Общие вопросы технической защиты информации

Побочные электромагнитные излучения и наводки

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

Термин ПЭМИН (побочные электромагнитные излучения и наводки) появился в конце 60-х - начале 70-х годов при разработке методов предотвращения утечки информации через различного рода демаскирующие и побочные излучения электронного оборудования. В Европе и Канаде для обозначения данного термина используется "compromising emanation" - компрометирующее излучение. Несмотря на то, что проявления ПЭМИН были замечены еще в XVIII веке, полномасштабные исследования начались во время Второй мировой войны, что было обусловлено, в первую очередь, желанием правительств стран-участниц сохранить втайне свою информацию и получить доступ к информации противников. Опасность ПЭМИН с точки зрения защиты информации впервые наглядно была продемонстрирована голландским инженером Вим ван Эку, который в 1985 году опубликовал статью "Электромагнитное излучение видеодисплейных модулей: Риск перехвата?". Статья была посвящена потенциальным методам перехвата композитного сигнала видеомониторов. В марте 1985 года на выставке Securecom-85 в Каннах ван Эк продемонстрировал оборудование для перехвата излучений монитора. Опыт был достаточно прост: в автомобиле, стоящем на улице, был установлен обычный телевизионный приемник с усовершенствованной антенной, на экране которого можно было наблюдать ту же самую картину, которую воспроизводил монитор компьютера в здании рядом с автомобилем. Эксперимент доказал, что перехват информации с монитора возможен с помощью незначительно доработанного обычного телевизионного приемника. Процессы и явления, являющиеся источниками ПЭМИН, можно разделить на четыре вида:

  • не предусмотренные функциями радиосредств и электрических приборов преобразования внешних акустических сигналов в электрические сигналы;
  • побочные низкочастотные излучения;
  • побочные высокочастотные излучения;
  • паразитные связи и наводки.
  • Рассмотрим подробнее каждый из этих видов ПЭМИН.

    Побочные преобразования акустических сигналов в электрические

    Акустоэлектрическими преобразователями называются преобразователи внешних акустических сигналов в электрические. К акустоэлектрическим преобразователям относятся различные элементы, детали и устройства, способные под воздействием давления акустической волны создавать эквивалентные электрические сигналы или изменять свои параметры.

    Классификация акустоэлектрических преобразований по физическим процессам, порождающим опасные сигналы, приведена на рисунке 15.1.

    (рис 15.1) Классификация акустоэлектрических преобразователей

    На выходе активных акустоэлектрических преобразователей под воздействием акустической волны образуются эквивалентные электрические сигналы, пассивные же реагируют лишь изменением своих параметров.

    Рассмотрим пример активного акустоэлектрического преобразования с помощью электродинамического акустоэлектрического преобразователя. Опасные сигналы в преобразователях данного типа возникают за счет электромагнитной индукции при перемещении провода в магнитном поле под воздействием акустической волны, как показано на рис 15.2.

    (рис 15.2) Принцип работы электродинамического акустоэлектрического преобразователя

    Если провод длиной L под действием звуковой волны с давлением P перемещается со скоростью V в магнитном поле с индукцией B, то в нем при условии перпендикулярности силовых магнитных линий проводу и скорости его перемещения, возникает ЭДС величиной $$\varepsilon=L*B*V$$. Так как скорость перемещения провода зависит от давления акустической волны V=PS/Z ( Z- механическое сопротивление, S - площадь провода, на которую воздействует волна), ЭДС так же зависит от параметров акустической волны, то есть модулируется ею.

    В пассивных акустоэлектрических преобразователях под воздействием акустической волны изменятся параметры элементов схем средств. В конечном итоге изменяются и параметры циркулирующих в них электрических сигналов. Чаще всего изменяются индуктивности и емкости электрических цепей.

    Если в электрической цепи есть катушка с витками проволоки, то под воздействием акустической волны может измениться размер катушки и расстояние между витками, что приведет к изменению индуктивности катушки. Далее, если катушка является элементом, задающим частоту генератора, изменение индуктивности вызовет частотную модуляцию сигнала генератора информацией, которая была в акустической волне. Магнитострикция проявляется в изменении магнитных свойств электротехнической стали и ее сплавов при деформации, что приводит к изменению значений индуктивности цепи и модуляции протекающих через нее сигналов.

    К наиболее распространенным случайным акустоэлектрическим преобразователям относятся [15.2]:

  • вызывные устройства телефонных аппаратов;
  • динамические головки громкоговорителей, электромагнитные капсюли телефонных трубок, электрические двигатели бытовых электроприборов;
  • катушки контуров, дросселей, трансформаторов, провода монтажных жгутов, пластины (электроды) конденсаторов;
  • пьезоэлектрические вещества (кварцы генераторов, виброакустические излучатели акустических генераторов помех);
  • ферромагнитные материалы в виде сердечников трансформаторов и дросселей.
  • Опасные сигналы, образованные в результате акустоэлектрического преобразования, могут:

  • распространяться по проводам за пределы контролируемой зоны;
  • излучаться в пространство;
  • модулировать другие сигналы.
  • Опасность акустоэлектрического преобразователя зависит от его чувствительности. Чувствительность есть величина пропорциональная величине сигнала на выходе акустоэлектрического преобразователя (или изменения падающего на нем напряжения) и обратно пропорциональная силе давления акустической волны на чувствительный элемент преобразователя на частоте f=1000 КГц. Чувствительность измеряется в В/Па или мВ/Па.

    Таким образом, в повседневной жизни нас окружают различные устройства, элементы которых могут выступать в качестве акустоэлектрических преобразователей. При этом нельзя пренебрегать опасными сигналами маленьких значений, так как современная техника очень чувствительна и способна улавливать сигналы даже незначительной мощности. Более того, не всегда для извлечения сигнала малой мощности необходима техника с высокой чувствительностью. Рассмотрим телефонную линию, которая постоянно подключена к источнику тока напряжением 60 В. Любые опасные сигналы, в том числе опасные сигналы звонковой цепи в единицы и доли мВ, можно легко отделить с помощью фильтра от 60 В напряжения постоянного тока телефонной линии. После получения опасные сигналы многократно усиливаются, и злоумышленник получает доступ к информации. Необходимо также помнить, что опасные сигналы маленькой мощности могут модулировать более мощные электрические сигналы и поля, тем самым значительно увеличивая дальность своего распространения и вероятность перехвата.

