Способ и устройство для информационной защиты апертурной случайной антенны
METHOD AND DEVICE FOR INFORMATION PROTECTION OF AN APERTURE RANDOM ANTENNA

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации (КИ) и может быть использовано для защиты радиотехнических систем, объединенных термином «апертурные случайные антенны».
Для обеспечения защиты КИ важное значение имеет выявление и последовательное перекрытие всех технических каналов утечки: по открытому пространству и по соединительным линиям, отходящим из подлежащих защите помещений (ПЗП) во внешнюю среду. Примерами ПЗП являются помещения (служебные кабинеты, переговорные комнаты и кабины, конференц-залы), предназначенные для работы с КИ при проведении совещаний, переговоров и т.п. Примерами соединительных линий являются системы проводов электропитания, заземления, охранной и пожарной сигнализации; кабельные линии внешней и внутриофисной связи; трубы систем вентиляции и центрального отопления; металлические части несущих конструкций в зданиях и т.д.
U
t
С
В соответствии с классификацией случайных антенн [1-2], примерами апертурных случайных антенн (АСА) могут быть «апертуры утечки» КИ в виде окон, дверных проемов, вентиляционных и технологических отверстий, зазоров, щелей и т.п. [3], которые являются источниками электромагнитного поля (ЭМП) в окружающей ПЗП среде и переносящего КИ к предполагаемым местам расположения технических средств перехвата (ТСП) злоумышленника. Поскольку многие надежные и универсальные способы пассивной защиты КИ («герметичное» электромагнитное экранирование, заземление, фильтрация КИ-сигналов [4-5]) для защиты АСА неприменимы, главным и наиболее перспективным средством в данном случае является активная защита КИ – с использованием различного рода преднамеренных помех (заградительных шумовых, имитационных прицельных [8-9]). Известны следующие способы активной защиты КИ, основанные на применении преднамеренных помех, призванных энергетическим способом (для шумовых помех) или путем нанесения максимального информационного ущерба (для имитационных помех) «подавить» КИ-сигналы () во всех имеющихся и потенциально возможных каналах утечки, чтобы затруднить злоумышленнику перехват и обработку КИ с помощью имеющихся у него ТСП [1-2, 4, 6]:
- линейное зашумление
U
t
П
, которое реализуется с помощью шумового генератора, подающего сигнал () во все подлежащие защите соединительные линии;
- пространственное зашумление
Е
t
U
t
U
t
Е
t
П
П
С
С
, которое имеет в виду создание ЭМП с уровнем напряженности поля (), соответствующего (), со структурой и характеристиками, обеспечивающими защиту КИ-сигнала () с напряженностью поля () от перехвата по каналам утечки;
- кодовое зашумление
– применяемое при невозможности использовать другие виды активной защиты, связанные с ЭМП;
- самозашумление
, которое является специфическим видом зашумления компьютеров, когда-либо стоящие рядом ЭВМ работают так, что ЭМП их КИ-сигналов искажают друг друга, либо один компьютер работает в мультипрограммном режиме, когда обработка перехваченного КИ-сигнала с целью извлечения КИ злоумышленником затруднена.
способ пространственного зашумления
N
Наиболее близким по технической сущности является эффективный и универсальный  [6, с. 188, рис. 8.9] (прототип предлагаемого изобретения), который, применительно к условиям решаемой задачи, предусматривает размещение в ПЗП  излучателей преднамеренных помех (ИПП), обеспечивающих информационную защиту ПЗП, включая АСА.
Е
t
Е
t
Е
t
Е
t
Е
t
С
П
П
С
П
Однако основным недостатком способа-прототипа является возможность снизить эффективность защиты АСА путем применения злоумышленником известных методов повышения помехоустойчивости приема сигналов любого конкретного вида (аналоговых, цифровых) при обработке аддитивной смеси сигнала и помехи () + () [7]. Для обеспечения эффективной защиты КИ уровни () должны быть достаточно большими, что связано с ухудшением электромагнитной совместимости используемых радиосредств и возрастанием экологической опасности для окружающей среды (персонал, пользователи КИ, население) по фактору ЭМП. Во многом это определяется тем, что «апертуры утечки» излучают КИ-сигналы () квазиравномерно по всем направлениям, в том числе в область предполагаемых мест размещения ТСП злоумышленника, для обеспечения необходимого отношения «помеха/сигнал» в пределах которой и приходится увеличивать ().
