УСТРОЙСТВО РАДИОМАСКИРОВКИ Российский патент 2004 года по МПК H04K3/00 H03B29/00 

Изобретение относится к радиотехнике, и конкретно к области активной радиотехнической маскировки побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) средств вычислительной техники (зарубежные синонимы: TEMPEGT, compromising emanations "компрометирующие излучения").

Спектр побочных информационных излучений и наводок современных компьютеров и периферийных устройств занимает диапазон частот от единиц килогерц до 1000 МГц. В этот же диапазоне частот возможен прием ПЭМИН на расстоянии до нескольких сотен метров и полное восстановление обрабатываемой компьютером информации [1]. Поэтому для защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа необходимо использовать технические средства, препятствующие приему информационных побочных электромагнитных излучений и наводок. К таким средствам защиты относятся экранировка помещений, где размещена электронно-вычислительная техника. Однако использование экранировки не обеспечивает достаточной защиты информации по каналу наводок информативного сигнала на отходящие цепи и системы, а стоимость экранировки достаточно высока.

Известно устройство [2] , которое предназначено для защиты информации посредством маскировки ПЭМИН средств информатики и вычислительной техники. Устройство защиты содержит генератор случайных сигналов и подключенную к его выходу антенну. Отличительным признаком такого устройства является то, что, антенна выполнена в виде отрезка излучающей радиочастотной линии передачи, в качестве которой могут применяться радиочастотный излучающий кабель, двухпроводная линия или один провод. Существенным недостатком данного устройства является высокая неравномерность спектральной плотности маскирующего сигнала.

Вместе с тем известен генератор шумовых сигналов [3], содержащий установленные в корпусе-экране первый и второй взаимосвязанные автогенераторы, первую и вторую несимметричные полосковые линии НПЛ и первый конденсатор, а также третью НПЛ, второй и третий конденсаторы, первый, второй и третий резисторы, при этом каждый из автогенераторов выполнен на двух транзисторах по двухтактной схеме с общим эмиттером, первая, вторая и третья НПЛ выполнены в виде трехзаходной спирали Архимеда, базы первых транзисторов первого и второго автогенераторов соединены попарно и подключены к начальному участку первой НПЛ, коллекторы транзисторов первого и второго автогенераторов подключены к начальным участкам соответственно второй и третьей НПЛ, концы второй и третьей НПЛ соединены и через второй резистор подключены к положительному вводу источника питания, соединенному через третий резистор с концом первой НПЛ, первый конденсатор включен между второй и третьей НПЛ, второй и третий конденсаторы включены между первой и третьей НПЛ. Данное изобретение предназначено для защиты средств вычислительной техники от утечки информации по каналу побочных электромагнитных излучений, однако вопросы формирования маскирующего сигнала в отходящих цепях не рассмотрены, что ограничивает возможность применения данного изобретения.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство радиомаскировки [4]. Устройство содержит генератор шума и излучатель. Генератор шума выполнен в виде системы двух генераторов, первый их них является генератором с запаздывающей обратной связью и инерционным автосмещением, а второй с регулируемой обратной связью, связь между генераторами осуществляется с помощью элемента связи, а излучатель подключен к выходу генератора шума.

Недостатком данного устройства является низкий уровень наведенного маскирующего сигнала в сети электропитания, проводных линиях связи и прочих инженерных коммуникациях.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы устройства радиомаскировки путем создания наведенных маскирующих шумовых помех в цепях электропитания, заземления, инженерных коммуникациях, линиях вспомогательных технических средств связи, включая линии телефонной связи и пожарной сигнализации.

Для этого в устройство радиомаскировки, содержащее генератор шума в виде системы двух связанных генераторов, первый из них является генератором с запаздывающей обратной связью и инерционным автосмещением, второй генератор с регулируемой обратной связью, выход первого генератора соединен с входом второго генератора с помощью элемента связи, и излучатель, включены разветвитель с одним входом и N выходами, N буферных каскадов, выполненных в виде усилителей с инерционным автосмещением и (N-1) дополнительных излучателей, при этом выход генератора шума подключен к входу разветвителя, каждый выход последнего соединен со входом соответствующего буферного каскада, а вход каждого излучателя связан с выходом соответствующего буферного каскада.

