Устройство для информационной защиты распределенной случайной антенны

Устройство для информационной защиты распределенной случайной антенны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации (КИ) и может быть использовано для защиты радиотехнических систем, объединенных термином «распределенные случайные антенны» (РСА).

Для обеспечения защиты технических средств (ТС), осуществляющих передачу, прием, обработку и хранение КИ, важное значение имеет выявление и последовательное перекрытие всех технических каналов утечки, в том числе по соединительным линиям (СЛ), отходящим из подлежащих защите помещений (ПЗП) во внешнюю среду. Примерами ПЗП являются помещения (служебные кабинеты, переговорные комнаты и кабины, конференц-залы), предназначенные для работы с КИ при проведении совещаний, переговоров, конференций и т.п. Примерами СЛ, выступающих в роли РСА, являются системы проводов электропитания, заземления, оповещения, охранной и пожарной сигнализации; кабельные линии внешней, внутриофисной и компьютерной связи; трубы систем вентиляции и центрального отопления; металлические части несущих конструкций в зданиях и т.д.

Как разновидность случайных антенн (см. классификацию в [1-2]) РСА в настоящее время исследованы недостаточно. Способы информационной защиты РСА также имеют ряд неизученных особенностей. Это объясняется, во-первых, тем, что, в отличие от СЛ, образующих основные каналы связи (по которым КИ-сигналы поступают к «законным» - санкционированным потребителям КИ), благодаря РСА возникают побочные каналы (каналы утечки КИ), по которым КИ-сигналы поступают к несанкционированным потребителям КИ - злоумышленникам. При организации информационной защиты СЛ основных каналов ограничением является отсутствие недопустимых помех для законных потребителей КИ. При защите РСА данного ограничения не существует, поскольку к ним подключаются только злоумышленники.

Во-вторых, надежные и универсальные способы пассивной защиты СЛ (электромагнитное экранирование, заземление, фильтрация КИ-сигналов) для защиты РСА зачастую неприменимы. Главным и наиболее эффективным средством защиты в данном случае является линейное зашумление, которое имеет в виду применение устройств для активной защиты КИ - генераторов преднамеренных помех (заградительных шумовых, имитирующих и т.п.), подключаемых к СЛ энергетическим способом (для маскирующих шумовых помех) или путем нанесения максимального информационного ущерба (для имитирующих помех) с целью «подавить» КИ-сигналы во всех имеющихся и потенциально возможных каналах утечки, чтобы затруднить злоумышленнику перехват и обработку КИ с помощью имеющихся у него ТС [3-5].

Линейное зашумление реализуется с помощью шумового генератора, подающего сигнал с уровнем U_ш(t) в подлежащие защите СЛ [3]. Другим известным устройством является генератор имитирующих помех, способных наносить информационный ущерб злоумышленнику [5]. Из уровня техники известны также способы амплитудной и угловой (частотной, фазовой) модуляции сигналов [6]. Известен также способ определения затухания сигнала в РСА, основанный на использовании нелинейного суммарно-разностного преобразования [7].

Наиболее близким по технической сущности является устройство для линейного зашумления [3] (прототип предлагаемого изобретения), которое представляет собой генератор преднамеренной шумовой помехи (далее ГПП), подключаемый к СЛ, входящим в состав РСА с помощью согласующего устройства (СУ), как это иллюстрирует Фиг.1 (где введены обозначения: 1 - элементы разветвленной РСА; 2 - устройство СУ; 3 - генератор ГПП). Типовой вариант реализации устройства-прототипа [3] в качестве ГПП включает изделие П218-1М, предназначенное для создания защитных шумовых помех - в шинах заземления (в комплекте с СУ типа ЮИТ 01) и в сетях электропитания (в комплекте с СУ типа ЮИТ 04), а также в абонентских кабелях, кабелях стационарного монтажа, кабелях каналов связи, посторонних цепях коммутации и других СЛ, способных выступать в роли РСА.

