Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нестандартные методы защиты информации. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
НЕСТАНДАРТНЫЕ МЕТОДЫ
ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Специальность 10.05.03 (090303.65) –
Информационная безопасность автоматизированных систем
Специализация «Защищенные
автоматизированные системы управления»
Ставрополь – 2016
УДК
34.028 (075.8)
56
ББК 67.404.3 я73
Н 56
Северо-Кавказского федерального
Печатается по решению
учебно-методического совета
университета
Н
ударственного образовательного стандарта высшего образования, программой и учебным планом дисциплины.
бораторных работ, методические указания по выполнению работы, варианты заданий, контрольные вопросы, литературу.
Информационная безопасность автоматизированных систем.
Нестандартные методы защиты информации: лабораторный
практикум / авт.-сост.: В. П. Пашинцев, А. В. Ляхов. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2016. – 196 с.
Пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального гос-
Содержит теоретический и практический материал для выполнения ла-
Предназначено для студентов специальности 10.05.03 (090303.65) –
УДК 34.028 (075.8)
ББК 67.404.3 я73
Авторы-составители:
д-р техн. наук, профессор В. П. Пашинцев,
ст. преподаватель А. В. Ляхов
Рецензенты:
канд. техн. наук, профессор А. Ф. Чипига,
канд. техн. наук, доцент Н. Г. Касьяненко (CевКавГТИ)
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2016
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
ПК-2 Способность применять математический аппарат, в
ПК-5 Способность применять методологию научных иссл
е-
ПСК
-
6.3 Способность выявлять режимы работы элементов з
а-
Цель практикума – изучение разработанного на кафедре ИБАС
СКФУ оригинального метода защиты информации системы спутниковой связи путем повышения ее энергетической скрытности за
счет понижения несущей частоты и применения пространственноразнесенного приема сигналов на несколько антенн.
Выполнение лабораторных работ играет важную роль в формировании определенных образовательной программой компетенций:
том числе с использованием вычислительной техники,
для решения профессиональных задач
дований в профессиональной деятельности, в том числе в работе над междисциплинарными и инновационными проектами
щищенных автоматизированных систем управления и
внешние воздействия на них, способствующие увеличению риска утечки информации в различных физических полях
Первая и вторая лабораторные работы посвящены исследованию
потенциальной помехоустойчивости при когерентном и некогерентном приеме. В третьей лабораторной работе исследуется помехоустойчивость в канале с замираниями. В четвертой лабораторной работе показано исследование помехоустойчивости при разнесенном
приеме. Пятая работа посвящена исследованию оптимального приема сигналов. В шестой лабораторной работе исследуется прием сигналов с неизвестной начальной фазой. Седьмая лабораторная работа
рассматривает исследование помехоустойчивости радиоэлектронных
систем при действии естественных шумов и организованных помех.
В восьмой лабораторной работе показано исследование скрытности
систем спутниковой связи. В девятой работе исследуется скрытность
систем спутниковой связи для случая расположения приемника радиоперехвата вблизи приемника системы спутниковой связи.
3
Для выполнения лабораторных работ необходимы следующие
оборудование и материалы.
Аппаратура: персональный компьютер со следующими характеристиками: процессор Pentium/Celeron с тактовой частотой 300 МГц и
выше, оперативная память - не менее 128 Мбайт и более, свободное
дисковое пространство - не менее 100 Мбайт, устройство для чтения
компакт-дисков, монитор типа Super VGA (число цветов - 256).
Программное обеспечение: операционная система WINDOWS
2000/ XP Professional, библиотека Microsoft .NET Framework версии
1.1 или выше, программа MathCAD 13 и выше.
Указания по технике безопасности
При выполнении лабораторных работ запрещается:
- самостоятельно производить ремонт персонального компью-
тера, а также установку и удаление имеющегося программного
обеспечения;
- нарушать общепринятые правила техники безопасности при
работе с электрооборудованием, в частности, касаться электрических розеток металлическими предметами и т. д.;
- принимать пищу, напитки и сорить на рабочем месте пользо-
вателя персонального компьютера.
В случае неисправности персонального компьютера необходимо
немедленно сообщить об этом обслуживающему персоналу лаборатории (системному администратору, оператору).
По завершении выполнения каждой лабораторной работы необходимо составить отчет.
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе оформляется в виде документа
Word и должен включать:
1) название лабораторной работы;
2) цель лабораторной работы;
3) формулировку индивидуального задания и результат его вы-
полнения;
4) краткие выводы по результатам выполнения лабораторной
работы.
Дисциплина изучается в 9 семестре.
