WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

3. Расширение полосы частот анализируемых сигналов за счет использования высокочастотного АЦП позволило сократить временные затраты на проведение измерений в несколько раз.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 144 машинописных страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Иллюстративный материал представлен в виде 78 рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает 79 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки алгоритма поиска и обнаружения информационных составляющих ПЭМИ технических средств и реализации радиотехнической системы обнаружения, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы, представлена структура диссертации.

В первой главе выполнен обзор литературы по материалам отечественных и зарубежных источников в области анализа побочных электромагнитных излучений технических средств обработки, хранения и передачи информации с точки зрения информационной безопасности. В главе рассмотрена модель канала утечки информации, состоящая из источника информационного сигнала, среды распространения сигналов, источников мультипликативных и аддитивных помех, а также аппаратуры перехвата и обработки.

При исследовании технических средств на наличие информационных побочных электромагнитных излучений главными задачами являются обнаружение сигналов, несущих в себе информацию, и оценка их параметров.

Наиболее часто измерения проводятся в частотной области с помощью анализаторов спектра. Современные анализаторы спектра позволяют измерять сигналы в частотном диапазоне от единиц килогерц до десятков гигагерц.

Кроме того, анализаторы спектра могут применяться для измерений во временной области. В работе рассмотрены особенности алгоритмов проведения исследований ПЭМИ ТС с использованием современного измерительного оборудования.

В первой главе также предложен алгоритм проведения исследований побочных электромагнитных излучений технических средств, позволяющий повысить точность обнаружения информационных сигналов и уменьшить временные затраты на проведение исследований ТС. На первом этапе алгоритма обнаружения информационных составляющих ПЭМИ технических средств обработки, хранения и передачи информации производится выбор и установка параметров системы измерения: диапазон анализируемых частот, полоса анализа, время анализа и другие. Выбор конкретных значений параметров зависит от типа анализируемого технического средства, типов и характеристик информационных сигналов. Процедура выбора параметров системы измерения подробно рассмотрена в последующих главах диссертации. На следующем этапе алгоритма производится оценка электромагнитной обстановки в месте измерения.

Это делается для определения порога в системе обнаружения информационных составляющих ПЭМИ технических средств. На основании выбранного режима работы измерительного оборудования и с учетом известного тестового сигнала, используемого в анализируемом техническом средстве, производится формирование опорного сигнала системы обнаружения. Использование априорной информации о форме и параметрах тестовых сигналов при формировании опорного сигнала приводит к значительному улучшению качества обнаружения информационных составляющих ПЭМИН технических средств.

Далее производится измерение и цифровая обработка электромагнитного излучения технического средства, работающего в тестовом режиме. При этом в предложенном алгоритме используется квадратурная обработка измеренных сигналов. Это стало возможно благодаря разработанному и предложенному в данной диссертационной работе цифровому блоку формирования квадратур, включающему в себя аналого-цифровой преобразователь, сигнальный процессор и систему накопления и передачи данных в компьютер.

Использование квадратурной обработки при обнаружении информационных составляющих ПЭМИ технических средств позволяет увеличить точность определения частот, на которых излучаются информативные сигналы, и уменьшить время, необходимое для проведения исследований.

По результатам цифровой обработки регистрируются данные о частотах, на которых были обнаружены информационные составляющие электро магнитного излучения технического средства. Полученные данные используются для оценки защищенности технического средства по каналу ПЭМИ.

В заключение главы проведен анализ методов измерения ПЭМИ и рассмотрены возможные пути автоматизации процесса измерения электромагнитных излучений технических средств.

Во второй главе решена задача математического описания электромагнитного канала утечки информации. Представлена модель электромагнитного излучения технических средств, модель системы измерения на основе анализатора спектра, работающего по гетеродинному принципу, а также модель блока цифровой обработки измеренного сигнала.

При проведении исследований технического средства его необходимо включить в тестовый режим. В зависимости от физических процессов, протекающих при функционировании отдельных блоков технического средства, функциональное преобразование тестового сигнала можно представить в виде линейных и нелинейных операторов. Линейное преобразование сигнала sk(t) в k-м блоке ТС описывается его импульсной характеристикой hk(t) + Фk t = sk t hk t = sk hk t - d ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), (1) где «» – оператор линейной свёртки. При безынерционном нелинейном преобразовании тестового сигнала его можно представить с помощью полинома М-й степени 2 M t = a0 + a1sk t + a2sk t +…+ aM sk t ( ) ( ) ( ) ( ). (2) k После подстановки выражения (2) в линейный оператор (1) получим тестовый сигнал, преобразованный нелинейным блоком технического средства. Преобразованный тестовый сигнал может также модулировать одно или несколько гармонических колебаний с частотами fj, излучаемых генераторами технического средства k t = Фk t hk t Aj cos 2 f t + ( ) { ( ) ( ) } ( ) j j, (3) j где Aj, fj, j – амплитуда, частота и начальная фаза j-го гармонического сигнала. Выражение (3) является наиболее общим математическим описанием преобразования тестового сигнала в отдельном блоке технического средства.

