Конахович Г.Ф., Климчук В.П., Паук С.М., Потапов В.Г. Защита информации в телекоммуникационных системах

Подождите немного. Документ загружается.

Канал радиолинии метровых волн прямой

видимости

0,95 0,5

Канал радиолинии декаметровых волн с пе-

редатчиками средней и большой мощности

0,9-0,95 0,5

Канал связи через искусственный спутник

земли (до 80 тыс. км)

0,95 0,5

Конечные ТЛФ аппараты (абонентские)

0,9999 1,0

9 Конечные ТЛГ аппараты (абонентские) 0,9995 1,0

Конечное оборудование данных (КОД)

0,9999 10,0

Узловые приемо-передатчики 0,9999-0,99999 0,1-0,5

Автоматические узлы коммутации каналов

0,9999-0,99999 0,1-0,5

Автоматические центры коммутации (АЦК) 0,99999 0,1-0,2

Автоматические концентраторы 0,9999 0,1

Дублируемые ЦКП

0,9999997 0,5-0,2

Высокая надежность автоматических дублируемых средств связи позволяет в

моделях сетей принимать во внимание только надежность каналов связи и

конечного оборудования.

Один из основных параметров QoS и RCP — задержка

прохождения

сообщений через ATN. Этот параметр, нормирован ICAO по классу ATSC (Air

Traffic Series Communication) и представлен в табл. 1.1. [1, 2]. Понятно, что

задержка связана с пропускной способностью системы связи. Применение

определенных средств защиты информации может уменьшать Ro и увеличивать

. Таким образом, эффективность тех средств ТЗИ, применение которых

приводит к тому, что качество обменивается на скорость, можно оценивать по

критерию увеличения

или по критерию уменьшения

Глава 2

Каналы утечки информации

в телекоммуникационных системах

Как было отмечено, ведомственные телекоммуникационные системы

строятся, как правило, на базе арендованных магистральных линий передачи

(телефонных каналов общего пользования — ТКОП), поэтому цель данной главы

— выявить и классифицировать каналы утечки информации в типичных линиях

общего пользования, на базе которых создаются системы передачи данных

(СПД). Рассмотрение СПД с точки зрения определения каналов утечки

информации обусловлено тем, что передачу речевой информации можно

рассмотреть как часть СПД.

Как правило, дискретный канал СПД содержит в себе модулятор, демо-

дулятор и аналоговый канал (ТКОП). Аналоговый канал может быть двух типов:

коммутируемый и некоммутируемый.

Наиболее сложным для оценки уязвимости информации в СПД является

канал, который изменяется во времени и пространстве (то есть, имеет не де-

терминированный характер).

Бурное развитие вычислительной техники и микроэлектронной технологии

значительно повлияло на строение СПД. Современные СПД представляют собой

программно-технические комплексы (ПТК), выполненные на базе персональных

компьютеров, высокоскоростных модемов и существующих каналов связи. В

значительной степени изменилась технология обработки сигналов в СПД. Теперь

формирование и анализ сигналов выполняется как на аппаратном, так и на

программном уровнях.

Особенностью ПТК систем передачи данных является то, что в них ин-

тегрированы процессы ввода-вывода, защиты от ошибок, формирования и

анализа сигналов. Во многих случаях тяжело или невозможно разъединить эти

процессы как на аппаратном, так и на программном уровнях. Другая особенность

этих систем заключается в том, что они выполняют дополнительные функции, не

связанные непосредственно с передачей данных. К ним относится: поиск и

формирование файлов данных, компрессия и декомпрессия, защита от

несанкционированного доступа и др.

Следует отметить, что определение "модем" относится к устройствам,

которые выполняют функции модуляции и демодуляции сигналов, то есть к

устройствам, реализующим интерфейс между аналоговым каналом и входом или

выходом дискретного канала. В Хейс-модемах, кроме отмеченных функций,

выполняется ряд дополнительных функций, связанных с обработкой данных.

В СПД широко используются Хейс-модемы с фиксированной скоростью

передачи данных 1200 и 2400 Бит/с. В этих модемах, в соответствии с

рекомендациями МККТТ V23, V24, используется частотная и фазовая

модуляция. 1

В настоящее время стремительно растет применение Хейс-модемов —

адаптивных устройств, позволяющих передавать данные со скоростью 19200

Бит/с по протоколам V32, V32 Бис. На скоростях свыше 2400 Бит/с

используются сложные, многопозиционные виды модуляции. Высокоскоростные

модемы адаптируются по скорости и формату данных к состоянию канала связи.

