Литвиненко А.В. Методы и средства защиты информации

Подождите немного. Документ загружается.

Излучатели электромагнитных колебаний 111

Рис. 4.3. Прием НЧ сигналов

Высокочастотные излучатели

К группе высокочастотных (ВЧ) излучателей относятся ВЧ автогенераторы, модуля-

торы ВЧ колебаний и устройства, генерирующие паразитные ВЧ колебания по различ-

ным причинам и условиям (рис. 4.4).

Источниками опасного сигнала являются ВЧ генераторы радиоприемников, телеви-

зоров, измерительных генераторов, мониторы ЭВМ.

Рис. 4.4. Классификация излучателей ВЧ сигналов

Модуляторы ВЧ колебаний как элементы, обладающие нелинейными характеристи-

ками (диоды, транзисторы, микросхемы), образуют нежелательные составляющие ВЧ

характера.

Довольно опасными источниками ВЧ колебаний могут быть усилители и другие ак-

тивные элементы технических средств, работающие в режиме паразитной генерации за

счет нежелательной положительной обратной связи.

Источниками излучения

ВЧ колебаний в различной аппаратуре являются встроенные

в них генераторы, частота которых по тем или иным причинам может быть промодули-

рована речевым сигналом.

В радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, трехпрограммных громкоговорите-

лях и в ряде электроизмерительных приборов всегда имеются встроенные генераторы

(гетеродины). К ним примыкают различные усилительные системы — усилители НЧ, сис-

112 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации

темы звукоусиления, способные по тем или иным причинам войти в режим самовозбуж-

дения (т.е. по существу стать неконтролируемым гетеродином).

Основным элементом гетеродина является колебательный контур с конденсатором

переменной емкости. Под воздействием акустического давления будет меняться рас-

стояние между пластинами переменного воздушного конденсатора гетеродина. Измене-

ние расстояния приведет к изменению емкости

, а последнее — к изменению значения час-

тоты гетеродина (

= 1/ LC) по закону акустического давления, т.е. к частотной моду-

ляции гетеродина акустическим сигналом.

Кроме конденсаторов, акустическому воздействию подвержены катушки индуктив-

ности с подстроечными сердечниками, монтажные провода значительной длины.

Практика показала, что акустическая реакция гетеродина возможна на расстоянии до

нескольких метров, особенно в помещениях с хорошей акустикой. В зависимости от ти-

па приемника, прием такого сигнала возможен на значительном расстоянии, иногда дос-

тигающем порядка 1–2 км. Источником излучения ВЧ колебаний в аппаратуре звукоза-

писи является генератор стирания-подмагничивания, частота которого может быть про-

модулирована речевым сигналом за счет нелинейных элементов в усилителе записи,

головки записи и др. из-за наличия общих цепей электропитания

взаимного проникно-

вения в тракты усиления.

В цепях технических средств, находящихся в зоне воздействия мощных ВЧ излуче-

ний, напряжение наведенных сигналов может составлять от нескольких до десятков

вольт. Если в указанных цепях имеются элементы, параметры которых (индуктивность,

емкость или сопротивление) изменяются под действием НЧ сигналов, то в окружающем

пространстве будет

создаваться вторичное поле ВЧ излучения, модулированное НЧ сиг-

налом (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Классификация излучателей ВЧ сигналов

Роль нелинейного элемента могут

играть:

• телефоны, различные датчики (ВЧ навязывание по проводам);

• приемники, магнитофоны (ВЧ навязывание по эфиру).

Как правило, причиной излучения кабелей является плохое состояние:

• соединителей;

• направленных ответвлений и т.п.

Теоретически, если нет дефектов в экранирующей оплетке (экране) кабеля, его экран

ослабляет излучение более чем в 100 дБ. Этого более чем достаточно для предотвраще-

ния любого излучения кабеля, которое можно зарегистрировать. Для того чтобы сигнал

Излучатели электромагнитных колебаний 113

был зарегистрирован приемником, его максимальный уровень в кабеле не превышает

100 мкВ, а минимальный на поверхности кабеля — не более 1 мкВ.