Техническим результатом предлагаемого изобретения
Е
t
Е
t
С
П
является повышение эффективности защиты АСА путем снижения уровня напряженности поля () информационного КИ-сигнала и увеличения отношения «помеха/сигнал» в области предполагаемого размещения ТСП злоумышленника. Дополнительным результатом является улучшение электромагнитной совместимости используемых радиосредств и снижение экологической опасности для окружающей среды (персонал, пользователи КИ, население) по фактору ЭМП системы защиты АСА за счет снижения уровней напряженности поля () ИПП при обеспечении фиксированного отношения «помеха/сигнал».
отличается
Техническая сущность предлагаемого способа защиты апертурной случайной антенны при помощи системы излучателей преднамеренной помехи тем, что в апертуре случайной антенны размещается устройство в виде вращаемой поворотным устройством полупроводниковой панели, которая способна отклонять излучение информационного сигнала апертурной случайной антенны, защищенного формируемой панелью низкоэнергетической помехой, что обеспечивающее снижение уровня информационного сигнала и увеличение отношения «помеха/сигнал» в месте предполагаемого расположения технических средств перехвата информационного сигнала апертурной случайной антенны.
Фиг. 1 иллюстрирует способ-прототип, используемый для защиты АСА.
Фиг. 2 иллюстрирует предлагаемый способ защиты АСА.
Фиг. 5 иллюстрирует схему практического применения рассматриваемых способов информационной защиты АСА.
Известный способ-прототип осуществляется следующим образом.
S
S
x
y
z
S
X
Y
S
X
Y
x
y
z
z
z
Е
z
Е
z
z
Е
A
0
П
m
m
Z
Z
Z
z
z
z
0
S
С
S
С1
S
S
П1
Фиг. 1 демонстрирует АСА в виде прямоугольника  на поверхности  в прямоугольной системе первичных координат ; ; ; информационная защита которой осуществляется с помощью системы ИПП (для простоты показанной в виде одного ИПП с круглой зачерненной апертурой ). Размеры подлежащей защите АСА 2×2; размеры зоны  предполагаемого размещения ТСП злоумышленника 2×2 в прямоугольной системе вторичных координат ; ;  на расстоянии  от СА в произвольной точке . Апертура АСА возбуждается КИ-сигналом с напряженностью поля  (прохождение КИ-сигнала в апертуру АСА показано в виде сплошной утолщенной стрелки); напряженность поля КИ-сигнала в точке  равна  (прохождение КИ-сигнала в точку  показано в виде совокупности сплошных тонких стрелок). Это отражает тот факт, что в реальности АСА возбуждается достаточно сложным по составу и структуре сигналом (расфазированным, многолучевым, приходящим с разных сторон и т.п.), поэтому его обозначение одной стрелкой является условным. Напряженность поля ИПП в точке  равна  (излучение помехи показано в виде совокупности штриховых утолщенных стрелок). За исключением данных обозначений, описание известного способа и ТСП [1-2 6-8] в дополнительном пояснении не нуждается.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
В отличие от способа-прототипа, предлагаемый способ защиты предполагает размещение в апертуре АСА устройства в виде вращаемой поворотным устройством полупроводниковой панели, которая способна отклонять излучение информационного сигнала апертурной случайной антенны, защищенного формируемой панелью низкоэнергетической помехой, что обеспечивающее снижение уровня информационного сигнала и увеличение отношения «помеха/сигнал» в месте предполагаемого расположения технических средств перехвата информационного сигнала апертурной случайной антенны.
