ОИУСЗИ / MSZI_2003

Излучатели электромагнитных колебаний 121

уровне мощности излучения происходит изменение энергетических квантовых состояний молекул и атомов ОВ, выражающееся в колебательном движении молекул. Это приводит к флуктациям плотности вещества, т.е. к возникновению акустических фононов. На этих фононах происходит нелинейное рассеяние света, заключающееся в том, что фотоны отдают часть энергии акустическим фононам, в результате чего в спектре излучения появляются новые компоненты, называемые стоксовыми.

Для обеспечения работоспособности ВОЛС необходимо, чтобы для полного затухания α сигнала в волоконно-оптическом тракте выполнялись следующие условия:

α = Pпер. – Pпр. – αзап. при Pпр. ≥Pпр. min; Δα ≤ αзап.

Здесь Pпер. — мощность излучения оптического передатчика (дБ/м); Pпер. — мощность на входе фотоприемника (дБ/м); αзап. — эксплуатационный запас (дБ/м); Δα — абсолютное изменение затухания тракта при изменении температуры окружающей среды.

Параметр α определяет длину регенерационного участка.

Таким образом, величина потерь мощности PL в произвольной точке определяются решением системы уравнений:

	+ αΣстык + αВКР + αВРБМ + αНСД)L	L > 0
P0e–(αпогл + αРел + αМи + αΣизгиб
PL =		L = 0
P0

Глава 5

Классификация радиоканалов утечки информации

Образование радиоканалов утечки информации

В современных условиях насыщенности нашей жизни самыми разнообразными техническими, особенно электронными, средствами производственной и трудовой деятельности, различными средствами связи, разного рода вспомогательными системами (телевидение, радиовещание) крайне необходимо понимать опасность возникновения канала утечки информации с ограниченным доступом именно через технические средства ее обработки. Более того, технические средства относятся едва ли не к наиболее опасным и широко распространенным каналам утечки информации.

Анализ физической природы многочисленных преобразователей и излучателей показывает, что:

•источниками опасного сигнала являются элементы, узлы и проводники технических средств обеспечения производственной и трудовой деятельности, а также радио- и электронная аппаратура;

•каждый источник опасного сигнала при определенных условиях может образовать технический канал утечки информации;

•каждая электронная система, содержащая в себе совокупность элементов, узлов и проводников, обладает некоторым множеством технических каналов утечки информации.

Сопределенной степенью обобщения множество радиоканалов утечки информации можно представить в виде следующей структуры (рис. 5.1).

Каждый из этих каналов, в зависимости от конкретной реализации элементов, узлов и изделий в целом, будет иметь определенное проявление, специфические характеристики и особенности образования, связанные с условиями расположения и исполнения.

Наличие и конкретные характеристики каждого источника образования канала утечки информации изучаются, исследуются и определяются конкретно для каждого образца технических средств на специально оборудованных для этого испытательных стендах и

вспециальных лабораториях.

Образование радиоканалов утечки информации 123

Рис. 5.1. Структура радиоканалов утечки информации

Классификация радиоканалов утечки информации по природе образования, диапазону излучения и среде распространения представлена на рис. 5.2.

Оценка электромагнитных полей

Оценка электромагнитных полей полезных и мешающих сигналов в месте приема или оценка собственно радиосигналов на входе приемника (после преобразования электромагнитного поля в радиосигналы антенной приемного устройства) составляет сущность электромагнитной обстановки, которая отражается статической моделью (рис. 5.3).

Модель содержит блоки канала передачи информации и звенья описания состояний информации. Блоки модели соответствуют материальным элементам, обеспечивающим формирование, передачу, распространение и, частично, прием радиосигналов. В соответствии с этим модель электромагнитной обстановки (ЭМО) включает в себя следующие блоки: источник полезных сигналов; источники мешающих сигналов (непреднамеренных помех); среда распространения электромагнитных колебаний.

Информационное описание процессов формирования ЭМО с учетом наличия непреднамеренных помех осуществляется в звеньях (пространствах): пространстве сооб-

щений Λ, пространстве полезных сигналов S, пространстве мешающих сигналов V и пространстве входных сигналов U.

124 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации

Рис. 5.2. Классификация радиоканалов утечки информации

Рис. 5.3. Статическая модель формирования электромагнитной обстановки

При этом входные сигналы могут рассматриваться в двух вариантах:

•на входе приемного устройства в форме электромагнитных полей;

•на входе приемника в форме радиосигнала.

Начальным в модели является звено, представляемое пространством сообщений Λ. Пространство сообщений объединяет множество всех возможных классов (разновидностей) сообщений. Каждое из сообщений является строго детерминированным, но появ-

Образование радиоканалов утечки информации 125

ление того или другого сообщения на приемном конце канала передачи информации для получения сообщения является случайным событием. С учетом этого сообщение будет рассматриваться как случайное событие конечного множества возможных сообщений.

