СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ПУТEМ ЗАШУМЛЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ПОБОЧНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ И НАВОДОК, УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2013 года по МПК G06F21/00 H04K3/00 

Предлагаются способ защиты обрабатываемой информации средствами вычислительной техники путем зашумления информативных побочных электромагнитных излучений и наводок, устройство защиты информации для реализации способа.

Группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, относится к области радиотехники и электроники и может быть использована для защиты информации средств вычислительной техники (СВТ), автоматизированных рабочих мест (АРМ), проводных линий связи от утечки информации в результате побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).

Известен способ аналогичного назначения, пригодный для решения поставленной в заявке задачи, принятый за прототип способа.

Известный способ заключается в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала, в качестве дополнительного сигнала используют тактовый сигнал системы обработки информации (СОИ)/Патент РФ №2421917, кл. Н04K 1/04, Н03В 29/00 2010/.

Известно устройство аналогичного назначения, способное решать поставленную в заявке задачу, принятое за прототип устройство защиты системы обработки информации.

Известное устройство содержит генератор шумового сигнала (ГШС), преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы ГШС и формирователя дополнительного сигнала, в качестве формирователь дополнительного сигнала применяют блок тактовой частоты СОИ, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и через разделительный конденсатор и переменный резистор на выходную клемму / Патент РФ №2421917, кл. Н04K 1/04, Н03В 29/00 2010/.

Известен ГШС, пригодный для реализации устройства защиты СОИ, содержащий контакты для подключения источника питания и расположенные в радиоэкранируемом корпусе первый и второй автогенераторы, первый и второй переменные резисторы и первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, причем каждый из автогенераторов выполнен на двух транзисторах по схеме с общим эмиттером, а базы первых транзисторов первого и второго автогенераторов и базы вторых транзисторов первого и второго автогенераторов соединены, первый постоянный резистор, включенный в цепь ограничения тока баз транзисторов, а в цепь регулировки уровня генерируемого шумового сигнала в качестве разделительного конденсатора включен первый конденсатор, с последовательно соединенным с ним первым переменным резистором, второй конденсатор включен в качестве блокировочного конденсатора между положительной и отрицательной клеммами источника питания, полупроводниковый диод и третий и четвертый переменные резисторы, при этом катод полупроводникового диода подсоединен к базам транзисторов и через последовательно соединенные второй переменный резистор и первый постоянный резистор - к положительной клемме источника питания, а анод - к корпусу, третий и четвертый переменные резисторы совместно с присоединенным к ним вторым постоянным резистором включены в качестве резисторов ограничения и установки коллекторных токов транзисторов первого и второго автогенераторов, а третий и четвертый конденсаторы включены в качестве конденсаторов обратной связи между соответствующими базами и коллекторами транзисторов автогенераторов / Патент РФ №2421917, кл. Н04K 1/04, Н03В 29/00 2010/.

Недостатками известных способа и устройства являются сравнительно узкий спектр частот шумового сигнала, неравномерность частотной характеристики, невысокий энтропийный коэффициент качества шума, что не в полной мере обеспечивает надежность защиты информации особенно технических средств и объектов защиты первой категории, требующих высокого показателя защищенности и устройств с низкой скоростью обмена информацией, имеющих низкочастотные побочные электромагнитные излучения (9…300 кГц), таких как клавиатура, принтер, сканер, и с высокой скоростью обмена информацией, таких как система монитор - DVI кабель - видеокарта, имеющих высокочастотные побочные электромагнитные излучения (50…1800 МГц).

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений в части способа и устройства, является увеличение показателя защищенности обрабатываемой информации, увеличение энтропийного коэффициента качества шума, расширение частотного спектра шумового сигнала как в область низких частот, так и в область верхних частот, световая и звуковая сигнализация о наличии напряжения питания и исправности устройства, возможность включения и отключения устройства, возможность регулировки уровня выходного сигнала, что обеспечивает защиту информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам в широком диапазоне частот от 10 Гц до 5 ГГц всех технических средств, участвующих в обработке информации, включая устройства как с низкой, так и с высокой скоростью обработки информации, а также оптимизацию аппаратуры по критерию электромагнитной совместимости.