Рассматриваемый КИ-сигнал в заданной частотно-временной области представляет собой U_c(t)=U₀(t)cosФ(t), где амплитуда КИ-сигнала U₀(t)=U_A+U₁(t); U_A - амплитуда несущей КИ-сигнала, U₁(t) - сигнал утечки КИ (далее сигнал утечки), модулирующий амплитуду КИ-сигнала утечки; фазовый угол КИ-сигнала Ф(t)=ω_ct+φ_с+Ω₂(t), где ω_c и φ_с - соответственно, несущая частота и начальная фаза несущей КИ-сигнала, Ω₂(t) - сигнал утечки, модулирующий фазовый угол КИ-сигнала, t - текущее время.

Устройство-прототип реализует идею прибавления к U_c(t) шумовой помехи U_ш(t), то есть формирование в СЛ, образующих РСА, аддитивной смеси КИ-сигнала и помехи вида U_c(t)+U_ш(t)=U₀(t)cosФ(t)+U_ш(t).

В принятых обозначениях амплитудной модуляции (AM) соответствует добавка модулирующего сигнала утечки U₁(t) к U_A в составе множителя U₀(t); угловой модуляции (УМ) - воздействие Ω₂(t) на слагаемые в составе углового множителя Ф(t): при частотной модуляции (ЧМ) - на ω_с(t); при фазовой модуляции (ФМ) - на φ_c(t). Преднамеренные помехи по принципу воздействия на КИ-сигнал можно разделить на две категории: аддитивная помеха (АП) U_АП(t), которая отвечает условию U(t)=U_c(t)+U_АП(t), где U(t) - сигнал, принимаемый злоумышленником; и мультипликативная помеха (МП) U_МП(t), соответствующая U(t)=U_c(t)·U_МП(t)·k_МП, где k_МП - коэффициент размерности, который зависит от способа реализации МП. Обобщением способа-прототипа является применение в качестве U_АП(t) вместо U_ш(t) имитирующей помехи U_u(t) - аналогичной по свойствам U_с(t), однако не связанной с модулирующими сигналами утечки U₁(t) и Ω₂(t).

Основным недостатком устройства-прототипа является возможность существенно снизить эффективность защиты РСА путем применения злоумышленником известных методов повышения помехоустойчивости приема сигналов любого конкретного вида (аналоговых, цифровых) при обработке аддитивной смеси КИ-сигнала и преднамеренной помехи U(t)=U_с(t)+U_АП(t)=U_c(t)+U_ш(t) [8]. При использовании имитирующих помех, аналогичных по параметрам КИ-сигналу, информационный ущерб, наносимый злоумышленнику, зависит от точности воспроизведения помехами параметров КИ-сигналов, которые, одновременно, должны быть лишены КИ-содержания [2-4]. Эти требования противоречат друг другу, что существенно осложняет возможность реализации данного способа информационной защиты РСА. Применение имитирующих помех затрудняет также необходимость постоянной синхронизации помехи с КИ-сигналом.

При защите РСА, в которых циркулируют КИ-сигналы, сопровождающие работу ЭВМ, основной интерес представляют цифровые виды модуляции ФМ-2 и АМ-2 [8-9]. Однако если в компьютерных сетях используются внешние излучающие радиоустройства (типа Bluetooth и др.), в качестве КИ-сигналов могут выступать также сигналы с другими видами УМ (ЧМ и ФМ) [2].

При анализе возможных вариантов перехвата КИ с помощью аналитического расчета или методом компьютерного имитационного моделирования [2] определяют, как воздействуют АП и МП разного вида на помехоустойчивость приема КИ-сигналов с указанной модуляцией. При этом учитывается, что реальные помехи и КИ-сигналы обычно имеют взаимно перекрывающиеся частотные энергетические спектры и интенсивности, отвечающие условию Р_П≥Р_С, где Р_П и Р_С - средние мощности помехи и КИ-сигнала.

Из уровня техники известно, что АП существенно влияют на помехоустойчивость приема КИ-сигналов с AM [8], поэтому они способны обеспечивать достаточно эффективную защиту РСА. В свою очередь, МП при AM с пассивной паузой малоэффективны, однако при УМ (ФМ и ЧМ) они также способны значительно снижать помехоустойчивость приема КИ-сигналов. Поскольку в РСА, подлежащих информационной защите, могут циркулировать КИ-сигналы с AM и УМ (ФМ и ЧМ) одновременно, для устранения недостатков способа-прототипа целесообразно использовать АП и МП совместно.

