низкочастотную со­ставляющую сформированного ге­нератором сигнала, и в результате, излучаемый в этом частотном диа­пазоне сигнал обладал повышенной интенсивностью.
     С целью улучшения статисти­ческих и экслуатационных харак­теристик (о которых будет сказано ниже) устройств радиомаскировки в 2000 году были разработаны но­вые сверхширокополосные генера­торы шума на основе системы двух связанных генераторов с различны­ми параметрами колебательных си­стем (рис. 1).


 Рис. 1.   Увеличить

     Первый из них - генератор с за­паздывающей обратной связью и инерционным автосмещением - является «ведущим». Он задает рас­становку собственных частот систе­мы и содержит нелинейный усили­тель 1, колебательную систему с рас­пределенными параметрами 2, цепь запаздывающей обратной связи 3 и инерционную цепь автосмеще­ния 5, а также генератор низкочас­тотных шумовых колебаний 6. Вто­рой генератор - «ведомый» - может работать в режиме внешнего запус­ка от первого генератора через узел связи 4, содержит также нелиней­ный усилитель 1, колебательную си­стему 2 и регулируемую цепь обрат­ной связи 3, с помощью которой воз­можно изменение положения соб­ственных частот данного генерато­ра относительно собственных час­тот первого генератора.
     Совместная работа двух связан­ных генераторов характеризуется сложной динамикой колебательных процессов. В случае некратности соотношений парциальных частот каждого генератора, когда синхрон­ный режим невозможен или явля­ется неустойчивым, имеет место ре­жим биений, сопровождающийся автомодуляционными явлениями, с последующим переходом к хаосу через последовательность бифурка­ций удвоения периода предшеству­ющих колебаний.
     Эффективным средством повы­шения устойчивости хаотических колебаний является внешнее шу­мовое воздействие. Как известно, внешний шумовой сигнал норма­лизует колебательный процесс в ди­намической системе, уменьшает не­равномерность спектральной плот­ности мощности шумового сигнала и снижает чувствительность генера­тора к изменению параметров [4].
     С помощью инерционного ав­тосмещения в первом генераторе шума производится дополнитель­ное нелинейное преобразование сигнала [2, 5, 6]. Условием реализа­ции инерционного автосмещения является вполне определенное со­отношение постоянных времен заряда и разряда реактивного эле­мента этой цепи, τ заряда < τ разря­да [1, 2]. В этом случае управляю­щее напряжение, вырабатываемое цепью автосмещения, будет опре­деляться амплитудой предшеству­ющих колебаний, то есть положе­ние рабочей точки и коэффициент усиления нелинейного элемента ге­нератора с ЗОС будут изменяться от обхода к обходу сигнала по цепи за­паздывающей обратной связи. Так как в результате лавинного размно­жения комбинационных составля­ющих в каждом генераторе устанав­ливаются хаотические колебания, цепь автосмещения также выраба­тывает хаотическое низкочастотное управляющее напряжение, посту­пающее на вход генератора и меня­ющее по случайному закону поло­жение рабочей точки нелинейного усилителя, что приводит к допол­нительной модуляции результиру­ющего сигнала, а спектр колебаний расширяется.
     При создании сверхширокопо­лосных генераторов шума целесо­образно применять системы связан­ных генераторов с различными па­раметрами, так как формируемые ими хаотические колебания менее критичны к внешним и внутрен­ним дестабилизирующим факто­рам (изменение питающего напря­жения, температура, разброс пара­метров активных элементов, изме­нение нагрузки), что подтверждает­ся результатами испытаний генера­торов шума, а статистические ха­рактеристики (распределение мгно­венных значений сигнала, асиммет­рия, эксцесс и коэффициент качества) близки к характеристиками «бе­лого» шума. Изменением параметров цепи запаздывающей обратной связи можно сформировать необхо­димую спектральную характеристи­ку: с увеличенной или уменьшен­ной спектральной плотностью в за­данном частотном диапазоне.
     По результатам проведенных исследований схемы связанных ге­нераторов с различными парамет­рами колебательных систем были разработаны сверхширокополос­ные устройства радиомаскировки информативных побочных элек­тромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) средств вычислитель­ной техники (рис. 1) «ГШ-1000М», «ГШ-1000У», «ГШ-2500» с рабо­чим диапазоном 0,01-1000 МГц, 0,01-1800 МГц и 0,01-2000 МГц со­ответственно при интегральной вы­ходной мощности не менее 0,3 Вт, неравномерности спектральной ха­рактеристики ~3 дБ/октаву и энтро­пийном коэффициенте качества шу­мового сигнала не менее 0,95. Схем­ное построение устройств радиомас­кировки (рис. 2) идентичное, изме­нялись только параметры колеба­тельных систем парциальных гене­раторов и параметры цепи запаз­дывающей обратной связи.


