Материал: MSZI_2003
186
Глава
11.
Каналы
утечки
информации
при
эксплуатации
ЭВМ
электродвигатель
и
электрические
цепи
генератора
тока
стирания
и
подмагничивания
.
Первые
ОД
(TRD, TRD 800)
реагировали
на
поля
,
создаваемые
генератором
.
Это
резко
снижает
практическую
ценность
таких
ОД
,
поскольку
в
подавляющем
числе
моделей
современных
диктофонов
генераторы
не
используются
.
Данное
обстоятельство
заставило
разработчиков
ОД
сконцентрировать
усилия
на
создание
приборов
,
регистрирующих
магнитное
поле
работающего
электродвигателя
диктофона
.
Основным
параметром
ОД
,
в
первую
очередь
интересующим
пользователя
,
является
максимальная
дальность
обнаружения
.
Для
оценки
этого
параметра
достаточно
знать
уровень
поля
,
создаваемого
диктофоном
в
окружающем
пространстве
,
и
величину
пороговой
чувствительности
датчика
.
В
первом
приближении
физической
моделью
диктофона
можно
считать
магнитный
диполь
,
основной
характеристикой
которого
является
величина
дипольного
момента
.
Для
различных
типов
диктофонов
этот
момент
имеет
значения
от
10
-5
А
·
м
2
до
10
-4
А
·
м
2
.
В
реальной
ситуации
фактором
,
ограничивающим
дальность
обнаружения
,
являются
помехи
.
Диапазон
частот
,
в
котором
сосредоточена
основная
энергия
поля
диктофона
,
со
-
ставляет
50–400
Гц
.
Этот
диапазон
очень
сложен
для
измерений
,
поскольку
именно
здесь
“
разместились
”
наиболее
мощные
помехи
.
В
первую
очередь
,
это
магнитные
поля
токов
промышленной
частоты
220
В
50
Гц
и
ее
гармоник
.
Уровень
их
колеблется
в
интервале
от
10
-4
до
10
-1
А
·
м
2
.
Еще
один
источник
помех
—
компьютер
,
особенно
его
дисплей
.
Величина
эквива
-
лентного
магнитного
момента
дисплея
может
достигать
1
А
·
м
2
.
Свой
вклад
в
помехо
-
вую
обстановку
вносят
и
множество
других
источников
:
телефоны
,
телефаксы
,
копиро
-
вальная
техника
и
различные
электробытовые
приборы
.
Следовательно
,
динамический
диапазон
измерительного
тракта
должен
быть
не
менее
100
дБ
.
Требования
к
динамическому
диапазону
могут
быть
снижены
до
реально
осущест
-
вимых
при
использовании
дифференциальных
датчиков
(
градиентометров
),
измеряю
-
щих
разность
значений
поля
в
двух
точках
,
разнесенных
на
расстояние
d
.
При
этом
достигается
ослабление
поля
пропорциональное
d
/
R
,
где
R
—
расстояние
до
источни
-
ков
помех
.
В
большинстве
практических
применений
при
d
= 0,1
м
ослабление
состав
-
ляет
20–30
дБ
.
Платой
за
это
является
уменьшение
потенциально
достижимой
дально
-
сти
обнаружения
R
max
= 1,0 – 1,8
м
.
Возможен
еще
один
принцип
построения
ОД
.
Ток
,
протекающий
в
цепях
электродви
-
гателя
диктофона
,
содержит
четко
выраженную
импульсную
составляющую
.
Это
приво
-
дит
к
размазыванию
спектра
частот
до
десятков
килогерц
.
Использование
ВЧ
части
спектра
5–15
кГц
позволяет
существенно
уменьшить
габариты
датчика
и
упростить
схе
-
му
обработки
.
Основная
задача
,
решаемая
при
создании
ОД
, —
это
отстройка
от
мощных
помех
.
Она
может
быть
решена
двумя
способами
:
аналоговым
и
цифровым
.
Одной
из
главных
проблем
,
с
которой
столкнулись
потребители
при
использовании
аналоговых
моделей
,
оказалась
необходимость
подстройки
приборов
к
сложной
помехо
-
вой
обстановке
.
При
этом
вследствие
изменчивости
среды
приборы
каждый
раз
нужда
-
Техническая
реализация
устройств
маскировки
187
лись
в
новой
подстройке
.
Таким
образом
,
от
опыта
пользователя
зависела
работоспособ
-
ность
ОД
и
их
адаптация
к
нестационарным
условиям
.
Более
перспективной
является
цифровая
технология
,
позволяющая
реализовать
функции
подстройки
в
приборе
и
осуществлять
более
мощную
отстройку
от
помех
.