В качестве поясняющего материала представлены следующие чертежи:
фиг.1 - функциональная схема заявляемого устройства радиомаскировки;
фиг.2 - излучатели: а) - полосковый излучатель на основе "связанных" линий, б) - излучатель типа "соленоид", в) - рамочная антенна;
фиг. 3 - спектрограммы выходных колебаний: а) - генератор шума, б) - буферный каскад;
фиг.4 - электрическая схема устройства конкретной реализации;
фиг.5 - уровни маскирующих и информативных сигналов.

Устройство радиомаскировки (фиг.1) содержит генератор шума 1, выход которого соединен с входом разветвителя 2, имеющего один вход и N выходов, N буферных каскадов 3, входы которых соединены с соответствующими выходами разветвителя и N излучателей 4, подключенных к выходам соответствующих буферных каскадов. (Количество буферных каскадов и излучателей определяется исходя из количества (числа) возможных каналов утечки информации - по эфиру, по цепям электропитания, заземления, телефонии, охранной сигнализации, инженерные коммуникации и т. д.). К каждому буферному каскаду возможно подключение двух излучателей.

Генератор шума 1 состоит из системы двух связанных генераторов. Первый генератор содержит нелинейный усилитель 5 с инерционным автосмещением 7, цепь запаздывающей обратной связи 6 с запаздыванием сигнала на время Т. Второй генератор содержит нелинейный усилитель 8 и регулируемую цепь запаздывающей обратной связи 9. Выход первого генератора соединен с входом второго генератора с помощью элемента связи 10.

Разветвитель 2 представляет собой линию передачи с отводами по числу буферных каскадов. Входное волновое сопротивление разветвителя согласовано с выходным сопротивлением генератора шума, а выходное - с входным сопротивлением буферных каскадов.

Буферные каскады 3 представляют собой идентичные усилители 11 с инерционным автосмещением 12 и обеспечивают дополнительное нелинейное преобразование и усиление в каналах передачи шумового сигнала к излучателям 4 различных типов (13 и 14), а также выполняют функцию развязывающего элемента, устраняя влияние нагрузки (излучателей) на режим работы генератора шума.

Обеспечить полную радиомаскировку ПЭМИН с помощью одной антенны не представляется возможным. Поэтому предлагается использовать излучатели различных типов [5]:
- для формирования маскирующих сигналов в сетях электропитания и прочих коммуникациях (фиг.2а, б);
- для формирования электромагнитного поля маскирующего сигнала в пространстве (фиг.2в).

1. Полосковые излучатели на основе "связанных" линий для наведения маскирующего сигнала в проводные линии электрических и телефонных сетей, линии пожарной и охранной сигнализаций, а также наведения маскирующего сигнала в инженерные коммуникации.

2. Излучатели типа "соленоид" для наведения преимущественно низкочастотных составляющих маскирующего шумового сигнала в проводные сети и инженерные коммуникации.

3. Рамочную антенну магнитного типа для формирования электромагнитного поля шума в пространстве. Такая антенна создает достаточно равномерное электромагнитное поле по всем направлениям в условиях замкнутого пространства, а излучающая способность такой антенны слабо зависит от частоты, что позволяет исключить частотную фильтрацию излучаемого сигнала.

В зависимости от используемых технических средств на объекте информатизации (системные блоки, мониторы, принтеры, сканеры, отходящие цепи, сетевое оборудование) набор и количество излучателей устройства радиомаскировки может быть различным, а в отдельных случаях будут определяться по результатам объектовых измерений спектральных уровней ПЭМИН.

Устройство работает следующим образом.

Генератор шума 1 формирует широкополосный шумовой сигнал. Принцип действия генератора шума основан на явлении динамического хаоса [6-8] и применительно к данному случаю, в системе двух связанных генераторов с запаздыванием и инерционностью осуществляется нелинейное взаимодействие двух сложных колебательных процессов с неэквидистантной расстановкой собственных частот и их гармонических составляющих. Первый генератор формирует многочастотные колебания в соответствии с запаздыванием сигнала Т в цепи обратной связи 6 (Δf= 1/Т), при этом режим работы активного элемента нелинейного усилителя 5 обеспечивает преимущественное усиление "малого" сигнала.