Тепловой шум на входе приемника ограничивает прием сигнала. Это подтверждается

расчетными значениями уровня шума в широкополосном кабеле (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Уровни шума в широкополосном кабеле

Скорость передачи

данных, Мбит/с

Требуемая полоса

пропускания, МГц

Среднеквадратическое значение

шума в полосе приемника, мкВ

0,1

0,01

0,3

0,03

2,68

0,6

0,2

Из табл. 4.1 видно, что среднеквадратическое значение теплового шума на поверхно-

сти кабеля выше 1 мкВ для кабеля с высокой скоростью передачи данных (отношение

сигнал/шум больше 1). При таких значениях вполне возможен перехват данных по излу-

чению кабеля. С увеличением расстояния между кабелем и приемником эта возможность

уменьшается, т.к. затухание излучения равно

А = 20 log(4πd/λ),

где d — расстояние до кабеля, λ — длина волны излучения кабеля.

Таким образом, при исправном кабеле перехватить информацию по излучению очень

трудно. Однако на практике кабели не всегда экранированы. Это приводит к тому, что не-

исправные или покрытые коррозией соединители могут быть причиной значительных из-

лучений. Сигнал в 1 мкВ может быть обнаружен на расстоянии 3 м от кабеля,

а в 1 мВ —

на расстоянии 300 м.

Оптические излучатели

В волоконно-оптических линиях

связи (ВОЛС) существуют волны трех

типов: направляемые, вытекающие и

излучаемые (рис. 4.6).

Направляемые волны — это основ-

ной тип волны, распространяющейся по

ВОЛС.

Излучаемые волны возникают при

вводе света в волновод. Здесь опреде-

ленная часть энергии уже в начале ли-

нии излучается в окружающее пространство и не распространяется вдоль

световода. Это

связано с дополнительными потерями энергии и приводит к возможности приема излу-

чаемых в пространство сигналов.

Вытекающие волны частично распространяются вдоль волновода, а частично пере-

ходят в оболочку и распространяются в ней или выходят наружу. Причины воз-

Рис. 4.6. Типы волн, распространяющихся

по световодам

114 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации

никновения излучения (утечки световой информации) в разъемных соединениях ВОЛС

представлены на рис. 4.7.

Все эти причины приводят к излучению световых сигналов в окружающее простран-

ство, что приводит к затуханию, или потере, полезного сигнала в волоконно-оптических

линиях связи (ВОЛС).

Исходя из особенностей оптического волокна (ОВ), модель затухания сигнала в

ВОЛС должна включать

в себя две части:

• затухание оптического сигнала (ОС), обусловленное физическими особенностями

ОВ;

• затухание ОС, обусловленное преднамеренными действиями на ОВ потенциального

нарушителя.

а) радиальная несогласованность

стыкуемых волокон;

б) угловая несогласованность осей

световодов;

в) наличие зазора между торцами

световода;

г) наличие взаимной

непараллельности торцов волокон;

д) разница в диаметрах сердечников

стыкуемых волокон.

Рис. 4.7. Причины возникновения излучения в ВОЛС

Затухание ОС за счет физических особенностей ОВ обусловлено существованием по-

терь при передаче информации.

При

распространении оптического импульса вдоль однородного волокна мощность P

и энергия

W импульса уменьшаются из-за потерь энергии, вызванных рассеянием и по-

глощением по экспоненциальному закону (закон Бугера, рис. 4.8) и определяется, как

P(L) = P(0) e

–αL

, W(L) = W(0) e

–αL

Излучатели электромагнитных колебаний 115

Рис. 4.8. Закон Бугера. Зависимость мощностей световых импульсов от

расстояния вдоль волокна на длинах волн 1550 нм, 1300 нм и 985 нм

Здесь

P(L) — мощность излучения на расстоянии L; P(0) — мощность излучения в

начальной точке;

α — коэффициент затухания, определяемый выражением:

α =

P(0)

P(L)

В единицах дБ/км коэффициент ослабления α может быть выражен, как

(дБ/км)

log

P(0)

P(L)

= 4.343α (км

–1

)

Зависимость коэффициента затухания от длины волны проиллюстрирована на рис.

4.9.