4
1.. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ
r
-
(1)
xdx
éù
¢
êú
êú
ëû
S
E
()
Estdt
()()
ststdt
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ПРИ КОГЕРЕНТНОМ ПРИЕМЕ
Цель – приобретение навыков исследования потенциальной помехоустойчивости при когерентном приеме сигналов с различными
видами манипуляции.
Формируемые компетенции или их части: ПК-2, ПК-5, ПСК-6.3.
Теоретическая часть
На лекции «Потенциальная помехоустойчивость» рассматривались вопросы оценки потенциальной помехоустойчивости при когерентном приеме сигналов. Было доказано, что минимально возможная вероятность ошибки оптимального приемника в условиях
воздействия помехи типа «белый» шум определяется выражением
вида:
E
=-
Р
где Ф(x) – функция вероятности (функция Лапласа) или так называемый интеграл вероятности:
F=-
()
– энергия сигнала, В2с, вычисляемая по формуле
ρ – коэффициент взаимной корреляции сигналов s1(t) и s2(t), используемых для передачи двоичных символов «1» и «0»:
r
Ts – длительность элементарной посылки.
1 Ф
ош
x
1
ò
2
p
-¥
=
S
Т
S
1
=×
ò
E
S
0
S
N
exp
Т
S
2
1
ò
0
12
0
2
¢
x
( )
2
;
,
;
;
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
5
Напомним, что формула (1.1) определяет потенциальную поме-
2
N
tdt
,
11
r
-££
0
hEN
хоустойчивость оптимального бинарного когерентного приемника
при следующих предположениях:
- энергии Es1 и E
сигналов s1(t) и s2(t), используемых для пере-
s2
дачи двоичных символов «1» и «0» равны E, т. е. E = Es1 = Es2, В2с;
- априорные вероятности передаваемых сигналов s1(t) и s2(t) из-
вестны и равны P(s1) = P(s2) = 0,5, т. е. дискретный канал связи
(ДКС) является симметричным;
- корреляционная функция аддитивной помехи ξ(t) описывается
выражением:
R
() ()
x
=
0
(1.5)
где N0 – спектральная плотность «белого» шума, В2/Гц; δ(τ) – дельта-функция Дирака.
Примечания
1. Функция Ф(х) (1.2) табулирована, и ее узловые значения при-
водились в любом учебнике по статистике. При проведении вычислений в Mathcad, в принципе, нет необходимости использовать
нормированные функции вероятности, так как в систему встроены
довольно мощные алгоритмы численного интегрирования, позволяющие просчитать функцию распределения и в ее стандартном
виде. Однако если необходимо решить задачу традиционным способом, то вы можете применить специальную встроенную функцию
cnorm(ξ), в основе которой лежит формула Лапласа (1.2).
2. Коэффициент взаимной корреляции сигналов ρ может прини-
мать значения в интервале
.
Анализ формулы (1.1) показывает (с учетом того, что функция
вероятности Ф(х) является монотонно возрастающей), что вероят-
ность ошибки Pош будет тем меньше, чем выше энергетическое отношение сигнал/шум
2
=
на входе приемника и чем меньше
S
коэффициент взаимной корреляции сигналов ρ.
Исследуем потенциальную помехоустойчивость оптимального
приемника при приеме сигналов с различными видами манипуляции. Как известно, по виду используемой манипуляции различают
сигналы амплитудной (AT), частотной (ЧТ) и фазовой телеграфии
(ФТ). Ввиду того, что фазовая телеграфия в чистом виде не используется (вследствие возможности так называемой «обратной рабо-
6
ты»), на практике широкое применение нашли сигналы относитель-
(
)
st
(
)
st
(
)
(
)
(
)
sin2;0
p
=×=
Н
S
(
)
st
0
f
0
T
EEstdt
()()0
ststdt
=×=
ной фазовой телеграфии (ОФТ). Отдельно исследуем потенциальную помехоустойчивость оптимального приемника при приеме сигналов АТ, ЧТ, ФТ и ОФТ.
Помехоустойчивость сигналов AT. Сигналы AT называют сиг-
налами типа «посылка-пауза» или сигналами с пассивной паузой.
На рис. 1.1 представлена временная диаграмма сигналов AT.
Рис. 1.1. Временные диаграммы сигналов
В этом случае приемник Котельникова превращается в обычный
корреляционный приемник.
Для того чтобы конкретизировать формулу (1.1) для сигналов
АТ, необходимо уточнить смысл величины Es и определить значение коэффициента ρ взаимной корреляции сигналов s1(t) и s2(t).