Данного технического результата в части способа достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала в качестве дополнительного сигнала, используют тактовый сигнал СОИ, в качестве маскирующего сигнала используют широкополосный шумовой сигнал, полученный в результате формирования двух шумовых сигналов с разделением частотного спектра и последующим суммированием сигналов по электромагнитному полю, что позволило расширить спектр шумового сигнала в область низких и верхних частот, а использование сформированных двух шумовых сигналов позволило повысить энтропийный коэффициент качества шума, таким образом обеспечить защиту информации шумовым сигналом с более высоким показателем защищенности технических средств, имеющих низкочастотные и высокочастотные побочные электромагнитные излучения. Шумовой сигнал формируют в диапазоне частот от 10 Гц до 5 ГГц с регулируемым уровнем от 5 до 75 дБм и энтропийным коэффициентом качества шума от 0,85 до 0,9.

Технический результат в части устройства защиты информации достигают за счет того, что в известном устройстве, содержащем генератор шумового сигнала (ГШС), преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы ГШС и формирователя дополнительного сигнала, в качестве формирователя дополнительного сигнала применяют блок тактовой частоты СОИ, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и через разделительный конденсатор и переменный резистор на выходную клемму, в качестве ГШС используют источник шумовых сигналов (ИШС) нижних частот и ИШС верхних частот.

Использование двух ИШС и двух каналов обработки шумовых сигналов с разделением частотного спектра позволило получить маскирующий широкополосный шумовой сигнал в диапазоне частот от 10 Гц до 5000 МГц.

Устройство защиты информации содержит: контакты электропитания К1 и К2, выключатель В1, источник шумового сигнала нижних частот 1, разделительный конденсатор С1, широкополосный усилитель 2, разделительный конденсатор С2, переменный резистор R1, разделительный конденсатор С3, фильтр нижних частот 3, разделительный конденсатор С4, широкополосный усилитель 4, разделительный конденсатор С5, широкополосный усилитель 5, разделительный конденсатор С6, резистор нагрузки R2, выходной высокочастотный соединитель Р1, детектор сигналов 6, логический элемент 2И-НЕ 7, излучатель звука со встроенным генератором ЕР2, источник шумового сигнала верхних частот 9, разделительный конденсатор С7, широкополосный усилитель 10, разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3, разделительный конденсатор С9, фильтр верхних частот 11, разделительный конденсатор С10, широкополосный усилитель 12, разделительный конденсатор С11, широкополосный усилитель 13, разделительный конденсатор С12, резистор нагрузки R4, выходной высокочастотный соединитель Р2, детектор сигналов 8, индикаторный светодиод HL1 с резистором R5.

С выхода источника шумового сигнала нижних частот 1 через разделительный конденсатор С1 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 2, усиленный сигнал через разделительный конденсатор С2, переменный резистор R1 и разделительный конденсатор С3 поступает на вход фильтра нижних частот 3, с выхода фильтра нижних частот 3 через разделительный конденсатор С4 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 4, усиленный и ограниченный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С5 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 5 и вход детектора сигналов 6, с выхода широкополосного усилителя 5 через разделительный конденсатор С6 и присоединенный резистор нагрузки R2 сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р1.

С выхода источника шумового сигнала верхних частот 9 через разделительный конденсатор С7 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 10, усиленный сигнал через разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3 и разделительный конденсатор С9 поступает на вход фильтра верхних частот 11, с выхода фильтра верхних частот 11, через разделительный конденсатор С10, сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 12, усиленный и отфильтрованный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С11 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 13 и вход детектора сигналов 8, с выхода широкополосного усилителя 13, через разделительный конденсатор С12 и присоединенный резистор нагрузки R4, сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р2.

