Способ информационной защиты распределенных случайных антенн
METHOD FOR INFORMATION PROTECTION OF DISTRIBUTED RANDOM ANTENNAS

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации (КИ) и может быть использовано для защиты радиотехнических систем, объединенных термином «распределенные случайные антенны» (РСА).
Для обеспечения защиты КИ важное значение имеет выявление и последовательное перекрытие всех технических каналов утечки, отходящих 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, конференций и т.п. Примерами РСА являются системы проводов электропитания, заземления, оповещения, охранной и пожарной сигнализации; кабельные линии внешней, внутриофисной и компьютерной связи; трубы систем вентиляции и центрального отопления; металлические части несущих конструкций в зданиях и т.д. [1].
К негативным особенностям каналов утечки КИ через РСА относятся:
– сложный и часто неоднозначный (заранее непредсказуемый) характер возбуждения, связанный с преобразованием исходного сигнала, создаваемого источником КИ (далее КИ-сигнала), в КИ-сигналы, расходящиеся по РСА. Источниками КИ могут быть как основная (непосредственно участвующая в обработке, передаче и приеме КИ-сигналов) КИ-аппаратура, так и вспомогательное оборудование, находящееся в ПЗП;
– обычно принципиально разный характер распространения КИ-сигнала внутри ПЗП и КИ-сигналов в РСА, при помощи которых ТС, размещенные в ПЗП, подключаются к внешнему общедоступному оборудованию. В результате этого КИ-сигналы могут с малым затуханием уходить через РСА далеко за пределы ПЗП и становиться доступными для злоумышленника;
– трудности моделирования (математического, физического, компьютерного) как источников КИ, так и элементов РСА;
– негативная динамика эколого-эргономических характеристик ПЗП при использовании большинства известных методов и средств ликвидации каналов утечки КИ – приводящих к тепловому, шумовому и электромагнитному загрязнению ПЗП, ухудшению микроклимата (повышение влажности и изменение состава воздуха без вентиляции), снижению уровня естественного геомагнитного фона и т.п. Нежелательными факторами являются также стоимость, вес и габариты оборудования для защиты КИ.
Специфика систем информационной защиты РСА объясняется, во-первых, тем, что, в отличие от основных каналов связи (по которым КИ-сигналы поступают к «законным» – санкционированным потребителям КИ), благодаря РСА возникают побочные каналы (каналы утечки КИ), по которым КИ-сигналы поступают к несанкционированным потребителям КИ – злоумышленникам. При организации защиты основных каналов ограничением является отсутствие недопустимых помех для законных потребителей КИ. При защите РСА данного ограничения не существует, поскольку к ним подключаются только злоумышленники.
Во-вторых, надежные и универсальные способы пассивной защиты КИ (электромагнитное экранирование, заземление, фильтрация [2-4]) для защиты РСА зачастую неприменимы. Поэтому при организации защиты КИ от утечки через РСА за пределы ПЗП необходимо всеми способами, – включая новые научно-технические идеи – повышать ее универсальность и эффективность.
Известны способы активной защиты КИ, основанные на применении сигналов специального вида (преднамеренных помех), призванных 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 злоумышленнику перехват и обработку КИ [2-3]:
– линейное зашумление, которое реализуется с помощью шумового генератора, подающего сигнал в подлежащие защите элементы РСА;
– пространственное зашумление, которое имеет в виду создание в пределах ПЗП электромагнитного поля со структурой и характеристиками, обеспечивающими защиту КИ от перехвата по каналам электромагнитной утечки;
– кодовое зашумление, применяемое при невозможности эффективно использовать другие виды защиты КИ;
– самозашумление, которое является специфическим видом зашумления компьютеров, когда-либо стоящие рядом ЭВМ работают так, что электромагнитные поля их КИ-сигналов искажают друг друга, либо один компьютер работает в мультипрограммном режиме, когда обработка перехваченного КИ-сигнала с целью извлечения КИ злоумышленником затруднена.
Варианты активной защиты РСА с применением помех разного типа демонстрируют [10-13]. Наиболее близким по технической сущности является способ линейного зашумления [5, с. 188, рис. 8.9] (прототип предлагаемого изобретения), который, применительно к условиям решаемой задачи, предусматривает подключение к РСА через N устройств сопряжения N генераторов преднамеренных помех, обеспечивающих защиту КИ. Из уровня техники известны генераторы, предназначенные для линейного зашумления [6].