N
N
N
Е
t
Е
t
С
П
Фиг. 3 иллюстрирует схему применения предлагаемого способа защиты АСА с помощью системы ИПП (для простоты на схеме показан один ИПП), где выделенное штриховой линией ТСП злоумышленника представляет собой  приемников КИ-сигнала ПР-1 … ПР- и компьютерную схему обработки КИ-сигнала КС, образующую в комплекте с приемниками систему -кратного разнесенного приема; уровни напряженности поля КИ-сигнала и ИПП обозначены, соответственно, как () и (). Предлагаемый способ универсален и прост, он позволяет повысить эффективность и экологическую чистоту информационной защиты АСА.
Из уровня техники известны методы и средства низкоэнергетической защиты случайных антенн, в том числе АСА [9-13]; варианты реализации и применения нелинейных полупроводниковых поверхностей в целях организации скрытой связи [5-6], а также поворотных устройств [14-16] для механического и электромеханического дистанционного управления ими [17-20], которые в непосредственном виде не удается применить для достижения технического результата предлагаемого способа. Поэтому для его реализации предлагается устройство для информационной защиты АСА.
Устройство для информационной защиты апертурной случайной антенны
Фиг. 4 иллюстрирует работу устройства-прототипа при защите АСА.
Фиг. 5 иллюстрирует принцип работы предлагаемого устройства при формировании низкоэнергетической помехи.
Фиг. 6 показывает первый вариант предлагаемого устройства для информационной защиты АСА.
Фиг. 7 показывает второй вариант предлагаемого устройства для информационной защиты АСА.
Фиг. 8 демонстрирует принцип работы поворотного устройства в составе предлагаемого устройства для информационной защиты АСА.
1
2
3
N
4
N
5
М
М
6
7 .
Схема Фиг. 4 иллюстрирует известный способ защиты случайной антенны  с помощью системы излучателей преднамеренной помехи (ИПП) – для простоты здесь показан один ИПП ; а также  –  приемников КИ-сигнала;  – компьютерная схема (КС) обработки КИ-сигнала, образующая в комплекте с приемниками систему -кратного разнесенного приема, выделенную штриховой линией как единое ТСП;  –  ретрансляторов КИ-сигнала, подключенные через  амплитудных и (или) угловых модуляторов  к генераторам преднамеренных помех Устройство, реализующее данный способ, является прототипом предлагаемого изобретения [8].
1
2
М
5
U
t
6
7
R
t
X
t
Z
t
R
t
j
X
t
5
МП
МП
МП
МП
МП
МП
Согласно Фиг. 4, информационная защиты случайной антенны  осуществляется системой ИИП , которая выступает в роли источника преднамеренных помех, в результате чего формируется смесь КИ-сигнала и помех, которая поступает на  радиоретрансляторов , находящихся под воздействием МП (), создаваемых амплитудными и (или) угловыми модуляторами  под воздействием генераторов шумовых помех . Стохастическая АМ при этом осуществляется за счет изменения активных составляющих (), а стохастическая УМ – за счет изменения реактивных составляющих   () комплексных сопротивлений () = () + (), вносимых ретрансляторами  в радиотракты каналов утечки КИ.
Недостатком прототипа является невозможность его использования для информационной защиты АСА в виде металлической оконной решетки и фрагмента железобетонной стены (пола, потолка) ПЗП, поскольку размещать ретрансляторы КИ-сигнала между АСА и ТСП злоумышленника как внутри ПЗП, так и за его пределами в данном случае нецелесообразно. Во-первых, это объясняется тем, что металлическая оконная решетка и фрагмент железобетонной стены (пола, потолка) расположены 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 информационной защиты АСА невозможно. Во-вторых, при размещении ретрансляторов КИ-сигнала внутри ПЗП их работа будет негативно влиять на электромагнитную безопасность рабочих мест пользователей КИ. В-третьих, 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». В-четвертых, что рассмотрение фрагмента железобетонной стены (пола, потолка) ПЗП в качестве АСА обусловлено возможностью проникновения через такие препятствия сверхширокополосных КИ-сигналов: например, от ЭВМ на частотах от 10 Гц и менее до 4 ГГц и более.