Выходы детекторов 6 и 8 присоединены к логическому элементу 2И-НЕ 7, выход которого присоединен к излучателю звука со встроенным генератором ЕР2. Таким образом, осуществляется контроль работоспособности устройства, при неисправности или отсутствии сигналов в любом канале обработки шумовых сигналов сработает логический элемент 7, в результате будет включен звуковой сигнал, оповещающий о неисправности устройства. Светодиод HL1 с резистором R5 предназначен для визуального контроля наличия напряжения питания устройства.

Изобретения поясняются чертежом. На фиг.1 представлена блок-схема устройства защиты информации для реализации способа того же назначения.

Устройство представляет собой двухканальный генератор широкополосного шумового сигнала и содержит в своем составе: печатную плату 14 с элементами схемы, контакты электропитания К1 и К2, выключатель В1, источник шумового сигнала нижних частот 1, разделительный конденсатор С1, широкополосный усилитель 2, разделительный конденсатор С2, переменный резистор R1, разделительный конденсатор С3, фильтр нижних частот 3, разделительный конденсатор С4, широкополосный усилитель 4, разделительный конденсатор С5, широкополосный усилитель 5, разделительный конденсатор С6, резистор нагрузки R2, выходной высокочастотный соединитель Р1, детектор сигналов 6, логический элемент 2И-НЕ 7, излучатель звука со встроенным генератором ЕР2, источник шумового сигнала верхних частот 9, разделительный конденсатор С7, широкополосный усилитель 10, разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3, разделительный конденсатор С9, фильтр верхних частот 11, разделительный конденсатор С10, широкополосный усилитель 12, разделительный конденсатор С11, широкополосный усилитель 13, разделительный конденсатор С12, резистор нагрузки R4, выходной высокочастотный соединитель Р2, детектор сигналов 8, индикаторный светодиод HL1 с резистором R5.

Устройство защиты информации работает следующим образом. С выхода источника шумового сигнала нижних частот 1 через разделительный конденсатор С1 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 2, усиленный сигнал через разделительный конденсатор С2, переменный резистор R1 и разделительный конденсатор С3 поступает на вход фильтра нижних частот 3, с выхода фильтра нижних частот 3 через разделительный конденсатор С4 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 4, усиленный и ограниченный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С5 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 5 и вход детектора сигналов 6, с выхода широкополосного усилителя 5 через разделительный конденсатор С6 и присоединенный резистор нагрузки R2 сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р1.

С выхода источника шумового сигнала верхних частот 9 через разделительный конденсатор С7 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 10, усиленный сигнал через разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3 и разделительный конденсатор С9 поступает на вход фильтра верхних частот 11, с выхода фильтра верхних частот 11, через разделительный конденсатор С10, сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 12, усиленный и отфильтрованный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С11 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 13 и вход детектора сигналов 8, с выхода широкополосного усилителя 13, через разделительный конденсатор С12 и присоединенный резистор нагрузки R4, сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р2.

Уровень выходных шумовых сигналов можно изменять плавно в каждом канале при помощи переменных резисторов R1 и R3.

Выходы детекторов 6 и 8 присоединены к логическому элементу 2И-НЕ 7, выход которого присоединен к излучателю звука ЕР2 со встроенным генератором. Таким образом, осуществляется контроль работоспособности устройства, при неисправности или отсутствии необходимых уровней сигналов в любом канале обработки шумовых сигналов сработает логический элемент 7, в результате включается звуковой сигнал, оповещающий о неисправности устройства. Светодиод HL1 с резистором R5 предназначен для визуального контроля наличия напряжения питания устройства.

Устройство выполнено на печатной плате 14 и может быть использовано в трех конструкторских исполнениях: для установки в системный блок компьютера, для установки на информационный кабель связи от монитора к видеокарте, для установки в блок вычислителя.

В качестве источников шумовых сигналов нижних частот 1 и верхних частот 9 используют полупроводниковые шумовые диоды серии NW (NC), которые генерируют белый Гауссовский шум с симметричным распределением вероятностей и постоянной спектральной плотностью мощности в рабочей полосе частот от 10 Гц до 5 ГГц. С целью оптимальной генерации широкополосных шумов с плоскими амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) в схемах предусмотрена регулировка рабочих токов диодов. Выходное сопротивление источников шумовых сигналов согласовано с 50-омной полосковой линией.

