ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР УГРОЗ УТЕЧКИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ ЧЕРЕЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КОММУНИКАЦИИ
FIBRE OPTIC DETECTOR OF VOICE INFORMATION LEAKAGE THREATS VIA FIBRE OPTIC COMMUNICATIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области обеспечения информационной безопасности переговоров в выделенных помещениях от угроз утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации путем контроля оптических потоков в штатных линиях связи и выявления возможной модуляции их акустическими полями. Изобретение может быть использовано в системах защиты конфиденциальной речевой информации.
Уровень техники.
Защита речевой информации является важной проблемой современного общества, что связано с важностью информации, функционирующей в коммерческих и государственных учреждениях при проведении конфиденциальных переговоров. С появлением новых технологий передачи информации, таких как волоконно-оптические технологии, появляются новые угрозы информационной безопасности. Современные волоконно-оптические каналы связи широко используются в различных системах передачи информации от магистральных и региональных линий связи до локальных сетей, структурированных кабельных систем, передачи видеосигнала в системах видеонаблюдения, системах кабельного телевидения и др. Таким образом, оптоволокно приходит в дом, офис, учреждение и располагается вблизи/внутри выделенных помещений, где могут проводиться конфиденциальные переговоры. В связи с чем возникают опасности формирования новых каналов утечки речевой информации, которым не уделялось должного внимания ранее.
Одним из таковых является акустооптоволоконный канал утечки, связанный с несанкционированным съемом речевой информации (подслушиванием) через штатные волоконно-оптические каналы передачи информации различного назначения данного учреждения (см. Гришачев В.В., Халяпин Д.Б., Шевченко Н.А., Мерзликин В.Г. Новые каналы утечки конфиденциальной речевой информации через волоконно-оптические подсистемы СКС // Специальная техника, 2009, №2, с.2-9). В этом канале утечки акустическое поле от носителя информации воздействует на оптоволокно штатных информационных систем, построенных на волоконно-оптических технологиях, и вызывает модуляцию светового потока в оптоволокне или волоконно-оптическом оборудовании на акустических частотах. Таким образом, модулированный речью световой поток по штатным волоконно-оптическим коммуникациям может выйти далеко за пределы от места переговоров, где может быть произведена демодуляция и злоумышленник получит доступ к конфиденциальной информации.
Основой канала утечки являются световые потоки в оптическом кабеле линий связи. Все световые потоки можно разделить на штатные, связанные с физической реализацией протокола передачи данных, и нештатные, специально сформированные нарушителем для несанкционированного съема речевой информации. Штатные световые потоки, например, формируемые при цифровых методах передачи информации, которые наиболее часто применяемы в современных системах связи, позволяют создать канал утечки без нарушения работы всей системы, так как уровень акустического воздействия на штатный световой поток незначительно уменьшает отношение сигнал/шум. Также для съема речевой информации могут быть использованы переменные по интенсивности световые потоки, применяемые для синхронизации на физическом уровне работы приемопередающего активного оборудования, действующие между передачей данных. К нештатным потокам относятся любые источники света, несанкционированно подключенные к волоконно-оптическим коммуникациям.
В настоящее время существует много методов и технических решений защиты речевой информации от утечки по побочным электромагнитным излучениям и наводкам, виброакустическим и акустическим каналам. Использование нового вида канала утечки речевой информации - акустооптоволоконного - может создать серьезные проблемы системам защиты, что связано с широким распространением новых технологий передачи информации на основе волоконно-оптического кабеля, а также с нестандартными физическими принципами формирования канала, техническое противодействие которым на настоящий момент в полном объеме не существует. Все методы нейтрализации нового канала утечки можно разделить на пассивные (например, звукоизоляция волоконно-оптического канала связи) и активные методы (различные способы фильтрации, зашумления).
Эффективность любой защиты зависит от обнаружения угроз безопасности информации. Учитывая малые размеры канала, направленность излучения и отсутствия побочных световых потоков, можно предложить простой и эффективный способ обнаружения несанкционированного съема информации (подслушивания) путем контроля существующих в канале световых потоков. Для предотвращения подслушивания необходимо выполнение следующих правил.
Во-первых, штатные световые потоки не должны быть модулированы звуком.
Во-вторых, не должно быть нештатных потоков, не предусмотренных физической реализацией протокола передачи данных в сети, а при их наличии, они не должны быть модулированы звуком.
Все эти простые правила дают возможность обнаружить атаку на систему безопасности.
