3-1 Основи технічного захисту інформації / ЛБ-04_2

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет

радіоелектроніки

Звіт з лабораторної роботи №4

з дисципліни “Основи технічного захисту інформації”

з теми: “Дослідження побічного електромагнітного випромінювання монітору персонального комп’ютеру “

Харків 2019

Цель: Исследование побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) монитора персонального компьютера в диапазоне частот 30 – 1000 Мгц с использованием программно-аппаратного комплекса на основе приемника AR-5000A, сопряженного с персональным компьютером типа "ноутбук". Приобретение основных навыков работы с программно-аппаратным комплексом, генераторами шума и генераторами стандартных ВЧ – сигналов.

1. Теоретическое введение

Работа персонального компьютера (ПК), как и любого другого электронного устройства, сопровождается электромагнитными излучениями радиодиапазона. Для ПК эти излучения регистрируются в диапазоне до 1 ГГц с максимумом в полосе 50 МГц-300 МГц. Такой широкий спектр излучения объясняется тем, что в устройствах вычислительной техники (ВТ) информацию переносят последовательности прямоугольных импульсов малой длительности. Поэтому непреднамеренное излучение будет содержать составляющие с частотами как первых гармоник, так и гармоник более высоких порядков. Говорить о какой-либо диаграмме направленности электромагнитных излучений ПК не приходится, так как на практике расположение его составных частей (системный блок, монитор, соединительные кабели и провода питания) относительно друг друга имеет неограниченное число комбинаций. Поляризация излучений ПК - линейная. В конечном счете она определяется расположением соединительных кабелей, так как именно они являются основными источниками излучений в ПК, у которых системный блок имеет металлический кожух.

В техническом плане проще всего решается задача перехвата информации, отображаемой на экране монитора ПК. Информация, отображенная на экране монитора, может быть восстановлена в монохромном виде с помощью обыкновенного телевизионного приемника. При этом на экране телевизионного приемника изображение будет состоять из черных букв на белом фоне, а на экране монитора ПК - из белых букв на черном фоне. Это объясняется тем, что в отличие от дисплея максимум видеосигнала в телевизионном приемнике определяет уровень черного, а минимум - уровень белого.

В СВТ выделяют два основных вероятных источников ПЭМИ: сигнальные кабели и высоковольтные блоки. Для излучения сигнала в эфир необходима согласованная на конкретной частоте антенна. Такой антенной являются длинные линии передачи данных – соединительные кабели. В то же время усилители видеосигналов в электронно-лучевых трубках мониторов СВТ имеют большую энергетику и также выступают как излучающие системы.

На сегодняшний день широко используется четыре основных метода поиска сигналов ПЭМИ, а также их комбинации.

Первый метод – метод сравнения панорам. Он заключается в том, что при включении тестового режима в радиоэфире появляются новые сигналы (сигналы ПЭМИ), которые легко обнаружить путем сравнения двух панорам: с включенным и выключенным тестовым сигналом. Этот универсальный метод позволяет находить сигналы ПЭМИ, модулированные тестовым сигналом.

На практике данным методом устойчиво обнаруживаются только сильные сигналы ПЭМИ, превышающие уровень шума не менее, чем на 6-10 дБ. Более слабые сигналы модулируются шумом и обнаруживаются нестабильно.

Для выявления слабых сигналов используются алгоритмы накопления и усреднения, которые уже давно применяются для выделения сигналов из шума. На рис.3 показан один и тот же участок спектра, полученный без усреднения (левая часть рисунка) и с усреднением 15 раз). Применение алгоритмов усреднения на сертификационных испытаниях дало возможность стойко выявлять сигналы, что находятся всего на 0,5 дБ выше уровня шума и даже на 1 дБ ниже уровня шума.

Рисунок 3 – Участок спектра, полученный без усреднения (левая часть рисунка) и с усреднением 15 раз (правая часть рисунка)

Второй метод - метод аудио-визуального поиска сигналов ПЭМИ. Его суть заключается в том, что оператор просматривает спектры сигналов, полученные при включенном и выключенном тестовом сигнале. Подозрительные сигналы исследуются по виду осциллограмм, спектрограмм и демодулированному аудиосигналу.

Обычно этим методом обнаруживаются только те сигналы, которые можно услышать в динамиках и увидеть на графиках, то есть сигналы, имеющие отношение сигнал/шум больше 2—4 дБ. Реализация методов накопления и усреднения при получении панорам обеспечила визуальное обнаружение даже тех сигналов, которые на слух идентифицируются с большим трудом.

Третий метод – поиск сигнала по гармоникам – заключается в прогнозировании частоты гармоники, очень точной настройке на нее и последующем подборе оптимальной полосы пропускания, исходя из конкретных условий приема.

В данном методе поиска эффективно используется свойство пикового детектора: амплитуда сигнала не изменяется при изменении полосы пропускания, а шум уменьшается пропорционально корню квадратному из полосы пропускания. Практические результаты показали, что данным методом легко выявляют даже такие сигналы, которые опытному оператору найти крайне тяжело. Тридцать-сорок частот ПЭМИ монитора – нормальное явление для этого метода выявления.

