СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОТ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ ПОБОЧНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НАВОДОК Российский патент 2004 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для защиты информации, обрабатываемой техническими средствами, от утечки по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).

Анализ спектра электромагнитных излучений технических средств обработки информации (ТСОИ) показывает, что помимо основного спектра, передаваемого по каналу связи, существует спектр побочных электромагнитных излучений, путем приема и анализа которого можно получить информацию, циркулирующую в ТСОИ. Засекречивание информации в ТСОИ предотвращает получение ее посторонним лицом, имеющим доступ к основному (проводному или радио) каналу связи. Однако с помощью специальных селективных приемников можно выделить информацию из побочных электромагнитных излучений ТСОИ, а также из наведенных методами высокочастотного навязывания излучений. Поэтому для защиты конфиденциальной информации от несанкционированного съема применяют технические средства и способы защиты, препятствующие выделению информации из каналов утечки.

Одним из таких средств защиты является защитное экранирование ТСОИ или помещений, где они размещаются [1], [2].

Недостаток способа экранирования заключается в наличии локальных нарушений электрогерметичности экрана в местах установки крышек, люков, дверей, разъемов, средств индикации, ввода и вывода кабелей и коммуникаций. В этих местах электромагнитные колебания выходят за пределы экрана и могут быть перехвачены радиотехнической разведкой.

Известен способ защиты от радиотехнической разведки [3], по которому стенки экранирующей камеры выполняют в виде трехслойной конструкции металл - диэлектрик - металл и излучают помеху в объем диэлектрика, заключенного между слоями металла. При отсутствии локальных нарушений электрогерметичности экрана защита от радиотехнической разведки обеспечивается за счет эффективности этого экрана. При появлении локальных нарушений электрогерметичности экрана в этих местах возникает излучение радиопомех, которое маскирует скрываемое излучение.

Недостаток этого способа заключается, во-первых, в его сложности, что ограничивает область применения преимущественно стационарными объектами, а во-вторых, - в недостаточной степени маскирования сигналов, наведенных на цепи, выходящие за пределы экрана.

Известны способы активного противодействия радиоразведке, по которому генерируют шумовые электромагнитные колебания и направляют их в сторону вероятного расположения средств радиоразведки [4].

Так, например, в способе защиты информации в локальной системе радиосвязи [5] за периметр системы радиосвязи и вверх в течение всего времени работы системы непрерывно излучаются шумовые радиосигналы во всем диапазоне частот, используемом в системе радиосвязи. Мощность этих сигналов выбирается больше, чем та мощность, которую рабочие сигналы могут иметь на периметре системы.

Известный способ обладает следующими недостатками.

Не обеспечивается защита информации от утечки по каналам ПЭМИН на частотах, отличающихся от частот, используемых для радиосвязи.

Непрерывное излучение за периметр системы шумовых сигналов с мощностью, превышающей мощность рабочих радиосигналов, ухудшает электромагнитную обстановку в районе дислокации системы и создает препятствия для нормальной работы радиоэлектронных средств, не входящих в состав локальной системы.

Шумовые электромагнитные излучения ухудшают экологическую обстановку не только за периметром дислокации системы, но и внутри ее за счет наличия у излучателей маскирующего электромагнитною поля задних и боковых лепестков диаграммы направленности.

Шумовые электромагнитные излучения неизбежно влияют на качество связи и в самой локальной системе. Приемники радиостанций локальной системы должны иметь в своем составе специальный канал для выделения маскирующего шума и устройство для его компенсации на выходе приемника. Это обстоятельство существенно увеличивает сложность системы.

От ряда указанных недостатков можно избавиться, используя засекречивание информации у каждого абонента, что позволит отказаться от маскирующих излучений по периметру системы. Однако и в этом случае может иметь место утечка информации от ТСОИ по каналам ПЭМИН, и поэтому понадобятся дополнительные генераторы шума для маскирования побочных излучений и сигналов высокочастотного навязывания (наводок).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным вследствие этого в качестве прототипа является способ маскирования паразитных (побочных) электромагнитных излучений цифровой аппаратуры [6].