Адаптивно корректируются также частотно-фазовые характеристики тракта

передачи. Распределение прямого и обратного каналов в Хейс-модемах не

частотное, а временное. Отметим, что передача данных по обратному каналу

происходит с той же скоростью и с тем же видом манипуляции, что и в прямом

канале.

Хейс-модемы выполняются в двух конструктивных вариантах. Первый —

встроенный, который устанавливается в системную плату персонального

компьютера (ПК). Второй — устройство в виде прибора с отдельным

источником питания, которое подключается к ПК через СОМ-порт (СОМ1 -

COM4). Это, как правило, высокоскоростные модемы, которые адаптируется к

среде передачи данных.

В модемах, которые используют Хейс-модемную технологию, реализуются

MNP-протоколы разных уровней. MNP-протоколы поддерживают сценарий авто

вызова, сжатия данных и защиты от ошибок. В Хейс-модемах автонабор

выполняется импульсным или частотным способом. Режим автонабора

реализуют без участия двухсотых цепей стыка C2(RS232), поскольку в COM-

портах ПК эти цепи отсутствуют.

В настоящее время серийно выпускают большой набор Хейс-модемов,

которые различаются по скорости, степени адаптации к каналу связи и степени

совершенства реализации MNP-протоколов. Наиболее эффективными являются

автономные высокоскоростные Хейс-модемы, реализующие MNP-протоколы

аппаратно.

Кроме Хейс-модемов, по сей день используется низкоскоростная аппаратура

передачи данных (от 600 до 2400 Бит/с). Она хорошо зарекомендовала себя в

СПД, где передаются небольшие объемы информации за один сеанс связи.

Таким образом, в СПД, функционирующих по каналам ТКОП, используется

аппаратура передачи данных с разным набором компонентов и программно-

технических средств, с разным типом распределения обратного канала

(частотным, временным) и с разным уровнем интеграции процессов, аппаратных

и программных средств.

Уязвимость информации в СПД уменьшается с увеличением степени ин-

теграции, поэтому целесообразно рассматривать наиболее общую модель де-

зинтегрированной СПД с полным набором функций и режимов работы. Такой

подход позволит исключить потерю возможных мест возникновения каналов

утечки информации.

С целью определения каналов утечки информации рассмотрим структурную

схему СПД, представленную на рис. 2.1.

Особенностью этой модели является то, что она предусматривает частотное и

временное распределение прямого и обратного каналов. В случае частотного

распределения каналов (рекомендации МККТТ V24) аппаратура передачи

данных на стороне отправителя содержит демодулятор обратного канала (ДОК).

Если в СПД реализован алгоритм работы с временным распределением прямого

и обратного каналов — то есть, поддерживаются протоколы V32, V32 Бис

(MNP2-10), — тогда МОК и ДОК отсутствует. Другой особенностью модели

является то, что аналоговый канал представлен топологической схемой

прохождения сигналов с учетом разных видов каналообразующего

оборудования.

Цифрами на топологической схеме отмечены потенциально возможные места

уязвимости СПД, в том числе, места проявления каналов утечки и запрещенного

доступа к информации. Места уязвимости определялись посредством

исследований физических процессов в элементах СПД, связанных с

передаваемыми данными, сигналами синхронизации, автонабора, автовызова,

автоответа, сигналами обратного канала, а также переходных процессов в кругах

первичных источников питания АДП. Местами уязвимости являются, как

правило сами элементы СПД, абонентские линии связи, распределительные

щиты, коробки, коммутационное оборудование АТС, ГТС, МТС, системы

уплотнения, коммутационное оборудование, антенно-фидерные устройства,

кабели и другое оборудование.

Цифрой 1 на топологической схеме отмечены цепи входных сигналов стыка

С2 (rs232) отправителя и получателя информации. К ним относятся цепи

передаваемых данных (102, 103) отправителя, цепи принимаемых данных (102а,

104) приемника, цепи детекторов качества канала связи со стороны отправителя

и получателя (109, 109а) цепи синхронизации АПД и конечного оборудования

данных (КОД), круги (105, 106, 107, 108), а также цепи (115-125) обратного

канала (если СПД — с частотным распределением каналов).

Цифрой 2 на топологической схеме отмечены двухсотые цепи стыка С2(С2-

200). Посредством этих цепей осуществляется автонабор, автовызов и автоответ

со стороны отправителя и получателя. Физически эти цепи выполнены в виде

соединительного кабеля длиной не более 3 м.

