Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Аналіз спектральних характеристик побічних електромагнітних випромінювань від однорозрядних і багаторозрядних цифрових сигналів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз спектральних характеристик побічних електромагнітних випромінювань від однорозрядних і багаторозрядних цифрових сигналів»

    ?21. Ostrovsky R., Efficient computation on oblivious RAM, In Proc. of 22nd ACM Symposium on Theory of Computing (STOC-90)

    22. Laureiro S., Molva R. Function hiding based on error-correcting codes. In Proc. of Cyp-tec'99 - International Workshop on Cryptographic techniques and Electronic Commerce, 1999..

    23. Sander T., Tchudin C. On software protection via function hiding. In Proc. of the 2-nd Workshop on Inf. Hiding, Lecture Notes in Computer Science, vol. 1525, 1998..

    24. ZhangX., Gupta R., Zhang Y. Hiding Program Slices for Software Security, In Proc. of the First Annual IEEE / ACM International Symposium on Code Generation and Optimization, 2003 p. 325-336.

    25. Shokurov A.V. An approach to quantitative analysis of resistance of data encodings in tamper-resistant software, Tech. Reports of the Institute for system programming, v. 6, 2004.

    26. Chernov A. V, A new program obfuscation method. In Proc. of the International Workshop on Program Understanding, 2003 Novosibirsk, p.70-80.

    27. Berlekamp E.R., McEliece R.J., van Tilborg H.C.A., On the inherent intractability of certain coding problems. IEEE Transactions, V.IT-24, 1978, Р. 384-386.

    С.М. Іванов, А.А. Самсонов, Ю.Н. Сіманькін, В.І. тупотить

    Росія, г. Воронеж, Державний науково-дослідний випробувальний

    інститут проблем технічного захисту інформації Федеральної служби з технічного та експортного контролю

    АНАЛІЗ СПЕКТРАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОБІЧНІ електромагнітних випромінювань ВІД однорозрядного І багаторозрядні ЦИФРОВИХ СИГНАЛІВ

    За останні роки характеристики технічних засобів обробки інформації (ТСОЇ), що впливають на параметри побічних електромагнітних випромінювань (ПЕМІ), істотно змінилися. У 10 - 15 разів зросли тактові частоти інформативних сигналів, модернізувалися способи модуляції і алгоритми обміну даними.

    Це призвело до необхідності аналізу відповідності сучасним умовам основних положень методичного забезпечення оцінки ефективності захисту інформації (ЗІ) від витоку за рахунок ПЕМІ. До таких положень належать: вимоги до тестових режимам ТСОЇ, склад показників оцінки ефективності ЗІ, а також методичний апарат для їх розрахунку. Першим кроком у проведенні даного аналізу є розробка системи основних припущень щодо фізичної моделі формування ПЕМІ.

    Необхідно підкреслити, що в статті вирішується завдання розробки саме основних припущень щодо фізичної моделі формування, які забезпечують адекватність методів контролю ефективності ЗІ. Розробка обґрунтованої математичної моделі формування ПЕМІ є вкрай складним завданням, що виходить за рамки даної статті.

    Для опису процесів формування ПЕМІ в даний час використовуються два основних допущення. Перше з них [1] в якості джерела ПЕМІ розглядає безпосередньо відеоімпульс.

    Друге припущення [2] розглядає як джерело електромагнітного поля не саме відеоімпульс, а розпочаті даними імпульсом електричні коливання на резонують частотах електричного кола, по якій він протікає.

    З певною мірою умовності даний принцип формування ПЕМІ відповідає автогенераторах, модулируемого прямокутними відеоімпульс

    Відповідно до першого допущенням в простір випромінюється енергія частини спектра одиночного імпульсу, обмеженого амплітудно-частотної характеристикою випадкової випромінює антени. Аналіз великого статистичного матеріалу за результатами вимірювання параметрів ПЕМІ показує, що практично ніколи спектральні характеристики ПЕМІ (огинає спектра, взаємне розміщення окремих спектральних гармонік) не відповідають фрагменту одиночного видеоимпульса без несучої або періодичної послідовності таких імпульсів, що формується в тестовому сигналі.

    Значно більшою мірою практичні результати вимірювань узгоджуються з другим припущенням, що мають принципові відмінності в спектральних характеристиках, а саме - параметри одиночного видеоимпульса відповідають (статистично близькі) спектральним характеристикам радиоимпульса, в якому в якості несучої частоти (ансамблю частот) виступає резонуюча частота електричного кола. Для однієї несучої частоти (даний випадок будемо розглядати як найбільш «зручний» для засобів несанкціонованого добування інформації (НДІ)) амплітудний спектр радіоімпульсу визначається наступним відомим [4, 5] співвідношенням:

    де ^ (/) - амплітудний спектр одиночного імпульсу ПЕМІ; А - амплітуда імпульсу (при проведенні подальших розрахунків прирівнюється одиниці); Т-тривалість імпульсу; / 0 - збуджена відеоімпульсів резонуюча частота, яка виступає в ролі несучої.