Отображенный в последнее время в рекламе корреляционный метод поиска вместе с преимуществами имеет и ряд недостатков, что снижает его применение в измерительных комплексах.

2. Порядок проведения измерений

Инструментальная часть метода включает:

• Установку режима тестирования для исследуемого ПК в соответствии с требованиями к тестовым режимам работы технических средств.

• Определение инструментальным путем частотного спектра ПЭМИ излучаемого монитором (сигнальным кабелем монитора) исследуемого ПК, состоящего из набора спектральных составляющих f₁, f₂,..., f_i,… f_k (где i — натуральные числа от 1 до k; k — число, соответствующее полному набору спектральных составляющих).

• Определение направления максимального излучения по каждой спектральной составляющей ПЭМИ.

• Установку антенны приемника AR5000A на расстоянии R₀ от исследуемого ПК (источника излучения). Исходя из требований минимального влияния суммарной погрешности (ошибки в выборе расстояния) на результат измерений, значение расстояния R₀ от исследуемого монитора ПК до места установки антенны рекомендуется принять равным 1м.

• Измерение напряженности электромагнитного поля по электрической составляющей Е, в диапазоне частот от 9 кГц до 1000 МГц в направлении минимального расстояния до границы контролируемой зоны (КЗ) объекта (разведопасное направление).

Частотный спектр ПЭМИ исследуемого ПК определяют по идентификационным признакам (чаще по звуковой окраске) тестового режима его работы. Для обнаружения всех информативных составляющих сигналов ПЭМИ антенну измерительного приемника устанавливают на минимальном расстоянии от исследуемого ПК. Анализ спектра производят в диапазоне частот от 9 кГц до 1000 МГц. По результатам анализа определяют f₁, f₂,...,f_i,…f_k..

Направление максимального ПЭМИ для 1-ой спектральной составляющей информативного сигнала определяют в горизонтальной плоскости путем поворота ПК на 360 градусов вокруг своей оси (рис. 4).

Рис.4 – Схема размещения ПК при проведении измерений.

Направлением максимального излучения считают то направление, при котором регистрируется максимальное значение измеряемой величины.

На частотах f₁,f₂,…..,f_i,…f_k. при расстоянии от исследуемого монитора ПК до места установки антенны приемника равным 1м измеряются (в дБ) ряды значений напряженности электрической составляющей поля Е_i в диапазоне частот от 9 кГц до 1000 МГц, создаваемые информативным сигналом.

При выключенном ПК на частотах f₁,f₂,…..,f_i,…f_k измеряются ряды значений напряженности E_шi создаваемые шумом в месте проведения измерений.

Величины Е_i и E_шi измеряются в дБ относительно 1 мкВ/м. При расчетах используются значения этих величин в мкВ/м. Перевод выполняется по формулам:

Е_i=10^{0,05Еi(дБ)} (мкВ/м);

Е_шi=10^{0,05Ешi(дБ)} (мкВ/м).

Вычисляется значение напряженности электромагнитного поля по электрической составляющей Е_ci, созданного тестовым информативным сигналом на частотах f_i , по формуле

Е_ci =

где Е_i — уровень напряженности поля при работе ПК в тестируемом режиме;

Е_шi — уровень шума (напряженность поля при выключенном ПК).

Результаты измерений представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты измерений ПЭМИ исследуемого ПК

Гармоніка	fi, кГц	Еi, дБ	Еi, мкВ/м	Ешi, дБ	Ешi, мкВ/м	Есi, мкВ/м
1	32,506	17,2	7,2443596	10,7	3,427677865	6,38214466
3	97,518	29,5	29,853826	12,2	4,0733802778	29,5745679
5	162,533	20,4	10,471285	5,3	1,840772001	10,308219
7	226,544	28,7	27,227013	1	1,122018454	27,2038842
9	292.558	21.5	11.885022274	1	1.122018454	11.831941052
11	357.57	6.6	2.13796209	1	1.122018454	1.819878151
13	422.582	14.6	5.370317964	1	1.122018454	5.251798703
15	487.596	20.2	10.232929923	1	1.122018454	10.171230476
17	552.608	14.5	5.308844442	11.4	3.715352291	3.792095287
19(затух.)	617.62	1	1.122018454	1	1.122018454	0
21	682.632	10.4	3.311311215	1	1.122018454	3.115422371
23(затух.)	747.646	1	1.122018454	1	1.122018454	0
25(нет)	812.65
27 (нет)	877.662
29 (нет)	942.674

Выводы: На данной лабораторной работе было проведено исследование причин возникновения ПЭМИ, способы их перехвата, а также устройства, с помощью которых данный канал утечки информации может быть исследован. Можно сказать, что данный канал утечки информации является очень информативным и опасным. Если не предотвратить возможность снятия информации по этому каналу, то предприятие понесет огромные убытки, ведь информация, считываемая с компьютера равносильна раскрытию как коммерческих тайн, так и государственных, в зависимости от того, какой вид информации обрабатывается на данном компьютере.