Исследование уровня побочных электромагнитных излучений

Контроль эффективности инженерно-технической защиты информации

Технический (инструментальный) контроль защиты информации

Для определения возможности и условий обработки информации в ИС необходимо провести комплекс предварительных испытаний, в ходе которых необходимо выяснить возможности ее утечки по побочным техническим каналам.

Исследования должны охватывать все возможные каналы утечки, и каждый канал должен быть рассмотрен в полном объеме. В идеале исследователь не должен позволить себе упустить что-то такое, что привело бы к утечке информации.

Проверке должна быть подвергнута каждая точка исследуемого диапазона во всех режимах работы аппаратуры. Причем, исследование это может носить как инструментальный, так и аналитический характер.

Возможность действия противника по добыванию информации в том или ином техническом канале утечки ограничены его техническими возможностями. В их числе:

- чувствительность приемного регистрирующего устройства;

- частотный диапазон;

- динамический диапазон;

- возможность использования тех или иных технических средств в различных условиях.

При проведении исследований целесообразно ограничиваться определенными критериями безопасности. Эти критерии четко определены действующими нормативно-руководящими документами. Они зависят от вида информации, степени ее ценности, условий эксплуатации и ряда других условий.

Как правило, при проведении испытаний исследователь бывает ограничен временными рамками. В случае проверки на предмет возможности получения информации, обрабатываемой аппаратурой, исследователь ставит себя на место потенциального противника при условии соблюдения его реальных возможностей.

При определении количества возможных технических каналов утечки и объема их исследований можно сказать следующее.

Исследуемая аппаратура должна эксплуатироваться в реальном физическом мире, в котором действуют всеобщие физические законы и явления. Эти физические законы проявляются во взаимодействии объекта защиты с другими объектами. Причем, объект защиты с одной стороны оказывает влияние на другие объекты, а с другой – сам подвержен воздействию с их стороны.

Чисто физических характеристик такого взаимодействия множество. Вследствие этого, можно говорить о бесконечном множестве технических каналов утечки информации, обрабатываемой исследуемой аппаратурой. Необходимость детальной проверки такого количества каналов заведомо приводит в тупик.

При рассмотрении объема проводимых исследований необходимо отметить следующее. Время, которое необходимо затратить на проведение инструментального контроля в одном техническом канале утечки можно определить по формуле:

Т_ис = Т_изм + Т_обр + Т_пер + Т_ан + Т_пр,

где:

Т_ис – общее время, требующееся для проведения инструментального контроля в одном техническом канале утечки;

Т_изм – общее время, требуемое для проведения измерений в исследуемом канале утечки;
Т_обр – время обработки результатов измерений;

Т_пер – время передачи результатов измерений или результатов первичной обработки в анализирующее устройство;

Т_ан – время проведения анализа результатов по какому-либо критерию и выдачи решения;

Т_пр – время представления результатов исследований.

Время измерений является суммой общего количества единичных измерений во всем рабочем диапазоне исследуемого канала утечки:

где:

T_i – время проведения единичного измерения. Это время определяется временем настройки измерительного прибора на рабочую точку (например, временем настройки селективного измерительного приемника на исследуемую рабочую частоту) и временем непосредственно самого измерения. Это время, в свою очередь, определяется техническими характеристиками измерительного прибора, а также выбранным в ходе эксперимента временем усреднения измерения.

N – общее количество исследуемых точек в рабочем диапазоне исследуемого канала утечки. Этот параметр определяется величиной рабочего диапазона, рядом технических условий, таких как особенности функционирования проверяемой аппаратуры, особенностями исследуемого канала утечки. В каждом случае этот параметр определяется индивидуально.

Время обработки Т_обр определяется суммой двух слагаемых:

Т_обр = Т_обр1 + Т_обр2,

где:

Т_обр1 – время первичной обработки результатов измерений;

Т_обр2 – время вторичной обработки результатов.