Широкополосные усилители 2, 4, 5, 10, 12, 13 выполнены на интегральных сверхвысокочастотных (СВЧ) микросхемах, позволяют усиливать сигналы от постоянного тока (DC) до 5000 МГц на согласованную нагрузку 50 Ом. Фильтры нижних и верхних частот выполнены по известной схеме на LС элементах. Детекторы сигналов 6 и 8 выполнены на полупроводниковых СВЧ диодах. Логический элемент 2И-НЕ 7 выполнен на интегральной микросхеме. В схеме звуковой сигнализации, оповещающей о неисправности устройства, предусмотрена защита электродинамического излучателя звука со встроенным генератором для предотвращения утечки информации в результате электроакустических преобразований известным способом, описанным в сборнике рекомендаций «Z-9» Блокировка акустоэлектрических преобразователей в электронных технических средствах и системах общего применения. В.П.Аминов, И.В.Коровин, В.И.Рыбальченко, Москва: «Гелиос АРВ», 2010.

Способ реализуется следующим образом.

Для зашумления информативных побочных электромагнитных излучений и наводок, возникающих при обработке информации средствами вычислительной техники, используют два источника шумовых сигналов и два канала формирования шумовых сигналов с разделением частотного спектра на низкочастотную и высокочастотную части, при последующем использовании полученного в результате суммирования с двух выходов по электромагнитному полю, расширенного в область низких и высоких частот шумового сигнала в качестве маскирующего сигнала. Использование полученных сигналов позволило расширить спектр шумового маскирующего сигнала как в область нижних, так и в область верхних частот и выровнять амплитудно-частотную характеристику по всему спектру сигнала. Источник шумового сигнала нижних частот 1 формирует шумовой сигнал с нормальным распределением, который усиливается усилителем 2 и через разделительный конденсатор С2, регулируемый переменный резистор R1, разделительный конденсатор С3 поступает на вход фильтра нижних частот 3. Фильтр нижних частот формирует полосу частот от постоянного тока (DC) до 500 МГц по уровню минус 3 дБ. С выхода фильтра нижних частот 3 через разделительный конденсатор С4 сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 4, усиленный и ограниченный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С5 поступает на вход широкополосного усилителя 5 и вход детектора сигналов 6, с выхода широкополосного усилителя 5 через разделительный конденсатор С6 и присоединенный резистор нагрузки R2 сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р1.

С выхода источника шумового сигнала верхних частот 9 через разделительный конденсатор С7 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 10, усиленный сигнал через разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3 и разделительный конденсатор С9 поступает на вход фильтра верхних частот 11, с выхода фильтра верхних частот 11 сигнал с полосой частот от 500 МГц по уровню минус 3 дБ до 5000 МГц, через разделительный конденсатор С10, поступает на вход широкополосного усилителя 12, усиленный и отфильтрованный по частоте сигнал через разделительный конденсатор С11 поступает на вход широкополосного усилителя 13 и вход детектора сигналов 8, с выхода широкополосного усилителя 13, через разделительный конденсатор С12 и присоединенный резистор нагрузки R4, сигнал поступает на выходной высокочастотный соединитель Р2.

Таким образом, используя устройство защиты информации для защиты информации средств вычислительной техники, автоматизированных рабочих мест, проводных линий связи от утечки информации в результате электромагнитных излучений и наводок, побочные электромагнитные излучения и наводки всей системы обработки информации зашумляются сформированным шумовым сигналом в диапазоне частот от 10 Гц до 5 ГГц с уровнем выше на 1-2 дБ максимального значения уровня ПЭМИН. При этом энтропийный коэффициент качества шума составляет 0,85…0,9. В этом случае возрастает надежность защиты информации и соответственно показатель защищенности информации.

Устройство защиты информации было установлено в системный блок АРМ, в результате проведенных измерений информативный сигнал на расстоянии от 0,1 до 3 м от АРМ обнаружить не удалось.