    Відповідно до вищевикладеного, характеристики технічного каналу витоку інформації по ПЕМІ для однорозрядних цифрових сигналів відповідають каналу передачі даних на випадкової несучої частоті (в загальному випадку - на ансамблі випадкових несучих частот) з бінарної амплітудної маніпуляцією. З точки зору кодування інформації даний вид сигналу є ортогональним сигналом з двохпозиційним інформаційним кодом без застосування завадостійкого кодування.

    Даний висновок дозволяє перейти до порівняльного аналізу двох альтернативних показників ефективності ЗІ - ймовірності виявлення інформативних сигналів і ймовірності помилкового прийому кодової комбінації.

    Імовірність помилкового прийому одиничного елемента кодової комбінації

    Д для однорозрядного цифрового сигналу визначається за виразом

    де Д - ймовірність помилкового прийому одиничного елемента кодової комбінації; Е - енергія сигналу; N - спектральна щільність потужності шуму (чувст-

    Ат - / 0) т)

    вітельность кошти НДІ); Ц - відношення «сигнал / шум» на виході лінійної

    Імовірність помилкового прийому кодової комбінації Д для однорозрядного сигналу визначається за наступним виразом:

    де Ьа<1 - розмір в байтах адресній частині кодової комбінації (пакета даних);

    - розмір в байтах контрольної суми кодової комбінації.

    Для багаторозрядних цифрових сигналів (багаторозрядних електричних шин) характерним є одночасне (синхронне) випромінювання декількох однорозрядних сигналів відповідно до двійковій кодуванням переданого по шині числа. При повній ідентичності електричних і хвильових властивостей ліній в многоразрядной шині, рівні ПЕМІ для різних двійкових кодів будуть визначатися кількістю випромінюючих розрядів. У цьому випадку буде тільки дві кодові комбінації, які однозначно ідентифікуються засобом НДІ -нулі і одиниці у всіх розрядах. Все інше безліч кодових комбінацій, що представляють собою поєднання нулів і одиниць в різних розрядах, не можуть бути ідентифіковані однозначно. Так як оцінка кількості випромінюючи двійкових розрядів не дозволяє визначити значення переданих по многоразрядной шині чисел, розтин інформації в даному випадку неможливо.

    На практиці повна ідентичність електричних і хвильових властивостей ліній в многоразрядной шині забезпечується вкрай рідко. Це пов'язано з неминучим технологічним розкидом характеристик радіоелектронних компонентів, впливом паразитних межелементних зв'язків, а також відмінностями просторової топології окремих провідників шини. В цьому випадку сукупна випромінювання декількох розрядів буде формуватися як некогерентного складання випромінювань кожного з розрядів:

    де К - кількість розрядів многоразрядной шини; С - коефіцієнт, який визначається двійковій кодуванням чисел і приймає значення 1 або 0; 8 (/) до -

    амплітудний спектр ^ го розряду з відповідними значеннями амплітуди і резонуючій частоти коливань (центральної частоти спектра ПЕМІ).

    Як приклад на рис. 1 представлені результати розрахунків окремих спектрів для розрядів Чотирирозрядний шини (при 10% - ном розкид електричних і хвильових властивостей), а також сумарні спектри для деяких кодових комбінацій. При проведенні розрахунків використовувалися наступні вихідні дані: тривалість інформаційного видеоимпульса - 1 мкс; значення резонують частот для кожного з розрядів (послідовно від першого до четвертого): 4,5, 5,5, 5.1 і 4,8 МГц; значення рівнів (умовних амплітуд) випромінювання для кожного з розрядів: 1,05, 0,9, 0,96, 1,105.

    Ш) 1 | _1-й _раз_ 1 '| г | 3 -й р Р? Отрута п 11

    \; 1 'л *

    1 Г1 | т

    14 -й р прят! 1; \ \ А1 і

    ; 1 + 1 1:

    / V) 1 | .1:

    V / |й I-:, 1 \: V! № <Л>

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    я Ш

    Ш, МГц Ш, МГц

    а) б)

    Мал. 1. Варіанти спектрів окремих розрядів Чотирирозрядний шини передачі даних для 10% -ого розкиду параметрів по амплітуді і центральній частоті спектра ПЕМІ (а), приклади сумарних спектрів четирехразрядних кодових комбінацій (б)

    Аналіз сумарних спектрів для різних кодових комбінацій показує, що інформативним параметром ПЕМІ многоразрядной шини є амплітуда сумарного випромінювання, тобто в процесі випромінювання послідовність чисел, що передаються по паралельній шині, перетворюється в послідовність радіо-импуль сов з дискретною амплітудною модуляцією.