Эти два элемента присутствуют в любой измерительной системе, как автоматизированной, так и “ручной”. Они определяются техническими характеристиками измерительного прибора, техническими параметрами счетно-анализирующего устройства, алгоритмом обработки.

Время представления результата – время, требующееся для наглядного отображения результатов измерения и обработки результатов на электронном или бумажном носителе.

Время анализа – время, требующееся для анализа результатов измерения и обработки и последующего заключения по определенному критерию.

Если вести речь о полноценном обследовании аппаратуры, обрабатывающей информацию, подлежащую защите, нужно помнить о том, что:

- исследовать возможность утечки информации необходимо во всех возможных каналах утечки;

- исследования необходимо проводить во всех возможных режимах работы аппаратуры;

- при исследованиях необходимо провести анализ наличия в данном канале утечки не только самой информации, подлежащей защите, но и той информации, по которой возможно ее восстановление. К примеру, это может быть ключевая информация при криптографической обработке, или сигналы исходной информации, преобразованные по какому-либо алгоритму.

Даже при поверхностном рассмотрении данной проблемы становится понятно, что ее решение в полном объеме не представляется реальным. Таким образом, не обойтись без оптимизации этого процесса.

Следует сказать, что задача оптимизации процесса исследований аппаратуры стоит изначально. Действующими нормативно-методическими документами определяются критерии оптимизации в методическом плане.

В рамках этих документов:

- определяется конкретный перечень из всех возможных технических каналов утечки, в которых необходимо и достаточно проведение исследований защищаемого объекта;

- определяется максимально возможная степень превышения возможно присутствующего в канале сигнала над шумом в конкретном канале утечки для определенного вида сигналов и условий эксплуатации защищаемого объекта;

- определяются иные моменты, позволяющие конкретизировать процесс исследования.

Требования упомянутых выше руководящих документов носят аксиоматический характер и не могут подвергаться корректировке. Ставится задача выработки критериев оптимизации исследований, не затрагивая при этом требований нормативных документов.

Попутно следует сказать, что выработка таких критериев, их детализация и математическое обоснование – задача весьма сложная и объемная и требует особого рассмотрения.

В качестве исходной предпосылки для рассмотрения вопроса о выработке критериев оптимизации берется факт высокой сложности существующей аппаратуры, обрабатывающей информацию, и происходящих при этом процессов.

Основная цель оптимизации может быть следующая: определение конкретных критериев, позволяющих при сокращении объема исследований повысить их достоверность.

Оптимизация процесса исследований может вестись по двум направлениям:

- аппаратная оптимизация;

- методологическая оптимизация.

Если вести речь об аппаратной оптимизации, то под этим следует понимать внесение в конструктив аппаратуры таких решений, которые позволяют облегчить процесс инструментального контроля.

В качестве примера такого конструктивного решения можно привести вынос на внешнюю панель изделия контактов с подсоединенными к ним контрольными точками для подключения измерительной аппаратуры при проведении исследований.

Другим примером реализации такой оптимизации является введение в аппаратуру контрольных тестовых алгоритмов работы, при которых в циклическом режиме моделируется функционирование реальных рабочих режимов обработки информации.

Эти приемы позволяют более оперативно организовать процесс проведения исследований и существенно сокращают временные затраты.

Говоря о выборке критериев оптимизации в методическом аспекте следует иметь в виду следующее:

1. На пути от места циркулирования до места расположения потенциального противника информация может претерпевать изменения как в самой аппаратуре, так и в среде распространения.

2. Механизм этих видоизменений в техническом плане бывает четырех видов:

- изменения энергетики;

- изменение частотного спектра;

- модуляция;

- демодуляция (детектирование).

Причем, говоря о механизме такого видоизменения надо иметь в виду, что возможно как ослабление энергетических и частотных характеристик, так и их усиление (расширение).

3. Точное описание этого механизма практически невозможно.

