ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Цель лабораторной работы:
•Ознакомиться с основными видами шумовых сигналов, генерируемых и излучаемых в пространство или в линию (телекоммуникационный кабель) и используемых в качестве активных способовборьбыспобочнымиэлектромагнитнымиизлучениямиинаводками.
•Изучить временные и спектральные характеристики шумов и зашумленных сигналов
•Изучить порядок создания простейшей модели канал с регулируемым по уровню шумом с использованием возможностей ПО
MATLAB Simulink
Формулировка определений и их свойств
Обработка, хранение, передача информации с помощью современных электронно-вычислительных средств предусматривает использование в качестве носителей информации – электрические, электромагнитные или оптические сигналы. Физика этих сигналов описывается четырьмя уравнениями Максвелла, которые составляют математическую основу аналитических моделей электромагнитного взаимодействия. В этой связи, специалисту по защите информации необходимо учитывать, что любой объект информатизации имеет побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) и предпринимать меры по их ослаблению.
Побочные электромагнитные излучения, порождаемые переменным электрическим током при обработке защищаемой информации на средстве вычислительной техники или в процессе ее передачи проводным (излучением переменного тока в линию – проводящую электрический ток жилу телекоммуникационного кабеля; или электромагнитных волн заданной частоты – в пространство при беспроводном способе передачи информации) в процессе своего распространения могут выйти за пределы контролируемой зоны, где могут быть приняты приемными устройствами нарушителей.
3
Для приема информации из линии связи (телекоммуникационного кабеля) необходимо либо иметь доступ и физическое подключение к этому кабелю, либо располагать приёмное устройство в непосредственной близости
всвязи с малой мощностью излучаемых ПЭМИ, значимая часть энергетики которых поглощается изоляционным слоем кабеля.
Вслучае передачи информации беспроводным способом (технологии сотовой связи, спутниковой связи – при обмене информацией на больших расстояниях, а также Bluetooth, WiFi, WiMax и т.д. – в рамках офиса или офисного здания) не требуют физического подключения к среде передачи. Сигнал может быть беспрепятственно принят нарушителем, том числе за переделами контролируемой зоны. Успех замысла нарушителя по приему ПЭМИ и извлечению информации определяется степенью затухания электромагнитных сигналов в точке приема и чувствительностью приемного оборудования нарушителя.
Затухание электрических и электромагнитных сигналов зависит от состояния среды (плотности, прозрачности, ионизированности), частоты используемого сигнала, уровнем присутствующих в среде распространения шумов и расстояния до точки приема.
Таким образом, для борьбы с ПЭМИН очевидны два основных подхода, определивших их классификацию:
1.Пассивный способ защиты от ПЭМИН – направленный на максимальное уменьшение энергетики ПЭМИ за пределами контролируемой зоны (то есть уменьшение значений числителя – уровня защищаемого сигнала
вотношении сигнал/шум на входе приемника нарушителя). Достигается совокупностью мер:
-использованием экранирования ОИ, средств вычислительной техники (СВТ), кабельного хозяйства (как телекоммуникационного - для снижения уровня ПЭМИ, так и питающего - для снижения влияния токов питающих (силовых) кабелей на телекоммуникационные, а также для снижения
4
вероятности модуляции токов питания информационными сигналами из телекоммуникационной сети или от ОИ и СВТ,
- использованием фильтров: в информационных (телекоммуникационных) сетях полосовых фильтров (для снижения уровней внеполосных частотных составляющих спектра защищаемого сигнала) и заградительных фильтров – дляустранениявлияниятоков изцепей питанияна токи в телекоммуникационных сетях, и наоборот – использование заградительных фильтров, полоса заграждения которых совпадает с рабочей полосой пропускания в телекоммуникационных сетях при передаче защищаемой информации);
2 Пассивный способ защиты от ПЭМИН направлен на преднамеренное увеличение уровня шумов в проводных и беспроводных каналах передачи защищаемой информации (то есть увеличением значений знаменателя – уровня шума в отношении сигнал/шум на входе приемника нарушителя).
Для исключения перехвата ПЭМИН по электромагнитному каналу используется пространственное зашумление, а для исключения съема наводок информационных сигналов с посторонних проводников и соединительных линий вспомогательных технических средств обработки, передачи и хранения информации - линейное зашумление.
К системе пространственного зашумления, применяемой для создания маскирующих электромагнитных помех, предъявляются следующие требования:
-система должна создавать электромагнитные помехи в диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
-создаваемые помехи не должны иметь регулярной структуры;
-уровень создаваемых помех (как по электрической, так и по магнитной составляющей поля) должен обеспечить отношение с/ш на границе контролируемой зоны меньше допустимого значения во всем диапазоне частот
возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
5
-система должна создавать помехи как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией (поэтому выбору антенн для генераторов помех уделяется особое внимание);
-на границе контролируемой зоны уровень помех, создаваемых системой пространственного зашумления, не должен превышать требуемых норм по электромагнитной совместимости.
Пространственное зашумление считается успешным, если отношение сигнал/шум на границе контролируемой зоны не превышает установленного значения. Это допустимое значение рассчитывается по специальным методикам для каждой частоты ПЭМИ средства обработки, передачи и хранения защищаемой информации.
В системах пространственного зашумления наиболее широко используются "синфазные помехи" и "белый шум". Первые применяются преимущественно для защиты ПЭВМ. В "синфазных помехах" в качестве сигнала зашумления используются импульсы со случайной амплитудой, синхронизированные с импульсами защищаемого информационного сигнала. Таким образом генерируются, так называемые, имитационные помехи, по спектральному составу похожие на защищаемые сигналы.
"Белый шум" представляет собой широкополосный сигнал с равномерным энергетическим спектром во всем рабочем диапазоне частот. Уровень мощности такого сигнала существенно превышает уровень мощности ПЭМИ. "Белый шум" применяется для защиты многих устройств, в частности, электронно-вычислительной техники, систем внутреннего телевидения и т.п.
Для некоторых задач зашумления используются так называемые «цветные» шумы – спектральная плотность мощности которых разделена в частотном диапазоне неравномерна, а смещена в область повышенных частот (при формировании однополосного шума) и вправо, и влево от некоторой центральной частоты (при формировании двуполостного шума).
Розовый шум - известен также как мерцательный (фликкер-шум), 1/f
шум. Спектральная плотность мощности розового шума определяется
6
формулой ~ 1/f: плотность обратно пропорциональна частоте, является равномерно убывающим в логарифмической шкале частот. Спектральная плотность такого сигналапо сравнению сбелым шумомзатухаетна3 децибела на каждую октаву.
Броуновский (красный, «коричневый») шум – шум, спектральная плотность которого пропорциональна 1/f², где f — частота. Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, чем на высоких. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву.
Розовый и броуновский используются преимущественно для зашумления акустических каналов, однако в зависимости от полосы частот полезного сигнала, так же могут быть использованы при сонастройке области повышенного затухания частот с полосой спектра защищаемого сигнала.
Белый шум, генерируемый для зашумления, несмотря на существование во всех полосе частот, при генерации как правило огранивается необходимой полосой, что позволяет достигать больших значений мощности в выбранной полосе.
7