Следует отметить, что, несмотря на сложность преобразований, которые могут происходить с тестовым сигналом в техническом средстве, в нём сохраняется информация об исходной тестовой последовательности. Наличие этой информации в излучаемом сигнале позволяет впоследствии выделить характерные признаки информационных побочных электромагнитных излучений ТС.

Принимаемое измерительной системой побочное электромагнитное излучение анализируемого технического средства представляет собой аддитивную смесь информационного сигнала технического средства, белого шума и помеховых сигналов eпр (t) = eинф(t) + eш (t) + eп (t), (4) где eинф(t) – информационная составляющая побочного излучения ТС, eш(t) – нормальный шум в полосе информационного сигнала, eп(t) – помеховые сигналы.

Предложенный в диссертационной работе метод обнаружения информативных ПЭМИ технических средств основан на анализе взаимнокорреляционной функции (ВКФ) комплексной огибающей измеренного сигнала и комплексного опорного сигнала. Превышение ВКФ в заданном временном интервале порогового значения означает наличие на анализируемой частоте информационной составляющей ПЭМИ. При сканировании всего частотного диапазона осуществляется поиск и регистрация частот, на которых имеется превышение порогового значения сигнала на выходе коррелятора. Пороговое значение определяется на основе анализа электромагнитной обстановки вблизи исследуемого технического средства при выключенном тестовом режиме. Использование комплексных сигналов при формировании опорного сигнала системы обнаружения позволяет повысить вероятность обнаружения по сравнению с алгоритмом, использующим модуль комплексной огибающей измеренного сигнала.

Рассмотрим основные этапы обработки ПЭМИ ТС. Принятый сигнал побочного электромагнитного излучения технического средства после преобразования в анализаторе спектра и переноса на промежуточную частоту поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). АЦП обеспечивает дискретизацию и квантование сигнала промежуточной частоты. Параметры АЦП выбираются исходя из максимальной частоты сигнала на выходе блока промежуточной частоты измерительного прибора и динамического диапазона полезного сигнала. С выхода АЦП дискретный сигнал sN[n] поступает на вход блока формирования квадратур, структурная схема, которого показана на рис. 1.

sC[n] ФНЧ sN[n] ФНЧ sS[n] Cos[n] Sin[n] Опорный генератор Рис. 1. Структурная схема блока формирования квадратур.

Квадратурные составляющие получаются путем перемножения дискретного сигнала sN[n] с сигналами опорных генераторов, представляющих собой гармонические колебания на промежуточной частоте FПЧ, сдвинутые по фазе на /2 друг относительно друга, и пропускания через фильтры низких частот sС[n]= (sN[n] cos(2 FПЧnTд)) hФНЧ[n], (5) sS[n]= (sN[n] sin(2 FПЧnTд)) hФНЧ[n], (6) где hФНЧ[n] – импульсная характеристика ФНЧ, Тд – период дискретизации.

Комплексная огибающая измеренного сигнала s n формируется из квадра[ ] турных компонент следующим образом:

s n = sC n + j sS n, n =1,…, N, (7) [ ] [ ] [ ] где sC[n], sS[n] – квадратурные составляющие комплексной огибающей измеренного сигнала, N – количество отсчетов измеренного сигнала.

Комплексная огибающая измеренного сигнала s n поступает на вход [ ] блока цифровой обработки. В диссертации рассмотрены два блока цифровой обработки: амплитудный и квадратурный. В амплитудном блоке, структурная схема которого показана на рис. 2, осуществляется обработка модуля комплексной огибающей анализируемого сигнала, полученного на выходе амплитудного детектора (АД).

sАД[n] s n [ ] rА[n] Решение АД Коррелятор РУ sО[n] Порог Блок формирования опорного сигнала Канал управления Рис. 2. Амплитудный блок обработки и принятия решения.