    Низкочастотные и высокочастотные излучения технических средств

    При функционировании радиоэлектронных средств и электрических приборов возникают побочные излучения электромагнитных полей (ЭМ-полей), которые могут содержать защищаемую информацию. Источниками излучений чаще всего являются токопроводящие цепи, содержащие статические или динамические заряды. Носители информации могут попадать в цепи непосредственно в процессе обработки информации, а также через паразитные связи.

    Вид излучения и характер распространения ЭМ-поля зависят от частоты колебания поля и вида излучателя. Различают низкочастотные и высокочастотные опасные излучения.

    Низкочастотными считаются излучения звукового диапазона, источниками которых являются цепи и устройства звукоусилительной аппаратуры (микрофоны, аудиомагнитофоны, телефонные аппараты, кабели между этими устройствами и т.п.).

    К высокочастотным опасным излучениям относятся электромагнитные поля, излучаемые цепями радиоэлектронных средств, по которым распространяются высокочастотные сигналы, содержащие защищаемую информацию. К основным источникам побочных излучений с мощностью, достаточной для выхода сигнала за пределы контролируемой зоны, относятся:

  • гетеродины радио- и телевизионных приемников;
  • генераторы подмагничивания и стирания аудио- и видеомагнитофонов;
  • усилители и логические элементы в режиме паразитной генерации;
  • электронно-лучевые трубки мониторов и телевизоров;
  • элементы ВЧ-навязывания;
  • элементы компьютера, в которых циркулируют сигналы в параллельном коде.
  • К излучающим элементам ВЧ-навязывания относятся радио- и механические элементы, которые модулируют подводимые к ним электрические и радиосигналы:

  • нелинейные элементы, на которые одновременно поступают низкочастотный электрический сигнал и высокочастотный гармонический сигнал. При этом последний модулируется первым.
  • токопроводящие механические конструкции, изменяющие свой размер и переотражающие внешнее ЭМ-поле.
  • В реальной жизни характер распространения электромагнитных волн очень сложен и в общем случае не поддается строгому математическому описанию в виду большого количества влияющих на него факторов (например, отражения ЭМ-волн от многочисленных преград).

    Паразитные связи и наводки

    В радиоэлектронных средствах и электрических приборах наряду с токопроводами, предусмотренными их схемами, возникают побочные пути, по которым распространяются электрические сигналы, в том числе опасные сигналы, возникающие в результате акустоэлектрического преобразования. Эти пути возникают в результате паразитных связей и наводок. Первоисточником их являются поля, создаваемые электрическими зарядами и токами в цепях радиоэлектронных средств и приборов.

    Электрические и магнитные поля создаются постоянными электрическими зарядами и электрическим током в элементах и цепях радиосредств и электрических приборов, электромагнитные поля – зарядами и токами переменной частоты. Поля распространяются в пространстве и воздействуют на элементы и цепи других технических средств и систем. Кроме того для функционирования этих средств и систем необходимо гальваническое соединение их элементов, из-за чего возникают дополнительные пути для передачи сигналов от одних узлов к другим. Поэтому при проектировании технических средств и систем большое внимание уделяется снижению паразитных связей и наводок до допустимых значений. Однако снизить их до нулевых значений не представляется возможным, поэтому любое радиоэлектронное средство и электрический прибор представляют собой потенциальную угрозу с точки зрения защиты информации.

    Выделяют три вида паразитной связи:

  • емкостная – образуется в результате воздействия электрического поля;
  • индуктивная - образуется в результате воздействия магнитного поля;
  • гальваническая – через общее активное сопротивление.
  • Емкостная паразитная связь возникает между любыми двумя элементами схемы: радиоэлементами схемы и корпусом, проводами. При этом она пропорциональна диэлектрической проницаемости среды, диаметру провода и обратно пропорциональна расстоянию между проводами. Модель паразитной емкостной связи представлена рисунке 15.3.

    (рис 15.3) Модель паразитной емкостной связи

    Как уже говорилось ранее, ОТСС и ВТСС располагаются рядом, и, вследствие наличия емкостной паразитной связи, возможна передача защищаемей информации от ОТСС к ВТСС. Для определения величины такой наводки надо знать собственную емкость радиоэлектронного средства или электрического прибора, которую в общем случае можно получить только экспериментальным путем.

    Паразитная индуктивная связь показана на рисунке 15.4.

    (рис 15.4) Модель паразитной индуктивной связи

    Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнитное поле, которое достигает проводников цепи B и наводят на них ЭДС. Эта ЭДС создает в сети В ток, а ток в свою очередь вызывает на нагрузке напряжение наводки – UН. При этом отношение $$\beta=U_a/U_Н$$ называется коэффициентом паразитной индуктивной связи.

    Взаимная индуктивность двух цепей зависит от их конфигурации и взаимного расположения. Естественно, она пропорциональна магнитному полю одной цепи, силовые линии которого пронизывают другую цепь.

    Гальваническая паразитная связь образуется посредством общего сопротивления для нескольких цепей. Модель гальванической паразитной связи изображена на рисунке 15.5

    (рис 15.5) Модель гальванической паразитной связи

    В соответствии с рисунком 15.5 к блоку питания подключены два узла через общие сопротивления Z01, Z02, Z03. Сигнал напряжением UИ 1-го узла создает токи IИ1 и IИ2, в результате которых во втором узле возникает напряжение наводки UН. Отношение $$\beta_r=U_И/U_Н$$ называется коэффициентом паразитной гальванической связи.