Рис. 4.9. Зависимость коэффициента затухания от длины волны

116 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации

Затухание света в ОВ включает в себя потери на поглощение, потери на рассеяние и

кабельные потери. В свою очередь, потери на поглощение (

погл

) и на рассеяние (α

рас

)

вместе определяются, как собственные потери (

собств

), а кабельные потери (α

каб

) и по-

тери, связанные с несанкционированным доступом (НСД), в силу их физической приро-

ды, можно назвать дополнительными потерями (

доп

Затухание сигнала в ОВ зависит от длины волны и составляет 0,5 дБ/км для 1300 нм

и 0,3 дБ/км для 1550 нм стандартного одномодового волокна (сплошная линия). Это во-

локно имеет пик затухания в области 1400 нм, который является результатом поглоще-

ния энергии молекулами воды. Пунктирной линией на рис. 4.9 показано затухание для

волокна AllWave®, свободного

от воды.

Таким образом, полное затухание в ОВ с учетом НСД можно представить в следую-

щем виде:

α = α

собств

+ α

доп

= α

погл

+ α

рас

+ α

каб

+ α

НСД

Потери на поглощение α

погл

состоят из потерь в кварцевом стекле, которые опреде-

ляются, как ультрафиолетовое и инфракрасное поглощение, а также из потерь, связан-

ных с поглощением оптической энергии на примесях (

примеси

). Потери в кварцевом

стекле вызываются собственным поглощением атомами оптического материала — квар-

ца (

с.о.м.

) и поглощением атомными дефектами в стеклянном составе (α

дефект

)).

погл

= α

с.о.м.

+ α

дефект

+ α

примеси

Основной реакцией стекловолокна на атомное излучение является увеличение зату-

хания оптической энергии вследствие создания атомных дефектов, или центров ослаб-

ления, которые поглощают оптическую энергию.

Поглощение на примесях (загрязнениях) возникает преимущественно от ионов ме-

талла и от OH (водяных) ионов. Примеси металла обуславливают потери от 1 до 10

дБ/км.

Ранее ОВ имели высокий уровень

содержания OH-ионов, который приводил к боль-

шим пикам поглощения на длинах волн 1400, 950 и 725 нм. Путем уменьшения остаточ-

ного содержания OH-ионов в волокне (для одномодовых волокон — около 1 части на

миллиард), в настоящее время ОВ имеют номинальные затухания 0,5 дБ/км в 1300 нм и

0,3 дБ/км в 1550 нм, как показано сплошной линией на

рис. 4.9. Следует обратить вни-

мание на центр примеси в районе 1480 нм, который является примесью OH-ионов в во-

локне. На этой длине волны всегда присутствует пик поглощения в кварцевом волокне.

Так называемые центры примеси, в зависимости от типа примеси, поглощают свето-

вую энергию на определенных, присущих данной примеси, длинах волн и

рассеивают ее

в виде тепловой энергии.

Собственное поглощение атомами оптического материала включает в себя:

• поглощение электронов в ультрафиолетовой области;

• поглощение электронов на границе инфракрасной области.

Ультрафиолетовая граница поглотительных полос электронов, в соответствии с зако-

ном Урбача, определяется как:

Излучатели электромагнитных колебаний 117

уф

= С e

E/E

где С и E

— эмпирические постоянные, а E — энергия фотона.

Характерное распределение ультрафиолетового поглощения представлено на рис.

4.10.

Значение затухания в ультрафиолетовой области мало, по сравнению с затуханием в

инфракрасной области, для малых значений энергии фотона. Собственные потери на по-

глощение возрастают при увеличении длины волны излучения и становятся значитель-

ными в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Так при длине

волны излучения

больше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло теряет свойство прозрачности из-за роста по-

терь, которые связаны с инфракрасным поглощением (рис. 4.11).

Рис. 4.10. Распределение ультрафиолетового и инфракрасного поглощения

118 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации

Рис. 4.11. Сравнение инфракрасного поглощения,

вызванного различными примесями

На рис. 4.12 представлена зависимость потерь от длины волны излучения для ОВ из

кварцевого стекла с предельно малыми потерями и многокомпонентных ОВ, изготов-

ленных из различных оптических материалов.

Рассеивание представляет собой процесс удаления части энергии из распространяющей-

ся волны с последующей эмиссией некоторой части

этой энергии.

Излучатели электромагнитных колебаний 119

Рис. 4.12. Зависимость потерь от длины волны для различных материалов

Источники возникновения рассеяния в ОВ:

• маленькие газовые пузырьки;

• неоднородный состав оптического материала;

• изгиб ОВ.