Смысл сообщения и количество классов сообщений зависят от функциональных задач, выполняемых радиоэлектронными средствами.

Множество классов сообщений λ = (λ0, λ1, ..., λm) в любом случае полагается ограниченным (m ≠ ∞). Каждый из λi классов сообщений отличается от другого класса сообщения существом информационного содержания. Особый смысл имеет нулевой класс сообщения λ0 — он означает отсутствие сообщения. Так, для радиоэлектронных средств (РЭС) радиоэлектронной разведки при решении задачи обнаружения источника излучения множество всех возможных сообщений состоит из двух классов: λ0 — излучение отсутствует, λ1 — излучение от объекта имеется. Для разносвязных каналов при передаче символов, алфавит которых содержит m различных символов, пространство сообщений состоит из m + 1 класса. Нулевой класс λ0 и в этом случае соответствует отсутствию передачи какого-либо из m символов.

Статистическая характеристика пространства сообщений выражается совокупностью априорных вероятностей всех возможных сообщений. Это означает, что каждому классу сообщения приписывается определенная вероятность его появления. Априорные вероятности сообщений полагаются либо заранее известными, либо определяемыми ка- ким-либо известным способом.

Важным свойством сообщений является их классификационная упорядоченность, при которой имеется строгое соответствие каждого класса своему классу решения задачи в классификационной схеме задач.

Все многообразие функциональных задач, реализуемых радиоприемными устройствами РЭС может быть сведено к трем основным задачам: обнаружение, распознавание и измерение параметров сигнала.

В свою очередь, три основные задачи могут быть систематизированы и объединены единой схемой классификации (рис. 5.4).

Схема классификационных задач имеет иерархическую структуру. Верхний уровень схемы отвечает двухвариантной задаче обнаружения, все последующие ниже расположенные уровни соответствуют многовариантным задачам распознавания и измерения. Каждому ниже расположенному уровню соответствует более детальное распознавание и, соответственно, большее число классов решений. Нижний уровень отражает задачу измерения, которая представлена набором дискретов значений измеряемого параметра.

Это означает, что сообщениям, как и возможным решениям задач РЭС, свойственна единая иерархическая структура классификационной схемы с горизонтальной несовместимостью и вертикальной совместимостью классов сообщений как случайных событий. Отметим, что с учетом нулевого класса сообщений, сумма вероятностей классов сообщений по горизонталям классификационной схемы равна единице, т.е. все классы сообщений (включая и нулевой класс) по каждому из видов задач РЭС составляют полную группу случайных событий.

126 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации

Рис. 5.4. Классификация функциональных задач РЭС

Источник полезного сигнала, следующий по схеме за звеном пространства сообщений, осуществляет формирование радиосигнала из сообщения

S = F1(λ)

Оператор F1 определяет способ формирования сигнала из сообщения, т.е. характеризует выбор переносчика информации и способ его кодирования (модуляции) сообщением. Типичным переносчиком информации при функционировании РЭС выступают гармонические колебания, модулированные тем или иным способом.

Множество всех полезных сигналов заполняет пространство полезных сигналов S = S0, S1, ..., Sm, где S0 — нулевой сигнал, соответствующий отсутствию сообщения. Излучаемые сигналы представляются функциями пространственных координат (x1, y1, z1) источника сигналов, времени t, совокупности существенных параметров α и совокупности несущественных параметров β:

S = s(x1, y1, z1, α, β)

Каждому классу сообщения ставится в соответствие свой класс полезного сигнала. При этом сообщение закодировано в существенных параметрах, а сигнал i-го класса является узкополосным:

Si = si( x1, y1, z1, t, α) β exp(jω0t),

где si(x1, y1, z1, t, α) — комплексная модулирующая функция, соответствующая i-му сообщению; β — комплексный множитель, являющийся функцией несущественных параметров; ω0 — частота несущей высокочастотного сигнала.

Заметим, что i-му сообщению может соответствовать множество сигналов, но все они принадлежат сигналам i-го класса. Это обусловлено наличием множества возможных значений несущественных параметров, которые являются случайными величинами и свойства которых могут существенно влиять на обеспечение ЭМО.

Образование радиоканалов утечки информации 127

Полезные сигналы в форме высокочастотных колебаний излучаются в пространство и через среду распространения поступают на вход приемного устройства. Среда распространения отображается оператором F2 преобразования сигналов, который характеризует рассеяние, затухание и мультипликативные искажения последних во времени и пространстве:

Us (x, y, z, t, αs, βs) = F2 (s, x, y, z, t),

(5.1)

где x, y, z, t — пространственно-временные координаты в месте приема сигнала. Входной полезный сигнал может рассматриваться как на входе антенны приемного

устройства, так и на входе собственно приемника (после антенны). В первом случае выражение (5.1) относятся к электромагнитному полю на входе приемного устройства (на входе антенны приемника), во втором — к напряжению полезного сигнала после антенны.