Од
-
нако
сложность
задачи
синтеза
четкого
и
однозначного
поведения
прибора
для
любых
ситуаций
,
возникающих
по
мере
поступления
текущей
информации
,
не
позволяла
до
по
-
следнего
времени
выпускать
такие
модели
ОД
.
Цифровой
путь
управления
ОД
связан
с
синтезом
алгоритмов
обработки
сигналов
.
При
этом
ввиду
сложности
задачи
приходится
использовать
не
один
алгоритм
,
а
сово
-
купность
технологий
цифровой
обработки
.
Спектральный
анализ
В
некоторых
моделях
ОД
обнаружение
осуществляется
во
временн
о
й
области
по
из
-
менению
мощности
сигнала
в
одном
или
двух
пространственных
или
частотных
кана
-
лах
.
Такой
анализ
осложнен
тем
,
что
мощность
сигналов
и
помех
суммируется
и
поэто
-
му
сигналы
становятся
неразличимыми
.
Эту
сложность
можно
преодолеть
переходом
на
N-
мерное
спектральное
пространст
-
во
,
где
помехи
и
сигналы
разделены
по
различным
компонентам
спектра
.
К
сожалению
,
такой
переход
удается
реализовать
для
временн
о
й
координаты
сигнала
.
Переход
в
спектральное
пространство
равносилен
использованию
решетки
градиен
-
тометров
,
каждый
из
которых
работает
на
своей
частоте
(
так
называемых
спектральных
градиентометров
).
Наиболее
подходящим
является
спектральное
представление
в
базисе
гармонических
функций
из
-
за
периодического
характера
сигналов
диктофонов
и
большинства
помех
,
что
позволяет
получить
компактные
спектры
.
Задача
заключается
в
обнаружении
новых
компонентов
спектра
,
возникающих
при
появлении
работающего
диктофона
.
Соотношение
амплитуд
помеха
/
сигнал
может
дос
-
тигать
значения
1000
единиц
.
Диктофон
может
быть
обнаружен
,
если
гармонический
сигнал
на
соответствующей
частоте
превышает
шум
.
Увеличение
дальности
обнаружения
за
счет
уменьшения
шу
-
мового
порога
достигается
накоплением
спектров
.
Однако
значительное
увеличение
ко
-
личества
накапливаемых
спектров
может
привести
к
недопустимо
большому
времени
обнаружения
.
Поэтому
целесообразно
использовать
скользящие
оценки
спектра
.
Спектральный
пик
сигнала
неизвестной
частоты
возникает
в
многокомпонентном
спектре
,
соседствуя
,
а
иногда
и
совпадая
с
мощными
пиками
сторонних
источников
,
свя
-
занных
со
сложной
электромагнитной
обстановкой
.
В
разных
областях
техники
задачу
обнаружения
энергетически
слабого
события
ре
-
шают
по
-
разному
.
При
поиске
магнитных
аномалий
со
спутников
используют
карты
магнитного
поля
,
составленные
на
основе
многолетних
наблюдений
.
При
обработке
изо
-
бражений
осуществляют
режекцию
фона
.
В
ОД
некоторых
моделей
выполняют
предва
-
рительную
балансировку
каналов
.
188
Глава
11.
Каналы
утечки
информации
при
эксплуатации
ЭВМ
Предварительную
балансировку
можно
применить
и
для
компонентов
спектра
сигна
-
ла
градиентометра
.
Предположим
,
что
спектр
содержит
две
составляющие
:
стабильную
помеховую
и
сигнальную
,
которая
возникает
в
случае
включения
диктофона
.
Проведем
“
обучение
”
прибора
в
условиях
,
когда
достоверно
отсутствуют
диктофоны
.
При
этом
можно
оценить
статистические
характеристики
фона
,
в
частности
,
его
спектр
—
шаблон
S(f,0)
.
На
этапе
обнаружения
измеряется
разность
между
текущим
спектром
и
по
-
роговым
спектром
-
шаблоном
:
С
(f,t) = S(f,t) – S(f,0)
.
Сглаживая
во
времени
разностный
спектр
,
получим
критериальную
функцию
[
С
(f,t)] = [S(f,t)] – [S(f,0)]
.
Правило
обнару
-
жения
при
этом
формулируется
как
превышение
критериальной
функции
спектрального
порога
:
С
(f,t) >
С
(t)
Значение
порога
определяется
уровнем
помех
,
собственными
шумами
каналов
обна
-
ружителя
,
временем
накопления
информации
,
а
также
заданной
вероятностью
обнару
-
жения
и
допустимой
вероятностью
ложной
тревоги
.
Данная
процедура
эквивалентна
балансировке
каждого
из
спектральных
градиенто
-
метров
,
при
этом
разбалансировка
является
следствием
появления
сигнала
.