    Таким образом, если побочные поля и токи несут в себе защищаемую информацию, то злоумышленник может получить доступ к ней через побочные связи и наводки. При этом возможность утечки зависит от множества факторов: конфигурации, размеров, расположения элементов относительно друг друга. За счет паразитных связей защищаемая информация может передаваться за пределы контролируемой зоны через кабели различных линий и цепей, среди которых наибольшую опасность представляют цепи электропитания, заземления и телефонные линии.

    Средства перехвата радиосигналов

    Перехват электромагнитного, магнитного, электрического полей, а также электрических сигналов с информацией называется радио- и радиотехнической разведкой. К основным этапам перехвата можно отнести следующее:

  • обнаружение сигналов в пространстве, представляющих ценность для злоумышленника;
  • усиление сигналов;
  • анализ технических характеристик принимаемых сигналов и съем информации;
  • определение расположения источников сигналов.
  • Упрощенная схема типового комплекса для перехвата радиосигналов изображена на рисунке 15.6.

    (рис 15.6) Упрощенная схема комплекса для перехвата радиосигналов

    Типовой комплекс для перехвата радиосигналов включает:

  • приемную антенну;
  • радиоприемник;
  • анализатор технических характеристик сигнала;
  • радиопеленгатор;
  • регистрирующее устройство.
  • Антенна предназначена для пространственной селекции и преобразования ЭМ-волны в эквивалентные электрические сигналы. К основным характеристикам антенн можно отнести диаграмму направленности, коэффициент полезного действия, полосу частот, коэффициент направленного действия.

    В радиоприемнике происходят поиск и отбор сигналов по частоте, усиление и демодуляция выделенных сигналов, усиление и обработка демодулированных сигналов. Для анализа радиосигналов после частотной селекции и усиления они подаются на входы измерительной аппаратуры анализатора, определяющие параметры сигналов: частота, вид модуляции, структура кода и т.п.

    Радиопеленгатор предназначен для определения направления на источник излучения и определения его координат.

    К средствам радио- и радиотехнической разведки относятся[15.6]:

  • портативные сканирующие приемники, различного вида цифровые анализаторы спектра, селективные микровольтметры, радиотестеры и комплексы для измерения параметров приемопередающих устройств и т.п.;
  • специальные средства для контроля радиотелефонов и сотовой связи;
  • программно-аппаратные комплексы, построенные на базе сканерных приемников;
  • портативные радиопеленгаторы и т.п.
  • Наиболее широко для ведения радиоразведки применяются сканирующие приемники. Они делятся в зависимости от размера на переносимые (портативные) и перевозимые. Переносимыми являются приемники маленьких размеров и веса (150…350г) с автономным источником питания. Несмотря на свои незначительные габариты и вес, подобные приемники позволяют вести разведку и контроль в диапазоне частот от 100...500 кГц до 1300 МГц, а некоторые – до 2060 МГц ("HSC-050"). Портативные сканирующие приемники имеют от 100 до 1000 каналов памяти и обеспечивают скорость сканирования от 20 до 30 каналов за секунду при шаге перестройки от 50...500 Гц до 50...1000 кГц. Некоторые типы приемников, например AR-2700, AR-8000, IC-R20, IC-R10, могут управляться компьютером. На рисунках 15.7 и 15.8 показан внешний вид переносимого сканирующего приемника.

    (рис 15.7) Портативный сканирующий приемник АR-8000 (рис 15.8) Портативный сканирующий приемник IC-R20

    Портативный сканирующий приемник IC-R20 фирмы Icom, изображенный на рисунке 15.9, пришел на смену очень популярной модели IC-R10. Данное устройство воплотило в себе все современные достижения в области радиоприема, что позволило добиться высокого качества приема сигналов с модуляцией всех видов. Интересной особенностью данного приемника является возможность двойного приема – то есть можно одновременно следить за двумя частотами, в то время как раньше для этого требовалось использовать два приемника. Вес IC-R20 – 320 грамм.

    Перевозимые сканирующие приемники отличаются от портативных большими размерами и весом (от 1,2 до 6,8 кг). Вместе с увеличением габаритов увеличиваются и функциональные возможности приемников. Почти все перевозимые сканирующие приемники имеют возможность управления с ПЭВМ. Внешний вид перевозимого сканирующего приемника показан на рис 15.9.

    (рис 15.9) Сканирующий приемник AR-3000A

    Сканирующие приемники (как переносимые, так и перевозимые) могут работать в одном из следующих режимов:

  • режим автоматического сканирования в заданном диапазоне частот;
  • режим автоматического сканирования по фиксированным частотам;
  • ручной режим работы.
  • Первый режим является основным при выявлении частот работающих радиоэлектронных устройств. В этом режиме устанавливаются начальная и конечная частоты сканирования, шаг перестройки по частоте и вид модуляции. Как правило, имеются несколько программируемых частотных диапазонов, в которых осуществляется сканирование. Например, для AR-3000А их четыре, а для AR-8000 — двадцать. Оперативное переключение между заданными частотными диапазонами осуществляется с помощью функциональных клавиш.

    В данном режиме работы возможно осуществление сканирования диапазона с пропуском частот, хранящихся в специально выделенных для этой цели каналах памяти. Такие каналы часто называют маскированными. Функция пропуска частот включается при установке режима сканирования и используется для сокращения времени сканирования диапазона. В этом случае в блок памяти, как правило, записываются частоты постоянно работающих в данном районе радиостанций, которые с точки зрения злоумышленника не представляют интереса. Например, частоты, выделенные для телевизионных и радиовещательных станций.

    Использование второго режима актуально, если известны частоты, на которых работают интересующие злоумышленника приборы. В приемнике существуют, так называемые, каналы памяти, куда записывается частота и вид модуляции. Сканирование каналов памяти осуществляется последовательно.

    Третий режим применяется для детального сканирования диапазона частот в ручном режиме. Ручной режим в данном случае означает, что перестройка частоты осуществляется с помощью ручки с выбранным шагом перестройки.

    Наряду со сканирующими приемниками для радиотехнической разведки могут использоваться анализаторы спектра, радиотестеры, радиочастотомеры и интерсепторы.