Потери на рассеяние становятся определяющим фактором затухания в волокне уже в

1970 г., когда была достигнута чистота ОВ порядка 99,9999%.

Дальнейшему уменьшению затухания препятствовали потери на рассеяние. В общем

виде потери на рассеяние определяются следующим выражением.

рас

= α

Рел

+ α

Ми

+ α

изгиб

+ α + α

ВКР

+ α

ВРБМ

Здесь под α

Рел

подразумеваются потери, обусловленные Релеевским рассеиванием.

Причиной Релеевского рассеяния является то, что атомы в стекле (SiO

) имеют случай-

ное пространственное распределение, и локальные изменения в составе приводят к ло-

кальному изменению индекса преломления, что и вызывает рассеяние оптической энер-

гии. Поэтому волны малой длины должны больше рассеиваться и, следовательно, иметь

более

высокие потери, чем волны с большей длиной. α

Ми

— потери, обусловленные Ми-

рассеянием. Данный тип линейного рассеяния возникает на ионах примеси, размер кото-

рых сравним с длиной волны. В высококачественных ОВ такие потери отсутствуют.

изгиб

— суммарные потери, обусловленные микро- (α

микро

) и макро- (α

макро

) изгибами

ОВ, определяются выражением:

изгиб

= α

микро

+ α

макро

120 Глава 4. Каналы несанкционированного получения информации

Микроизгибы возникают в процессе изготовления ОВ и при формировании пласти-

кового конверта в процессе изготовления оптического кабеля. Макроизгибы возникают в

процессе прокладки оптического кабеля и являются функцией от радиуса изгиба ОВ. То-

гда потери на макроизгибах можно представить выражением:

макро

= 2 α

п.п.

+ α

п.и.у.

+ α

п.м.

где α

п.п.

— потери, обусловленные переходами от прямого участка световода к изогну-

тому, а также от изогнутого к прямому участку;

п.и.у.

— потери на изогнутом участке

ОВ;

п.м.

— потери, обусловленные наличием микротрещин.

стык

— суммарные потери, обусловленные стыковкой ОВ и определяемые внут-

ренними (

внутр.

) и внешними (α

внеш.

) потерями согласно выражения:

стык

= α

внутр.

+ α

внеш.

Внутренние потери определяются трудно контролируемыми факторами — парной

вариацией диаметров сердцевин, показателей преломления, числовых апертур, эксцен-

триситетов “сердцевина — оболочка”, концентричностью сердцевины у соединяемых

волокон. Можно получить случайные изменения перечисленных факторов, так как они

зависят не от конструкции соединителя, а от технологии производства ОВ.

Причинами внешних потерь являются несовершенства конструкции соединителя, а

также

процесса сборки ОВ и соединителя. Внешние потери зависят от механической не-

стыковки (угловое, радиальное и осевое смещение), шероховатости на торце сердцеви-

ны, чистоты участка и наличия зазора между торцами стыкуемых ОВ. Наличие зазора

приводит к появлению френелевского отражения из-за образования среды с показателем

преломления, отличным от показателя преломления ОВ.

внеш.

= α

угл.

+ α

рад.

+ α

осевое

+ α

обр.

где α

угл.

— потери, вызванные угловым смещением световодов; α

рад.

— потери, вызван-

ные радиальным смещением осей ОВ;

осевое

— потери, вызванные осевым смещением

торцов ОВ;

обр.

— потери, обусловленные обратным френелевским отражением.

Учитывая изложенное, выражение для

стык

примет следующий вид:

стык

= α

внутр.

+ α

угл.

+ α

рад.

+ α

осевое

+ α

обр.

Суммарные потери, обусловленные стыковкой ОВ, также носят название вносимых

потерь.

ВКР

— потери, обусловленные вынужденным комбинационным рассеянием. Это

рассеяние называется рассеянием Рамана-Мандельштама и возникает в волокне тогда,

когда проходящая в нем оптическая мощность достигает некоторого порога. Порог рас-

сеяния зависит от площади поперечного сечения и длины ОВ, а также от коэффициента

потерь. Рассеяние распространяется преимущественно в направлении исходного излуче-

ния.

ВРБМ

— потери, обусловленные вынужденным рассеянием Мандельштама-

Бриллюэна. Физическая суть рассеяния состоит в том, что при достаточно высоком