С
другой
стороны
критеральная
функция
является
,
по
существу
,
градиентом
во
времени
.
Индика
-
тором
появления
диктофона
является
возникновение
неравномерности
во
времени
и
возрастание
градиента
выше
порогового
уровня
.
При
этом
частоты
диктофона
и
помехи
могут
совпадать
.
Если
бы
все
сводилось
к
стабильному
фону
,
который
можно
запомнить
перед
сеан
-
сом
контроля
,
то
задача
обнаружения
была
бы
решена
.
Необходимо
было
бы
в
течение
достаточно
длительного
времени
обучать
систему
окружающей
обстановке
.
Однако
ре
-
ально
дела
обстоят
сложнее
.
Во
время
контроля
возникают
дополнительные
помехи
или
фоновые
компоненты
:
от
транспорта
,
изменения
параметров
сети
,
офисной
техники
.
По
-
этому
шаблон
за
время
сеанса
контроля
существенно
устаревает
.
Сама
модель
стабиль
-
ного
фона
,
к
сожалению
,
является
лишь
условностью
,
которая
на
практике
часто
не
со
-
блюдается
.
Поэтому
приходится
привлекать
дополнительные
алгоритмы
:
распознавание
событий
и
многоканальную
адаптивную
фильтрацию
.
Распознавание
событий
Процедура
обучения
,
рассмотренная
ранее
,
сама
по
себе
является
первым
этапом
распознавания
события
,
связанного
с
работающим
диктофоном
.
Однако
в
процессе
об
-
наружения
помимо
работы
диктофона
встречается
еще
целый
ряд
событий
,
которые
мо
-
гут
привести
к
превышению
порога
и
вызвать
сигнал
тревоги
,
например
,
включение
но
-
вого
компьютера
,
вибрация
,
импульсная
помеха
,
звонок
телефона
,
помехи
транспортные
и
т
.
д
.
Поэтому
ОД
должен
все
эти
события
идентифицировать
для
того
,
чтобы
организо
-
вать
адекватную
реакцию
системы
:
при
кратковременных
помехах
обнаружение
на
по
-
меховых
компонентах
спектра
должно
отключаться
,
при
долговременных
—
должны
вносить
изменения
в
шаблон
.
Оценка
уровня
ПЭМИ
189
В
основу
распознавания
положена
информация
о
спектре
событий
,
полученная
на
этапе
предварительных
исследований
.
Однако
электромагнитная
обстановка
в
крупных
промышленных
городах
слишком
разнообразна
,
чтобы
распознавать
все
ситуации
.
Некоторые
сигналы
появляются
и
исче
-
зают
по
случайному
закону
.
Поэтому
для
исключения
ложных
тревог
дополнительно
приходится
применять
совершенно
другой
подход
—
многоканальную
адаптивную
фильтрацию
.
Многоканальная
фильтрация
Необходимость
в
многоканальной
(
многодатчиковой
)
системе
обусловлена
естест
-
венной
потребностью
контроля
пространства
,
превышающего
радиус
обнаружения
од
-
нодатчиковой
системы
.
Однако
,
помимо
этого
,
многоканальность
способна
придать
сис
-
теме
совершенно
новые
возможности
,
в
частности
,
компенсировать
помехи
.
Использование
многоканальности
для
фильтрации
помех
базируется
на
различии
дей
-
ствия
ближних
и
дальних
источников
на
систему
.
Мощный
дальний
источник
восприни
-
мают
все
датчики
,
в
то
время
как
слабый
ближний
сигнал
от
диктофона
—
всего
один
-
два
датчика
.
Тогда
,
сопоставив
спектры
сигналов
различных
каналов
,
можно
разделить
дейст
-
вия
помех
и
диктофонов
.
По
существу
,
это
является
обобщением
принципа
градиентомет
-
рии
.
Опорный
и
сигнальный
каналы
образуют
своеобразный
градиентометр
,
в
котором
спектр
фона
предсказывается
по
сигналу
опорного
канала
.
Отклонение
от
фона
в
сигналь
-
ном
канале
свидетельствует
о
наличии
ближнего
источника
.
Дополнительные
возможности
отстройки
от
помех
дают
методы
многоканальной
адаптивной
фильтрации
.
Таким
образом
,
последовательное
применение
различных
технологий
позволяет
при
-
близиться
к
предельной
дальности
обнаружения
.
Рассмотренные
принципы
обнаружения
диктофонов
применены
в
новой
офисной
системе
PTRD 018,
построенной
на
базе
микропроцессора
80
С
25SB.
