2188

4.4. Методический подход к оценке эффективности защиты информации от фотографической разведки

Для оценки эффективности ЗИ от ФР рассмотрим зависимость вероятности обнаружения от отношения с/ш (рис. 4.8)

Рис.4.8. Зависимость вероятности обнаружения от отношения сигнал/шум

На основании рассчитанного выше значения qв находим ве-

роятность обнаружения Pобн . Исходя из оптимальности приемника,

вычисляется нормированное значение вероятности Pнорм .

Далее сравнивается Pобн с Pнорм и делается вывод:

1)Если Pобн < Pнорм - объект защищен;

2)Если Pобн > Pнорм - нужны дополнительные средства за-

щиты.

Во втором случае формулируются требования к защите и выбирается совокупность не противоречащих средств, которые реализуют защиту. Для этого воспользуемся критерием Розелла – Виль-

сона /26/.

В отличие от случая сигнальной разведки в ФР окончательное звено – это глаз (зрительный анализатор). Но так как это индивиду-

61

ально для каждого человека, то нельзя решить формально задачу описания. Поэтому ограничиваются набором статистик.

Эксперименты, проведенные с целью изучения эффективного решения задачи обнаружения, свидетельствуют о том, что кривая

зависимости вероятности обнаружения Pобн от воспринимаемого

отношения с/ш (рис. 4.9) однозначно аппроксимируется интегральным законом распределения гауссовой плотности вероятности (нормальный закон) и иллюстрирует критерий Роззела-Вильсона.

Рис. 4.9. Иллюстрация критерия Роззела-Вильсона

В данном случае Q в - это усредненное значение воспринимаемого отношения с/ш (по множеству экспериментов). Данная кривая показывает: величина при заданном воспринимаемом отношении с/ш - есть вероятность того, что сигнал, сложенный с

то, если проинтегрировать это выражение, получим идеальный критерий Роззела-Вильсона, который иллюстрируется на рис.4.10.

P(q в )

Рис. 4.10. Иллюстрация идеального критерия Роззела-Вильсона

Если значение qв больше порогового значения 3,2, то объект

обнаружен.

В реальном случае кривая на рис.4.10 стремится к кривой на рис.4.9.

При проведении экспериментов использовались танграммы – фигуры разной геометрической формы, но имеющие одинаковую площадь. Было показано, что вероятность обнаружения не зависит от контура фигуры.

63

5. ТЕЛЕВИЗИОННАЯ РАЗВЕДКА. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ ОТ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ РАЗВЕДКИ

5.1. Основные характеристики каналов утечки информации применительно к телевизионной разведке

Под телевизионной разведкой (ТВР) понимается добывание информации с помощью аппаратуры, осуществляющей прием сигналов в видимом и ближнем инфракрасных (ИК) диапазонах, отраженных объектами и предметами окружающей среды, с последующим преобразованием и обработкой принятых сигналов с целью формирования изображения объектов и местности. Электрические сигналы, соответствующие изображению местности, передаются по радиоканалу в центр сбора и обработки данных, где формируется изображение объектов и местности, над которыми пролетает носитель.

Представим обобщенный канал утечки информации при телевизионной разведке (рис.5.1).

Внешний источник освещения

Рис.5.1. Канал утечки информации при ТВР

Объект характеризуется размером и спектральным коэффициентом яркости.

Телевизионная аппаратура (ТВА) характеризуется ЧКХ объектива, ТВС структурой относительно отверстия, временем экспозиции, фокусом, чувствительностью.

ТВР во многом схожа с ФР, однако существует ряд принципи-

64

альных различий. В ТВС существует электронный блок усиления изображения (в отличие от фоторазведки), за счет этого ТВА может работать при низких условиях освещенности. Рассмотрим основные отличия ТВР от ФР.

1.Принцип регистрации изображения. В ФР - пленка, в ТВР -

матрица на основе приборов зарядовой связи (ПЗС). Структура ПЗС представлена на рис. 5.2.

2.В ТВР имеется блок усиления сигналов.

3.ТВА в ТВР может работать при уровнях освещенности ниже, чем в ФР. Существует аппаратура, которая работает только ночью.

qi~Е

Рис.5.2. Структура ПЗС

На рис. 5.3 представлен пример работы ТВР при малых освещенностях объекта, которая заключается в следующем. Пластины из полупроводника, нанесены на диэлектрик и от каждой идет съемная шина. Уровень заряда q пластины пропорционален освещенности пластины. Размер пластины- 5-7 микрон.