Сигналы s1(t) и s2(t) AT аналитически можно записать в виде
stSftst
102
где
сигналов:
налов s1(t) и s2(t):
– амплитуда сигнала
Для дальнейших расчетов положим, что E
Вычислим значение коэффициента ρ взаимной корреляции сиг-
Н
1
11
==
SS
r
11
22
T
S
1
12
ò
E
S
0
, В;
S
2
()
ò
– несущая частота, Гц.
и
1
,
– средняя энергия
s
.
,
2
при АТ
(1.6)
(1.7)
(1.8)
7
т. к. в пределах интегрирования t Î (0,Ts) сигнал s2(t) равен нулю.
2
22
Eh
,
0
S
EhN
(
)
st
(
)
st
S
T
Б
f
В
f
(
)
st
(
)
st
(
)
st
(
)
st
ВБ
ff
>
()(
)
НВ
stSft
p
=
Подстановка (1.7) и (1.8) в (1.1) позволяет определить выражение
для потенциальной помехоустойчивости сигналов AT в виде
Р
ош_АТ
2
где
приемника.
зовании сигналов ЧТ на передающей стороне системы электриче-
ской связи (СЭС) формируются гармонические колебания
«посылка» – «1» (рис. 1.2).
=
– энергетическое отношение сигнал/шум на входе
Помехоустойчивость сигналов ЧТ. Известно, что при исполь-
2
длительности
1 Ф 1 Ф
=-=-
двух частот:
S
N
0
– «пауза» – «0» и
1
(1.9)
и
–
Рис. 1.2. Временные диаграммы сигналов
Как видно на рис. 1.2, сигналы
бой синусоидальные колебания, которые отличаются по частоте
(
), но имеют одинаковую амплитуду и начальную фазу:
1
sin2
8
1
1
и
2
;
2
и
представляют со-
при ЧТ
(1.10)
()(
)
2
НБ
stSft
p
=
Н
S
(
)
st
(
)
st
В
f
Б
f
(
)
0,StT
(
)
st
(
)
st
12
SSS
EEE
==
(
)
st
(
)
st
Sftftdt
В
f
Б
f
(
)
st
(
)
st
0
r
=
(
)
st
(
)
st
2
Р h
sin2
,
(1.11)
где
«посылки», Гц;
Очевидно, что на интервале времени
лов
Вычислим значение коэффициента r взаимной корреляции
сигналов
r
=+×+
Если частоты
спектры сигналов
лагать
имно ортогональны). В этом случае из формулы (1.1) следует, что
потенциальная помехоустойчивость сигналов ЧT определяется соотношением
– амплитуда сигналов
– частота «паузы», Гц.
1
=×=
E
1
E
S
2
и
1
T
S
1
ò
S
0
T
S
2
НВБ
ò
0
совпадают
2
и
()()
ststdt
12
sin2sin2
( ) ( )
, т. е. сигналы
:
pjpj
и
1
достаточно разнесены по оси частот и
и
1
0102
2
не перекрываются, то можно по-
1
и
2
и
Î
2
, В;
энергии сигна-
.
некоррелированы (вза-
– частота
.
(1.12)
E
N
S
0
9
1 Ф 1 Ф
ош_ЧТ
Сравнение выражений (1.9) и (1.13) показывает, что при равных
значениях энергетического отношения сигнал/шум на входе приемника потенциальная помехоустойчивость сигналов ЧT выше, чем у
сигналов AT.
Помехоустойчивость сигналов ФТ. Известно, что при исполь-
зовании сигналов ФТ на передающей стороне системы электриче-
=-=-
(1.13)
.
ской связи (СЭС) формируются гармонические колебания
(
)
st
(
)
st
S
T
(
)
st
(
)
st
(
)
st
(
)
st
(
)
(
)
10
stSft
p
=
(
)
()(
)
(
)
stSftSftst
ppp
=+=-=-
(
)
0,StT
(
)
st
(
)
st
12
SSS
EEE
==
(
)
st
(
)
st
2
длительности
стоту, но противоположные по фазе (рис. 1.3).
, имеющие одинаковую амплитуду и ча-
1
и
Рис. 1.3.Временные диаграммы сигналов
Сигналы
виде:
2001
Очевидно, что при ФТ (как и при ЧТ) на интервале времени
Î
Вычислим значение коэффициента r взаимной корреляции
сигналов
1
sin2sin2
НН
энергии сигналов
1
и
2
и
.
2
при ФТ аналитически можно записать в
sin2
Н
. С учетом (1.14) и (1.15) имеем
10
1
;
1
и
и
2
при ФТ
2
совпадают
.
(1.14)
(1.15)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]