    Приклад розрахунку відносних рівнів випромінювання, що відповідають різним кодовою комбінаціям Чотирирозрядний шини, для різних варіантів розкиду частотних і часових параметрів випромінювання кожного окремого розряду, представлений на рис. 2.

    З даного малюнка видно, що в загальному випадку індивідуальні рівні випромінювання, які відповідають різним кодам, розподілені нерівномірно, що створює для засобу НДІ додаткові труднощі по їх ідентифікації. Щоб не кутку блять в механізми комбинаторного аналізу закономірностей формування даних рівнів випромінювання, приймемо допущення про їх рівномірному розподілі на інтервалі від нуля до максимальної амплітуди імпульсу ПЕМІ, відповідного некогерентного сумі амплітуд випромінювання всіх розрядів. Дане припущення дозволить отримати оцінки граничних можливостей засобів НДІ з перехоплення інформації, що міститься в ПЕМІ.

    В результаті наведених міркувань можна зробити висновок про те, що характеристики технічного каналу витоку інформації по ПЕМІ для До розрядних цифрових сигналів відповідають каналу передачі даних на До випадкових частотах з дискретною амплітудною модуляцією імпульсів.

    ч § 2 & I

    ® Е 3 сх |

    & з

    Е

    < ? 1 ь з 3? (Г

    [Ь з 5 3 "3

    з 3 ІҐ ^ 5 Е В? з 1? з З 3 Ь

    < н 3 Е ^ з 3 "г \ <

    ь 5 3 з 3 з с? ь

    < з р з 1 ? <

    10 11 12 13 14 15 1

    розряд 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

    розряд 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

    розряд 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1

    розряд 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

    Мал. 2. Результати розрахунку відносної потужності одиночного імпульсу ПЕМІ при спільному випромінюванні різних кодових слів Чотирирозрядний шини для наступних варіантів розкиду частотних і часових параметрів випромінювання кожного окремого розряду: х - ± 5% від середніх значень; + - ± 10% від середніх значень; ? - ± 20% від середніх значень; - ± 30% від середніх значень

    З точки зору кодування інформації даний вид сигналу є ортогональним сигналом з багатопозиційним інформаційним кодом без застосування завадостійкого кодування. Кількість позицій інформаційного коду М відповідає кількості дискретних значень амплітуди радіоімпульсів

    ПЕМІ і дорівнює 2к.

    Імовірність помилкового прийому одиничного елемента кодової комбінації Д для такого сигналу, як функція від відносини «сигнал / шум» визначається за наступним виразом:

    Я =

    2 і ^ г АЕ Л

    2 V з =

    1 м) І N)

    2

    >до-і

    V

    ЦК

    ок-1

    1

    V

    де ДЕС - енергія однієї дискретної складової амплітудно-модульованого імпульсу ПЕМІ.

    Результати розрахунку ймовірності помилкового прийому одиничного елемента кодової комбінації і кодової комбінації в цілому для ПЕМІ багаторозрядних сигналів в залежності від ставлення «сигнал / шум» на виході лінійної частини оптимального розвідувального приймача представлені на рис. 3.

    Для порівняльного аналізу ймовірності Як і ймовірності виявлення

    ПЕМІ з точки зору їх відповідності вимогам, пред'явленим до показника захищеності, на рис. 4 представлені криві для даних ймовірностей як функцій від Ц (тобто в єдиній системі координат).

    Наведені на рис. 4 залежно показують, що для різних значень розрядності ПЕМІ значенням ймовірності Як при рівних значеннях Ц відповідає ймовірність виявлення Д «1.

    Використання граничного (одиничного) значення імовірнісного показника не має практичного сенсу, тому в якості показника захищеності інформації від витоку по ПЕМІ доцільно використовувати ймовірність помилкового прийому кодової комбінації.