Недостатком способа-прототипа является возможность снизить эффективность информационной защиты РСА путем применения злоумышленником известных методов повышения помехоустойчивости приема сигналов любого вида (аналоговых, цифровых) при обработке смеси сигнала и помехи [12-13]. Для обеспечения требуемой эффективности защиты КИ уровни помехи должны быть достаточно большими, что связано с ростом эколого-эргономической небезопасности системы защиты РСА для персонала и пользователей КИ по электромагнитному фактору.
Предлагаемое решение предусматривает отказ от активной защиты КИ в пользу способа защиты, аналогичного [18], который предусматривает в данном случае расположение вблизи РСА М устройств в виде приемных малогабаритных резонансных антенн (МРА) с активной нагрузкой, обеспечивающих поглощение мощности электромагнитного поля сигнала КИ в пределах ПЗП.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение уровней электромагнитного поля, создаваемого источником КИ-сигнала в ПЗП, которое ведет к снижению эффективности возбуждения РСА опасным КИ-сигналом и повышению эффективности защиты РСА от утечки КИ за пределы ПЗП. Дополнительным результатом является повышение эколого-эргономической безопасности системы защиты РСА по электромагнитному фактору за счет отказа от использования активных помех в системе защиты КИ.
Сущность предлагаемого способа защиты распределенных случайных антенн, включающего размещение вблизи распределенной случайной антенны устройств, обеспечивающих поглощение мощности электромагнитного поля сигнала конфиденциальной информации, состоит в том, что в качестве указанных устройств используются приемные малогабаритные резонансные антенны с активной нагрузкой.
Фиг. 1 демонстрирует способ-прототип линейного зашумления РСА со сложной многоэтажной структурой, где 1 – РСА в виде разветвленной сети неоднородных соединительных линий; 2 – устройство сопряжения (общее число N, выделены штриховыми линиями); 3 – генератор помех (общее число N); 4 – источник КИ-сигнала.
Фиг. 2 иллюстрирует предлагаемый способ информационной защиты РСА, где 5 – приемная МРА с активной нагрузкой 6 (общее число М), которая обеспечивает поглощение мощности электромагнитного поля сигнала КИ в ПЗП, другие обозначения соответствуют Фиг. 1.
Фиг. 3 представляет схему реализации устройства 4 в виде приемной МРА конденсаторного типа (С-антенны), обеспечивающего поглощение мощности электромагнитного поля сигнала КИ в ПЗП.
Фиг. 4 содержит расчетный и экспериментальный графики, характеризующие частотную зависимость согласования МРА конденсаторного типа (С-антенны), предназначенной для использования в системе информационной защиты РСА.
Известный способ-прототип осуществляется следующим образом.
К элементам РСА 1 (см. Фиг. 1) через N устройств сопряжения 2 подключаются N генераторов преднамеренных помех 3, которые обеспечивают активную защиту КИ путем формирования смеси КИ-сигнала и помехи, циркулирующей в РСА. Недостатком способа-прототипа является возможность злоумышленника снизить эффективность информационной защиты РСА при помощи известных методов повышения помехоустойчивости приема КИ-сигнала в составе указанной смеси, если его уровни достаточны для выделения и обработки КИ [12-13]. Кроме того, для обеспечения требуемой эффективности защиты РСА помехи должны быть достаточно большими по энергетическому уровню, что напрямую связано с эколого-эргономической небезопасностью системы защиты для персонала и пользователей КИ по электромагнитному фактору.
С целью устранения указанных недостатков в предлагаемом изобретении предлагается отказаться от активной защиты КИ в пользу способа защиты, аналогичного [18], который предусматривает расположение вблизи РСА М приемных МРА с активной нагрузкой, обеспечивающих поглощение мощности электромагнитного поля сигнала КИ в ПЗП.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
ст
п
Σ
ст
п
Σ
п
Σ
ст
Σ
В непосредственной близости от элементов РСА 1 и источника КИ 4 (см. Фиг. 2), располагаются приемные МРА 5 с активными нагрузками 6. Уравнение баланса мощности электромагнитного поля [7, c. 52, формула (4.1.1)] имеет вид Р = Р + dW/dt + P, где Р – мощность сторонних источников (в данном случае это мощность сигнала источника КИ); Р – мощность потерь внутри объема ПЗП (это мощность КИ-сигнала, рассеиваемая в активных нагрузках 6, подключенных к МРА 5); dW/dt – мощность, которая расходуется на изменение электромагнитной энергии КИ-сигнала внутри объема ПЗП; P – мощность КИ-сигнала, уходящая за пределы ПЗП. Отсюда следует, что размещение в ПЗП вблизи РСА 1 и источника КИ 4 набора МРА 5 с активными нагрузками 6, связанное с увеличением мощности потерь Р, приводит к снижению dW/dt и P, поскольку мощность источника КИ Р есть величина конечная. Соответственно, уменьшение dW/dt и P ведет к снижению эффективности возбуждения и повышению эффективности информационной защиты РСА.