В АПД на топологической схеме показаны блоки, в которых происходит I

преобразование сигналов или которые имеют физические соединения с другими

блоками.

Цифрами 3 и 6 отмечены однотипные блоки ЗУ1 и ЗУ2 (запоминающие

устройства). ЗУ1 служит для накопления информации из КОД со стороны

отправителя или с выхода демодулятора со стороны получателя. ЗУ2 — это

буфер между автоматом формирования цикличного контроля (АФЦК) и мо-

дулятором со стороны отправителя. АФЦК реализует функции помехоустой-

чивой кодировки со стороны отправителя и декодирования со стороны полу-

чателя. В соответствии с рекомендациями МККТТ, в АФЦК формируется

циклический контроль по алгоритмам БЧХ-кодов и полиномам высокой степени.

АФЦК на топологической схеме отмечен цифрой 5.

Цифрой 8 отмечен модулятор, который превращает сигналы прямоугольной

формы в модулированные (по частоте или по фазе) синусоидальные сигналы

тональной частоты (ТЧ), которые через дифференциальную систему (ДС)

поступают в линию связи.

Цифрой 9 отмечена дифференциальная система, которая выполняет переход

от двухпроводной линии к четырехпроводной в АПД и тем самым развязывает

сигналы прямого и обратного каналов. Кроме того, по ней передаются сигналы

автонабора, автовызова и автоответа. Конструктивно дифференциальная система

выполнена в виде экранированного трансформатора.

Цифрой 4 отмечено устройство синхронизации, на которое поступают

сигналы из кругов стыка С2. Оно поддерживает синхронную работу КОД,

модулятора обратного канала, демодулятора обратного канала, модулятора и

демодулятора.

Цифрой 20 отмечен модулятор обратного канала на приемной стороне. Он

формирует частотно модулируемые сигналы, которые передаются по частотному

каналу обратной связи.

Цифрой 7 отмечен демодулятор обратного канала на передающей стороне.

Он демодулирует сигналы обратного канала и инициирует повторную передачу

поврежденных блоков.

АПД отправителя и получателя информации объединены между собой

трактом передачи данных. Весь тракт передачи данных можно разделить на три

основных участка. Первые два из них являются однородными. Они объединяют

выход АПД (отправителя и получателя) с входом местной АТС. Третий участок

— между входом АТС отправителя и выходом АТС получателя.

Первые два участка (абонентские линии) строго определены в пространстве и

времени. Их топология не изменяется или изменяется очень редко.

Топология третьего участка (коммутируемый канал) априори не определен ни

в пространстве, ни во времени. Первые два участка содержат линии связи

(отмечены цифрой 10), один или больше распределительных щитов (цифра 11)

соединительные кабели (цифры 12 и 12а), которые ведут к местной АТС.

Третий участок тракта передачи может содержать несколько переприемных

участков с разным телекоммуникационным оборудованием, с разнообразными

системами уплотнения и разными средами распространения сигналов.

Телекоммуникационное оборудование АТС, МТС, ММТС (цифры 13 и 14)

могут быть разной емкости (от 10 номеров до 100 000) и разных типов (декадно-

шаговая, координатная, квазиэлектронная, электронная).

Цифрой 15 обозначены системы уплотнения, которые образуют групповые

каналы, и могут быть как с частотным, так и с временным уплотнением.

Временные системы уплотнения (импульсные) могут быть фазоимпульсными,

кодоимпульсными и др.

В связи с тем, что тракт передачи состоит из отдельных участков, то его

технические характеристики (коэффициент передачи, амплитудочастотная

характеристика, отношение "сигнал/шум" и др.), могут быть представлены в

мультипликативной форме. Конечно, если технические характеристики (участки

1 и 2) полностью детерминированы, то они входят постоянными коэф-

фициентами мультипликативных составляющих каждого из параметров.

Для третьего участка значение параметров, в общем случае, не определено.

Третий участок — это коммутированный канал с линейными и/или нелинейными

преобразованиями сигналов. Характерной особенностью этого канала является

то, что он нестационарный в пространстве и времени. Нестационарность канала

в пространстве объясняется тем, что при каждом новом соединении (отправителя

и получателя) он образуется из тех участков, которые на данный момент

расположены ближе к элементу коммутации, или из тех участков, которые на

данный момент свободны.