Техническим результатом предлагаемого изобретения
является повышение эффективности информационной защиты АСА в виде металлической оконной решетки и фрагмента железобетонной стены (пола, потолка) ПЗП за счет их объединения с генераторами шумовых помех и модуляторами КИ-сигнала, реализованных в виде НПП, при размещении их в непосредственной близости от поверхности АСА и обеспечении максимальной (электромагнитной, емкостной) связи между ними.
Техническая сущность первого варианта реализации устройства информационной защиты апертурной случайной антенны с помощью генератора модулирующего шумового сигнала и нелинейной переизлучающей поверхности в виде совокупности модулируемых диодных элементов, расположенных на фиксированных расстояниях друг от друга и соединенных между собой с помощью металлических сплошных или решетчатых пластин, состоит в том, что модулируемые диодные элементы, образующие нелинейную переизлучающую поверхность, с одной стороны гальванически подключены к апертурной случайной антенне, которая выполнена в виде металлической оконной решетки, с другой стороны – к двум металлическим сплошным или решетчатым пластинам, параллельным поверхности апертурной случайной антенны, которые выполнены в виде двух треугольников, ориентированных навстречу друг другу их острыми вершинами, а выход генератора модулирующего шумового сигнала подключен к двум острым вершинам металлических сплошных или решетчатых пластин, при этом металлические пластины и апертурная случайная антенна расположены вблизи друг от друга таким образом, что между ними имеет место максимальная электромагнитная связь.
Техническая сущность второго варианта реализации устройства информационной защиты апертурной случайной антенны с помощью генератора модулирующего шумового сигнала и нелинейной переизлучающей поверхности в виде совокупности модулируемых диодных элементов, расположенных на фиксированных расстояниях друг от друга и соединенных между собой с помощью металлических сплошных или решетчатых пластин, состоит в том, что модулируемые диодные элементы и выход генератора модулирующего шумового сигнала гальванически подключены к двум металлическим сплошным или решетчатым пластинам, выполненным в виде двух полос, параллельных друг другу и апертурной случайной антенне, которая выполнена в виде фрагмента железобетонной стены (пола, потолка) подлежащего защите помещения, при этом металлические пластины и апертурная случайная антенна расположены вблизи друг от друга таким образом, что между ними имеют место максимальные емкостная и электромагнитная связь.
7
6
Схема взаимодействия генератора шумовых помех , модулятора КИ-сигнала и помех , реализованного в виде НПП, и АСА 1, показанная на Фиг. 5, предельно проста в реализации – поскольку все перечисленные элементы объединены конструктивно и представляют собой единое устройство для информационной защиты АСА.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
1
7
6
8
6
1
8
1
6
8
8
7
U
t
R
t
X
t
Z
t
R
t
j
X
t
6
6
1
8
1
6-8
1
8
6
U
t
МП
МП
МП
МП
МП
МП
МП
Первый вариант реализации предлагаемого устройства информационной защиты АСА в виде металлической оконной решетки, показанный на схеме Фиг. 6, помимо АСА  и генератора шумовых помех , включает модулируемые диодные элементы , образующие НПП, а также две треугольные металлические пластины , причем диодные элементы  с одной стороны гальванически подключены к АСА , с другой стороны – к пластинам . На переизлучающую систему в составе АСА ; диодные модуляторы  и треугольные пластины  воздействует электромагнитное поле КИ сигнала, источники которого находятся внутри ПЗП. Подключенный к двум острым вершинами треугольных пластин  генератор  подает на указанную систему элементов модулирующий сигнал (), благодаря которому осуществляются стохастическая модуляция КИ-сигнала: АМ за счет изменения активных составляющих () и стохастическая УМ – за счет изменения реактивных составляющих () комплексных сопротивлений () = () + (), вносимых диодными элементами  в радиотракт канала утечки КИ. Способ подключения диодных элементов к АСА и металлическим пластинам  может быть также индуктивным или емкостным, что не играет особой роли – важно только, чтобы максимально возможными были, во-первых, электромагнитная связь элементов ;  на схеме Фиг. 6, а во-вторых, их переизлучающая способность – которые определяются электрическими размерами и степенью взаимной близости АСА  и металлических пластин ; количеством и параметрами диодных элементов , а также уровнем модулирующего сигнала ().
