|
|
Исследования побочных электромагнитных излучений технических средств
Михалев Л.А., ведущий научный сотрудник ГП "ВНИИФТРИ";
Новичков И.С., заместитель директора ФАИБ; Сергеев А.А., генеральный директор ФГУП НПП "Гамма"; Сталенков С.Е., генеральный директор НПЦ Фирма "НЕЛК"
|
| Начало » Перехват и защита информации
|
| Разместил: |
Вебмастер  |
| Полезные ссылки |
1. http://www.nelk.ru/
|
|
|
Требования к измерительной аппаратуре
Уже хрестоматийным стал пример эффектной демонстрации в 1985 году возможностей радиоперехвата изображений с компьютерного дисплея. Участники Международного конгресса по вопросам безопасности ЭВМ, проходившего в Каннах, были буквально ошеломлены тем, что с помощью довольно простого устройства, размещённого в припаркованном автомобиле, была снята информация с дисплея, находившегося на восьмом этаже здания на расстоянии около ста метров от пункта перехвата. Причина утечки информации в наше время известна даже неспециалистам. Это побочные электромагнитные излучения (ПЭМИ) - докучливые, но неизбежные спутники любых устройств, в которых протекает электрический ток.
ПЭМИ - одна из главных причин существования проблемы электромагнитной совместимости технических средств. Поэтому выявление и инструментальный контроль ПЭМИ всегда входили в число важных задач органов радиоконтроля и лиц, связанных с разработкой и эксплуатацией этих средств.
В случаях, когда технические средства применяются для обработки информации ограниченного доступа, наибольшую актуальность имеют вопросы, связанные с информативными ПЭМИ и наводками информативных сигналов на токопроводящие цепи. Под ними понимают ПЭМИ и наводки, которые содержат сведения об обрабатываемой информации и могут быть перехвачены заинтересованными лицами.
Проблема утечки информации через ПЭМИ технических средств впервые обратила на себя внимание специалистов ещё в начале ХХ века, однако всестороннее изучение информативных ПЭМИ началось лишь в конце 40-х - начале 50-х годов [1]. Подавляющее большинство исследований носило закрытый характер, и только с середины 80-х годов стало возрастать количество открытых публикаций по этой теме.
Сравнительная простота и скрытность добывания информации за счёт перехвата информативных ПЭМИ и наводок, постоянное совершенствование техники перехвата и алгоритмов выделения информативных сигналов заставляет специалистов проводить специальные исследования технических средств для выявления и инструментального контроля информативных ПЭМИ и наводок [2]. Общая структура исследований ПЭМИ приведена на рисунке 1.
Нормативными документами Гостехкомиссии РФ определены порядок проверки канала утечки информации по ПЭМИ и наводкам для средств вычислительной техники, обрабатывающей сведения, отнесённые к государственной тайне. Методические указания по проведению проверки и другие положения этих документов во многом могут быть использованы и для защиты любых других сведений, относимых их собственником или владельцем к защищаемой информации.
Вместе с тем, перед специалистами по защите информации обычно стоит вопрос о том, какое измерительное оборудование правомерно использовать для проведения исследований технических средств на ПЭМИ и наводки? Вопрос этот далеко не праздный, поскольку на отечественном рынке в настоящее время можно встретить весьма различную по своим возможностям и стоимости аппаратуру, заявленную производителями в качестве измерительной для исследований ПЭМИ. В этой связи напомним, каким специфическим требованиям должен отвечать современный комплекс аппаратуры, предназначенный для исследований ПЭМИ.
Как известно, ПЭМИ представляют собой электромагнитные поля довольно слабой интенсивности, поэтому измерительная аппаратура должна иметь низкий уровень собственных шумов и обладать высокой чувствительностью. Необходимость выделения ПЭМИ на фоне посторонних помеховых сигналов и исследования тонкой структуры ПЭМИ предъявляет жёсткие требования по частотной избирательности аппаратуры и динамическому диапазону уровней анализируемых сигналов.
Специфические требования предъявляются к типу детектора, используемого в процессе обнаружения и измерения сигнала. Согласно требованиям нормативно-методических документов при проведении специальных исследований ПЭМИ технических средств должен применяться пиковый детектор. Дело в том, что сигналы ПЭМИ во многих случаях имеют импульсный характер, а все другие типы детекторов при измерении импульсных сигналов дают показания, существенно зависящие от частоты следования импульсов, частоты следования пачек импульсов и от их скважности [3]. В то же время, исследования ПЭМИ на электромагнитную совместимость технических средств предполагают использование квазипикового детектора.