Цифровые
технологии
,
реализованные
в
данной
модели
,
позволяют
охватить
до
16-
ти
посадочных
мест
,
что
в
восемь
раз
превышает
возможности
аналоговых
моделей
.
При
-
менение
рассмотренных
методов
обработки
сигналов
обеспечивает
нормальную
работу
прибора
даже
в
помещениях
с
очень
неблагоприятной
помеховой
обстановкой
,
при
этом
ложные
срабатывания
при
соблюдении
правил
эксплуатации
крайне
маловероятны
.
Дальность
обнаружения
при
благоприятных
условиях
достигает
1,5
м
для
каждого
дат
-
чика
,
что
на
данный
момент
является
наилучшим
результатом
.
Оценка
уровня
ПЭМИ
Оценка
уровня
ПЭМИ
средств
цифровой
электронной
техники
может
производиться
с
точки
зрения
соответствия
этих
уровней
следующим
нормам
и
требованиям
:
•
санитарно
-
гигиенические
нормы
(
ГОСТ
12.1.006-84);
•
нормы
электромагнитной
совместимости
(
ЭМС
);
•
нормы
и
требования
по
ЗИ
об
утечке
через
ПЭМИ
.
190
Глава
11.
Каналы
утечки
информации
при
эксплуатации
ЭВМ
В
зависимости
от
того
,
соответствие
каким
нормам
требуется
установить
,
исполь
-
зуются
те
или
иные
приборы
,
методы
и
методики
проведения
измерений
.
Следует
заметить
,
что
нормы
на
уровни
ЭМИ
с
точки
зрения
ЭМС
существенно
(
на
несколько
порядков
)
строже
санитарно
-
гигиенических
норм
.
Очевидно
,
что
нормы
,
ме
-
тодики
и
приборы
,
используемые
в
системе
обеспечения
безопасности
жизнедеятельно
-
сти
,
не
могут
быть
использованы
при
решении
задач
ЗИ
.
Уровни
ПЭМИ
цифровой
электронной
техники
с
точки
зрения
ЭМС
регламентиро
-
ваны
целым
рядом
международных
и
отечественных
стандартов
(
публикации
CISPR —
специального
международного
комитета
по
радиопомехам
,
ГОСТ
29216-91)
устанавли
-
вает
следующие
нормы
напряженности
поля
радиопомех
от
оборудования
информаци
-
онной
техники
(
табл
. 11.1).
Таблица
11.1.
Нормы
напряженности
поля
радиопомех
Полоса
частот
,
МГц
Квазипиковые
нормы
,
ДБ
миВ
/
м
(
миВ
/
м
)
30–230 30
(31,6)
230–1000 37
(70,8)
Уровни
напряженности
поля
излучаемых
помех
нормируются
на
расстоянии
10
или
30
м
от
источника
помех
в
зависимости
от
того
,
где
будет
эксплуатироваться
оборудова
-
ние
(
в
жилых
помещениях
или
в
условиях
промышленных
предприятий
).
Приведенные
допускаемые
уровни
излучения
достаточны
для
перехвата
ЭМИ
на
значительном
расстоянии
.
Кроме
того
,
в
диапазоне
частот
0,15–30
МГц
нормируются
только
уровни
напряжения
помех
на
сетевых
зажимах
оборудования
и
не
нормируется
напряженность
поля
радиопомех
.
Данные
нормы
при
серийном
выпуске
выполняются
с
какой
-
то
вероятностью
.
Таким
образом
,
соответствие
ПЭМИ
средств
цифровой
электронной
техники
нормам
на
ЭМС
не
может
быть
гарантией
сохранения
конфиденциальности
информации
,
обра
-
батываемой
с
помощью
этих
средств
.
Однако
высокая
степень
стандартизации
методик
и
аппаратуры
измерения
уровня
ЭМИ
при
решении
задач
оценки
ЭМС
делает
возможным
(
с
учетом
некоторых
особен
-
ностей
)
использование
их
при
решении
задач
ЗИ
.
Остановимся
на
характеристиках
ис
-
пользуемой
измерительной
аппаратуры
:
•
диапазон
рабочих
частот
— 9
МГц
– 1000
МГц
;
•
возможность
изменения
полосы
пропускания
;
•
наличие
детекторов
квазипикового
,
пикового
,
среднего
и
среднеквадратического
значений
;
•
возможность
слухового
контроля
сигнала
,
имеющего
амплитудную
и
частотную
мо
-
дуляцию
;
•
наличие
выхода
промежуточной
частоты
и
выхода
на
осциллограф
;
•
наличие
комплекта
стандартных
калибровочных
антенн
.
Приборы
,
используемые
на
практике
для
определения
ЭМС
,
перечислены
в
табл
.
11.2.