В самой аппаратуре мы имеем дело с побочными излучениями и наводками, которые в свою очередь определяются паразитными элементами. Параметры данных паразитных элементов рассчитать не представляется возможным. К тому же они изменяются во времени.

В среде распространения сигнала, несущего в себе информацию, присутствует ряд факторов, неизбежно делающих ее реальные характеристики существенно отличными от теоретических. Например, на процесс распространения электромагнитной волны в пространстве влияют присутствующие предметы, элементы конструкции здания и т.п. При этом проявляются эффекты экранирования, переотражения, изменения частотного спектра и другие. Характер этих воздействий существенно зависит от условий эксплуатации. Так же как и паразитные параметры аппаратуры, эти параметры могут меняться во времени.

Таким образом, точно описать или смоделировать процесс распространения сигналов в канале утечки информации практически невозможно. В каком-то приближении получить его оценку можно путем набора статистики, но при этом опять же мы получим оценку, отличающуюся от реальности.

Итак, приходим к определенному противоречию. С одной стороны, как было сказано выше, в полном объеме провести обследование объекта защиты не представляется реально возможным. С другой стороны, в нашем распоряжении нет надежного механизма, позволяющего распространить результаты исследований, полученные в некоторых выбранных рабочих точках, на весь рабочий диапазон.

Очевидно, что оптимизация процесса инструментального контроля объекта исследований должна заключаться в нахождении компромисса в этом вопросе.

В любом случае перед началом проведения исследований строится какая-то гипотетическая модель рассматриваемого процесса, и затем, при сравнении ее с практически полученными данными, делается вывод о правильности действий и необходимости корректировки процесса исследований.

В общем случае можно предложить следующие варианты:

1. Из всего необходимого объема выбираются отдельные точки, характерные для данного процесса, и по определенному критерию делается вывод о возможности распространения полученных результатов на весь диапазон исследований.

2. Из всего необходимого объема исследований выбираются отдельные блоки, в пределах которых проводятся тщательные испытания на всех рабочих точках, и также по определенному критерию делается вывод о возможности распространения результатов исследований на весь диапазон.

При этом в любом случае остается вероятность того, что в область рассмотрения не попадут какие-то точки, существенно влияющие на общие результаты. Появление таких аномальных точек связано с наличием на практике процессов, не вписывающихся в изначально принятую теоретическую модель.

Задача выбора критериев оптимизации заключается в том, чтобы погрешность выбранного метода не снижала уровня безопасности защищаемого объекта при его эксплуатации.

Подводя общий итог, следует отметить основные моменты:

- в процессе проведения исследований аппаратуры, обрабатывающей информацию, подлежащую защите, присутствует проблема большого объема испытаний, что делает нереальным проведение этих исследований с реальными временными и материальными затратами;

- задача сокращения объемов проводимых исследований стояла изначально со времен начала проведения работ по защите информации, обрабатываемой техническими средствами;

- ставится задача оптимизации процесса проведения исследований, выбора критериев этой оптимизации;

- основная цель выбора критериев оптимизации процесса исследований заключается в сокращении временных и материальных затрат на проведение работ при одновременном повышении достоверности результатов и повышении безопасности обработки информации.

Важнейшее и необходимое направление работ по защите информации— контроль эффективности.

Эффективность защиты информации от технической разведки оценивается методами технического контроля. В ходе его производится определение технических параметров носителей информации. В результате сравнения их с нормативными значениями принимается решение об уровне безопасности защищаемой информации.

Технические меры контроля проводятся с использованием технических средств радио и электрических измерений, физического и химического анализа и обеспечивают проверку:

• напряженности полей с информацией на границах контролируемых зон;

• уровней опасных сигналов и помех в проводах и экранах кабелей, выходящих за пределы контролируемой зоны;

• степени зашумления генераторами помех структурных звуков в ограждениях;

• концентрации демаскирующих веществ в отходах производства.