В технике обслуживания волоконно-оптических систем связи существуют приборы, фиксирующие наличие оптического излучения в волокне. Например, определитель наличия оптического сигнала в волокне Fujikura FID-20R/21R (Япония, http://www.fujikura.ru/), который позволяет определять наличие и направление распространения оптического сигнала в волокне с покрытием 250 мкм, 900 мкм, а также в стандартных оптических шнурах толщиной до 3 мм.
Известны способы обнаружения наведенной акустическим полем модуляции электромагнитного излучения радиодиапазона или электрического информационного сигнала в проводных линиях, так называемое высокочастотное навязывание, для борьбы с которым используются детекторы электромагнитного поля. Например, комплекс радиомониторинга «Кассандра», который предназначен для постоянного, периодического или оперативного мониторинга радиообстановки и обнаружения несанкционированных радиоизлучений из проверяемых помещений (Кассандра. Руководство по эксплуатации. / Группа компаний «STT», www.detektor.ru).
Однако подобные методы обнаружения подслушивания через волоконно-оптические каналы передачи информации неизвестны, что связано с новизной проблемы. В связи с чем прототипов изобретению не существует.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения как технического решения
Сущность изобретения как технического решения состоит в том, что для обнаружения акустооптоволоконного канала утечки конфиденциальной речевой информации в волоконно-оптическом канале передачи информации регистрируются все световые потоки и проводится анализ возможности подслушивания. Опасность утечки акустической (речевой) информации определяется по следующим признакам:
i) нештатный световой поток обнаруживается в канале передачи информации;
ii) штатный световой поток имеет акустическую модуляцию по одному из параметров оптического излучения (амплитуде, фазе, поляризации, частоте) и/или одновременно по нескольким параметрам;
iii) нештатные световые потоки, разделенные по оптическому спектру, имеют акустическую модуляцию на данной оптической длине волны по одному из параметров оптического излучения (амплитуде, фазе, поляризации, частоте) и/или одновременно по нескольким параметрам.
Выполнение хотя бы одного из этих условий достаточно для формирования канала утечки акустической (речевой) информации и может быть использовано для оценки угроз информационной безопасности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, с указанием технического результата
Изобретение решает задачу обнаружения возможности утечки речевой информации через штатные волоконно-оптические коммуникации путем установки специальных технических средств, регистрирующих световые потоки в волоконно-оптическом канале передачи информации. Устройство для обнаружения может быть выполнено в виде отдельного блока и/или встроено в штатное сетевое волоконно-оптическое оборудование и позволяет детектировать все виды атак по акустооптоволоконному каналу утечки.
Признаки, используемые для характеристики способов
Признаки предлагаемых способов защиты сводятся к следующему. Любая атака на систему безопасности через волоконно-оптический канал для получения доступа к акустической (речевой) информации связана с оптическими потоками в нем. Контроль световых потоков в канале, их характеристик позволяет выявить любую возможность несанкционированного съема. Для этого требуется регистрировать проходящее по волоконно-оптическим элементам излучение, произвести выделение санкционированных носителей информации (штатное излучение), выявить несанкционированные потоки (нештатное излучение) и модуляции на акустических частотах. Нештатное излучение (от внешних источников) может иметь спектральный состав как пересекающийся со штатным излучением, так и непересекающийся с ним, которое модулируется внешним акустическим сигналом с конфиденциальной информацией. Эти признаки акустооптоволоконного канала утечки позволяют обнаружить и нейтрализовать утечку.
Признаки, используемые для характеристики устройств
Реализация предлагаемых способов осуществляется на основе стандартных или специально созданных элементов, в число которых входят: блок питания; фотоприемное устройство, подключаемое к волоконно-оптическому каналу; оптического, электронного и оптико-электронного аналитического элемента для выделения акустических колебаний параметров регистрируемого оптического излучения.
В фотоприемном устройстве используются стандартные фотодиоды, используемые в активном оборудовании для регистрации штатных световых потоков. Регистрация световых потоков спектрального оптического диапазона вне штатных спектральных полос производится фотоприемниками с максимумом спектральной чувствительности в области видимого диапазона, например кремниевые p-i-n-фотодиоды. Для регистрации слабых оптических сигналов утечки информации используются фотоэлектронный умножитель, лавинный фотодиод и другие высокочувствительные фотоэлектронные преобразователи. Подключение к волоконно-оптическому каналу может быть осуществлено напрямую через разъемное соединение, или через неразъемное соединение на основе механического сращивания или сварки волокон, или через устройство ввода/вывода излучения на изгибе волокна таким образом, чтобы световое излучение проходило через устройство без значительных оптических потерь, соответствующими обычным соединениям. Также устройство может располагаться в конце оптического канала в месте преобразования в электрический сигнал (ресивер/трансивер) и быть встроено в существующее активное волоконно-оптическое оборудование. В случае подключения со свободным прохождением потоков света необходимо отводить излучение как прямом, так и обратном направлении для контроля каналов утечки во всех (двух) направлениях. В случае подключения к ресиверу/трансиверу необходим контроль как по приемному, так и передающему тракту, что связывается с возможность использования каждого из них в обоих направлениях.