Необходимым условием получения достоверных результатов специальных исследований является применение в составе комплекса специальной измерительной аппаратуры, обеспечивающей высокую точность и повторяемость (стабильность) результатов измерений с течением времени и в различных условиях её эксплуатации. При этом измерительная аппаратура в обязательном порядке должна удовлетворять установленным техническим требованиям и пройти испытания компетентными метрологическими организациями на соответствие этим требованиям.
В частности, измерительная аппаратура, применяемая в задачах обеспечения ЭМС, должна удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51319-99 [ 5 ]. Практика показывает, что аналогичные требования пора сформулировать и к аппаратуре, применяемой для специальных исследований. Желательно, чтобы это был нормативный документ федерального уровня, способствующий обеспечению единства измерений в ходе проведения специальных исследований.
Наконец, современный измерительный комплекс уже немыслим без органичного включения в его состав ПЭВМ, обеспечивающей недостижимый другими путями уровень производительности и сервисных возможностей аппаратуры.
Жёстким требованиям по чувствительности и частотной избирательности, предъявляемым к аппаратуре при исследованиях ПЭМИ, отвечает довольно узкий круг измерительных приборов. В настоящее время для проведения исследований ПЭМИ допустимо использовать только такой комплекс аппаратуры, основу которого составляет измерительный приёмник или анализатор спектра с набором соответствующих измерительных антенн. Некоторые обобщённые характеристики этих приборов представлены в таблице 1. Для сравнения здесь же приведены данные селективных микровольтметров производства 70-х…80-х годов, кое-где ещё используемых в комплексах аналогичного назначения.
Из сравнения характеристик этих приборов видно, что селективные микровольтметры вполне подходят для высокоточных измерений напряжённости слабых электрических и магнитных полей. В то же время они не дают возможность наблюдать панораму сигналов и не выдерживают сравнения с современными измерительными приёмниками и анализаторами спектра по производительности и эргономическим показателям.
Измерительные приёмники в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к аппаратуре для исследований ПЭМИ. Они обеспечивают высокую точность измерений при сравнительно небольших трудозатратах. Значительная часть измерительных приёмников позволяет видеть панораму исследуемого диапазона частот, анализировать сигналы при одновременном наблюдении результатов их детектирования различными типами детекторов. Однако цена измерительных приёмников весьма высока.
Таблица 1. Сравнительные характеристики измерительных приборов, применяемых для исследований ПЭМИ
Примечания:
* - без преселектора;
** - зависит от конкретного типа прибора.
Анализаторы спектра по своим функциональным возможностям вполне сопоставимы с измерительными приёмниками. На стадии обнаружения ПЭМИ они иногда даже удобнее приёмников. У большинства анализаторов спектра, представленных на российском рынке, отсутствует преселектор. Вместе с тем, цена современного анализатора спектра в два-три раза ниже цены аналогичного по частотному диапазону измерительного приёмника.
Для полноты обзора следует упомянуть ещё об одном варианте создания комплексов аналогичного назначения. Он заключается в использовании для обнаружения и измерений ПЭМИ связного сканирующего радиоприёмника, калибруемого с помощью внешнего эталонного генератора. В некоторых ситуациях применение такой аппаратуры можно признать допустимым. Тем не менее, потребители должны ясно видеть границы применимости такой аппаратуры. Остановимся на этом вопросе чуть более подробно.
Чем обосновывается возможность указанного подхода к построению измерительного комплекса? Тем, что если у приемника существует необходимая кратковременная стабильность трактов, его можно использовать как эталон-переносчик физической величины. Это вполне справедливо, если калибровка радиоприёмника проводится непосредственно перед началом измерений. Однако прежде чем отдать предпочтение такой схеме построения измерительного комплекса следует учесть ряд факторов.
Во-первых, производитель связного приёмника не даёт гарантий даже на кратковременную стабильность его параметров. При этом нужно помнить, что никто другой, кроме него, такую гарантию дать не может, так как только разработчик знает модель построения приемника, схемные и конструктивные решения, особенности элементной базы, расчетные данные по стабильности, наработке на отказ и т.д.
Во-вторых, время корректной калибровки связного радиоприёмника в зависимости от ширины диапазона измеряемых частот составляет от нескольких часов до нескольких суток. Его достаточно легко рассчитать, исходя из характеристик трактов радиоприёмника, набора применяемых полос пропускания и аттенюаторов. Лишь в редких случаях исследователь располагает таким количеством времени. К тому же при такой продолжительности калибровки более уместно говорить о необходимости уже не "кратковременной", а долговременной стабильности трактов радиоприёмника.