По этому способу запоминают набор символов, не соответствующих информационным символам, обрабатываемым в цифровой аппаратуре, случайно выбирают их, модулируют ими сигнал высокочастотного генератора и с помощью антенны излучают модулированный сигнал, формируя тем самым электромагнитное поле, которое, накладываясь на поле, создаваемое побочными электромагнитными излучениями цифровой аппаратуры, маскирует последние.

Недостаток известного способа заключается в том, что к энергии побочных электромагнитных излучений добавляется энергия маскирующего сигнала, что создает неблагоприятную электромагнитную и экологическую обстановку. Ситуация усугубляется тем, что уровень маскирующего сигнала выбирается из условия обеспечения отношения сигнал/шум меньше единицы для побочной частоты с наибольшим уровнем излучения. При этом для других частот побочных излучений создаются избыточные уровни маскирующего сигнала, что необоснованно ухудшает электромагнитную и экологическую обстановку.

Задачей предлагаемого способа является обеспечение защиты ТСОИ от утечки информации по каналам ПЭМИН без ухудшения электромагнитной и экологической обстановки.

Технический результат, достигаемый предложенным способом, заключается в преобразовании электромагнитного поля, окружающего ТСОИ, по случайному закону без добавления в это поле энергии дополнительного шумового сигнала.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: ТСОИ и отходящие от него провода для побочных сигналов можно представить как паразитный электромагнитный вибратор (излучатель). Поэтому преобразование электромагнитного поля, окружающего ТСОИ, можно обеспечить изменяя параметры этого излучателя, что достигается за счет взаимодействия его с дополнительной антенной, имеющей переменные параметры и зону Френеля [7, с.593], [8, с. 115], в которой размещено защищаемое ТСОИ, представляющую собой сферу радиусом

R=2D²/λ(при D≥LLL/ 2),

где D - наибольший размер антенны, λ - длина волны побочного электромагнитного излучения.

Пределы изменения параметров связанных электромагнитных вибраторов определяются методом наведенных ЭДС [9], [10], который позволяет определить мощность излучения многовибраторной антенны, входное сопротивление каждого вибратора и взаимное влияние элементов антенной системы.

Наиболее близкая по технической сущности к предлагаемому способу физическая модель излучения двух связанных электромагнитных вибраторов, один из которых активный, а другой пассивный и клеммы последнего замкнуты на некоторое сопротивление нагрузки Z_н, приведена в [10, рис. 1.19].

В соответствии с этой моделью электромагнитное поле в дальней зоне излучения является суперпозицией полей, создаваемых излучениями пассивного и активного вибраторов. Напряженность этого поля определяется как [10, с.35]

E=Em₁Cos(ωt-kr)+Em₂Cos(ωt-k(r-dSin θ)-φ],

где Em₁ и Em₂ - амплитуды напряженностей электромагнитных полей, создаваемых соответственно активным и пассивным вибраторами, (ω - круговая частота излучения,

k=2π/λ,

λ - длина волны излучения,

r - расстояние от излучателей до точки, расположенной в дальней зоне излучения,

d - расстояние между излучателями,

θ - угол направления излучения,

ϕ - сдвиг по фазе между токами в вибраторах.

Величина (kd Sinθ+ϕ) определяет сдвиг по фазе между полями активного и пассивного вибраторов в точке наблюдения и является случайной величиной ввиду случайности величины ϕ.

Как показано в [11, с. 378], угол ϕ равен сумме углов сдвига фазы напряжения, наводимого в пассивном вибраторе, относительно тока в активном вибраторе (γ₁) и сдвига фазы тока в пассивном вибраторе относительно напряжения, наводимого в этом вибраторе (γ₂)

ϕ=γ₁+γ₂

Угол γ₁ зависит от расстояния между вибраторами, а угол γ₂ определяется длиной пассивного вибратора, то есть степенью отклонения его от резонанса. Пассивный вибратор может выполнять роль директора или рефлектора, при этом рефлектор должен иметь характер индуктивного, а директор - емкостного сопротивления [11, с.382]. Для этого при настроенном в резонанс полуволновом активном вибраторе рефлектор должен быть несколько длиннее, а директор - несколько короче половины длины волны.

