Устройство для защиты апертурной случайной антенны - RU2608339C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации (КИ) и может быть использовано для активной защиты радиотехнических систем, объединенных термином «апертурные случайные антенны» (АСА).

Для обеспечения защиты технических средств, осуществляющих передачу, прием, обработку и хранение КИ, важное значение имеет выявление и последовательное перекрытие всех технических каналов утечки, отходящих из подлежащих защите помещений (ПЗП) во внешнюю среду через апертуры утечки КИ [1-3]. Примерами ПЗП являются помещения (служебные кабинеты, переговорные комнаты и кабины, конференц-залы), предназначенные для работы с КИ при проведении совещаний, переговоров, конференций и т.п. Примерами апертур утечки КИ, выступающих в роли АСА, являются окна, дверные проемы, отверстия, щели и другие дефекты экранирующих конструкций, обеспечивающих пассивную защиту КИ - ввиду эффекта «просачивания» через них КИ-сигнала [4-5].

Необходимость активной защиты КИ объясняется тем, что надежные и универсальные способы пассивной защиты (электромагнитное экранирование, заземление, фильтрация КИ-сигналов) для защиты апертур утечки КИ зачастую неприменимы. Главным и наиболее эффективным средством защиты в данном случае является пространственное зашумление, которое имеет ввиду применение устройств для активной защиты КИ - генераторов преднамеренных помех, размещаемых внутри ПЗП с целью энергетическим способом (для маскирующих шумовых помех) или путем нанесения максимального информационного ущерба (для имитирующих помех) «подавить» КИ-сигналы во всех имеющихся и потенциально возможных каналах утечки, чтобы затруднить работу технических средств перехвата (ТСП) злоумышленника.

Пространственное зашумление реализуется с помощью излучателя шумового сигнала (генератора с антенной), размещенного в ПЗП [1-3]. Другим известным устройством является излучатель имитирующих помех (переизлучатель-модулятор КИ-сигнала с генератором модулирующего шумового сигнала и антенной), способный наносить информационный ущерб ТСП злоумышленника [6] с применением также известных из уровня техники способов амплитудной (AM) и угловой (УМ) - частотной или фазовой модуляции КИ сигналов [7].

Наиболее близким по технической сущности является способ защиты случайной антенны [8] с помощью системы излучателей имитирующих преднамеренных помех, который заключается в том, что между случайной антенной и злоумышленником располагают M ретрансляторов КИ-сигнала, излучаемого случайной антенной, к которым подключены амплитудные и угловые модуляторы, соединенные с M генераторами шумовых помех, которые осуществляют стохастическую AM и УМ сигналов и помех, излучаемых случайной антенной, что эквивалентно формированию имитирующей помехи, с помощью которой осуществляется «закрытие» канала утечки КИ через случайную антенну.

Фиг. 1 демонстрирует способ-прототип защиты случайной антенны.

Фиг. 2 иллюстрирует состав и принцип действия предлагаемого устройства, реализующего низкоэнергетическую защиту АСА.

Фиг. 3 представляет электрическую схему важнейшего элемента системы защиты АСА - модулятора КИ сигнала, выполненного на микросхеме AD8343.

Фиг. 4 демонстрирует вариант реализации предлагаемого устройства для защиты АСА в виде фрагмента металлической оконной решетки.

Фиг. 5 демонстрирует вариант крепления предлагаемого устройства к АСА при помощи двух симметричных переходных устройств (по две спирали в каждом устройстве), реализующих их максимальную электромагнитную (индуктивную и емкостную) связь.

Фиг. 6 представляет спектрограммы, иллюстрирующие процесс модуляции тестового КИ сигнала гармоническим сигналом с частотой 25 МГц: а) - тестовый КИ-сигнал и электромагнитный фон по помещении лаборатории при отсутствии модулирующего сигнала U_M=0; б) - сигнал на выходе предлагаемого устройства при напряжении U_M=0,5 МАХ; в) - то же при U_M=МАХ.

Фиг. 7 представляет спектрограммы, иллюстрирующие процесс модуляции тестового КИ сигнала гармоническим сигналом с частотой 300 МГц: а) - тестовый КИ-сигнал и электромагнитный фон по помещении лаборатории при отсутствии модулирующего сигнала U_M=0; б) - сигнал на выходе предлагаемого устройства при напряжении U_M=5 МАХ; в) - то же при U_M=МАХ.

Фиг. 8 представляет спектрограммы, иллюстрирующие процесс модуляции тестового КИ сигнала реальным шумовым сигналом от генератора ГШ-1000М: а) - тестовый КИ-сигнал и электромагнитный фон в помещении лаборатории при отсутствии модулирующего сигнала U_M=0; б) - сигнал на выходе предлагаемого устройства при напряжении сигнала накачки U_M=МАХ.