    Анализаторы спектра позволяют принимать и анализировать структуру сигналов в очень широком диапазоне частот. Портативные анализаторы спектра весят в среднем от 9.5 до 20 кг. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, точность измерения параметров сигналов очень высокая. Чувствительность составляет 125...145 Дб. Почти все анализаторы спектра имеют встроенные AM/FM детекторы. Внешний вид анализатора спектра приведен на рисунке 15.10.

    (рис 15.10) Анализатор спектра RSA5103A фирмы Tektronix

    Анализаторы спектра являются достаточно дорогостоящими устройствами. Так, представленный на рисунке 15.10 анализатор стоит порядка 1.5 миллиона рублей.

    Радиотестеры – это специальные приборы контроля радиосвязи. В состав таких приборов входят: анализатор спектра, цифровой запоминающий осциллограф, устройство кодирования и декодирования вызывных последовательностей, память для ввода данных, генератор сигналов и т.д.

    Радиотестеры работают со всеми типами модуляций (в том числе и однополосной) в симплексном и дуплексном режимах, проводят спектральный и гармонический анализы сигналов, измеряют амплитудно-частотные характеристики и выполняют другие операции.

    Приборы имеют стандартные интерфейсы для подключения к ПЭВМ или принтеру, что позволяет документировать результаты измерений. Они удобны для использования - имеют цифровой дисплей, на котором дается вся необходимая информация о входных параметрах. Их можно переносить и устанавливать не только в помещениях, но и на автомашинах. Ряд сменных блоков и программное обеспечение расширяют функциональные возможности приборов, например, позволяют проводить анализ данных в системах кодирования передач данных[15.6].

    (рис 15.11) Радиотестер STABILOCK 4032

    Радиотестер STABILOCK4032(рис 15.11) может оснащаться как программными, так и аппаратными опциями. О н позволяет измерять параметры более 40 типов сетей подвижной радиосвязи практически всех существующих стандартов (сотовых: GSM 900/1800, DECT, NMT, AMPS, DAMPS, CDMA, MPT 1527, TETRA, POCSAG и т.д.).

    Анализатор STABILOCK4032 объединяет функции большого количества приборов:

  • Генератор НЧ и ВЧ сигналов;
  • Тестовый приемник;
  • Анализатор спектра и цифровой осциллограф;
  • Счетчик радио- и звуковой частоты;
  • Измеритель ВЧ мощности и мощности звуковой частоты;
  • Измеритель модуляции (АМ, ЧМ, ФМ), девиации, отношения с/ш, КСВН, относительного уровня сигнала;
  • Кодер/декодер вызывных последовательностей служебных сигналов;
  • Среднеквадратичный вольтметр и вольтметр постоянного тока.
  • Устройство имеет встроенный язык программирования, который позволяет пользователю (в том числе злоумышленнику) гибко создавать любые процедуры измерений и в дальнейшем использовать его для длительных измерений без своего участия.

    Для определения частот работы радиоэлектронных средств могут использоваться портативные ручные радиочастотомеры. Они позволяют практически мгновенно определять частоту сигналов в диапазоне от 1МГц до 3 ГГц. Чувствительность радиочастотомеров составляет от 0,6 до 60 мВ. Наибольшую популярность приобрели радиочастотометры фирмы "Optoelectronics" : "Scout", "Power Counter" ,"M1" и т.д.

    (рис 15.12) Радиочастотометр M1 фирмы "Optoelectronics"

    Для того чтобы перехватить разговоры в радиочастотном диапазоне ближней зоны, злоумышленник может воспользоваться интерсептором. В отличие от других рассмотренных выше устройств, интерсептор автоматически настраивается на частоту наиболее мощного сигнала. На рисунке 15.13 изображен интерсептор фирмы "Optoelectronics" Xplorer. Прибор позволяет детектировать сигнал в диапазоне частот от 30 МГц до 2 ГГц и прослушать его через динамик. Чувствительность приемника позволяет перехватывать разговоры, ведущиеся с использованием портативных радиостанций, на расстоянии до 400 м. Приемник имеет размеры 140x70x40 мм и вес 250 г.

    (рис 15.13) Интерсептор Xplorer фирмы "Optoelectronics"

    Следует отметить, что наибольшую угрозу представляет использование представленных выше технических средств в комплексе с ЭВМ. ЭВМ позволяет существенно расширить возможности злоумышленника по обработке и анализу сигналов. В основном используются программно-аппаратные комплексы, построенные на базе сканирующих приемников.

    (рис 15.14) RS turbo Mobile L

    Представленный на рисунке 15.14 автоматизированный комплекс RS turbo Mobile L предназначен для проведения радиомониторинга может быть использован как для контроля за каналами утечки информации, так и для радиоразведки. Комплекс построен на базе сканирующего приемника AR5000. Диапазон контролируемых частот - 0,01-3000 МГц. Комплекс допускает подключение удаленных устройств: генераторов, акустических систем, конверторов и т.д. Вся информация о сигналах помещается в компьютерную базу данных, которая в процессе эксплуатации системы заполняется автоматически без участия оператора. Имеется возможность визуального наблюдения сигналов в реальном времени в широкой и узкой полосах.

    Следует отметить, что радиоразведка является одной из самых дорогих, уступая лишь лазерной разведке. Если мини-диктофон можно купить за 20 долларов, то самый простейший анализатор частоты стоит порядка 200 долларов, а программно-аппаратные комплексы радиомониторинга – от 500 000 рублей и выше.

    Относительная "трудность" анализа ПЭМИН и высокая цена технических средств радиоразведки привели к появлению устоявшегося мнения о том, что утечка информации через ПЭМИН маловероятна и не требует мер по устранению. Как следствие, руководители организаций обращают недостаточно внимания данному вопросу при построении системы защиты, ориентируясь, прежде всего, на защиту информации от НСД. Тем не менее, на законодательном уровне Российской Федерации определены случаи, когда организация защиты информации от утечки через ПЭМИН необходима, в частности, для гостайны. В то же время пример ученого Вим ван Эку, рассмотренный нами в начале лекции, показал, что можно получить доступ к информации без значительных финансовых затрат и усилий.