Предлагаемое устройство для информационной защиты РСА призвано подвергнуть смесь КИ-сигнала и АП стохастической AM с помощью МП U_МП(t). При этом в РСА будет сформирован стохастический суммарный КИ-сигнал U_Ω(t)cosФ(t)+U_П(t), где амплитуда сигнала U_Ω(t)=k_МПU₀(t)U_МП(t)=k_МП[U_AU_МП(t)+U₁(t)U_МП(t)]. Преобразованная АП в данном случае представляет собой U_П(t)=k_МПU_ш(t)U_МП(t).

Таким образом, вместо модулирующего амплитуду КИ-сигнала U₁(t) в устройстве-прототипе, при защите РСА с помощью предлагаемого устройства в суммарном сигнале фигурирует произведение U₁(t)·U_МП(t), результатом чего является снижение помехоустойчивости приема КИ-сигналов в побочном канале утечки КИ для КИ-сигналов с AM и УМ (ФМ и ЧМ). Аналогичные явления имеют место, например, при одиночном приеме КИ-сигналов - в отсутствие и при наличии замираний сигнала [8].

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности информационной защиты РСА за счет стохастической AM смеси КИ-сигнала и шума U_c(t)+U_ш(t), циркулирующей в СЛ, образующих РСА, с помощью помехи U_МП(t).

Техническая сущность предлагаемого устройства для информационной защиты распределенной случайной антенны с помощью генератора преднамеренной помехи состоит в том, что в его состав включены усилитель-модулятор и управляемое параметрическое устройство (ПУ), обладающее переменным активным сопротивлением, причем выход генератора преднамеренной помехи подключен к входу усилителя-модулятора, выход усилителя-модулятора подключен к управляющему входу параметрического устройства, а параметрическое устройство подключено к распределенной случайной антенне.

Фиг.1 демонстрирует применение устройства-прототипа для линейного зашумления РСА со сложной многоэтажной структурой, где 1 - РСА в виде разветвленной неоднородной СЛ; 2 - устройство согласования СУ; 3 - генератор ГПП.

Фиг.2 иллюстрирует применение устройства-прототипа: а) - в случае параллельного подключения ГПП с помощью СУ в точках А-А ко входу РСА и выходу ТС - источника КИ-сигнала; б) - в случае последовательного включения ГПП с помощью СУ в точках А-А между входом РСА и выходом ТС - источника КИ-сигнала.

Фиг.3 иллюстрирует структурную схему предлагаемого устройства для информационной защиты РСА, где показано ТС, подключенное к РСА через ПУ, обладающее электрически управляемым активным сопротивлением R_МП(t) - выделено штриховой контурной линией, которое модулируется сигналом МП U_МП(t), поступающим на него от генератора ГПП через усилитель модулятора УМ.

Фиг.4 показывает принципиальную электрическую схему варианта реализации предлагаемого устройства для информационной защиты РСА, соответствующую структурной схеме Фиг.3.

Известное устройство-прототип работает следующим образом.

К СЛ, образующим РСА 1 (см. Фиг.1), через N устройств СУ 2 подключаются генераторы ГПП 3, которые обеспечивают информационную защиту РСА путем формирования вместо циркулирующего в ней КИ-сигнала U_c(t)=U₀(t)cosФ(t) смеси сигнала и шумовой АП вида U_c(t)+U_ш(t)=U₀(t)cosФ(t)+U_ш(t). Типовые варианты подключения ГПП 3 через СУ 2 к РСА 7 в точках А-А, куда также поступает КИ-сигнал от ТС, в котором имеет место утечка КИ в РСА, демонстрирует Фиг.2.