Сигнал на выходе детектора определяется по формуле sАД n = s n = sC n + sS n. (8) [ ] [ ] [ ] [ ] С выхода детектора действительный сигнал поступает на вход коррелятора, на другой вход которого подается действительный опорный сигнал sO[n]. Взаимно-корреляционная функция двух сигналов определяется по формуле:

N -rА[n]= [m] sО[n - m], (9) sАД N m=где sАД[n] – сигнал на выходе амплитудного детектора, sO[n] – опорный сигнал. На выходе коррелятора оценивается максимальное значение корреляционной функции в интервале времени, соответствующему одному периоду опорного сигнала. В решающем устройстве найденное значение максимума сравнивается с порогом и принимается решение о наличии, либо отсутствии информационной составляющей в измеренном сигнале.

Структурная схема предложенного квадратурного блока цифровой обработки показана на рис. 3.

s n [ ] rQ n rQ n Решение [ ] [ ] • Коррелятор РУ sO n [ ] Порог Блок формирования опорного сигнала Канал управления Рис. 3. Квадратурный блок обработки и принятия решения.

В квадратурном блоке комплексная огибающая сигнала s n поступает [ ] непосредственно на вход коррелятора, на второй вход которого подается комплексный опорный сигнал. Взаимно-корреляционная функция двух комплексных сигналов находится как N - rQ n = (10) [ ] [ ] [ ] s m sО n - m, N m= где s n – комплексная огибающая измеренного сигнала, sО[n] – комплексная [ ] огибающая опорного сигнала.

В заключение рассмотрена статистическая теория принятия решения о наличии информационных сигналов в измеренном ПЭМИ технического средства.

В третьей главе рассмотрены характерные особенности сигналов технических средств обработки, хранения и передачи информации. На примере излучения от отдельных компонент персонального компьютера показана возможность выделения информационных ПЭМИ технических средств. Произведен синтез компьютерной модели побочного электромагнитного излучения ТС и математической модели обработки измеренного сигнала в системе обнаружения информационных составляющих ПЭМИ технических средств.

Синтезированная компьютерная модель системы обнаружения ПЭМИ ТС учитывает следующие параметры измерительного прибора:

- диапазон перестройки частот;

- полоса пропускания фильтра промежуточной частоты;

- время анализа.

Также в модели имеется возможность управлять частотами и уровнем излучения информационной составляющей ПЭМИ ТС, уровнем помех с амплитудной и частотной модуляцией, а также параметрами белого гауссовского шума. Результаты статистического моделирования для 1000 независимых реализаций модели ПЭМИ ТС с шумом для FПЧ = 100 кГц и отношения сигнал/шум QШ = 15 дБ для амплитудного и квадратурного каналов показаны на рис. 4.

6 Без информационного сигнала 5 2.С информационным сигналом С информационным сигналом 4 Без информационного сигнала 3 1.2 1 0.0 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 2 2.Относительный уровень Относительный уровень а) б) Рис. 4. Гистограммы сигналов на выходе коррелятора амплитудного (а) и квадратурного (б) каналов. FПЧ = 100 кГц, QШ = 15 дБ, “” – результаты моделирования.

Из рисунков видно, что сигналы на выходе коррелятора амплитудного канала распределены по гауссовскому закону, а в квадратурном канале – по закону Райса. Эксперименты показали, что при увеличении уровня шума математическое ожидание сигналов на выходе коррелятора амплитудного канала увеличивается вместе с увеличением дисперсии случайных величин. В то Плотность вероятности Плотность вероятности же время в сигналах на выходе коррелятора квадратурного канала при увеличении уровня шума дисперсия сигналов растет, а математическое ожидание сигнала с информационной составляющей не изменяется. Результаты компьютерного моделирования показали, что увеличение полосы пропускания фильтра промежуточной частоты анализатора спектра приводит к уменьшению дисперсии случайных величин на выходе коррелятора, а, следовательно, к увеличению вероятности правильного обнаружения и уменьшению вероятности ложной тревоги при фиксированном отношении сигнал/шум.

По результатам статистического моделирования были получены зависимости вероятности правильного обнаружения от вероятности ложной тревоги (рабочие характеристики приемника). Рабочие характеристики приемника для амплитудного и квадратурного каналов для разных значений отношения сигнал/шум для FПЧ = 100 кГц показаны на рис. 5.

1 0.8 0.QШ = 10 дБ QШ = 10 дБ 0.6 0.QШ = 13 дБ QШ = 13 дБ 0.4 0.QШ = 16 дБ QШ = 16 дБ 0.2 0.PЛТ = 10% PЛТ = 10% 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Вероятность ложной тревоги Вероятность ложной тревоги а) б) Рис. 5. Рабочие характеристики амплитудного (а) и квадратурного (б) каналов.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.