объек-

Рис.5.3. Освещение аппаратуры телевизионной разведки

Фактически матрица проецируется на изображение, то есть на

65

приемник. Получаем поле электрических зарядов, величина которого пропорциональна распределению яркости. Так как граница между соседними ПЗС элементами четко очерчена, а каждый элемент имеет собственный шум, то на результирующей картинке получается мозаичная структура. Фон каждого элемента картинки отличается от соседнего. Вместо распределения яркости - распределение интенсивности зарядов.

4. В отличие от ФР (границы изображения не резкие, т.к. различный размер гранул), в ТВР появляются шумы дискретизации.

Исходная матрица находится в фокусе линзы, когда она проецируется на землю, то образуется квадрат. Уровень зарядов разный, следовательно, элементы матрицы при одинаковой освещенности будут разными. На рис. 5.4. показано распределение потенциала по матрице.

i

Еi

Рис.5.4. Распределение потенциала по матрице.

У каждого элемента матрицы есть кривая i (Еi).

тельно, разброс и уровень зарядности будут отличаться и на выходе будет мозаика. Матрица позволяет получить изображение в цифровом виде и можно делать обработку изображения.

5. Возможность применения алгоритмов цифровой обработки изображения для получения дешифрующих свойств изображения и согласования объема передаваемой информации с характеристиками канала связи, при этом возможно повысить дешифровочные свойства за счет увеличения градиента яркости.

66

В полученном изображении главное получить четкие контуры объекта - границы перепада яркости. Существует алгоритм цифровой обработки, восстанавливающий изображение, который заключается в следующем. На исходном изображении (рис. 5.5) ищем перепады яркости (уменьшение сигнала ведет к размытию границ и их интенсивности), которые усиливаем.

Рис.5.5. Градиенты яркости для изображения объекта

В данном случае grad-1 > grad-2. Усиливая grad-2, мы восстанавливаем изображение. Данная операция носит название - операция подчеркивания контуров.

Однако при поиске перепадов и усилении могут появиться ложные контуры, что может привести к искажению добываемой информации.

5.2. Математическая модель канала утечки информации применительно к телевизионной разведке

По характеру объекта, среды и приемника рассмотрим информационные показатели, характеризующие качество изображения.

Так как шумы дискретизации носят искусственный характер,

то

67

где qв - отношение c/ш относительно шумов дискретизации или

воспринимаемое отношение сигнала к шуму дискретизации, qввн -

воспринимаемое отношение сигнала к внутреннем шумам системы. Процесс дискретизации независим, поэтому справедливы сле-

дующие соотношения:

где nэ- число элементов разрешения, которое укладывается в изображении.

Внутренний шум образуется за счет того, что фотоны от соседних элементов разрешения отражаются от всех других элементов фона. Глаз человека имеет широкий сектор восприятия излучений, поэтому помимо воли он воспринимает фотоны от соседних элементов, из-за этого и возникают внутренние шумы.

Объект различается тогда, когда на 2 соседних элемента ПЗСматрицы идет разная отраженная энергия (экспозиция). ТВР рассматривает разные экспозиции, для которых

68

где Nш- экспозиция, эквивалентная шуму, n - разность экспозиций.

В телевидении уровень шумов оценивается эквивалентной шуму экспозицией. Природа сигнала и шума разная, поэтому чтобы их не суммировать, известными приемами оценивается уровень шумов ПРМ (аналог чувствительности), т.е. смотрят, при каком уровне внешнего освещения будет сигнал, соответствующий

Ео(ф) ~ Ез rо(ф) .

Чем ярче освещенность от солнца и больше коэффициент яркости, тем больше энергии отражается от объекта.

Контраст изображения численно определяется коэффициентом яркости ко и называется относительным контрастом. Отно-

сительный контраст показывает, какая толика энергии отражается обратно.

где rо(ф) -коэффициент яркости объекта (фона).

Если rо/ rф=0, то kо=1, а в том случае когда rо /rф, то kо =0 Величина освещенности при внешнем освещении объекта оп-

ределится как

69

где Ез- освещенность объекта от земли, а -коэффициент ослабления атмосферы, учитывающий ослабление сигнала после отра-

Каждый элемент оптической системы ухудшает изображение, т.к. он имеет ПЧХ, которое влияет на качество прохождения через звено.

Умножим (5.6) на величину относительного контраста ко , тогда выражение принимает следующий вид

Чтобы учесть влияние объектива или ПЗС-линейки в (5.7), умножим выражение на ПЧХ объектива и ПЧХ ПЗС-линейки. Результатом данного преобразования является формула:

И, наконец, подставляя (5.8) в (5.3), получим воспринимаемое

70