    Таким чином, на основі подання технічного каналу витоку інформації по ПЕМІ як ненавмисного каналу зв'язку обгрунтовані характеристики інформативних параметрів ПЕМІ від однорозрядних і багаторозрядних цифрових сигналів і показано:

    - найбільш близьким до експериментальним результатам є припущення про те, що джерелом ПЕМІ є порушувані електричними імпульсами електричні коливання на резонують частотах електричного кола, в результаті чого спектр ПЕМІ одиночного видеоимпульса відповідає спектру радіоімпульсу, в якому в якості несучої частоти (ансамблю частот) виступає резонуюча частота;

    - характеристики технічного каналу витоку інформації по ПЕМІ для однорозрядних цифрових сигналів відповідають каналу передачі даних на випадкової несучої частоті (в загальному випадку - на ансамблі випадкових несучих частот) з бінарної амплітудної маніпуляцією. З точки зору кодування інформації даний вид сигналу є ортогональним сигналом з двохпозиційним інформаційним кодом без застосування завадостійкого кодування;

    - характеристики технічного каналу витоку інформації по ПЕМІ для до розрядних цифрових сигналів відповідають каналу передачі даних на до випадкових частотах з дискретною амплітудною модуляцією імпульсів.

    З точки зору кодування інформації даний вид сигналу є ортогональним сигналом з багатопозиційним інформаційним кодом без застосування завадостійкого кодування. Кількість позицій інформаційного коду М відповідає кількості дискретних значень амплітуди радіоімпульсів ПЕМІ і дорівнює 2к;

    - в якості показника захищеності інформації від витоку по ПЕМІ доцільно використовувати ймовірність помилкового прийому кодової комбінації.

    Мал. 3. Результати розрахунку ймовірності помилкового прийому одиничного елемента кодової комбінації (а) і кодової комбінації в цілому (б) для багаторозрядних ПЕМІ

    Мал. 4. Визначення значень ймовірності виявлення сигналу, еквівалентних значенням ймовірності помилкового прийому кодової комбінації ПЕМІ

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Вім Ван Ейк. Електромагнітне випромінювання відеодисплейний модулів: ризик перехоплення інформації? // Конфидент, 2001. №2. С. 84 - 93.

    2. .Мотуз О.В. Побічні електромагнітні випромінювання. Моменти історії // Конфидент, 2001. №1. С. 86 - 89.

    3. Гоноровський І.С. Радіотехнічні ланцюги і сигнали. - М .: Сов. радіо, 1971. -.672 з.

    4. Фельдбаум А.А., Дудкін А.Д. і ін. Теоретичні основи зв'язку та управління. - М .: Физматгиз, 1963. - 932 с.

    5. Теоретичні основи радіолокації. Під ред. Ширмана Я.Д :. Навчальний посібник для вузів. - М .: Сов. радіо, 1970. - 560 с.

    С.М. Іванов, О.В. Саморуков, Ю.Н. Сіманькін

    Росія, г. Воронеж, Державний науково-дослідний випробувальний інститут проблем технічного захисту інформації Федеральної служби з технічного та експортного контролю

    МЕТОДИЧНИЙ ПІДХІД ДО ОЦІНКИ МОЖЛИВОСТЕЙ

    ВІДНОВЛЕННЯ растрових зображень ТЕКСТОВИХ ДОКУМЕНТІВ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ перехопити ПОБІЧНІ електромагнітних випромінювань

    Побічні електромагнітні випромінювання (ПЕМІ) відеомонітора (ВМ) ЕОМ є в даний час одним з найбільш інформативних технічних каналів витоку інформації (ТКУИ), заходи щодо захисту інформації в якому повинні проводитися в першу чергу [1,2]. Найбільша загроза в даному ТКУИ створюється для растрових зображень, що виводяться на екран ВМ [3,4].

    Метою даної статті є розробка методичного підходу до оцінки можливостей засобів несанкціонованого добування інформації (НДІ) по відновленню растрових зображень текстових документів, в результаті перехоплення і обробки ПЕМІ ВМ.

    В основу розробки даного методичного підходу покладена імітаційно - розрахункова модель (ІРМ), призначена для оцінки впливу природних шумів і перешкод на розбірливість інформативних елементів цифрових (растрових) зображень.

    З урахуванням необхідності комплексного охоплення найбільш істотних характеристик розглянутого ТКУИ, ІРМ включає в себе наступні приватні моделі:

    - модель процесу формування сумарного електромагнітного випромінювання відеомонітора ПЕОМ;

    - модель процесу формування суми "інформативний сигнал + шум (перешкода)" на вході кошти НДІ;

    - модель процесу перетворення суми "інформативний сигнал + шум (перешкода)" на виході приймального пристрою кошти НДІ;

    - модель цифрової обробки ПЕМІ для оптимального відновлення зображення на відеомоніторі кошти НДІ;

    - модель візуального аналізу інформативних елементів зображення оператором кошти НДІ.

    Приватна модель процесу формування сумарного електромагнітного випромінювання відеомонітора ПЕОМ призначена для адекватного кількісного опису яскравості і колірних характеристик зображень, що містяться в ПЕМІ відеомонітора ЕОМ.

    Вираз для інформативного параметра ПЕМІ відеомонітора в загальному вигляді можна записати в такий спосіб:


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити