СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ ОТ УТЕЧКИ ПО КАНАЛУ ПОБОЧНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ И НАВОДОК
METHOD OF PROTECTING INFORMATION FROM LEAKAGE THROUGH COMPROMISING EMANATION CHANNEL AND NOISE PICKUP

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для защиты информации, обрабатываемой средствами вычислительной техники (СВТ), в частности, от утечки по каналу побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).
Известен способ защиты информации в линии связи (патент РФ №2237371), основанный на наложении дополнительного сигнала на основной сигнал и на том, что в момент начала передачи основного сигнала формируют дополнительный сигнал на приемной стороне линии связи, который передают навстречу основному сигналу, причем амплитуду и среднюю частоту передачи дополнительного сигнала устанавливают примерно равными амплитуде и средней частоте основного сигнала, а для восстановления основного сигнала на приемной стороне линии связи формируют вспомогательное напряжение из тока, протекающего в линии связи, умножают его на коэффициент, пропорциональный сопротивлению линии связи, и суммируют с дополнительным сигналом. Недостатком этого способа является то, что существует возможность восстановления информации по "портрету" побочного электромагнитного излучения (ПЭМИ) за счет возможного отличия частот основного и дополнительного сигнала.
Известен способ защиты информации в линии связи от утечки за счет побочных электромагнитных излучений и наводок, реализуемый в известном устройстве (патент РФ №74722, опубл. 10.07.2008), основанный на преобразовании информационного сигнала на передающей стороне непосредственно перед передачей из последовательного кода в параллельный, передаче его по линии связи, являющейся параллельным интерфейсом, на приемную сторону и преобразовании сигнала на приемной стороне из параллельного кода снова в исходный последовательный код перед подачей его непосредственно в приемник. Недостатком представленного способа является возможность восстановления информации для последовательных интерфейсов, разрядность посылок которых мала.
Известен способ защиты информации в линии связи (патент РФ №2427903, опубл. 1.02.2011), основанный на наложении дополнительного сигнала на основной сигнал и на том, что приостанавливают передачу цифровых сигналов по линии связи, дополняют эту линию дополнительной линией и синхронно вместе с передачей по защищаемой линии передают по этой дополнительной линии сигналы, амплитудные и частотно-временные параметры которых подобраны таким образом, чтобы портрет суммарного ПЭМИ от обеих линий, возникающий в окружающем пространстве при передаче информации, был идентичен для каждого такта передачи. Недостатком данного способа является высокая сложность технической реализации и снижение скорости работы СВТ, ые внесением в него дополнительных изменений. Другой недостаток представленного способа заключается в невозможности полного перекрытия в частотной области ПЭМИ от основной и дополнительной линии из-за использования в обеих линиях однотипных и равных по мощности сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ защиты СВТ от утечки информации по каналу побочных электромагнитных излучений и наводок (патент РФ №2479022), заключающийся в том, что формируют N файлов, содержимое которых не требуется защищать, затем первую часть файлов из общего списка, соответствующую 0.5N, записывают на первый цифровой накопитель, а вторую часть файлов из общего списка, соответствующую 0.5N, - на второй цифровой накопитель, с первого цифрового накопителя считывают файл, выбранный из списка по случайному закону, и записывают его на второй цифровой накопитель и одновременно со второго цифрового накопителя считывают файл, выбранный из списка по случайному закону, и записывают его на первый цифровой накопитель, запись и считывание файлов осуществляют многократно в течение времени, необходимого для маскирования информативного сигнала, при этом одни и те же файлы многократно записывают на одно и то же место в цифровых накопителях для выполнения условия непревышения суммарного размера всех копируемых файлов размера памяти цифрового накопителя, на котором записаны сформированные файлы, при прохождении которых по соединительным линиям типовых узлов и блоков средств вычислительной техники возникают собственные неинформативные побочные электромагнитные излучения, при этом совпадение спектра информативного сигнала с максимальной интенсивностью спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений обеспечивают путем коррекции огибающей спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений за счет изменения структуры битовой последовательности в формируемых файлах.
Недостатком способа-прототипа является низкий коэффициент перекрытия спектров информативного и неинформативного сигналов, обусловленный следующими факторами:
1) в способе-прототипе за счет изменения способа формирования битовых последовательностей нельзя добиться точного совпадения частотных спектров маскирующего и информативного сигналов;
2) возможность периодической коррекции огибающей спектра в режиме реального времени за счет изменения структуры битовой последовательности подразумевает под собой измерение излучения СВТ, которое в процессе работы уже будет содержать неинформативное излучение.
(p)
Частотный спектр сигнала, формируемый при прохождении неинформативных файлов по соединительным линиям, разбивают на К частотных полос и вычисляют интегральное значение мощности U этого сигнала в p-й полосе (1≤p≤K). Коэффициент перекрытия спектров неинформативного и информативного сигнала в p-й частотной полосе равен:
(p)
где U - интегральное значение мощности неинформативного сигнала в p-й частотной полосе;
(p)
Z - интегральное значение мощности информативного сигнала в p-й частотной полосе.
Коэффициент перекрытия спектров неинформативного и информативного сигнала во всем диапазоне частот S равен:
при этом если S≥0.95, то неинформативный сигнал будет обеспечивать перекрытие сигнала во всем спектре.
Задачей изобретения является повышение коэффициента перекрытия спектров информативного и неинформативного (маскирующего) сигналов, излучаемых СВТ.
В заявленном способе эта задача решается тем, что формируют N файлов, содержимое которых не требуется защищать, запись и считывание файлов осуществляют многократно в течение времени, необходимого для маскирования информативного сигнала, при прохождении файлов по соединительным линиям типовых узлов и блоков средств вычислительной техники возникают собственные неинформативные побочные электромагнитные излучения, при этом совпадение спектра информативного сигнала с максимальной интенсивностью спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений обеспечивают путем коррекции огибающей спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений за счет изменения структуры битовой последовательности в формируемых файлах, дополнительно к этому после того как формируют N файлов, делят их на М частей, каждая из которых содержит файлы, образующие сигналы с определенным частотным спектром мощности. Каждую часть файлов из общего списка записывают на отдельный цифровой накопитель. После этого одновременно с i-го (i=1…М) цифрового накопителя считывают файл, выбранный из списка по случайному закону, и записывают его в область внутренней памяти СВТ. При этом одни и те же файлы многократно записывают на одно и то же место в области внутренней памяти СВТ для выполнения условия непревышения суммарного размера всех копируемых файлов размера области внутренней памяти, в которую записываются сформированные файлы.
Кроме того, коррекцию огибающей спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений обеспечивают за счет изменения порядка записи (считывания) М частей файлов на М цифровых накопителей.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа защиты информации от утечки по каналу побочных электромагнитных излучений и наводок, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами:
фиг.1 - алгоритм формирования маскирующих сигналов согласно предлагаемому способу;
фиг.2 - алгоритм формирования списка совокупностей файлов;
фиг.3 - дерево перекрытий маскирующих сигналов, реализованных по предлагаемому способу, и требуемого маскирующего сигнала;
фиг.4 - частотный спектр информативного сигнала, излучаемого СВТ;
фиг.5 - частотный спектр маскирующего сигнала, реализованного согласно способу прототипа;
фиг.6 - частотный спектр маскирующего сигнала, реализованного согласно заявленному способу.
В качестве цифровых накопителей рассматриваются флэш-накопители, подключенные к ПЭВМ через USB-концентраторы и интерфейсные кабели. В общем случае их количество М ограничивается количеством свободных портов интерфейсов в СВТ и количеством приемо-передающих пар интерфейсных кабелей.
Заявленный способ реализуется следующим образом (фиг.1).
Формируют N неинформативных файлов размером 1 Мбайт, представляющих собой битовые последовательности, с помощью программно-реализованного генератора псевдослучайных чисел или с использованием 16-разрядной битовой маски. При формировании файла с использованием 16-разрядной битовой маски ее сочетание бит будет периодически повторяться. Содержание файлов не требует защиты. Характер распределения бит в файле влияет на параметры спектра (интенсивность и ширину спектра) формируемых маскирующих сигналов. Кроме того, интенсивность спектра определяется также характеристиками интерфейсного кабеля.
Ввиду неопределенности взаимного положения спектра информативного сигнала и максимальной интенсивности спектра неинформативного сигнала возможна ситуация, когда максимум интенсивности спектра маскирующего сигнала не совпадает с частотой информативного сигнала. Это приводит к снижению коэффициента перекрытия спектров неинформативного и информативного сигнала во всем диапазоне частот. Управление интенсивностью спектра маскирующего сигнала возможно путем коррекции огибающей спектра маскирующего сигнала за счет изменения структуры битовой последовательности неинформативных файлов. Структура битовой последовательности неинформативных файлов зависит от используемого способа их формирования.
(p)
Разбивают частотные спектры сигналов, образуемых в результате прохождения каждого сформированного файла по соединительным линиям, на К частотных полос и вычисляют интегральное значение мощности U этого сигналов в p-й полосе (1≤p≤K).
(p)
(p)
Сравнивают U с значением интегральной мощности требуемого шумового сигнала V. Требуемый шумовой сигнал получается в результате анализа излучающих свойств СВТ или указывается в документации.
(p)
(p)
Затем разбивают N файлов на М частей следующим образом. Файл, формирующий сигнал при прохождении по соединительным линиям типовых узлов и блоков средств вычислительной техники, записывают на i-й (i=1…М) накопитель, если неравенство U≥ V выполняется для всех p таких, что
Если ни один из сформированных файлов не записан на i-й носитель, то процесс формирования файлов повторяют.
После этого одновременно с i-го (i=1…М) цифрового накопителя считывают файл, выбранный из списка по случайному закону, и записывают его в область внутренней памяти СВТ. Одновременная передача более 2 файлов возможна при наличии нескольких Hub-устройств для используемого интерфейса.
При продолжении процесса обработки информации на СВТ считывание и запись файлов осуществляют многократно в течение времени, необходимого для маскирования информативного сигнала. Повторно неинформативные файлы копируются на одно и то же место в области внутренней памяти СВТ, поэтому объем занимаемой внутренней памяти не превышает суммарного объема всех копируемых файлов. Емкость носителей не менее 4 Гбайт, что позволяет хранить достаточное для обеспечения случайности передаваемого сигнала количества файлов.
При реализации способа возникает ситуация, когда интегральные значения мощности шумовых сигналов, излучаемых при прохождении файлов, находящихся на различных носителях, в пределах одной и той же полосы частот превышают значение требуемого шумового сигнала, т.е. при записи и считывании этого файла. Таким образом, при большом количестве носителей информации М возникают ситуации, когда требуемое суммарное неинформативное излучение образуется избыточным количеством одновременно передаваемых файлов, от которых прямо пропорционально зависит загруженность центрального процессора (ЦП). Для снижения задействованного аппаратного ресурса (загруженность ЦП) необходимо осуществить следующие шаги до записи и считывания файлов (фиг.2).
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>b</mi><mi>c</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>p</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msubsup></mrow>
(p)
Формируют дерево графов следующим образом (фиг.3), на каждом уровне i оставляют узлы
, если интегральное значение энергии сигнала, формируемого при прохождении c-го файла с b-го накопителя в полосе частот p больше, чем у требуемого шумового сигнала V. Узлы на соседних уровнях соединяются, причем в каждой из ветвей образованного дерева может находиться только по одному файлу с каждого накопителя.
bc
Присваивают вес каждому узлу в графе следующим образом: если в ветви дерева узел U встречается в первый раз, ему присваивается вес 1, если повторно, то 0.
Осуществляют поиск в глубину по дереву начиная с корня. По обратному маршруту от нижнего уровня до корня устанавливают, какие файлы необходимо передавать одновременно для достижения требуемого уровня защищенности информации. Количество одновременно передаваемых файлов D равно сумме весов всех узлов на пути от корня до нижнего уровня.
Если D<М, то совокупность файлов, которые необходимо одновременно передавать, заносят в список.
Таким образом, перед передачей совокупности файлов, полученной в результате случайного выбора файла на каждом накопителе, проверяют их на принадлежность к какой-либо совокупности файлов из вышеуказанного списка. Если вся совокупность файлов из списка входит в состав совокупности файлов, проверяемых перед передачей, то файлы не попавшие в совокупность в списке, не передаются. Причем сравнение происходит сначала с совокупностей в списке, имеющих наименьшее количество элементов.
11
12
21
22
31
32
12
32
12
32
12
21
32
12
22
32
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
(p)
Процесс изменения порядка записи и считывания файлов поясняется на примере для 3 накопителей (М=3) и при делении спектров сигналов на 6 полос (K=6). На каждом носителе записано по два файла. Для первого файла на первом накопителе справедливо, что интегральное значение мощности сигнала, образованного при прохождении этого файла по соединительным линиям и узлам СВТ, больше эталонного в 1 и 2 полосе частот (U ≥V для p∈[1; 2]). Аналогично для остальных файлов U ≥Vдля p∈[1; 3]; U ≥Vдля p∈[3; 4]; U ≥V для p∈[3; 4]; U ≥Vдля p∈[5; 6]; U ≥V для p∈[4; 6]. После составления дерева графов (фиг.3) и вычисления весов путей, совокупность файлов (U, U) заносят в список, так как вес пути с узлами U и U равен 2 (D=2). Если в результате случайного выбора файла на каждом носителе необходимо копировать одновременно совокупность файлов (U, U, U) или (U, U, U), то копирование файлов со второго носителя не осуществляют. Таким образом, происходит коррекция огибающей спектра неинформативных побочных электромагнитных излучений за счет изменения порядка записи и считывания неинформативных файлов в область внутренней памяти.
При реализации предлагаемого способа достигается результат, эквивалентный повышению коэффициента перекрытия информативных и неинформативных(маскирующих) сигналов излучаемых СВТ, что в значительной мере затрудняет или исключает принятие решения об обнаружении и распознавании (классификации) поступающих на вход приемника перехвата информативных ПЭМИ. Интенсивность неинформативных помех не превышает норм на промышленные помехи.
1
2
Правомерность полученных результатов подтверждена экспериментальным путем. На фиг.4 показан частотный спектр излучаемого СВТ информативного сигнала. На фиг.5 показан частотный спектр маскирующего сигнала, полученного в результате практической реализации способа-прототипа, а на фиг.6 - частотный спектр маскирующего сигнала, полученного в результате практической реализации предлагаемого способа для 2 цифровых накопителей. Измерения проводились в экранированной камере с коэффициентом затухания не менее 60 дБ в диапазоне частот от 1 Гц до 480 МГц. Оценка уровня побочных электромагнитных излучений производилась анализатором спектра FSP-30 с активной штыревой антенной SAS-550-1B. Указанные спектры делятся на 128 равные полосы частот в диапазоне от 1 до 480 МГц и вычисляется коэффициент перекрытия информативного и неинформативного сигнала во всем спектре. Для представленных на фиг.4 и фиг.5 спектров коэффициент перекрытия составил S=0,82031. Полученный результат свидетельствует о недостаточной степени перекрытия информационного сигнала маскирующим, что позволяет сделать вывод о недостаточной защищенности информации обрабатываемой СВТ. Для спектров на фиг.4 и фиг.6 коэффициент перекрытия равен S=0,974375.
Выигрыш в коэффициенте перекрытия для заявленного способа относительно способа-прототипа составил
Следовательно, технический результат, заявленный в задаче изобретения, достигнут.
Достоинства предлагаемого способа заключаются в следующем:
- при функционировании СВТ обеспечивается повышение уровня защищенности информации в требуемом диапазоне частот сигнала от утечки за счет ПЭМИН;
- не используется ключевая информация;
- его реализация не требует конструктивных изменений узлов и блоков СВТ и осуществляется при незначительном задействовании ресурса центрального процессора.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при незначительных финансовых затратах повысить уровень защищенности информации СВТ во всем диапазоне частот от утечки за счет побочных электромагнитных излучений и наводок.