Совместно с полезным сигналом на вход приемника поступают и мешающие сигналы (непреднамеренные помехи). Каждый из мешающих сигналов создается своим источником непреднамеренных помех, расположенном в определенном месте и излучающим свойственный ему сигнал. В результате на входе приемника имеет место аддитивная смесь полезного сигнала, мешающего сигнала и входных шумов приемника:

U(x, y, z, t) = Us (x, y, z, t, αs, βs) + Uv (x, y, z, t, βv) + Un (x, y, z) ,

где αs, βs — существенные и несущественные параметры полезного сигнала; βv — параметры непреднамеренной помехи, являющиеся несущественными для получателя полезной информации.

Все множество возможных принимаемых сигналов представляется в пространстве U входных сигналов. Это пространство является оконечным звеном в статической модели формирования электромагнитной обстановки. Представляемые в нем входные сигналы составляют описание электромагнитной обстановки, в которой функционирует РЭС.

Аналитическое представление электромагнитной обстановки

Согласно статической модели ЭМО, аналитическое представление формируется путем преобразования излучаемых полезных и мешающих сигналов средой их распространения. Если сигнал представить в виде поля излучения с линейной поляризацией, то в некоторой декартовой системе координат X1 = x1, y1, z1, где аппертура антенны (или плоскость отражения) совмещены с координатной плоскостью x1o1y1, напряженность поля может быть записана в виде векторной комплексной (аппертурной) функции:

e(x1, α, β) = X10 e1 (x1, α, β) + Y10 e2 (x1, α, β),

где e1, e2 — аппертурные функции поляризационных составляющих; X10, Y10 — орты системы координат x1, y1, z1; X1 — координаты текущих точек апертуры (рис. 5.5).

128 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации

Рис. 5.5. Система координат пространства сигнала излучения

Для типового высокочастотного узкополосного сигнала поляризационные составляющие выражаются в виде

e1(2)(X1, t, α, β) = kп1(2) Et(t, α) Ex(x1, y1) A0 exp[j(ω0t + ψ0)],

где Et(t, α) — комплексная амплитуда поля излучаемого сигнала с учетом ее модуляции, перекодирующей полезное сообщение в сигнал с существенными параметрами α; Ex(x1, y1) — распределение поля в раскрыве антенны; A0, ψ0 — нормированная амплитуда и начальная фаза излучаемого сигнала, соответственно, выступающие как несущественные параметры и зависящие от вида модели сигнала; ω0 — круговая частота несущей сигнала; kп1(2) — поляризационные коэффициенты: kп1 = | е1 | / | е | — для первой поляризационной составляющей; kп2 = | е2 | / | е | — для второй (ортогональной к первой) поляризационной составляющей.

Функция F2 cреды распространения может быть выражена интегральной операцией, учитывающей переходную характеристику cреды. Таким образом, каждая из поляризационных составляющих поля в месте приема

+∞

U1(2) (X, t, α, β) = ⌠⌡⌠⌡⌠⌡⌠⌡e1(2)(X1, t, α, β) hр(X – X1, t – t1) dX1 dt1,

–∞

где hр(x, y, z, t) — комплексная переходная характеристика среды распространения; X = x, y, z — пространственные координаты поля в месте приема.

Этот интеграл берется по четырехмерной области существования функции e1(2)(x1, y1 , z1, t1, α, β). Для среды распространения ее комплексную переходную характеристику можно выразить в виде произведения

hр(x, y, z) = hрг(x, y, z, t) hсл(x, y, z, t),

где hрг и hсл — регулярная и случайная части переходной характеристики среды.

Образование радиоканалов утечки информации 129

Регулярная часть hрг определяется законами электродинамики для свободного пространства. Для данной зоны излучающей антенны она будет

hрг(x, y, z, t) = χ1 exp[jω0 – (t – R/c)] δ (t – R/c),

где R — дальность распространения сигнала; c — скорость распространения сигнала; χ1 = 1/ 2πR2 — множитель ослабления сигнала за счет рассеяния в среде распространения.

Если учесть, что это выражение определяет напряженность поля точечного излучателя, помещенного в центре координат излучающей аппертуры, то ясно, что напряженность поля в точке приема с координатами (x, y, z), обратна пропорциональна дальности R распространения сигнала, а набег фазы высокочастотного колебания и задержка сигнала во времени пропорциональны дальности распространения сигнала.

Случайная часть hсл переходной характеристики учитывает возникающие при распространении амплитудные и фазовые искажения.