В-третьих, параметры детектора у связных сканирующих радиоприемников не определены. Алгоритм обработки сигналов с помощью такого детектора не известен. Это делает бессмысленными результаты измерений сигналов со сложной модуляцией (прежде всего, импульсной), к которым относятся большинство ПЭМИ. Поэтому калиброванным радиоприемником можно измерять уровни сигналов только той формы и с теми модуляционными характеристиками, которые имел калибрующий сигнал (как правило, синусоидальный). Попытка измерения сигналов любой другой формы приводит к непредсказуемым погрешностям.
Наконец, существует ещё один весьма существенный фактор - время измерений или время накопления информации. Разработчики измерительной аппаратуры знают, что время измерения (накопления и обработки измерительной информации) в одной частотной точке не должно быть меньше вполне определённого значения, однозначно зависящего от величины установленной полосы пропускания. Отсутствие понятия "время измерения" делает процесс измерения сигналов произвольной формы лишённым смысла. В лучшем случае, при правильной калибровке и гарантии стабильности трактов радиоприёмника таким прибором можно корректно измерять только синусоидальные немодулированные сигналы.
Важно помнить при этом, что стоимость профессионального сканирующего радиоприёмника вместе с эталонным генератором сигналов вполне соизмерима со стоимостью добротного анализатора спектра. Вот почему любой пользователь предпочтёт получить за свои деньги не ущербный по своим эргономическим и техническим показателям комплекс на базе сканирующего радиоприемника, а полноценный анализатор спектра, который позволит ему решать широкий спектр побочных задач, начиная от поиска радиозакладок и кончая анализом сигналов в электрических цепях и настройкой аппаратуры.
Результаты практических исследований, проводившихся в период с 1996 по 2000 год, подтвердили неправомерность использования сканирующего радиоприемника в качестве измерительного даже для синусоидальных сигналов. Схема экспериментов выглядела следующим образом. С помощью специалистов-метрологов Министерства обороны РФ был исследован сканирующий радиоприемник AR-5000 фирмы AOR Co. Ltd. В ходе исследования были определены амплитудно-частотные характеристики его трактов, динамические диапазоны измерений на разных частотах при различных установках полос пропускания радиоприемника. Исходя из полученных данных, были рассчитаны точки и шаг калибровки по частоте и уровню. Всего получилось около четырёхсот тысяч точек калибровки, что соответствовало трём суткам непрерывной работы генератора и приемника под управлением компьютера.
Сразу после завершения процесса калибровки на том же рабочем месте была проведена повторная калибровка. Погрешность повторной калибровки достигала одного-двух децибелл. Погрешность очередной годичной калибровки на том же самом рабочем месте, при тех же самых температурных, влажностных и прочих условиях достигала уже 6…9 децибелл.
Понятно, что использование связного радиоприёмника для измерений в других климатических условиях, при других условиях электропитания или после его транспортировки может стать причиной погрешности, предугадать которую практически невозможно. Поэтому после довольно продолжительного опыта эксплуатации таких систем многие организации отказались от использования профессионального сканирующего радиоприёмника в качестве измерительного.
Из сказанного выше можно сделать следующие выводы.
1. Современный комплекс аппаратуры для специальных исследований технических средств и исследований их ПЭМИ на электромагнитную совместимость должен быть построен в соответствии со структурой, представленной на рисунке 2.
2. При необходимости проведения специальных исследований технических средств, которые изначально проектировались в защищённом исполнении и обеспечивают высший класс защиты от утечки по ПЭМИ и наводкам, необходимо применять измерительный приёмник, смирившись с необходимостью серьёзных материальных затрат.
3. В остальных случаях, в том числе, при исследованиях экранированных или каким-либо другим образом специально доработанных технических средств, разумно использовать более дешёвый вариант исследовательского комплекса, созданный на базе добротного анализатора спектра.
На наш взгляд, в этом обзоре уместно указать ещё на один аспект проблемы информативных ПЭМИ, зачастую остающийся без должного внимания специалистов по защите информации. Он связан с возможными акустоэлектрическими преобразованиями в элементах исследуемого технического средства и имеет лишь косвенное отношение к обрабатываемой на нём информации. Следствием акустоэлектрических преобразований может быть модуляция ПЭМИ сигналами акустического фона помещения. Тем самым создаются предпосылки к утечке из помещения звуковой информации.
