Диплом_Cher / _text / _doclad

Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, Вашему вниманию предлагается дипломный проект на тему «Блок защиты информации каналов управления автоматизированной системы спутниковой связи».

На плакате 1 представлена схема системы спутниковой связи. Она состоит из центральной станции, до 12 бортовых радиотехнических комплексов и до 1022 абонентских станций. Связь между ними происходит посредством канала управления, системного канала управления и запросно-вызывного канала. Как видно из плаката бортовой радиотехнический комплекс взаимодействует с двумя каналами управления. Структурная схема бортового радиотехнического комплекса представлена рядом. В состав его входят: антенный блок, СВЧ-преобразователь, Кодек, Модуль ключевого обеспечения, Блок управления и разрабатываемый блок защиты информации каналов управления. Данный блок должен выполнять контроль целостности данных, закрытие данных и защиту от передачи ложной и навязанной информации. Вероятность передачи ложной и навязанной информации не должна превышать 10^-8. Сложность несанкционированного раскрытия данных должна быть не меньше сложности полного перебора по 2¹²⁸ возможным вариантам. Для достижения данных требований разрабатываемое устройство осуществляет закрытие данных и выработку имитовставки по алгоритму ГОСТ 28147-89, сложность раскрытия которого равна сложности полного перебора по 2²⁵⁶ вариантам. Длина поля имитовставки в сообщениях – 8 бит, поэтому вероятность передачи ложной или навязанной информации равна 10^-8. Данное устройство не должно выдавать в эфир побочных излучений и не должно быть подвержено электромагнитным наводкам извне. Данные, содержащиеся в памяти, во избежание несанкционированного считывания должны храниться в маскированном виде. Так как блок защиты информации располагается на спутнике, то вероятность его безотказной работы в течение 7 лет не должна быть ниже 0,96 и потребляемая мощность не должна превышать 4 Вт. Как видно из схемы комплекса, блок защиты информации должен иметь интерфейсы с блоком управления, Кодеком и Модулем ключевого обеспечения. Структурная схема данного блока представлена на плакате 2.

Данные, поступающие из канала связи проходят гальваническую развязку, предназначенную для защиты от электромагнитных наводок по линиям связи; проходят интерфейс, который сопрягается с данной линией связи, в котором информация преобразуется в необходимый вид. И далее она поступает в модуль обработки данных, в котором осуществляется либо ее закрытие, либо открытие, а также контроль целостности информации и выработка кодовых последовательностей. После чего данные передаются на необходимый интерфейс и гальваническую развязку. Для пополнения ключевого запаса от модуля ключевого обеспечения используется «Интерфейс с МКО». Более подробно структура интерфейсов представлена на плакате 3.

Интерфейсы, работающие по протоколу RS-232 – с Модулем ключевого обеспечения и Блоком управления должны содержать преобразователь уровней из RS-232 в КМОП и обратно. Петля обратной связи используется для тестирования линии связи с Блоком управления. Для преобразования данных интерфейсы используют буферы ввода-вывода, устройства управления линиями и преобразователями. Для связи с БУ используется преобразователь информации из асинхронного RS-232, с Кодеком - преобразователь из СКЕН-кода. Используемые линии при связи RS-232 представлены ниже. Блок защиты информации является устройством DCE. Временные диаграммы СКЕН-кодов представлены выше.

На плакате 4 представлена электрическая принципиальная схема блока защиты информации. В качестве микроконтроллера для осуществления операций закрытия данных и контроля целостности используется DS87C550, имеющий необходимое число портов ввода-вывода, асинхронный последовательный порт и имеющий набор команд совместимы с набором инструкций 8051. Преобразователи информации интерфейсов построены на базе ПЛИС XC3042 фирмы Xilinx, которая имеет достаточное количество портов ввода вывода информации и необходимое количество логических ячеек. Гальваническая развязка защиты от наводок по линиям связи построена на микросхемах HCPL-063A. Блок защиты от перепадов питания выполнен на базе компаратора МAX968. При выходе напряжения за рамки -4,75÷5,25 В в линии PWRF возникает падение потенциала. По нему микроконтроллер должен закончить свою работу, чтобы не выдать в линию открытой информации при перепадах питания. Обмен данных с памятью происходит по шине адрес-данные. Младший байт адреса мультиплексируются с байтом данных. Для этого он удерживается на регистре К1554ИР35. По результатам выбора элементной базы был осуществлен расчет мощности потребляемой схемы. Полученный результат – 3,87 Вт, что удовлетворяет требованиям технического задания.

На плакате 5 представлена топология печатной платы блока защиты информации. Плата многослойная, имеет два сигнальных слоя и 4 слоя земли и питания. Было подсчитано количество паяльных соединений – 849. Количество выводов на квадратный сантиметр – 2,75. Суммарная площадь металлизации наружных слоев F=0,296 кв.дм.. Был осуществлен расчет показателей надежности блока: вероятность отказа в течении 7 лет по 24 часа в сутки составила 0,963, что удовлетворяет требованиям технического задания.

На плакате 6 представлен сборочный чертеж блока. Для обеспечения защиты от внешних наводок, а также от выдачи в эфир открытой информации в качестве побочных излучений используется корпус блока, который является электростатическим экраном. Толщина корпуса – 1 мм.

На плакате 7 представлен разработанный в технологической части диплома алгоритм монтажа и пайки печатной платы блока защиты информации. Основными этапами являются: входной контроль элементов и платы, подготовка платы и элементов к пайке с установкой их на плату, пайка оплавлением дозированного припоя в печи компонентов ПМК, пайка ручным паяльником и выходной контроль платы. Используемая печь и её температурно-временной график представлены на плакате 8. Основными элементами данной печи являются нагреватели воздуха и вентиляторы, обеспечивающие перемещение воздушных масс.

На плакате 9 представлены основные данные процесса оптимизации этапа проектирования блока по критерию минимальной загрузки и сокращению критического пути. Достигнуты следующие результаты: время проектирование сокращено на 27 дней, затраты на 322000 рублей.

В разделе «Промышленная и экологическая безопасность» были рассмотрены вопросы, связанные с безопасностью труда при проектировании блока защиты информации. Был проведен расчет заземления – используется 8 заземлителей с сопротивлением 14,6 Ом. Сопротивление полосы, соединяющей заземлители, равно 73,8 Ом, ее длина – 21 м. Сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства – 2,6 Ом.

4