Амплитудные искажения сигнала проявляются в его замираниях либо во флуктуациях при отражении от большого числа отражателей. Они обычно принимаются случайными с распределением по релеевскому закону. Фазовые искажения также принимаются случайными с равномерным распределением плотности вероятности фазы в пределах от

0 до 2π.

Таким образом, типовой для полезного сигнала является модель среды распространения с комплексной случайной частью hсл, у которой случайный модуль | hсл | и случайный фазовый угол ψh.

Относительно мешающего сигнала условия распространения изменяются в более широких пределах и имеет три вида.

1.При распространении непреднамеренной помехи в пределах объекта, когда расстояния между антеннами взаимовлияющих РЭС малы и не изменяются в процессе функ-

ционирования РЭС, множитель hсл является постоянным и известным. В этом случае его принимают, без потери общности рассуждений, равным единице.

2.При рассмотрении локальных группировок со стационарно расположенными РЭС флуктуаций модуля | hсл | не будет, а фаза ψh (в силу неизвестного с точностью до долей рабочей волны расстояния между РЭС) оказывается случайной.

3.Для подвижных РЭС и расположенных на больших расстояниях имеют место случайные модуль | hсл | и фаза ψh случайной части переходной характеристики. При этом в случае групповой непреднамеренной помехи для каждой отдельной помехи будет своя случайная часть hслμ(μ>1), независимая от случайной части другой одиночной помехи.

Если в выражение для поляризационных составляющих поля в месте приема подставить выражения для e1(2), hр и hрг, то можно определить сигнал на входе антенны приемника в форме

U1(2) (x, y, z, t) = kп1(2) χ1 A exp(jψ) F1(2)(v, ϕ) E(t – τ) exp[j(ω0t – kR1)] ,

где R1 — расстояние между передатчиком и приемником; k = 2π/λ — волновой множитель; τ = kR1/ω0 — временная задержка принимаемого сигнала; F1(2) — диаграмма на-

130 Глава 5. Классификация радиоканалов утечки информации

правленности антенны передающего устройства; A — амплитудный множитель, учитывающий | hр |; ψ — фазовый множитель, учитывающий ψh.

В соответствии с рис. 5.5, диаграмма направленности выражается как функция сферических координат.

F1(2) (υ, ϕ) = ⌠⌡⌠⌡ Е1(2)(x1, y1) exp[jk(x1 sin v cos ϕ + y1 sin v sin ϕ)] dx1 dy1,

(Апрд)

где (Aпрд) — двухмерная аппертура передающей антенны.

Для того чтобы от напряженности поля в месте приема перейти к напряженности на входе приемника, необходимо учесть преобразование электромагнитного поля антенной приемника. Это выполняется с помощью интегрального преобразования с учетом аппертуры Aпрм приемной антенны:

U1(2) (t) =χ2 ⌠⌡⌠⌡ U1(2)(x, y, z, t)F1(2) (v', ϕ') exp[jk(x sin v' cos ϕ' + y1 sin ϕ')] dx dy,

(Апрм)

где v', ϕ' — углы в полярной системе координат приемной антенны, под которыми приходит принимаемый сигнал; χ2 — коэффициент, равный отношению величины интеграла выражения при текущих значениях v', ϕ' к величине этого интеграла при v' = ϕ' = 0.

Рассмотренная процедура получения сигнала на входе приемника позволяет учесть особенности излучения сигналов, среды распространения и направленных свойств приемной антенны. Систематизация входных сигналов на основе полученных данных позволяет сформировать модель входного сигнала.

Анализ процесса формирования ЭМО в месте приема полезного сигнала свидетельствует отом, чтонеобходимо учитыватьтрихарактерные компоненты:

•полезный сигнал;

•мешающий сигнал;

•внутренние, или собственные, шумы приемника.

Эти три компоненты образуют на входе приемного устройства аддитивную смесь.

Рассмотрим возможный вариант одной из поляризационных составляющих с учетом возможных классов сигналов и помех:

Uвх	Uv (x, t, βv) + n(x, t),			при i = 0
	(X, t) =		(x, t, αs, βs) + Uv(x, t, βv) + n(x, t),	при i = 1	,
i	Us
		1

где Us1(x, t, αs, βs) — полезный сигнал; Uv(x, t, βv) — мешающий сигнал, являющийся непреднамеренной помехой; n(x, t) — шумы приемника, пересчитанные ко входу приемника. Условие i = 0 соответствует случаю отсутствия сигнала. Каждый компонент является функцией пространства и времени. При этом входной сигнал рассматривается в пространстве наблюдения, представляющем собой область существования входного сигнала в пространстве, имеющую протяженность по каждой из осей и интервал наблюдения.

Учитывая ограниченные по ширине спектры сигналов и ограниченную ширину полосы пропускания приемника, все три компоненты принимаются узкополосными процессами, причем сигнал и помеха записываются в виде