Поиск и оценка таких информативных ПЭМИ имеет ряд особенностей, предъявляющих дополнительные требования к измерительной аппаратуре. Следует иметь в виду, что к процедуре обнаружения таких ПЭМИ неприменимы рекомендации по созданию тестовых режимов ПЭВМ, изложенные в нормативных документах Гостехкомиссии РФ и некоторых публикациях [4]. Источником тестового сигнала в этом случае должен быть акустический излучатель, а критерием принадлежности обнаруженного излучения к информативному ПЭМИ будет наличие модуляции обнаруженного излучения акустическим тест-сигналом.
Несмотря на значительное число исследований, посвящённых ПЭМИ средств вычислительной техники, иногда бывает трудно предсказать характер распределения и интенсивность составляющих ПЭМИ для различных параметров тестового сигнала, имитирующего обработку информации. Тем более сложно предугадать параметры ПЭМИ, модулированных акустическими сигналами. Результатом акустоэлектрических преобразований может быть амплитудная, частотная, фазовая или широтно-импульсная модуляция составляющих спектра ПЭМИ. Поэтому для обнаружения и исследования таких ПЭМИ оператор должен иметь возможность наблюдать за изменениями не только спектральных и амплитудных характеристик обнаруженного сигнала, но и за его временными, фазовыми, модуляционными характеристиками.
С этой точки зрения предпочтение следует отдать такому комплексу, в котором реализовано максимальное количество функций: анализатора спектра, осциллографа, частотомера, мультиметра и т.п. Весьма важным представляется наличие у приёмного устройства измерительного комплекса широкого набора полос пропускания и демодуляторов, возможности непосредственного измерения необходимых параметров сигнала или их измерения косвенными способами (например, по осциллограмме демодулированного сигнала с помощью временных меток), подключения к нему дополнительных приборов.
Справедливости ради следует отметить, что в технических средствах, выполненных на современной элементной базе, электроакустические преобразования весьма незначительны. В большинстве случаев информативные ПЭМИ, несущие акустическую информацию, можно отнести к "сверхслабым" сигналам ПЭМИ. Поэтому зона их разведдоступности обычно значительно меньше зоны, определённой по результатам измерений ПЭМИ, связанных с обрабатываемой на данном техническом средстве информацией.
Завершим наш обзор ещё одной рекомендацией потребителям. Специалист, выбирающий аппаратуру для исследований ПЭМИ технических средств, должен знать о том, что во многих странах существует одно общее требование к такого рода аппаратуре. Применяемая измерительная аппаратура должна соответствовать требованиям принятых в данной стране нормативно-методических документов. Только в этом случае результаты, полученные в ходе специальных исследований и проверок, могут иметь законную силу.
Результаты, полученные с использованием другой аппаратуры или других методик измерений, расцениваются как ориентировочные и могут иметь лишь внутриведомственное значение. Поэтому организациям, ориентированным в своей продукции на внешний рынок, рекомендуется вначале изучить действующие в странах-импортёрах стандарты, требования по ПЭМИ, другие нормативные документы и лишь затем принять решение о закупке соответствующего измерительного оборудования.
Мы надеемся, что этой публикацией нам удалось убедить вас в непригодности грубых инструментов для такого тонкого дела, как исследование ПЭМИ. Если же вы дочитали эту статью до конца, но вас продолжает тревожить вопрос: "Нельзя ли всё-таки проводить измерения чем-нибудь попроще?", - мы ответим: "Конечно, можно!.. Особенно, если вас не волнует конечный результат".
Литература:
1. Мотуз О. В. Побочные электромагнитные излучения: моменты истории. // Защита информации. Конфидент. 2001. № 1. С. 86…89.
2. Генне В. И. К вопросу оценки уровня ПЭМИ цифрового электронного оборудования. // Защита информации. Конфидент. 1999. № 6. С. 61…64.
3. Мусатов С., Белорусов Д. 12 вопросов о корректных измерениях побочных электромагнитных излучений. // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. 2000. № 36. С. 64…67.
4. Жаринов В. Ф., Киреев А. М., Синелёв Д. В., Хмелёв Л. С. Тестовые режимы. // Защита информации. Конфидент. 1996. № 2. С. 49…53.
5. ГОСТ Р 51319-99. "Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний".
|
|
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 15 Дек 2006 20:26, посл. исправление: 15 Дек 2006 20:29 |
|