Н
Конструкцию и схему возбуждения МРА конденсаторного типа (С-антенны) иллюстрирует Фиг. 3. Элементами МРА являются развернутые обкладки конденсатора С1 и С2, емкость между которыми равна С, а также катушка индуктивности L = L1 + L2 с подключенной к ней в точках А-А поглощающей нагрузкой в виде активного сопротивления R.
2
-2
Преимуществами приемных МРА в качестве устройств, обеспечивающих поглощение мощности электромагнитного поля сигнала КИ в ПЗП, являются размеры порядка 0,1λ и менее, где λ – рабочая длина волны, а также возможность настройки на частоты возможной утечки КИ-сигнала. Посредством изменения соотношения между L1 и L2, а также с помощью дополнительных корректирующих реактивностей [11], МРА может быть настроена на нужную полосу частот при соответствующей регулировке добротности. Уникальные свойства МРА позволяют добиться ее согласования с нагрузкой по критерию КСВ, невозможного в коротких антеннах с такими же размерами. Результаты исследовании макета плоской С-антенны из фольгированного стеклотекстолита с габаритами 85×15 мм, рассчитанного на частоту 97 МГц (относительный размер 2,75·10λ), демонстрирует Фиг. 4 (сплошные линии – результаты расчета КСВ для разных вариантов реализации макета, точками показаны экспериментальные данные). Аналогичный макету С-антенны полуволновый диполь имеет максимальный размер порядка 1,5 м [10].
Предлагаемый способ универсален и прост, он удобен для реализации и автоматизации, позволяет повысить эффективность и эколого-эргономическую безопасность по электромагнитному фактору информационной защиты РСА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маслов О.Н. Теория случайных антенн: первые 10 лет развития и применения // Антенны. №9 (241), 2017. – С. 37-59.
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. Маслов О.Н. Принципы моделирования систем защиты информации от утечки через случайные антенны // Специальная техника. №6, 2016. – С. 45-55.
4. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. – 320 с.
5. Соболев А.Н., Кириллов В.М. Физические основы технических средств обеспечения информационной безопасности. М.: Гелиос АРВ, 2004. – 224 с.
6. Изделие П218-1М // http://www.kalugapribor.ru/print/produce/p218_1m.html
7. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1971. – 488 с.
8. Маслов О.Н., Рябушкин А.В., Шашенков В.Ф. Малогабаритные резонансные антенны // Инфокоммуникационные технологии. Т.8, №2, 2010. – С. 57-67.
9. Маслов О.Н. Статистические характеристики малогабаритной резонансной антенны // Антенны. №9, 2011. – С. 62-71.
10. Маслов О.Н., Рябушкин А.В. Экспериментальное определение сопротивления излучения конденсаторной антенны // Инфокоммуникационные технологии. Т.9, №3, 2011. – С. 90-94.
11. Маслов О.Н., Силкин А.А. Частотные характеристики малогабаритной резонансной антенны с корректирующей реактивностью // Электросвязь. №3, 2011. – С. 37-40.
12. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Рябушкин А.В. Применение технологии MIMO для исследования случайных антенн // Радиотехника. №3, 2008. – С. 61-65.
13. Алышев Ю.В., Маслов О.Н. К оценке эффективности случайных антенн по критерию информационного ущерба // Инфокоммуникационные технологии. Т.6, №3, 2008. – С. 116-125.
14. Способ информационной защиты распределенной случайной антенны // Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Шашенков В.Ф. Патент RU 2470465 от 20.12.2010, опубл. 20.12.2012, бюлл. №35.
15. Способ защиты информации в распределенной случайной антенне // Маслов О.Н., Заседателева П.С. Патент RU 2492581 от 30.11.2011, опубл. 10.09.2013, бюлл. №25.
16. Устройство для информационной защиты распределенной случайной антенны // Маслов О.Н., Шашенков В.Ф., Борисова И.Е. Патент RU 2502195 от 02.09.2011, опубл. 20.12.2013, бюлл. №35.
17. Способ защиты распределенной случайной антенны // Маслов О.Н., Щербакова Т.А. Патент RU 2503132 от 30.11.2011, опубл. 27.12.2013, бюлл. №36.
18. Способ информационной защиты элемента распределенной случайной антенны // Маслов О.Н., Шашенков В.Ф. Патент RU 2707385 от 19.07.2018, опубл. 26.11.2019, бюлл. №33.