Опытные образцы были выполнены в трех конструкторских исполнениях: для установки в системный блок компьютера, для установки на соединительный кабель между монитором и системным блоком, для установки в блок вычислителя. Все варианты исполнения дали положительный результат. Варианты исполнения устройств защиты информации выполнены на печатных платах из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и 1,0 мм с использованием поверхностного монтажа и SMD элементов.

Испытания опытных образцов устройств защиты информации подтверждают, что предлагаемое устройство обеспечивает перекрытие по диапазону частот от 10 Гц до 5000 МГц с регулируемым уровнем шумового сигнала от 5 до 75 дБм в каждом канале. Энтропийный коэффициент качества шума составил 0,85…0,9.

Таким образом, поставленный технический результат достигается как в части способа, так и в части устройства защиты информации.

Промышленная осуществимость изобретений вытекает из описания устройства защиты информации в статике и динамике и подтверждается фактом изготовления и успешного испытания опытных образцов с достижением указанного технического результата.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники от утечки информации в результате побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН). Техническим результатом является увеличение показателя защищенности обрабатываемой информации, увеличение энтропийного коэффициента качества шума, расширение частотного спектра шумового сигнала как в область низких частот, так и в область верхних частот. Способ заключается в формировании маскирующего широкополосного шумового сигнала с использованием двух шумовых сигналов с разделением частотного спектра и последующим суммированием сигналов по электромагнитному полю путем смешения широкополосного шумового сигнала с тактовым сигналом системы обработки информации (СОИ). Устройство содержит источник шумового сигнала нижних частот, источник шумового сигнала верхних частот, блок тактовой частоты СОИ, смеситель шумового сигнала и сигнала тактовой частоты и усилитель. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты обрабатываемой информации средствами вычислительной техники путем зашумления информативных побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН), заключающийся в формировании широкополосного шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом, при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего широкополосного шумового сигнала, в качестве дополнительного сигнала используют тактовый сигнал системы обработки информации (СОИ), отличающийся тем, что формирование маскирующего широкополосного шумового сигнала осуществляют использованием двух шумовых сигналов с разделением частотного спектра и последующим суммированием сигналов по электромагнитному полю.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что широкополосный шумовой сигнал формируют в диапазоне частот от 10 Гц до 5 ГГц с регулируемым уровнем от 5 до 75 дБм и энтропийным коэффициентом качества шума от 0,85 до 0,9.

3. Устройство защиты информации для реализации способа, содержащее: генератор шумовых сигналов (ГШС), формирователь дополнительного сигнала, преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы ГШС и формирователя дополнительного сигнала, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и выходную клемму, в качестве формирователя дополнительного сигнала применяют блок тактовой частоты СОИ, а в качестве преобразователя частот сигналов - смеситель шумового сигнала и сигнала тактовой частоты, при этом выходная клемма устройства соединена с выходом усилителя, отличающееся тем, что в качестве ГШС используют источник шумового сигнала нижних частот и источник шумового сигнала верхних частот.

4. Устройство защиты информации по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит: контакты электропитания К1 и К2, выключатель В1, разделительный конденсатор С1, широкополосный усилитель 2, разделительный конденсатор С2, переменный резистор R1, разделительный конденсатор С3, фильтр нижних частот 3, разделительный конденсатор С4, широкополосный усилитель 4, разделительный конденсатор С5, широкополосный усилитель 5, разделительный конденсатор С6, резистор нагрузки R2, выходной высокочастотный соединитель Р1, детектор сигналов 6, логический элемент 2И-НЕ 7, излучатель звука со встроенным генератором ЕР2, разделительный конденсатор С7, широкополосный усилитель 10, разделительный конденсатор С8, переменный резистор R3, разделительный конденсатор С9, фильтр верхних частот 11, разделительный конденсатор С10, широкополосный усилитель 12, разделительный конденсатор С11, широкополосный усилитель 13, разделительный конденсатор С12, резистор нагрузки R4, выходной высокочастотный соединитель Р2, детектор сигналов 8, индикаторный светодиод HL1 с резистором R5.