Известный способ-прототип осуществляется следующим образом.

Схема Фиг. 1 демонстрирует известный способ защиты случайной антенны 1 с помощью системы излучателей преднамеренной помехи (ИПП) - для простоты здесь показан один ИПП 2; а также 3 - N приемников КИ-сигнала; 4 - компьютерная схема обработки КИ-сигнала U_C (t), образующая в комплекте с приемниками систему N-кратного разнесенного приема, выделенную штриховой линией как единое ТСП; 5 - M ретрансляторов КИ-сигнала, подключенные через M амплитудных и (или) угловых модуляторов 6 к генераторам преднамеренных помех 7. Согласно Фиг. 1, активная защита случайной антенны 1 осуществляется системой ИИП 2, которая выступает в роли источника преднамеренных аддитивных помех, в результате чего формируется смесь КИ-сигнала U_C (t) и помех, которая поступает на M радиоретрансляторов 5, находящихся под воздействием мультипликативных помех U_МП (t), создаваемых амплитудными и (или) угловыми модуляторами 6 под воздействием генераторов шумовых помех 7. Стохастическая AM при этом осуществляется за счет изменения активных составляющих R_МП (t), а стохастическая УМ - за счет изменения реактивных составляющих Х_МП (t) комплексных сопротивлений Z_МП (t) = R_МП(t) + jX_МП (t), вносимых ретрансляторами 5 в радиотракты каналов утечки КИ. Совместное применение аддитивных и мультипликативных помех в прототипе обеспечивает существенное повышение эффективности защиты случайной антенны по сравнению с другими известными аналогами.

Принципиальным недостатком прототипа является невозможность его использования для защиты АСА в виде наиболее широко распространенной типовой конструкции - металлической оконной решетки, поскольку размещать ретрансляторы КИ-сигнала между АСА и ТСП злоумышленника как внутри ПЗП, так и за его пределами в данном случае нецелесообразно по следующим причинам:

- металлическая оконная решетка расположена на границе ПЗП, за которой начинается внешняя среда, где обеспечить эффективную маскировку, сохранность и скрытый контроль работоспособности ретрансляторов КИ-сигнала, а также любых других элементов системы защиты АСА невозможно;

- при размещении ретрансляторов КИ-сигнала внутри ПЗП их работа будет негативно влиять на электромагнитную безопасность расположенных здесь же рабочих мест пользователей КИ;

- сформированные при размещении ретрансляторов КИ-сигнала внутри ПЗП помехи будут проходить через АСА во внешнюю среду с неизбежным дополнительным ослаблением по эфиру на участке «Ретрансляторы - АСА»;

- используемые в прототипе диодные ретрансляторы [8-9] обеспечивают эффективную стохастическую модуляцию КИ-сигнала преимущественно в режиме «большого сигнала» [10], когда уровни поступающих на модулятор КИ-сигнала U_C (t) и модулирующего сигнала U_M (t) достаточно велики для того, чтобы он работал на нелинейном участке своей рабочей характеристики [4]. Если ситуация соответствует режиму «малого сигнала», интенсивность сформированной помехи U_П (t) может оказаться недостаточной для эффективной защиты АСА (обозначения здесь соответствуют Фиг. 2).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности защиты АСА в виде металлической оконной решетки за счет ее конструктивного объединения с генераторами стохастического модулирующего (шумового или соответствующего имитирующей помехе) сигнала, усилителями и модуляторами КИ-сигнала при размещении последних с помощью переходных устройств непосредственно на поверхности АСА и обеспечении максимально-возможной электромагнитной (индуктивной, емкостной) связи между ними.

Техническая сущность устройства для защиты апертурной случайной антенны с помощью генератора стохастического модулирующего сигнала и модулятора сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, состоит в том, что в его состав включены усилитель сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, усилитель стохастическим образом модулированного сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, и два переходных устройства, первое из которых включено между апертурной случайной антенной и входом усилителя сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, выход которого подключен к первому входу модулятора сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, второе переходное устройство включено между апертурной случайной антенной и выходом усилителя стохастическим образом модулированного сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, вход которого подключен к выходу модулятора сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, а выход генератора стохастического модулирующего сигнала подключен ко второму входу модулятора сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, при этом все перечисленные элементы расположены в непосредственной близости от апертурной случайной антенны и друг от друга таким образом, что между ними имеет место максимально-возможная электромагнитная (емкостная и индуктивная) связь.