При необходимости уменьшить уровни АП и(или) повысить эффективность защиты РСА, вместо шумовой АП применяют имитирующую помеху U_u(t), которая аналогична по свойствам U_c(t), однако не связана с модулирующими КИ-сигналами. Основным недостатком устройства-прототипа является возможность существенно снизить эффективность информационной защиты РСА путем применения злоумышленником известных из уровня техники [8] методов повышения помехоустойчивости приема смеси КИ-сигнала и шумовой АП вида U_c(t)+U_ш(t)=U₀(t)cosФ(t)+U_ш(t). При использовании имитирующих АП, аналогичных по параметрам КИ-сигналу, информационный ущерб, наносимый злоумышленнику, зависит от точности воспроизведения имитирующей АП параметров КИ-сигналов - которые, одновременно, должны быть лишены КИ-содержания [2-4]. Эти требования противоречат друг другу и существенно усложняют реализацию данного способа информационной защиты РСА. Применение имитирующих АП затрудняет также необходимость постоянной синхронизации помехи с КИ-сигналом. С целью устранения указанных недостатков в предлагаемом изобретении предлагается подвергнуть смесь КИ-сигнала и шумовой АП стохастической AM с помощью МП U₃(t), то есть использовать при информационной защите РСА помехи АП и МП одновременно.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

К точкам А-А, соответствующим схеме Фиг.2б, подключается ПУ в виде мостовой диодной схемы, обладающей электрически управляемым активным сопротивлением RМП(1) в данных точках первой диагонали моста, при этом вторая диагональ моста является управляющим входом ПУ, к которой подключается выход устройства УМ, сочетающего в данном случае функции СУ и модулятора, управляющего сопротивлением ПУ R_МП(t), а на вход УМ подается сигнал от ГПП, как это показано на Фиг.3. Сигнал генератора ГПП, воздействующий через УМ на ПУ, вызывает изменение активного сопротивления ПУ R_МП(t) в точках А-А между ТС и РСА, вследствие чего имеет место AM смеси КИ-сигнала и шумовой АП U_АП(t)=U_ш(t) с помощью МП U_МП(t).

Результатом данной AM является формирование в РСА стохастического КИ-сигнала вида U_Ω(t)cosФ(t)+U_П(t), где амплитуда сигнала U_Ω(t)=k_МПU₀(t)U_МП(t)=k_МП[U_AU_МП(t)+U₁(t)U_МП(t)]; амплитуда помехи U_П(t)=k_МПU_ш(t)U_МП(t). Перемножение при стохастической AM уровней КИ-сигнала и МП, после которого появляется составляющая КИ-сигнала U(t)=U_c(t)·U_МП(t)·k_МП, адекватно формированию искусственным путем интенсивных замираний сигнала при одиночном приеме, которые, как это известно из уровня техники [8], существенно снижают помехоустойчивость приема и, соответственно, увеличивают информационный ущерб для злоумышленника, подключенного к любому побочному каналу утечки КИ.

Фиг.4 иллюстрирует рабочий вариант реализации предлагаемого устройства для информационной защиты РСА, где в качестве РСА выступает сеть электропитания 220 В (см. разделительный трансформатор в верхнем правом углу схемы), в роли ТС - персональная ЭВМ; в роли ГПП - первичный генератор теплового шума; в роли ПУ - диодная мостовая схема VD1.

ЛИТЕРАТУРА

1. Маслов О.Н. Случайные антенны // Электросвязь, №7, 2006. - С.12-15.

2. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. - С.3-41.

3. Изделие П218-1 М // http://www.kalugapribor.ru/print/produce/p218_1 m.html

4. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. - С.320.

5. Маслов О.Н., Шашенков В.Ф. Защита информации: аспект электромагнитной совместимости и безопасности // Вестник связи. 2005. №2. - С.65-72.

6. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1976. - 448 с.

7. Способ определения затухания сигнала в распределенной случайной антенне // Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Патент RU 2393493 С1 от 06.04.2009, опубл. 27.06.2009, бюл. №18.

8. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970. - 728 с.

Устройство для информационной защиты распределенной случайной антенны, защищенной методом линейного зашумления, отличающееся тем, что оно содержит генератор преднамеренной мультипликативной помехи, формирователь модулирующего сигнала и управляемое параметрическое устройство, обладающее переменным активным сопротивлением, причем выход генератора преднамеренной мультипликативной помехи подключен к входу формирователя модулирующего сигнала, выход которого подключен к управляющему входу параметрического устройства, подключенного к распределенной случайной антенне, защищенной методом линейного зашумления, так, чтобы подвергать амплитудной модуляции смесь сигнала конфиденциальной информации и аддитивной помехи в распределенной случайной антенне, защищенной методом линейного зашумления.