Для измерения напряженности электрических полей используются селективные вольтметры, анализаторы спектра, панорамные приемники.

Различают три вида технического контроля:

• инструментальный;

• инструментально-расчетный;

• расчетный.

Инструментальные методы контроля обеспечивают наиболее точные результаты, так как они реализуются с помощью средств измерительной техники в местах контроля, прежде всего на границе контролируемой зоны. Так как измеряемые уровни опасных сигналов сравнимы с уровнями шумов, то для инструментального контроля необходимы высокочувствительные дорогостоящие измерительные приборы. Это обстоятельство существенно затрудняет реальные возможности проведения контроля.

Наибольшие проблемы возникают при инструментальном контроле ПЭМИН, так как частоты побочных излучений охватывают практически весь радиодиапазон, а их уровни соизмеримы с электромагнитным фоном. Стандартная контрольноизмерительная аппаратура не обеспечивает проведение исследований ПЭМИН в необходимом объеме. Поэтому для этих целей используются дорогостоящие специальные приборы и приборы для физических научных исследований. Для измерений сигналов ПЭМИН применяются измерительные приемники, селективные микровольтметры и анализаторы спектра с техническими характеристиками:

• диапазон частот — десятки Гц - десятки ГГц;

• чувствительность — десятки - сотни нВ;

• динамический диапазон— 100 - 150 дБ;

• избирательность — единицы Гц - единицы МГц;

• точность измерения уровня сигнала — 12 дБ.

Так как многие сигналы ПЭМИН имеют импульсный характер и согласно требованиям нормативнометодических документов, эти приборы должны оснащаться пиковыми и квазипиковыми детекторами. Очень полезно для возможности автоматизации измерений наличие у измерительных приборов программно-аппаратного интерфейса с ПЭВМ. С целью комплексного решения проблем исследований ПЭМИН ведущие организации в области производства технических средств защиты информации «Нелк», «Иркос», «Маском», «Элерон» и др. выпускают постоянно совершенствуемые автоматизированные комплексы для измерений излучений ПЭМИН.

Инструментально-расчетный технический контроль позволяет снизить требования к параметрам измерительной техники. Эти методы предполагают проведение измерений не на границе контролируемой зоны, а вблизи возможных источников сигналов (ОТТС). Возле источников сигналов уровни сигналов выше и, соответственно, требования к чувствительности измерительных приборов ниже. Уровни же сигналов в местах проведения контроля рассчитываются по соответствующим методикам расчета. Так как в качестве исходных данных для расчета применяются результаты измерений, то точность контроля будет определяться точностью измерений и используемого математического аппарата.

Наконец, если отсутствуют требуемые для инструментального или инструментальнорасчетного контроля измерительные приборы, то осуществляется расчетный технический контроль путем проведения расчетов по априорным или справочным исходным данным. Существующие методы расчетного технического контроля обеспечивают приемлемые для практики результаты при оценке угроз подслушивания и наблюдения. Для оценки этих угроз существует достаточно большой выбор данных в справочниках по акустике и оптике. Например, в справочнике по акустике приводятся данные об уровне громкости речи в помещении, величины звукоизоляции для различных ограждений, уровни акустических шумов для различных видов деятельности, по которым легко рассчитывается отношение сигнал/шум в точке контроля, например в коридоре или соседнем помещении.

Исследование уровня побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) от средств вычислительной техники (СВТ) основывается на общих принципах измерений напряженностей электрических и магнитных полей. Специфика этих измерений состоит в том, что, во-первых измеряемые сигналы являются маломощными, во-вторых заранее сложно предсказать картину электромагнитных излучений конкретного СВТ. Поэтому, измерению уровня сигналов ПЭМИ всегда предшествует процесс верификации, (от англ. Verification-проверка) т.е. подтверждение того, что обнаруженный сигнал действительно является искомым-информативным.