 Рис. 2.                      Увеличить

     Антенна устройств радиомаски­ровки «ГШ-1000М», «ГШ-1000У», «ГШ-2500» была выполнена в виде одновиткового магнитного диполя и включена в коллекторную цепь транзистора второго генератора та­ким образом, чтобы через антенну проходил его полный коллекторный ток. С помощью встроенного рези­стора можно регулировать ток че­рез антенну, а следовательно интег­ральный уровень сформированно­го шумового электромагнитного поля. В устройстве радиомаски­ровки «ГШ-2500» имеются две до­полнительные штыревые антен­ны, подключенные к коллекторам первого и второго генератора шу­ма, что позволило расширить час­тотный диапазон этого устройства до 2000 МГц.
     В устройствах радиомаскировки имеется схема контроля работоспо­собности, выполненная с использо­ванием двойного детектирования си­гнала, что позволяет постоянно ана­лизировать генерируемый сигнал, поступающий в антенну, и обеспечи­вает необходимую световую и звуко­вую сигнализацию при отсутствии или уменьшении уровня шумового сигнала на входе антенны. Электро­питание устройства радиомаскиров­ки осуществляется от источника по­стоянного напряжения 12 В.
     Рассмотрим характеристики ус­тройств радиомаскировки.
     Полоса генерируемых шумов, спектральная плотность мощности шумов (СПМШ) или спектральная плотность напряженности поля шу­мового сигнала и статистические ха­рактеристики формируемых маски­рующих сигналов являются основ­ными параметрами устройств ра­диомаскировки.
     Под полосой генерируемых шу­мов обычно понимают интервал ча­стот, в котором генерируются шу­мовые колебания. Под спектраль­ной плотностью шума генератора понимается уровень мощности шу­мов, приходящийся на единицу по­лосы частот (Вт/кГц, Вт/МГц), или ве­личина В/м√кГц, В/м√МГц. Так как величина СПМШ обычно не оста­ется постоянной в полосе генериру­емых колебаний, эти изменения ха­рактеризуются неравномерностью спектральной характеристики гене­ратора шума. Она определяется как отношение максимальной СПМШ к минимальной в заданной полосе частот. Наряду с СПМШ такие ге­нераторы характеризуются интег­ральной мощностью шумов, кото­рая является суммарной мощнос­тью в полосе частот генерируемых колебаний.
     Эффективность применения ге­нераторов шума в системах актив­ной радиотехнической маскировки и радиоэлектронного противодей­ствия определяется не только спек­тральными и энергетическими ха­рактеристиками шумов, но и осо­бенностями их временной структу­ры. Эти особенности описываются такими понятиями, как стационар­ность, закон распределения вероят­ностей мгновенных значений, внутриспектральные связи.
     Стационарным называется слу­чайный процесс, для которого сред­нее значение a и дисперсия σ2 посто­янны. Исходя из этого определения, электромагнитное поле шума, фор­мируемое устройством радиомас­кировки, будет стационарным, если оценка математического ожидания и оценка дисперсии значений ам­плитуд СПМШ не зависят от време­ни. Проведенные исследования под­твердили, что шумовой сигнал уст­ройств радиомаскировки представляет собой нормальный стационар­ный случайный процесс со сплош­ным спектром в широком диапазо­не частот.
     Исходя из механизма работы рассмотренной выше системы свя­занных генераторов шума, в зави­симости от параметров автоколе­бательной системы он может фор­мировать сверхширокополосный шумовой сигнал. Верхняя граница генерируемых шумов определяет­ся усилительными свойствами ис­пользуемых активных элементов. В случае использования СВЧ-транзисторов, граничная частота которых 2-3 ГГц, спектр генерируемых шумов может простираться от де­сятков герц до 2000 МГц и выше («ГШ-2500»).
     Полное описание случайного процесса не ограничивается приве­денными выше параметрами, таки­ми как спектральная плотность и ин­тегральная мощность шума. В общем случае случайный процесс опи­сывается бесконечным числом пара­метров - многомерными функция­ми распределения вероятностей. Од­нако в ряде случаев можно ограни­читься так называемым одномер­ным законом распределения вероят­ностей - зависимостью вероятности Р(х) реализации мгновенного значе­ния процесса x(t) от величины этого значения. Принято считать, что наи­лучшими маскирующими свойства­ми применительно к широкому классу сигналов обладает помеховый сигнал с нормальным (гауссовым) распределением вероятностей мгно­венных значений [7]:
 Увеличить
где δ - дисперсия сигнала, a - сред­нее значение.
     Такой сигнал обладает наиболь­шим значением информационной энтропии [7]:
 Увеличить
     Сигнал, дифференциальный за­кон распределения которого отли­чен от нормального, будет иметь меньшую энтропию. В настоящее время широко распространена оцен­ка помехового качества шумового сигнала по так называемому энтро­пийному коэффициенту качества:
 