По предлагаемому способу сопротивление нагрузки антенны, играющей роль пассивного вибратора, изменяется в диапазоне от 0 до ∞ случайным образом как по величине, так и по времени. При сопротивлении нагрузки, равном 0, пассивный вибратор становится рефлектором, а при сопротивлении нагрузки, равном ∞, он разбивается на две части и антенная система будет представлять собой один активный вибратор и два директора, при этом изменятся как форма диаграммы направленности, так и направление ее максимума.

При промежуточных значениях сопротивления нагрузки максимум диаграммы направленности антенной системы также меняется случайным образом как по величине, так и по направлению.

Проведенный анализ параметров излучения системы из двух электромагнитных вибраторов, один из которых активный, а клеммы другого замкнуты на переменную нагрузку, позволяет сделать вывод о том, что при изменении нагрузки второго вибратора по случайному закону, за счет изменения параметров и диаграммы направленности антенной системы, в дальней зоне излучения происходит случайная модуляция вектора напряженности электромагнитного поля по амплитуде и по фазе.

Сказанное выше подтверждается диаграммами направленности антенны и векторными диаграммами напряжений и токов в антенне, состоящей из активного и пассивного вибраторов, приведенных в [11, на фиг.221 и 222].

Рассмотренная выше модель адекватно отражает процесс маскирования побочного излучения в узком диапазоне частот. В случае, если ТСОИ имеет побочные излучения в нескольких областях спектра, то антенная система должна состоять из множества вибраторов различных геометрических размеров, конфигурации, пространственного расположения, рассчитанных для средних частот спектров излучений, с управляемыми нагрузками, изменяющимися по случайному закону.

Таким образом, если ТСОИ, вокруг которого существует побочное электромагнитное поле, разместить в зоне Френеля антенной системы, а сопротивление (проводимость) нагрузок антенной системы изменять по случайному закону, например, с помощью сигналов, формируемых генераторами шума, то электромагнитное поле, окружающее ТСОИ, также будет изменяться по случайному закону, что не дает возможности радиоразведке выделить из него информацию.

На чертеже представлен пример выполнения устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит следующие узлы:

1 - техническое средство обработки информации (ТСОИ);

2 - антенна;

3 - управляемая нагрузка;

4 - генератор шума.

ТСОИ 1, содержащее, например, приемопередатчик информации 1.1, кабель питания 1.2 и линию связи 1.3, является источником высокочастотных побочных электромагнитных излучений (активным вибратором), огибающая которых может содержать конфиденциальную информацию.

Антенна 2 предназначена для преобразования по случайному закону электромагнитного поля, окружающего ТСОИ 1, и является пассивным вибратором.

Управляемая нагрузка 3, подключаемая к зажимам антенны 2, предназначена для случайного изменения в широком диапазоне комплексного сопротивления антенны 2.

Генератор шума 4, подключенный ко входу управляемой нагрузки 3, предназначен для выработки случайного шумового сигнала.

В качестве антенны 2 может служить, например, широкополосная дипольная антенна типа “бабочка”, вибраторы которой выполнены из металлической сетки.

Управляемая нагрузка 3 может быть выполнена на оптроне, например, типа PVG61 пли PVN012, сопротивление первого может меняться от 0,15 до 10⁸ Ом, а второго oт 0,05 до 10⁷ Ом [12]. Оптрон состоит из двух полевых фототранзисторов 3.1; 3.2 и светодиода 3.3, обеспечивающих гальваническую развязку между генератором шума 4 и антенной 2.

Генератор шума 4 может быть выполнен, например, по схеме, приведенной в [13], в которой вместо антенны WA следует включать управляемую нагрузку 3 предлагаемого устройства.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ, осуществляется следующим образом.