Существенные изменения параметров ТКОП происходят на протяжении

суток. Это связано с тем, что в часы наибольшей нагрузки ЧНН нагрузки может

увеличиваться на несколько Эрланг. При этом резко увеличивается количество

отказов в автоматических соединениях абонентов в связи с отсутствием

свободных линий. В СПД увеличивается количество перезапросов по обратному

каналу, что существенно увеличивает время передачи информации.

Таким образом, для каждого технического параметра тракта передачи

информации можно записать

∑

R =R

, (2.1)

где

∑

R — общий технический показатель тракта передачи; R

—

параметры первого, второго и третьего участка соответственно.

Параметр R

является стохастической функцией двух независимых пере-

менных во времени и пространстве:

),(

TSfR

, (2.2)

где S — координата пространства, Т — координата времени.

В связи с тем, что R

и R

— величины детерминированные и априори

известны, то их можно учитывать во время передачи и приема данных. Поэтому

общий параметр будет определяться только характеристиками третьего,

коммутируемого участка:

∑

),( TSf

(2.3)

Для небольшого количества переприемных участков (или количества со-

единений) можно определить конечное количество значений, составляющих

пространственные координаты параметра. Тогда

∑

R будет принадлежать не-

которому множеству стохастических функций времени из множества

RtRtRtR

⊂

∑∑∑

}),(),...,(),({

(2.4)

Если количество переприемных участков не более двух, то количество

множеств функций не превышает 100, что делает возможным вычисление этого

параметра с высокой достоверностью.

Таким образом, наличие в СПД, которые функционируют по ТКОП,

коммутируемых элементов и зависимость характеристик канала от времени

увеличивает время вхождения СПД в связь и продлевает сеанс передачи данных.

Это приводит к повышению вероятности уязвимости информации в СПД,

потому что вероятность уязвимости является функцией времени, которая не

уменьшается.

На этом основании можно сделать следующие выводы:

■ топология СПД, функционирующих на ТКОП, изменяется от соединения

к соединению;

■ характеристики таких СПД нестационарны в пространстве и времени;

■ показатели, которые связаны с уязвимостью СПД, существенно зависят

от режима работы СПД (режим ожидания связи, режим входа в

систему, режим передачи данных).

Учитывая вышесказанное, можно приступить к обоснованию классификатора

каналов утечки информации в СПД. Под каналом утечки информации понимают

такие действующие на СПД дестабилизирующие факторы, следствием которых

может быть получение (или опасность получения) информации с ограниченным

доступом лицами, которые не имеют на это законного основания.

Классификация каналов утечки информации выполняется с целью фор-

мирования относительного множества потенциально возможных каналов утечки

информации. К формированию полного множества дестабилизирующих

факторов, связанных с утечкой информации, выдвигаются абсолютные

требования, потому что при потере одного сколько-нибудь значимого фактора

защищаемая СПД может оказаться абсолютно уязвимой.

Вообще, формирование абсолютно полного множества каналов утечки

информации в СПД, функционирующих по ТКОП, в общем виде — не фор-

мализованная задача. Это объясняется двумя основными причинами. Первая:

характеристики СПД имеют стохастический характер, что вносит неопреде-

ленность при определении конечного количества элементов множеств. Вторая:

всегда можно найти маловероятный, но потенциально возможный фактор,

который приводит к уязвимости информации в СПД.

В этих условиях наиболее эффективным может быть подход, основанный на

использовании аппарата нечетких множеств. Напомним, что нечеткое множество

— это такое множество, каждый элемент которого определен его значением и

вероятностью принадлежности к этому множеству. Пусть, например, существует

нечеткое множество А. В этом случае представленное ниже выражение означает,

что элемент

a , с вероятностью

P , принадлежит множеству А:

APa

∈},{

(2.5)

Ниже представлена методика формирования полного множества каналов

утечки информации.

Каждый класс каналов утечки представим как нечеткое множество, элементы

которого принадлежат с вероятностью

к Aj, то есть:

jijij

APa ∈},{

(2.6)

для всех

, где

— количество элементов множества.

Тогда существует такое нечеткое множество, для которого справедливо

следующее выражение:





















∪∪∪==

},...,,max{

;...

inii

PPP

AAAAB

(2.7)

Выражение (2.7) определяет объединение п нечетких множеств, где веро-

ятность появления однотипных элементов (элементов, принадлежащих двум или

больше множествам) учитывается с максимальной вероятностью. С целью

упрощения решения этой задачи воспользуемся следующим подходом. Введем

понятие порогового уровня вероятности присутствия элемента в нечетком

множестве. Запишем

nopakj

PP <

(2.8)

где

akj

— вероятность присутствия элемента а подмножества k множества j;

пор

— нижняя пороговая вероятность присутствия

На практике это означает, что этот дестабилизирующий фактор в заданном

классе маловероятен и им можно пренебречь. Назовем этот процесс про-

сеиванием нечетких множеств.