Аналитический элемент выполняется для предварительного анализа оптического излучения, например, с целью выделения спектрального диапазона (см. Калинин В.А., Пресленев Л.Н. Оптические волокна и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи: уч. пос. // СПб: Гос. Университет Аэрокосмического Приборостроения, 2008. - 80 с. или Семенов А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС // М: ДМК-Пресс, 2007. - 631 с.), в котором канал утечки максимально чувствителен к внешнему акустическому воздействию. Повышенная чувствительность может быть связана с конструктивными особенностями волокна, его нелинейно-оптическими свойствами, интерференционными процессами при выводе сигнала. А также спектральное выделение необходимо из-за возможности применения злоумышленником оптических источников с узкой полосой излучения, работающих в области длин волн вне пределов штатных излучателей. Предварительно обработанный оптический сигнал возможного канала утечки поступает на фотоприемник, а затем в электронную систему обработки. Например, после оцифровки сигнал поступает в компьютер со специальным программным обеспечением анализа звуковых сигналов, в котором измеряется общий уровень акустического сигнала утечки, его спектральный состав, или в систему аналоговой обработки - селективный усилитель - для выделения акустического сигнала на характерных для речи других звуков частотах.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и чертежами, на которых:
фиг.1. Принципиальная оптико-электронная схема способа детектирования каналов утечки: A - детектор атаки, 1 - штатная оптоволоконная линия, 2 - разъемные или неразъемные волоконно-оптические присоединения к детектору атаки, 3 - оптический фильтр, пропускающий штатные или нештатные световые потоки, 4 - анализатор спектра оптического излучения, 5 - линейка фотоприемников на выделенные спектры излучения, 6 - аналого-цифровой преобразователь на каждый выделенный оптический канал, 7 - выходной электрический цифровой сигнал, поступающий в компьютер для обработки и определения степени опасности.
фиг.2. Принципиальная оптико-электронная схема детектора угроз утечки, встроенного в активное оборудование штатной сети: A - детектор атаки, B - штатное активное оборудование сети, C - штатный ресивер/трансивер с отводом излучения в детектор, 1 - штатная оптоволоконная линия, 2 - разъемные или неразъемные волоконно-оптические присоединения к штатному активному оборудованию, 3 - оптический фильтр, пропускающий штатные и отражающий нештатные световые потоки, 4 - анализатор спектра оптического излучения на основе дифракционной решетки, 5 - линейка фотоприемников на выделенные спектры излучения, 6 - аналого-цифровой преобразователь на каждый выделенный оптический канал, 7 - выходной электрический цифровой сигнал, поступающий в компьютер для обработки и определения степени опасности, 8 - аналоговая обработка сигнала с системой индикации уровня опасности, 9 - цифровой электрический вход/выход ресивера/трансивера, 10 - аналоговый электрический выход ресивера, 11 - аналоговый электрический выход детектора атаки.
Осуществление изобретения
Изобретение, относящееся к способу и устройству
Пример 1. Общее описание функционирования способа дано на фиг.1. В оптическую линию (1) с помощью стандартных разъемов или соединений (2) включается устройство (детектор утечки - A). Световые потоки, проходящие через линию в обоих направлениях, выводятся в систему оптической обработки (3, 4). С помощью оптического фильтра (3) происходит разделение на штатные и нештатные световые потоки, что позволяет упростить анализ. Например, появление нештатных световых потоков уже является основанием для вывода об атаке на систему безопасности. В этом случае происходит спектральное разложение оптического сигнала на составляющие, каждая из которых исследуется на акустическую модуляцию по отдельности. Это связано с возможностью применения злоумышленником узкополосных источников света в области, не применяемой для передачи данных. Сложный спектральный анализ в акустической области модуляции можно производить обычными методами вычислительной техники, для чего сигнал на акустических частотах из системы фотоприемников (5) на каждый оптический канал оцифровывается (6) и поступает в компьютер. На основе программной обработки акустического сигнала принимается решение об опасности утечки речевой информации. В простейших случаях анализ может производиться по таким параметрам, как общий уровень акустического сигнала, появление спектральных составляющих, характерных для голоса человека и др. В частности, уровень акустического сигнала дает общее представление об эффективности канала утечки: чем выше уровень, тем выше опасность.