Одновременно в первом генераторе производится дополнительное нелинейное преобразование сигнала с помощью инерционного автосмещения 7. Условием реализации инерционного автосмещения является вполне определенное соотношение постоянных времен заряда и разряда реактивного элемента этой цепи, τ заряда <τ разряда [9]. В этом случае управляющее напряжение, вырабатываемое цепью автосмещения, будет определяться амплитудой предшествующих колебаний, то есть положение рабочей точки, и коэффициент усиления нелинейного усилителя 5 будет изменяться от обхода к обходу сигнала по цепи запаздывающей обратной связи 7. Так как в генераторе, в результате размножения комбинационных составляющих, устанавливаются хаотические колебания, то цепь автосмещения также вырабатывает хаотическое низкочастотное управляющее напряжение, которое поступает на вход генератора и меняет по случайному закону положение рабочей точки нелинейного усилителя, что приводит к дополнительной модуляции результирующего сигнала, а спектр колебаний расширяется в область низких частот. В результате реализации рассмотренных процессов, энергетический спектр колебаний становится сплошным, но неравномерность спектральной плотности мощности шума генератора велика.

Второй генератор содержит нелинейный активный элемент 8 и цепь регулируемой запаздывающей обратной связи 9 и работает в режиме внешнего запуска от первого генератора. Он обогащает спектр колебаний системы связанных генераторов дополнительными компонентами, то есть создает вторую "сетку" собственных частот с неэквидистантной расстановкой составляющих относительно первого генератора. Взаимодействие колебаний первого и второго генераторов обеспечивает процесс формирования хаотических результирующих колебаний генератора шума (фиг.3а).

Сигнал с выхода генератора шума поступает на разветвитель 2, где происходит его деление на N каналов.

С каждого выхода разветвителя сигнал поступает на вход соответствующего усилителя 11 буферного каскада 3, где производится усиление, а также дополнительное нелинейное преобразование шумового сигнала за счет инерционного автосмещения 12. Отношение постоянных времени указанной цепи и цепи инерционного автосмещения генератора шума 7 должно быть некратным и различаться не менее чем на 15-20%. В результате, неравномерность спектральной плотности шумового сигнала на выходе буферного каскада уменьшается (фиг.3б). Коэффициент усиления буферных каскадов должен быть количественно не менее числа каналов N (К_у > N раз).

С выхода буферных каскадов сигнал поступает на излучатели 4. Излучатель 13 (фиг. 2в) создает электромагнитное поле шумового маскирующего сигнала в пространстве, а излучатели 14 (фиг. 2а, б) формируют шумовые маскирующие сигналы в сетях электропитания, телефонии и прочих коммуникациях.

Электрическая схема устройства конкретной реализации, разработанная в соответствии с данным изобретением представлена на фиг.4.

Генератор шума 1 содержит два связанных генератора, которые выполнены на транзисторах VТ1 и VT2, цепь запаздывающей обратной связи первого генератора на элементах L1, С1, цепь инерционного автосмещения на элементах R3, С2, а регулируемая запаздывающая обратная связь второго генератора выполнена на элементах С4, L3, L4. Связь между первым и вторым генераторами обеспечивается с помощью конденсатора С3.

Разветвитель 2 выполнен на основе микрополосковой линии передачи и имеет один вход и 5 выходов.

Буферные каскады 3 представляют собой однотипные усилительные модули на основе транзисторов VT3 и VT4, их коэффициент усиления составляет порядка 10 дБ. Цепи инерционного автосмещения усилителей буферных каскадов выполнены на элементах С9, R10.

Устройство радиомаскировки имеет два типа антенн:
- одновитковую рамочную антенну WA1 магнитного типа для формирования электромагнитного поля шума в пространстве. Диаметр этой антенны ~0,6 м (фиг.2в).

- четыре полосковых излучателя WM1 на основе "связанных" линий для наведения маскирующего сигнала в проводные линии электрических и телефонных сетей, линии пожарной и охранной сигнализаций, а также наведения маскирующего сигнала в инженерные коммуникации. Эскиз такого полоскового излучателя приведен на фиг.2а.

В устройстве радиомаскировки предусмотрена схема контроля электропитания, контроля работоспособности самого устройства, на выходе которого установлен исполнительный элемент, позволяющий блокировать работу электронной вычислительной техники в случае неисправности устройства радиомаскировки. Электропитание устройства радиомаскировки осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 12В.