    Страницы:

    Термин ПЭМИН (побочные электромагнитные излучения и наводки) появился в конце 60-х - начале 70-х годов при разработке методов предотвращения утечки информации через различного рода демаскирующие и побочные излучения электронного оборудования. В Европе и Канаде для обозначения данного термина используется "compromising emanation" - компрометирующее излучение. Несмотря на то, что проявления ПЭМИН были замечены еще в XVIII веке, полномасштабные исследования начались во время Второй мировой войны, что было обусловлено, в первую очередь, желанием правительств стран-участниц сохранить втайне свою информацию и получить доступ к информации противников. Опасность ПЭМИН с точки зрения защиты информации впервые наглядно была продемонстрирована голландским инженером Вим ван Эку, который в 1985 году опубликовал статью "Электромагнитное излучение видеодисплейных модулей: Риск перехвата?". Статья была посвящена потенциальным методам перехвата композитного сигнала видеомониторов. В марте 1985 года на выставке Securecom-85 в Каннах ван Эк продемонстрировал оборудование для перехвата излучений монитора. Опыт был достаточно прост: в автомобиле, стоящем на улице, был установлен обычный телевизионный приемник с усовершенствованной антенной, на экране которого можно было наблюдать ту же самую картину, которую воспроизводил монитор компьютера в здании рядом с автомобилем. Эксперимент доказал, что перехват информации с монитора возможен с помощью незначительно доработанного обычного телевизионного приемника. Процессы и явления, являющиеся источниками ПЭМИН, можно разделить на четыре вида:

  • не предусмотренные функциями радиосредств и электрических приборов преобразования внешних акустических сигналов в электрические сигналы;
  • побочные низкочастотные излучения;
  • побочные высокочастотные излучения;
  • паразитные связи и наводки.
  • Рассмотрим подробнее каждый из этих видов ПЭМИН.

    Побочные преобразования акустических сигналов в электрические

    Акустоэлектрическими преобразователями называются преобразователи внешних акустических сигналов в электрические. К акустоэлектрическим преобразователям относятся различные элементы, детали и устройства, способные под воздействием давления акустической волны создавать эквивалентные электрические сигналы или изменять свои параметры.

    Классификация акустоэлектрических преобразований по физическим процессам, порождающим опасные сигналы, приведена на рисунке 15.1.

    (рис 15.1) Классификация акустоэлектрических преобразователей

    На выходе активных акустоэлектрических преобразователей под воздействием акустической волны образуются эквивалентные электрические сигналы, пассивные же реагируют лишь изменением своих параметров.

    Рассмотрим пример активного акустоэлектрического преобразования с помощью электродинамического акустоэлектрического преобразователя. Опасные сигналы в преобразователях данного типа возникают за счет электромагнитной индукции при перемещении провода в магнитном поле под воздействием акустической волны, как показано на рис 15.2.

    (рис 15.2) Принцип работы электродинамического акустоэлектрического преобразователя

    Если провод длиной L под действием звуковой волны с давлением P перемещается со скоростью V в магнитном поле с индукцией B, то в нем при условии перпендикулярности силовых магнитных линий проводу и скорости его перемещения, возникает ЭДС величиной $$\varepsilon=L*B*V$$. Так как скорость перемещения провода зависит от давления акустической волны V=PS/Z ( Z- механическое сопротивление, S - площадь провода, на которую воздействует волна), ЭДС так же зависит от параметров акустической волны, то есть модулируется ею.

    В пассивных акустоэлектрических преобразователях под воздействием акустической волны изменятся параметры элементов схем средств. В конечном итоге изменяются и параметры циркулирующих в них электрических сигналов. Чаще всего изменяются индуктивности и емкости электрических цепей.

    Если в электрической цепи есть катушка с витками проволоки, то под воздействием акустической волны может измениться размер катушки и расстояние между витками, что приведет к изменению индуктивности катушки. Далее, если катушка является элементом, задающим частоту генератора, изменение индуктивности вызовет частотную модуляцию сигнала генератора информацией, которая была в акустической волне. Магнитострикция проявляется в изменении магнитных свойств электротехнической стали и ее сплавов при деформации, что приводит к изменению значений индуктивности цепи и модуляции протекающих через нее сигналов.

    К наиболее распространенным случайным акустоэлектрическим преобразователям относятся [15.2]:

  • вызывные устройства телефонных аппаратов;
  • динамические головки громкоговорителей, электромагнитные капсюли телефонных трубок, электрические двигатели бытовых электроприборов;
  • катушки контуров, дросселей, трансформаторов, провода монтажных жгутов, пластины (электроды) конденсаторов;
  • пьезоэлектрические вещества (кварцы генераторов, виброакустические излучатели акустических генераторов помех);
  • ферромагнитные материалы в виде сердечников трансформаторов и дросселей.
  • Опасные сигналы, образованные в результате акустоэлектрического преобразования, могут:

  • распространяться по проводам за пределы контролируемой зоны;
  • излучаться в пространство;
  • модулировать другие сигналы.
  • Опасность акустоэлектрического преобразователя зависит от его чувствительности. Чувствительность есть величина пропорциональная величине сигнала на выходе акустоэлектрического преобразователя (или изменения падающего на нем напряжения) и обратно пропорциональная силе давления акустической волны на чувствительный элемент преобразователя на частоте f=1000 КГц. Чувствительность измеряется в В/Па или мВ/Па.

    Таким образом, в повседневной жизни нас окружают различные устройства, элементы которых могут выступать в качестве акустоэлектрических преобразователей. При этом нельзя пренебрегать опасными сигналами маленьких значений, так как современная техника очень чувствительна и способна улавливать сигналы даже незначительной мощности. Более того, не всегда для извлечения сигнала малой мощности необходима техника с высокой чувствительностью. Рассмотрим телефонную линию, которая постоянно подключена к источнику тока напряжением 60 В. Любые опасные сигналы, в том числе опасные сигналы звонковой цепи в единицы и доли мВ, можно легко отделить с помощью фильтра от 60 В напряжения постоянного тока телефонной линии. После получения опасные сигналы многократно усиливаются, и злоумышленник получает доступ к информации. Необходимо также помнить, что опасные сигналы маленькой мощности могут модулировать более мощные электрические сигналы и поля, тем самым значительно увеличивая дальность своего распространения и вероятность перехвата.