Пример 2. В качестве устройства, реализующего способ детектирования каналов утечки, рассмотрим детектор атаки (A), встроенный в штатное активное оборудование сети (фиг.2), такое, например, как сетевой адаптер, медиаконвертор и др. (B). В любом активном оборудовании присутствует преобразователь оптического сигнала в электрический и обратно - ресивер/трансивер (C). С помощью селективных зеркал (3) отводится нештатное излучение из входящего излучения, а в канале передатчика пропускается штатное излучение и отводится любое излучение, идущее в обратном направлении - к передатчику, которое по определению является нештатным. Излучения отводятся в детектор атаки (A) на элемент (4) оптического анализа излучения - дифракционную решетку. Спектрально разделенное оптическое нештатное излучение от дифракционной решетки поступает на линейку фотодетекторов (5) с акустическим фильтром на выходе. Далее аналоговый электрический сигнал акустического диапазона по одному каналу поступает в аналогово-цифровой преобразователь (6) и затем в компьютер (7), а по другому каналу - в электрическую систему аналоговой обработки сигнала (8). Аналоговая обработка электрического сигнала включает интегрирующую цепочку, которая вырабатывает сигнал атаки - присутствия нештатного излучения. Здесь же параллельно производится селективное разделение сигналов по спектру по фиксированным акустическим частотам, например, 2, 3, 4, 5, 6 кГц, уровень сигнала которых также дает возможность определить уровень опасности. Уровень опасности из трех степеней - безопасно, осторожно и тревога - выводится в световой индикации на панель активного оборудования, а также поступает в компьютер (11). Аналогичному анализу подвергается аналоговый электрический сигнал (10), поступающий от штатного ресивера (B) в систему аналоговой обработки сигнала (8). Таким образом, проводится предварительный аналоговый анализ на атаку системы безопасности по волоконно-оптическому каналу.
Более точный анализ проводится с помощью вычислительных средств системы безопасности, размещаемых здесь же или в другом месте, куда цифровая информация об акустических сигналах поступает по тем же каналам связи.
Пример 3. Пояснение к п.4 формулы. Одним из возможных способов повышения отношения сигнал/шум при регистрации акустического сигнала при демодуляции света в оптическом волокне нарушителем может быть применена высокочастотная модуляция зондирующего оптического излучения на ультразвуковых частотах. Например, зондирующее оптическое излучение модулируется на частоте 100 МГц по одному из параметров излучения - амплитуде, фазе, поляризации, частоте, тогда при демодуляции сигналов акустического диапазона применение в регистрирующей аппаратуре узкополосного фильтра на этой частоте может значительно увеличить отношение сигнал/шум. Поэтому наличие высокочастотной модуляции проходящего излучения является повышенной опасностью подслушивания. В детектор атаки требуется включить анализ высокочастотной составляющей акустического сигнала на наличие конфиденциальной информации, для чего в спектре регистрируемого акустического сигнала ограничиваются не только звуковым спектром, но и проводят анализ ультразвуковых составляющих.
Пример 4. Пояснение к пп.13, 14, 15 формулы. Одним из основных способов повышения отношения сигнал/шум для злоумышленника является выделение полезного сигнала и уменьшение вклада шумов. Эта задача может решаться путем выделения сигнала по одному из параметров световой волны - частоте, поляризации, фазе (п.6 формулы).
Частотная селекция технически реализуется спектральными волоконно-оптическими элементами, например, с помощью волоконно-оптических демультиплексоров, создаваемых волоконным циркулятором, дифракционной решеткой, дисперсионной призмы и иными волоконно-оптическими устройствами демультиплексирования оптического сигнала, а также с помощью фильтрации оптического сигнала на базе волоконной брегговской решетки (см. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети // М.: Эко-Трендз, 2001. - 268 с.; Бударагин Р.В., Майстренко В.К., Назаров А.В., Раевский С.Б. Интегральная оптика: уч. пос. // Н.Новгород: Нижегородский Гос. Тех. Университет, 2008. - 105 с.).
Селекция сигналов по поляризации и по фазе также проводится стандартными волоконными элементами. Для поляризации используются специальные волокна удерживающие поляризацию, скрученные волокна, и другие элементы (см. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 272 с.)
Селекция по фазе может быть выполнена на базе стандартных волоконно-оптических интерферометров (Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. // Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.).
Такие устройства широко используются в системах волоконно-оптической связи, измерительных системах и серийно выпускаются промышленностью. Они могут быть применены без существенных изменений в детекторе атаки.