Защищаемое ТСОИ 1 располагают в непосредственной близости от антенны 2 таким образом, чтобы оно вместе с антенной размещалось в зоне Френеля антенны 2, представляющей собой сферу радиусом R. Так как при своей работе ТСОИ 1 создает высокочастотные колебания, которые могут нести информационный сигнал, то оно вместе со своими кабелями является своего рода антенной, излучающей эти колебания в окружающее пространство.

Таким образом, первым фактором, оказывающим влияние на степень маскирования побочных излучений, является малое, порядка 1/10 длины волны побочных излучений, расстояние между ТСОИ 1 и антенной 2, что обеспечивает достаточно сильную связь этих вибраторов и превращает антенну 2 в составную часть излучающей системы.

Вторым фактором, определяющим степень маскирования побочного электромагнитного излучения, является то обстоятельство, что изменение комплексного сопротивления нагрузки 3, подключенной к антенне 2, приводит к изменению комплексного сопротивления антенны 2, находящейся в зоне Френеля другого электромагнитного излучателя, в качестве которого выступает ТСОИ 1. В антенной системе из сильно связанных электромагнитных вибраторов сопротивление излучения антенной системы, а соответственно и энергия, излучаемая системой, зависят от комплексного сопротивления обоих вибраторов.

Следует отметить, что, так как генератор шума 4 гальванически не связан с антенной 2, то отсутствует передача энергии от него в антенну и тем самым случайность изменения электромагнитного поля, окружающего ТСОИ 1, обеспечивается без увеличения энергии этого поля, что по сравнению с прототипом, где такое увеличение энергии имеет место, улучшает электромагнитную и экологическую обстановку вокруг ТСОИ.

Процессы, сходные с рассмотренными выше, исследовались в [14], где было показано, что воздействие электромагнитного поля, создаваемого радиопередатчиком, на механические контакты с переменным сопротивлением, приводит к возникновению вторичного электромагнитного поля, взаимодействующего с первичным полем радиопередатчика и искажающего его до такой степени, что радиоприем информации в местах расположения переменных контактов становится невозможным.

Для экспериментальной проверки достижимости заявленного технического результата был собран макет устройства, конструкция которого представляет собой плоскость из диэлектрика (деревянный стол), на поверхности которого располагалась широкополосная дипольная антенна типа “бабочка” размером 1200х400 мм с вибраторами, изготовленными из медной сетки.

В качестве имитатора ТСОИ был выбран стандартный высокочастотный генератор Г4-107. К согласованной нагрузке генератора был подключен излучатель - проводник МГШВ 0,5 длиной 1000 мм. Генератор и излучатель располагались на поверхности диполя “бабочка” на деревянной подставке, высотой 50 мм.

В качестве имитатора генератора шума использовался низкочастотный генератор сигналов Г6-28.

В качестве измерительной установки использовался измерительный радиоприемник типа “STV-401”, селективный микровольтметр типа “Unipan-233” и широкополосная антенна типа “HUF-Z2”. Разнос между имитатором ТСОИ и антенной радиоприемника составлял около 4 м.

Эксперимент заключался в излучении имитатором ТСОИ высокочастотных сигналов в диапазоне частот от 30 до 300 МГц, модулированных частотой 1 кГц, при уровне высокочастотных сигналов на выходе генератора 100 дБ/мкВ и при воздействии на управляемую нагрузку антенны “бабочка” низкочастотным сигналом с частотой 3 кГц с последующим измерением уровней высокочастотных сигналов радиоприемником “STV-401”, измерением уровней информационного сигнала (огибающая излучаемого сигнала) и маскирующего сигнала на частотах 2;3 и 4 кГц микровольтметром “Unipan-233”.

По результатам эксперимента сделаны следующие выводы.

Сравнение уровней высокочастотного сигнала на входе радиоприемника с маскированием и без маскирования показало, что маскирование уменьшает энергию излучаемых имитатором ТСОИ высокочастотных сигналов на 2-3 дБ.