    Низкочастотные и высокочастотные излучения технических средств

    При функционировании радиоэлектронных средств и электрических приборов возникают побочные излучения электромагнитных полей (ЭМ-полей), которые могут содержать защищаемую информацию. Источниками излучений чаще всего являются токопроводящие цепи, содержащие статические или динамические заряды. Носители информации могут попадать в цепи непосредственно в процессе обработки информации, а также через паразитные связи.

    Вид излучения и характер распространения ЭМ-поля зависят от частоты колебания поля и вида излучателя. Различают низкочастотные и высокочастотные опасные излучения.

    Низкочастотными считаются излучения звукового диапазона, источниками которых являются цепи и устройства звукоусилительной аппаратуры (микрофоны, аудиомагнитофоны, телефонные аппараты, кабели между этими устройствами и т.п.).

    К высокочастотным опасным излучениям относятся электромагнитные поля, излучаемые цепями радиоэлектронных средств, по которым распространяются высокочастотные сигналы, содержащие защищаемую информацию. К основным источникам побочных излучений с мощностью, достаточной для выхода сигнала за пределы контролируемой зоны, относятся:

  • гетеродины радио- и телевизионных приемников;
  • генераторы подмагничивания и стирания аудио- и видеомагнитофонов;
  • усилители и логические элементы в режиме паразитной генерации;
  • электронно-лучевые трубки мониторов и телевизоров;
  • элементы ВЧ-навязывания;
  • элементы компьютера, в которых циркулируют сигналы в параллельном коде.
  • К излучающим элементам ВЧ-навязывания относятся радио- и механические элементы, которые модулируют подводимые к ним электрические и радиосигналы:

  • нелинейные элементы, на которые одновременно поступают низкочастотный электрический сигнал и высокочастотный гармонический сигнал. При этом последний модулируется первым.
  • токопроводящие механические конструкции, изменяющие свой размер и переотражающие внешнее ЭМ-поле.
  • В реальной жизни характер распространения электромагнитных волн очень сложен и в общем случае не поддается строгому математическому описанию в виду большого количества влияющих на него факторов (например, отражения ЭМ-волн от многочисленных преград).

    Паразитные связи и наводки

    В радиоэлектронных средствах и электрических приборах наряду с токопроводами, предусмотренными их схемами, возникают побочные пути, по которым распространяются электрические сигналы, в том числе опасные сигналы, возникающие в результате акустоэлектрического преобразования. Эти пути возникают в результате паразитных связей и наводок. Первоисточником их являются поля, создаваемые электрическими зарядами и токами в цепях радиоэлектронных средств и приборов.

    Электрические и магнитные поля создаются постоянными электрическими зарядами и электрическим током в элементах и цепях радиосредств и электрических приборов, электромагнитные поля – зарядами и токами переменной частоты. Поля распространяются в пространстве и воздействуют на элементы и цепи других технических средств и систем. Кроме того для функционирования этих средств и систем необходимо гальваническое соединение их элементов, из-за чего возникают дополнительные пути для передачи сигналов от одних узлов к другим. Поэтому при проектировании технических средств и систем большое внимание уделяется снижению паразитных связей и наводок до допустимых значений. Однако снизить их до нулевых значений не представляется возможным, поэтому любое радиоэлектронное средство и электрический прибор представляют собой потенциальную угрозу с точки зрения защиты информации.

    Выделяют три вида паразитной связи:

  • емкостная – образуется в результате воздействия электрического поля;
  • индуктивная - образуется в результате воздействия магнитного поля;
  • гальваническая – через общее активное сопротивление.
  • Емкостная паразитная связь возникает между любыми двумя элементами схемы: радиоэлементами схемы и корпусом, проводами. При этом она пропорциональна диэлектрической проницаемости среды, диаметру провода и обратно пропорциональна расстоянию между проводами. Модель паразитной емкостной связи представлена рисунке 15.3.

    (рис 15.3) Модель паразитной емкостной связи

    Как уже говорилось ранее, ОТСС и ВТСС располагаются рядом, и, вследствие наличия емкостной паразитной связи, возможна передача защищаемей информации от ОТСС к ВТСС. Для определения величины такой наводки надо знать собственную емкость радиоэлектронного средства или электрического прибора, которую в общем случае можно получить только экспериментальным путем.

    Паразитная индуктивная связь показана на рисунке 15.4.

    (рис 15.4) Модель паразитной индуктивной связи

    Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнитное поле, которое достигает проводников цепи B и наводят на них ЭДС. Эта ЭДС создает в сети В ток, а ток в свою очередь вызывает на нагрузке напряжение наводки – UН. При этом отношение $$\beta=U_a/U_Н$$ называется коэффициентом паразитной индуктивной связи.

    Взаимная индуктивность двух цепей зависит от их конфигурации и взаимного расположения. Естественно, она пропорциональна магнитному полю одной цепи, силовые линии которого пронизывают другую цепь.

    Гальваническая паразитная связь образуется посредством общего сопротивления для нескольких цепей. Модель гальванической паразитной связи изображена на рисунке 15.5

    (рис 15.5) Модель гальванической паразитной связи

    В соответствии с рисунком 15.5 к блоку питания подключены два узла через общие сопротивления Z01, Z02, Z03. Сигнал напряжением UИ 1-го узла создает токи IИ1 и IИ2, в результате которых во втором узле возникает напряжение наводки UН. Отношение $$\beta_r=U_И/U_Н$$ называется коэффициентом паразитной гальванической связи.

    Таким образом, если побочные поля и токи несут в себе защищаемую информацию, то злоумышленник может получить доступ к ней через побочные связи и наводки. При этом возможность утечки зависит от множества факторов: конфигурации, размеров, расположения элементов относительно друг друга. За счет паразитных связей защищаемая информация может передаваться за пределы контролируемой зоны через кабели различных линий и цепей, среди которых наибольшую опасность представляют цепи электропитания, заземления и телефонные линии.