     При этом считается, что мощ­ность реальной помехи, умножен­ная на Кн, равна мощности экви­валентного нормального шума.
     В случае реальных шумовых си­гналов отличие от «нормальности» выявляется по двум числовым ха­рактеристикам одномерного закона распределения вероятностей:
• коэффициенту асимметрии
 Увеличить
• коэффициенту эксцесса
 Увеличить
     Распределение нормального шу­ма симметрично и обладает нуле­вым эксцессом.
     Измерение закона распределения вероятностей мгновенных значений сигнала как генераторов шума, так и устройств радиомаскировки про­водилось с помощью приборов Х6-5 и Х6-4 с индикацией на экране ос­циллографа С1-71 (для «ГШ-1000М», «ГШ-К-1000М») или с помощью стробоскопического осциллографа С1-91 с последующей оцифровкой значений временной выборки ана­лизируемого сигнала и расчетом его статистических характеристик.
     В результате обработки гисто­грамм распределений были полу­чены следующие параметры одно­мерного дифференциального зако­на распределения вероятностей: дис­персии δ2, коэффициенты асимметрии γ3 и эксцесса γ4 и этропийный коэффициент качества Кн.
    
Измерения проводились как для отдельных образцов устройств ра­диомаскировки (эксперименты 1-3), так и для различных их сочетаний по количеству (эксперимент 4 - 2 шт., эксперимент 5 - 3 шт.). Результаты измерений и расчета характеристик одномерного закона распределения вероятностей помехового сигнала представлены в таблице, а гисто­граммы распределений изображены на рис. 3.

   
 Таблица                       Увеличить     Рис. 3  Увеличить

     Здесь N означает сумму числа отсчетов, m - математическое ожи­дание, δ2 - стандартное отклонение от среднего, γ3 и γ4 - соответственно коэффициенты асимметрии и экс­цесса, Кн - энтропийный коэффи­циент качества.
     На основании полученных ре­зультатов можно утверждать, что дифференциальный закон распределения вероятностей мгновенных зна­чений напряженности полей помехового сигнала, создаваемого сверхширокополосным устройством радио­маскировки, является одномодальным (один максимум плотности вероятности), близким к нормаль­ному, и отличается от нормального небольшой ≈ 0,1 асимметрией и по­ложительным эксцессом ≈ 0,35.
     Энтропийный коэффициент ка­чества помехового (маскирующего) сигнала исследованных по отдель­ности устройств радиомаскировки близок к единице (не ниже 0,94). При совместной работе двух и бо­лее устройств радиомаскировки формируемую в пространстве по­меху, в соответствии с общеприня­тыми критериями, можно считать нормальной.
     Измерение корреляционных свя­зей огибающей участка спектра ЭМПШ с остальными участками спектра проводилось двумя идентич­ными селективными микровольт­метрами SMV-8,5, (26-1000 МГц), си­гнал на вход которых от устройства радиомаскировки поступал с широ­кополосной антенны DP-3. Первый микровольтметр настраивался на не­которую характерную частоту (вы­брос в спектральной характеристике) в пределах рабочего диапазона уст­ройства радиомаскировки, а вто­рой - на вторую, третью или четвер­тую гармоники этой частоты. С вы­хода каждого SMV-8,5 сигналы про­межуточной частоты (∆F = 120 кГц) поступали на входы А и Б соответственно прибора для исследования корреляционных характеристик Х6-4, и измерялась функция вза­имной корреляции двух сигналов. Для контроля оба микровольтметра настраивались на одну частоту, и из­мерялся коэффициент автококорреляции. В этом случае величина ко­эффициента автокорреляции была не менее 0,95 на всех измеряемых частотах.
     Коэффициент взаимной корре­ляции участков спектра ЭМПШ с ос­тальными участками спектра состав­лял величину не более 0,02, что соиз­меримо с погрешностью измерителя Х6-4. Таким образом, можно счи­тать, что межспектральные корреля­ционные связи в спектре ЭМПШ ус­тройства радиомаскировки не обна­ружены.
     Измерения спектральных уров­ней электромагнитного поля, сфор­мированного устройством радиома­скировки «ГШ-1000М» в диапазоне частот 0,1-1000 МГц, выполненные с помощью селективных микро­вольтметров SMV-6,5 и SMV-8,5, по­казали, что во всем частотном диапа­зоне информативных излучений средств вычислительной техники интенсивность маскирующего си­гнала превышает интенсивность ПЭМИН средств вычислительной техники. Таким образом, обеспечи­вается надежная маскировка и за­щита обрабатываемой информации (рис. 4). Уровни ПЭМИН мониторов приведены в [8]. Коэффициент каче­ства маскирующего сигнала, изме­ренный для трех образцов устройств, составил величину не менее 0,94 при эллиптической поляризации шумо­вого электромагнитного поля, фор­мируемого устройствами радиомас­кировки.