Схема взаимодействия генератора стохастического модулирующего сигнала 7, модулятора КИ-сигнала 6, усилителя КИ-сигнала 8 и усилителя стохастическим образом модулированного КИ-сигнала 9, подключенных к АСА 1 при помощи переходных устройств 10 и 11, показанная на Фиг. 2, предельно проста в реализации и максимально эффективна - поскольку все перечисленные элементы конструктивно объединены и представляют собой единое устройство для активной информационной защиты АСА.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

В соответствии со схемой, показанной на Фиг. 2, КИ-сигнал U_C (t) от АСА 1 через переходное устройство 10 поступает на усилитель КИ-сигнала 8 и далее на первый вход модулятора КИ-сигнала 6, на второй вход которого одновременно с ним подается сигнал U_М (t) от генератора модулирующего сигнала 7. На выходе модулятора КИ-сигнала 6 формируется сигнал U_П (t), играющий роль имитирующей помехи (этот процесс отражают спектрограммы Фиг. 6; Фиг. 7 и Фиг. 8), который через усилитель 9 и переходное устройство 11 вновь подается на АСА 1. В результате этого, одновременно с КИ-сигналом U_C (t), в АСА 1, которая представляет собой металлическую (защитную, декоративную) оконную решетку, постоянно циркулирует сигнал U_П (t), являющийся помехой, которая осуществляет «закрытие» канала утечки КИ через АСА, то есть ее активную информационную защиту.

Согласно [4], уровень формируемой имитирующей помехи U_П (t) зависит от уровней сигналов U_C (t) и U_М (t), поступающих на модулятор 6, соответственно, от АСА 1 через усилитель КИ-сигнала 8 и от генератора 7, а также от параметров усилителя модулированного сигнала 9 в составе микросхемы AD8343 (см. схему Фиг 3). Использование преобразовательных и усилительных свойств микросхемы AD8343 позволяет увеличить уровень U_П (t) на 20-30 дБ по сравнению с аналогичными устройствами в составе прототипа, которые реализованы на полупроводниковых диодах и полевых транзисторах.

Первый симметричный вход модулятора 6 на схеме Фиг. 3 обозначен как AHT-IN, второй несимметричный вход - как U_НАК; симметричный выход - как АНТ-OUT. К симметричным первому входу AHT-IN и выходу АНТ-OUT через спиральные переходные устройства 10 и 11 подключена АСА 1, как это в укрупненном виде показывает Фиг. 5 (более реалистичным по масштабу является изображение Фиг. 4). Предлагаемое устройство учитывает особенности конструкции АСА, которая не имеет ни входа, ни выхода, присущих традиционным антеннам, а обычно представляет собой сварную металлическую конструкцию, возбуждаемую падающей на нее волной КИ-сигнала. Подключение к АСА одновременно входа AHT-IN и выхода АНТ-OUT через спиральные переходные устройства (см. Фиг. 5) не «закорачивает» микросхему AD8343 и не нарушает режим ее работы - поскольку усиление и модуляцию КИ-сигнала она выполняет в соответствии с целью изобретения полностью (см. Фиг. 6; Фиг. 7 и Фиг. 8).

Расчетно-экспериментальный анализ показывает [4], что предлагаемое устройство обеспечивает именно низкоэнергетическую информационную защиту АСА - так как при заданных показателях эффективности защиты КИ за пределами ПЗП уровень электромагнитного поля внутри ПЗП существенно меньше, чем при пространственном зашумлении. При этом в отличие от устройств, реализующих способ-прототип, предлагаемое устройство специально предназначено для защиты типовой АСА в виде металлической оконной решетки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хорев А.А. Защита информации от утечки по техническим каналам. Часть 1. М.: Гостехкомиссия России, 1998. - 320 с.

2. Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 416 с.

3. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. - 320 с.

4. Маслов О.Н. Низкоэнергетическая информационная защита случайных антенн // Электросвязь. №1, 2014. - С. 32-38.

5. Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Статистические характеристики поля решетки апертурных случайных антенн // Радиотехника и электроника. Т. 58, №11, 2013. - С. 1093-1101.

6. Зайцев А.П., Шелупанов А.А. Технические средства и методы защиты информации. Томск: В-Спектр, 2006. - 384 с.

7. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1976. - 448 с.

8. Патент RU 2474966. Способ информационной защиты случайной антенны. Заявл. 30.11.2011, опубл. 10.02.2013.

9. Патент RU 2271065. Способ радиосвязи и системы его реализации. Заявл. 09.06.2004, опубл. 27.02.2006.

10. Кондратюк А.П. Методология создания объектов информатизации различного назначения в защищенном исполнении // Защита информации. Инсайд. №2, 2007. - С. 8-13.

Реферат

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации. Особенностью заявленного устройства для защиты апертурной случайной антенны является то, что в его состав включены усилитель сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, усилитель стохастическим образом модулированного сигнала, содержащего конфиденциальную информацию, и два переходных устройства. Техническим результатом является повышение эффективности защиты апертурной случайной антенны. 8 ил.

Формула