    Средства перехвата радиосигналов

    Перехват электромагнитного, магнитного, электрического полей, а также электрических сигналов с информацией называется радио- и радиотехнической разведкой. К основным этапам перехвата можно отнести следующее:

  • обнаружение сигналов в пространстве, представляющих ценность для злоумышленника;
  • усиление сигналов;
  • анализ технических характеристик принимаемых сигналов и съем информации;
  • определение расположения источников сигналов.
  • Упрощенная схема типового комплекса для перехвата радиосигналов изображена на рисунке 15.6.

    (рис 15.6) Упрощенная схема комплекса для перехвата радиосигналов

    Типовой комплекс для перехвата радиосигналов включает:

  • приемную антенну;
  • радиоприемник;
  • анализатор технических характеристик сигнала;
  • радиопеленгатор;
  • регистрирующее устройство.
  • Антенна предназначена для пространственной селекции и преобразования ЭМ-волны в эквивалентные электрические сигналы. К основным характеристикам антенн можно отнести диаграмму направленности, коэффициент полезного действия, полосу частот, коэффициент направленного действия.

    В радиоприемнике происходят поиск и отбор сигналов по частоте, усиление и демодуляция выделенных сигналов, усиление и обработка демодулированных сигналов. Для анализа радиосигналов после частотной селекции и усиления они подаются на входы измерительной аппаратуры анализатора, определяющие параметры сигналов: частота, вид модуляции, структура кода и т.п.

    Радиопеленгатор предназначен для определения направления на источник излучения и определения его координат.

    К средствам радио- и радиотехнической разведки относятся[15.6]:

  • портативные сканирующие приемники, различного вида цифровые анализаторы спектра, селективные микровольтметры, радиотестеры и комплексы для измерения параметров приемопередающих устройств и т.п.;
  • специальные средства для контроля радиотелефонов и сотовой связи;
  • программно-аппаратные комплексы, построенные на базе сканерных приемников;
  • портативные радиопеленгаторы и т.п.
  • Наиболее широко для ведения радиоразведки применяются сканирующие приемники. Они делятся в зависимости от размера на переносимые (портативные) и перевозимые. Переносимыми являются приемники маленьких размеров и веса (150…350г) с автономным источником питания. Несмотря на свои незначительные габариты и вес, подобные приемники позволяют вести разведку и контроль в диапазоне частот от 100...500 кГц до 1300 МГц, а некоторые – до 2060 МГц ("HSC-050"). Портативные сканирующие приемники имеют от 100 до 1000 каналов памяти и обеспечивают скорость сканирования от 20 до 30 каналов за секунду при шаге перестройки от 50...500 Гц до 50...1000 кГц. Некоторые типы приемников, например AR-2700, AR-8000, IC-R20, IC-R10, могут управляться компьютером. На рисунках 15.7 и 15.8 показан внешний вид переносимого сканирующего приемника.

    (рис 15.7) Портативный сканирующий приемник АR-8000 (рис 15.8) Портативный сканирующий приемник IC-R20

    Портативный сканирующий приемник IC-R20 фирмы Icom, изображенный на рисунке 15.9, пришел на смену очень популярной модели IC-R10. Данное устройство воплотило в себе все современные достижения в области радиоприема, что позволило добиться высокого качества приема сигналов с модуляцией всех видов. Интересной особенностью данного приемника является возможность двойного приема – то есть можно одновременно следить за двумя частотами, в то время как раньше для этого требовалось использовать два приемника. Вес IC-R20 – 320 грамм.

    Перевозимые сканирующие приемники отличаются от портативных большими размерами и весом (от 1,2 до 6,8 кг). Вместе с увеличением габаритов увеличиваются и функциональные возможности приемников. Почти все перевозимые сканирующие приемники имеют возможность управления с ПЭВМ. Внешний вид перевозимого сканирующего приемника показан на рис 15.9.

    (рис 15.9) Сканирующий приемник AR-3000A

    Сканирующие приемники (как переносимые, так и перевозимые) могут работать в одном из следующих режимов:

  • режим автоматического сканирования в заданном диапазоне частот;
  • режим автоматического сканирования по фиксированным частотам;
  • ручной режим работы.
  • Первый режим является основным при выявлении частот работающих радиоэлектронных устройств. В этом режиме устанавливаются начальная и конечная частоты сканирования, шаг перестройки по частоте и вид модуляции. Как правило, имеются несколько программируемых частотных диапазонов, в которых осуществляется сканирование. Например, для AR-3000А их четыре, а для AR-8000 — двадцать. Оперативное переключение между заданными частотными диапазонами осуществляется с помощью функциональных клавиш.

    В данном режиме работы возможно осуществление сканирования диапазона с пропуском частот, хранящихся в специально выделенных для этой цели каналах памяти. Такие каналы часто называют маскированными. Функция пропуска частот включается при установке режима сканирования и используется для сокращения времени сканирования диапазона. В этом случае в блок памяти, как правило, записываются частоты постоянно работающих в данном районе радиостанций, которые с точки зрения злоумышленника не представляют интереса. Например, частоты, выделенные для телевизионных и радиовещательных станций.

    Использование второго режима актуально, если известны частоты, на которых работают интересующие злоумышленника приборы. В приемнике существуют, так называемые, каналы памяти, куда записывается частота и вид модуляции. Сканирование каналов памяти осуществляется последовательно.

    Третий режим применяется для детального сканирования диапазона частот в ручном режиме. Ручной режим в данном случае означает, что перестройка частоты осуществляется с помощью ручки с выбранным шагом перестройки.

    Наряду со сканирующими приемниками для радиотехнической разведки могут использоваться анализаторы спектра, радиотестеры, радиочастотомеры и интерсепторы.