Зарегистрировано уменьшение энергии информационного сигнала (огибающей) на 2-3 дБ при наличии маскирования.

Полученные маскирующие сигналы имеют уровень, равный или превышающий уровень огибающей информационного сигнала. Тем самым доказана возможность простыми средствами обеспечить в канале утечки отношение сигнал/шум меньше единицы.

Таким образом, приведенные выше материалы свидетельствуют о том, что возможно преобразование побочного электромагнитного поля, окружающего ТСОИ, по случайному закону без увеличения энергии этого поля, так как энергия шумового сигнала не передается в антенну, а используется только для управления сопротивлением нагрузки антенны, что приводит в результате при выполнении требований но маскированию излучений к обеспечению более благоприятной электромагнитной и экологической обстановки в зоне дислокации ТСОИ, что и доказывает достижимость заявленного технического результата.

Источники литературы

1. Гроднев И.И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот. - М.: Связь, 1972.

2. Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М.: Радио и связь, 1989.

3. Хуако А.Ю., Хуако И.А. Способ защиты электромагнитных излучений от радиотехнической разведки. Патент RU №2190330, МПК Н 04 К 3/00.

4. В.В. Цветков и др. Радиоэлектронная борьба: радиоразведка и радиопротиводействие. - М.: МАИ, 1998.

5. Павлов Ю.С. Способ защиты информационного обмена в локальной системе радиосвязи. Патент RU №2114513, МПК Н 04 К 3/00.

6. HOLVIK, Lars. Система защиты цифрового оборудования от постороннего доступа к информации через внешнее излучение. Заявка РСТ(WO) №90/00840, МПК Н 04 К 3/00. Дата опубликования 01.25. 1990.

7. Лэнди Р., Дэвис Д., Албрехт А. Справочник радиоинженера. - М.: ГЭИ, 1961.

8. Маслов О.Н. Устойчивые распределения и их применение в радиотехнике. - М.: Радио и связь, 1994.

9. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь, 1985.

10. Воскресенский Д.И. Антенны с обработкой сигнала: Учебн. пособие для вузов (серия “Конспекты лекций по радиотехническим дисциплинам”, вып.1). - М: САЙНС-ПРЕСС, 2002.

11. Белоцерковский Г.Б. Антенны. - М: МО СССР, 1956.

12. Каталог изделий. Промэлектроника, с 29, 2000.

13. Безруков В.А., Иванов В.П., Калашников B.C., Лебедев М.Н. Устройство радиомаскировки. Патент RU №2170493, МПК Н 04 К 3/00.

14. Клементенко А.Я., Попов Б.А., Свешников В.Ф. Контактные помехи радиоприему. - М.: МО СССР, 1979.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для защиты информации, обрабатываемой техническими средствами, от утечки по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок. Технический результат, достигаемый предложенным способом, заключается в преобразовании электромагнитного поля, окружающего техническое средство обмена информации (ТСОИ), по случайному закону без добавления в это поле энергии дополнительного маскирующего сигнала, что улучшает электромагнитную и экологическую обстановку в зоне размещения ТСОИ. Сущность изобретения заключается в том, что ТСОИ размещают вблизи от антенны в зоне Френеля, а преобразование электромагнитного поля по случайному закону осуществляют путем изменения сопротивления управляемой нагрузки антенны синхронно с шумовым сигналом при подключении генератора шума ко входу управляемой нагрузки антенны. 1 ил.

Способ защиты технического средства обработки информации от утечки информации по каналам побочного электромагнитного излучения и наводок, по которому генерируют шумовой сигнал и с использованием антенны преобразуют по случайному закону электромагнитное поле, окружающее техническое средство обработки информации, отличающийся тем, что упомянутое средство размещают вблизи от антенны в зоне Френеля, а преобразование электромагнитного поля по случайному закону осуществляют путем изменения сопротивления управляемой нагрузки антенны синхронно с шумовым сигналом при подключении генератора шума к входу управляемой нагрузки антенны.