Если в результате будет выполнено условие

∑∑

= =

nopakj

1 1

(2.9)

где nj — количество элементов в этом классе, для которых выполняется (2.8),

п — количество классов каналов утечки, тогда оставшимся элементам можно

присвоить норму Рн = 1 (равную единице), а оставшиеся элементы рассмат-

ривать как элементы обычных множеств.

Представленное ниже выражение (2.10) означает, что за указанный срок с

вероятностью Рн не может осуществиться ни одно из событий из всех (n)

подмножеств.

)1(1

1 1

nop

akjH

PPP −>













−=

∑∑

= =

(2.10)

Вероятность появления хотя бы одного из событий из множества (п)

определяется по формуле

PP −=1

(2.11)

Таким образом, в результате просеивания получим новые подмножества для

которых справедливо следующее соотношение

Aa '}'{

∈

(2.12)

v для всех

≠

Определим полное множество элементов, входящих в объединение множеств,

которые были просеяны из 2.7 и 2.12

−

(2.13)

Затем определим количество элементов множества В’, которое по

определению отражает полное множество каналов утечки. Обозначим

количество элементов, принадлежащих j-му множеству (2.13),

][

NNN =

Тогда количество элементов, которые входят в пересекающиеся участки,

составляет:

)(

AnNN =

(2.14)

где

— количество элементов, принадлежащих пересекающимся участкам

множеств; l — количество одновременно пересекающихся множеств; A

—

участок, образованный пересечением множеств.

Общее выражение для определения количества элементов, входящих в

объединение подмножеств 2.7 и 2.13, имеет вид:

∑ ∑

= =

++−=

AnNANM

1 1

)3(/

...)(][

(2.15)

∑

−

))((

)(

)1(

AnNAnN

))...(1(

lnnn

−

(2.16)

Выражение 2.15 справедливо для определения количества элементе!

объединения нечетких множеств, если

A , заменить на

A и воспользоваться

формулами (2.6) и (2,7).

Уравнение 2.15 позволяет дать оценку качеству классификации каналов

утечки информации. Так, если все элементы правой части уравнения (2.15) кроме

первого, равняются нулю, то множества В (2.7) и В' (2.13) состоят из

непересекающихся множеств. Этот случай является идеальным с точки зрения

качества классификации каналов утечки. Оценка "отлично".

Самый неудачный случай — когда последний член не равняется нулю. Это

означает, что все множители пересекаются. Оценка может быть "не-

удовлетворительно". Если не равняется нулю только первый и второй член, и

значение суммы элементов первого члена существенно больше значения суммы

элементов второго члена, то оценка качества — "хорошо". Если отличны от нуля

второй и третий член, и их сумма существенно меньше элементов первого члена,

то оценка — "удовлетворительно".

Количественную характеристику оценки качества классификации по

критерию уровня вложения множеств можно получить, воспользовавшись

следующими уравнениями:

)1(

−

−=

(2.17)

∑

ANF

)(

(2.18)

)()1((...)()(

)(

)2(

)3(

∑∑ ∑

−

== =

−−−−−=

pni

ipjp

ANinpANANAD

I II I

(2.19)

Значение коэффициента Кв находится в пределах от 0 до 1. Он указывает,

какая часть множеств (2.7) или (2.13) являются общими (вложенными) для двух

или больше подмножеств А

,А

', где j = [1,п] . Значению Кв = 0 соответствует

оценка "отлично".

Количественную оценку из (2.17) можно значительно упростить, если в

выражении (2.19) ограничиться первыми двумя членами, то есть, учитывать

пересечение с кратностью не более трех. Эти случаи наиболее важны для

практики, потому что пересечение кратностью больше, чем три, маловероятны:

)()(

2 3

)2(

)3(

)2(

∑ ∑

= =

−=

n n

iPip

ANAND

I I

(2.20)

Как было сказано выше, характеристики СПД, функционирующих с помощью

ТКОП, нестационарные в пространстве и времени, и, как следствие, показатели

защищенности зависят от режима работы СПД. Поэтому структура

классификатора в значительной степени определяется режимами работы СПД,

устанавливаемыми временным трафиком, который может быть детер-

минированным. В соответствии с временным трафиком различают четыре

основных режима работы СПД:

■ передача данных (режим 1);