    Анализаторы спектра позволяют принимать и анализировать структуру сигналов в очень широком диапазоне частот. Портативные анализаторы спектра весят в среднем от 9.5 до 20 кг. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, точность измерения параметров сигналов очень высокая. Чувствительность составляет 125...145 Дб. Почти все анализаторы спектра имеют встроенные AM/FM детекторы. Внешний вид анализатора спектра приведен на рисунке 15.10.

    (рис 15.10) Анализатор спектра RSA5103A фирмы Tektronix

    Анализаторы спектра являются достаточно дорогостоящими устройствами. Так, представленный на рисунке 15.10 анализатор стоит порядка 1.5 миллиона рублей.

    Радиотестеры – это специальные приборы контроля радиосвязи. В состав таких приборов входят: анализатор спектра, цифровой запоминающий осциллограф, устройство кодирования и декодирования вызывных последовательностей, память для ввода данных, генератор сигналов и т.д.

    Радиотестеры работают со всеми типами модуляций (в том числе и однополосной) в симплексном и дуплексном режимах, проводят спектральный и гармонический анализы сигналов, измеряют амплитудно-частотные характеристики и выполняют другие операции.

    Приборы имеют стандартные интерфейсы для подключения к ПЭВМ или принтеру, что позволяет документировать результаты измерений. Они удобны для использования - имеют цифровой дисплей, на котором дается вся необходимая информация о входных параметрах. Их можно переносить и устанавливать не только в помещениях, но и на автомашинах. Ряд сменных блоков и программное обеспечение расширяют функциональные возможности приборов, например, позволяют проводить анализ данных в системах кодирования передач данных[15.6].

    (рис 15.11) Радиотестер STABILOCK 4032

    Радиотестер STABILOCK4032(рис 15.11) может оснащаться как программными, так и аппаратными опциями. О н позволяет измерять параметры более 40 типов сетей подвижной радиосвязи практически всех существующих стандартов (сотовых: GSM 900/1800, DECT, NMT, AMPS, DAMPS, CDMA, MPT 1527, TETRA, POCSAG и т.д.).

    Анализатор STABILOCK4032 объединяет функции большого количества приборов:

  • Генератор НЧ и ВЧ сигналов;
  • Тестовый приемник;
  • Анализатор спектра и цифровой осциллограф;
  • Счетчик радио- и звуковой частоты;
  • Измеритель ВЧ мощности и мощности звуковой частоты;
  • Измеритель модуляции (АМ, ЧМ, ФМ), девиации, отношения с/ш, КСВН, относительного уровня сигнала;
  • Кодер/декодер вызывных последовательностей служебных сигналов;
  • Среднеквадратичный вольтметр и вольтметр постоянного тока.
  • Устройство имеет встроенный язык программирования, который позволяет пользователю (в том числе злоумышленнику) гибко создавать любые процедуры измерений и в дальнейшем использовать его для длительных измерений без своего участия.

    Для определения частот работы радиоэлектронных средств могут использоваться портативные ручные радиочастотомеры. Они позволяют практически мгновенно определять частоту сигналов в диапазоне от 1МГц до 3 ГГц. Чувствительность радиочастотомеров составляет от 0,6 до 60 мВ. Наибольшую популярность приобрели радиочастотометры фирмы "Optoelectronics" : "Scout", "Power Counter" ,"M1" и т.д.

    (рис 15.12) Радиочастотометр M1 фирмы "Optoelectronics"

    Для того чтобы перехватить разговоры в радиочастотном диапазоне ближней зоны, злоумышленник может воспользоваться интерсептором. В отличие от других рассмотренных выше устройств, интерсептор автоматически настраивается на частоту наиболее мощного сигнала. На рисунке 15.13 изображен интерсептор фирмы "Optoelectronics" Xplorer. Прибор позволяет детектировать сигнал в диапазоне частот от 30 МГц до 2 ГГц и прослушать его через динамик. Чувствительность приемника позволяет перехватывать разговоры, ведущиеся с использованием портативных радиостанций, на расстоянии до 400 м. Приемник имеет размеры 140x70x40 мм и вес 250 г.

    (рис 15.13) Интерсептор Xplorer фирмы "Optoelectronics"

    Следует отметить, что наибольшую угрозу представляет использование представленных выше технических средств в комплексе с ЭВМ. ЭВМ позволяет существенно расширить возможности злоумышленника по обработке и анализу сигналов. В основном используются программно-аппаратные комплексы, построенные на базе сканирующих приемников.

    (рис 15.14) RS turbo Mobile L

    Представленный на рисунке 15.14 автоматизированный комплекс RS turbo Mobile L предназначен для проведения радиомониторинга может быть использован как для контроля за каналами утечки информации, так и для радиоразведки. Комплекс построен на базе сканирующего приемника AR5000. Диапазон контролируемых частот - 0,01-3000 МГц. Комплекс допускает подключение удаленных устройств: генераторов, акустических систем, конверторов и т.д. Вся информация о сигналах помещается в компьютерную базу данных, которая в процессе эксплуатации системы заполняется автоматически без участия оператора. Имеется возможность визуального наблюдения сигналов в реальном времени в широкой и узкой полосах.

    Следует отметить, что радиоразведка является одной из самых дорогих, уступая лишь лазерной разведке. Если мини-диктофон можно купить за 20 долларов, то самый простейший анализатор частоты стоит порядка 200 долларов, а программно-аппаратные комплексы радиомониторинга – от 500 000 рублей и выше.

    Относительная "трудность" анализа ПЭМИН и высокая цена технических средств радиоразведки привели к появлению устоявшегося мнения о том, что утечка информации через ПЭМИН маловероятна и не требует мер по устранению. Как следствие, руководители организаций обращают недостаточно внимания данному вопросу при построении системы защиты, ориентируясь, прежде всего, на защиту информации от НСД. Тем не менее, на законодательном уровне Российской Федерации определены случаи, когда организация защиты информации от утечки через ПЭМИН необходима, в частности, для гостайны. В то же время пример ученого Вим ван Эку, рассмотренный нами в начале лекции, показал, что можно получить доступ к информации без значительных финансовых затрат и усилий.

    Вернуться к учебному плану