 Рис. 4                       Увеличить

     Аналогичные характеристики были получены для модификаций устройств радиомаскировки «ГШ-1000У» (рис. 5) и «ГШ-2500» (рис. 6). Первое из них [10] имеет пять неза­висимых каналов формирования шумового сигнала. Один из них на­гружен на сверхширокополосную магнитную антенну, формирующую электромагнитное поле маскирую­щего сигнала. Четыре дополнитель­ных канала предназначены для ввода маскирующего сигнала в отходящие цепи (сеть питания, телефонию, ох­ранную сигнализацию и т. д.) и ин­женерные коммуникации (водоснаб­жение, канализацию и т. д.).

     
 Рис. 5    Увеличить      Рис. 6     Увеличить 

     Следует отметить, что все рас­смотренные устройства радиомас­кировки одновременно с форми­рованием шумового маскирующе­го электромагнитного поля наво­дят маскирующий сигнал в отходя­щие цепи (рис. 6, б).
     Одно устройство радиомаски­ровки обеспечивает защиту ПЭМИН средств вычислительной техники, размещенной в помещении площадью ~ 40 м2. Для защиты ПЭМИН средств вычислительной техники в больших вычислительных цент­рах, в терминальных залах, мощных вычислительных центрах необходи­мо использовать несколько комплек­тов данных устройств, размещая их по периметру объекта. Максималь­ное расстояние между соседними ус­тройствами радиомаскировки долж­но быть не более 20 м.
     Технические решения, использу­емые при разработке устройств ра­диомаскировки, защищены патен­тами Российской Федерации [9-11]. Все модификации устройств радио­маскировки по требованиям без­опасности информации сертифи­цированы ФСТЭК России, а по до­пустимым уровням электромагнит­ных полей на рабочих местах обслу­живающего персонала сертифици­рованы Минздравом России.

Автор выражает искреннюю признательность В.В. Саку за по­мощь в проведении испытаний устройств радиомаскировки и оформ­ление графических материалов.


Литература

1. Дмитриев А.С., Залогин Н.Н., Иванов В.П. и др. Способ маскировки радиоизлучений средств вычислительной техники и устрой­ство для его реализации // Авторское свиде­тельство № 1773220, приоритет от 21.09.81.
2. Дмитриев А.С, Иванов В.П., Лебедев М.Н. Модель транзисторного генератора с хаоти­ческой динамикой // Радиотехника и электро­ника. 1988, т. 23, № 5, с. 1085.
3. Лебедев М.Н., Иванов В.П. Генераторы с хаотической динамикой. Приборы и техни­ка эксперимента. - М.: Наука, 2002, № 2, с. 94.
4. Кальянов Э.В., Иванов В.П., Лебедев М.Н. Принудительная и взаимная синхронизация при наличии внешнего шума // Радиотехни­ка и электроника. 1990, т. 35, № 8, с. 1982.
5. Кальянов Э.В., Иванов В.П., Лебедев М.Н. Экспериментальное исследование транзис­торного генератора с ЗОС // Радиотехника и электроника, 1982, Т. 27, № 5.
6. Судаков Ю.И. Амплитудная модуляция и автомодуляция транзисторных генерато­ров (теория и расчет). - М.: Энергия, 1969, 392 с.
7. Харкевич А.А. Очерки общей теории связи. - М.: Гос. изд-во научно-технической литерату­ры, 1955.
8. Лебедев М.Н, Иванов В.П., Сак В.В. Уст­ройства радиомаскировки информационных излучений СВТ // Защита информации. Кон­фидент. № 1, 2001, с. 35-37.
9. Безруков В.А., Иванов В.П., Лебедев М.Н., Калашников В.С. Патент на изобретение № 2170493 «Устройство радиомаскировки» по заявке № 2000112294 от 15.05.2000. Бюлле­тень изобретений № 19, 10.07.2001. Россия.
10. Безруков В.А., Иванов В.П., Лебедев М.Н. Патент на изобретение № 2224376 «Устрой­ство радиомаскировки» по заявке № 20002115415 от 07.06.2002. Бюллетень изобретений № 5, 20.02.2004. Россия.
11. Иванов В.П., Лебедев М.Н, Волков А.И. Устройство радиомаскировки. Патент № 38257, Россия. Дата публ. 2004.27.05.
 

Страницы: 1 |

Вернуться назад

 




Copyright © 2006 analitika.info
Подробнее об авторских правах

Дизайн: $SMax$
Создание сайта - рекламное агентство Sparkler
Система управления сайтом - SiteInBox