Анализ показывает [7; 9; 16], что предлагаемое устройство обеспечивает низкоэнергетическую информационную защиту АСА – так как при заданных показателях эффективности защиты КИ за пределами ПЗП уровень суммарного электромагнитного поля внутри ПЗП существенно меньше, чем при пространственном зашумлении. При этом в отличие от способа-прототипа, предлагаемое устройство специально предназначено для информационной защиты типовой АСА в виде металлической оконной решетки.
8
1
8
1
Устройство для защиты АСА в виде фрагмента железобетонной стены (пола, потолка) ПЗП, показанное на схеме Фиг. 7, отличается от рассмотренного первого варианта тем, что металлические пластины  выполнены в виде двух параллельных полос, параллельных АСА  и размещенных в непосредственной близости от нее – при этом имеет место емкостная связь между указанными элементами переизлучающей системы, так как гальванически прикрепить пластины  к металлической арматуре АСА  в данном случае возможности нет. Других отличий второй вариант реализации предлагаемого устройства не имеет. Типовой вариант реализации поворотного устройства [19] иллюстрирует Фиг 8.
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. Зайцев А.П., Шелупанов А.А. Технические средства и методы защиты информации. Томск: В-Спектр, 2006. – 384 с.
5. Маслов О.Н., Шашенков В.Ф. Электромагнитное экранирование оборудования и помещений // Приложение к журналу «Инфокоммуникационные технологии». Выпуск 7, 2011. – 256 с.
6. Соболев А.Н., Кириллов В.М. Физические основы технических средств обеспечения информационной безопасности. М.: Гелиос АРВ, 2004. – 224 с.
7. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. – С. 3-41.
8. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970. – 728 с.
9. Маслов О.Н. Низкоэнергетическая информационная защита случайных антенн // Электросвязь. №1, 2014. – С. 32-38.
10. Патент RU 2429495. Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны. Заявл. 20.02.2008, опубл. 20.09.2011, бюлл. №26.
11. Патент RU 2474966. Способ информационной защиты случайной антенны. Заявл. 30.11.2011, опубл. 10.02.2013, бюлл. №4.
12. Патент RU 2707385. Способ информационной защиты элемента распределенной случайной антенны Заявл.  19.07.2018, опубл. 26.11.2019, бюлл. №33.
13. Патент RU 2743891 C1. Способ информационной защиты случайных антенн. Заявл. 30.01.2020, опубл. 01.03.2021, бюлл. №7.
14. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1976. – 448 с.
15. Патент RU 2271065. Способ радиосвязи и системы его реализации. Заявл. 09.06. 2004, опубл. 27.02.2006.
16. Маслов О.Н., Щербакова Т.А. Анализ и моделирование мультипликативных процессов // Радиотехника. №6, 2012. – С. 101-105.
17. Патент RU 171448U1. Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи, от 2016-05-20.
18. Патент RU 2180937 C1. Механизм для закрывания окон и дверей.  Заявл. 1998-05-26, опубл. 1999-05-25.
19. Патент E05D15/5.2 Поворотно-откидная фурнитура для открывания как по вертикальной, так и по горизонтальной оси. Заявл. 2003-11-27, опубл. 20.07.2008.
20. Патент RU 2174582 C2. Поворотно-откидная фурнитура для окон, дверей или подобного рода изделий с исполнительным устройством на поворотной опоре. Заявл. 1996-01-15, опубл. 1997-01-14.