Устройство радиомаскировки может быть выполнено как в виде конструктивно автономного блока, так и в виде унифицированной платы, устанавливаемой в свободный слот системного блока компьютера.

Измерение уровней наведенных шумовых маскирующих сигналов в проводных линиях электрических и телефонных сетей, линиях пожарной и охранной сигнализаций, в инженерных коммуникациях, выполненные с помощью селективных микровольтметров SMV-6,5 и SMV-8,5 показали, что шумовой сигнал значительно превышает уровни информативных наводок на указанные цепи во всем частотном диапазоне и обеспечивает надежную маскировку (фиг. 5а).

Измерения спектральных уровней электромагнитных полей, сформированных устройством радиомаскировки в диапазоне частот 0,01-1000 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 побочных электромагнитных излучений основных средств вычислительной техники (принтер, монитор SVGA, VGA, плоттер) и обеспечивает надежную маскировку и защиту обрабатываемой информации (фиг.5б).

Энтропийный коэффициент качества маскирующих сигналов, сформированных устройством радиомаскировки как в проводных линиях электрических и телефонных сетей, линиях пожарной и охранной сигнализаций, в инженерных коммуникациях, так и в пространстве, измеренный с помощью прибора Х6-5, составил величину не менее 0,95, что удовлетворяет предъявляемым к таким устройствам требованиям. Внутриспектральные связи в маскирующем сигнале как внутри каждого из каналов, так и между каналами не обнаружены.

В сравнении с прототипом, устройство радиомаскировки, разработанное в соответствии с данным изобретением, обеспечивает комплексную защиту информации от утечки по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок от средств вычислительной техники.

В настоящее время устройство радиомаскировки проходит сертификационные испытания на соответствие требованиям безопасности информации.

Источники информации
1. Вим ван Эйк. Электромагнитное излучение видеодисплейных модулей: риск перехвата информации // Защита информации Конфидент, 2001, 1, 2.

2. Александров Ю.С., Веревкин В.А. Заявка на изобретение 94007674/09 от 01.03.1994. Устройство защиты комплекса территориально распределенных средств информатики, вычислительной техники и физической среды. Опубл. 27.10.1995.

3. Кадеев А. М. , Фадеев Н.М. Генератор шумовых сигналов. Патент РФ 2097906, опубл. 27.11.1997.

4. Безруков В.А., Иванов В.П., Калашников B.C., Лебедев М.Н. Устройство радиомаскировки. Патент РФ 2170493, опубл. 10.07.2001.

5. Х. Мейнке, Ф. В.Гундлаг. Антенны. Распространение радиоволн. Пер. с нем. - М.: Госэнергоиздат, 1961, 528 с.

6. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. - М.: Наука, 1984, 432 с.

7. Под ред. Акуленко Л.Д. ТИИЭР. Тематический выпуск. Хаотические системы. - М.: Мир, 1987, т.75, 8.

8. Лебедев М.Н., Иванов В.П. Генераторы с хаотической динамикой. Приборы и техника эксперимента. - М.: Наука, 2002, 2, с.94.

9. Судаков Ю.И. Амплитудная модуляция и автомодуляция транзисторных генераторов (теория и расчет). - М.: Энергия, 1969, 392 с.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в области активной радиотехнической маскировки электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат - создание наведенных маскирующих шумовых помех. Устройство радиомаскировки содержит два связанных генератора, элемент связи, разветвитель с одним входом и N выходами, N буферных каскадов и N излучателей. 5 ил.

Устройство радиомаскировки, содержащее генератор шума, выполненный в виде системы двух связанных генераторов, первый из которых является генератором с запаздывающей обратной связью и инерционным автосмещением, а второй выполнен с регулируемой обратной связью, причем выход первого генератора соединен со входом второго с помощью элемента связи, и излучатель, отличающееся тем, что в него введены разветвитель с одним входом и N выходами, N буферных каскадов, выполненных в виде усилителей с инерционным автосмещением и (N-1) дополнительных излучателей, при этом выход генератора шума подключен ко входу разветвителя, каждый выход последнего соединен со входом соответствующего буферного каскада, а вход каждого излучателя связан с выходом соответствующего буферного каскада.