Исследование ПЭМИ требует широкого спектра знаний общего характера: приемного, антенно-фидерного оборудования, проведения антенных измерений, работ по верификации сигналов и т.д.

Информативными называются сигналы, представляющие собой ВЧ несущую, модулированную информацией обрабатываемой на СВТ, например, изображением выводимым на монитор, данными обрабатываемыми на устройствах ввода-вывода и т.д.

Неинформативными ПЭМИ называются сигналы, анализ которых может дать представление только о режиме работы СВТ и никак не отражает характер информации обрабатываемой на СВТ.

Что представляет собой спектр информационного сигнала и почему необходимо знать его структуру?

Как правило, любой информационный сигнал дополнительно промодулирован неинформационным низкочастотным сигналом (Рис. 1). Для монитора это обратный ход строчной и кадровой развертки, для принтера – перевод каретки или листа и т.д. Неинформационная низкочастотная помеха искажает форму (модулирует сигнал) информационного сигнала и является причиной систематической составляющей погрешности измеряемого уровня сигнала. Для того чтобы грамотно бороться с данной систематикой необходимо выполнять два условия. Во-первых, для обнаружения и измерения сигнала необходимо использовать пиковый детектор. Во-вторых, время измерения уровня сигнала (или фона) должно быть больше длительности неинформационного модулирующего сигнала.

Следует обратить внимание, что при модуляции ВЧ несущей информативного ПЭМИ низкочастотным неинформативным сигналом, спектр сигнала информативного ПЭМИ будет иметь вид, показанный на рисунке 2. Математически это выглядит как спектр функции sin(x)/x.

Такую картину можно наблюдать на экране анализатора спектра если уменьшить полосу пропускания до единиц кГц. Поскольку все сигналы представленные на рисунке 2 являются, независимо от амплитуды, одним и тем же информативным ПЭМИ, то для проведения расчетов все эти сигналы можно суммировать. В то же время, уровень основного энергетического лепестка сигнала превышает уровень ближайшего к нему лепестка как правило на 10-15 дБ. При таких соотношениях энергетики сигналов, вклад всех боковых лепестков в расчет зон будет составлять единицы процентов. Поэтому на практике в список сигналов для расчета вносят только частоту и уровень центрального энергетического лепестка. Кроме того, при использовании полос пропускания номиналом 100кГц и выше, все боковые лепестки сливаются с основным и исследователь даже не подозревает о их наличии. При проведении работ с использованием селективных вольтметров, данная картина так же не обнаруживается, поскольку поиск ведется по максимуму амплитуды и громкости тестового сигнала.

Какие СВТ не имеют информативного ПЭМИ? ПЭМИ не имеют устройства, работающие с информацией представленной в аналоговом виде, например, копировальные аппараты, использующие прямое светокопирование.

Что такое тип кодирования и вид кода тестового сигнала?

Видом кода называется способ преобразования низкочастотного сигнала (изменение его частоты, амплитуды, фазы) необходимое для передачи информации.

С точки зрения исследования ПЭМИ существуют следующие виды кода:

- потенциальное кодирование. В этом случае информативным (содержащим информацию) является амплитуда сигнала. Такой вид кодирования применяется, например, для передачи видеосигнала на монитор.

- импульсное однополярное кодирование. В этом случае информацию несет фаза сигнала, а полярность сигнала не меняется. Применяется в сетях связи.

- импульсное разнополярное кодирование. Здесь информативным является не только фаза, но и полярность сигнала.

Типом кодирования сигнала называется способ организации потока данных. Последовательное кодирование характерно для последовательных линий передачи данных, где скорость передачи данных выражается в бодах и во времени одновременно передается одна двоичная единица информации (например – компьютерная сеть или монитор). Параллельное кодирование характерно для параллельных систем передачи данных. В таких системах скорость передачи выражается, как правило, в байтах и информация передается по нескольким каналам (н-р проводам) одновременно. Примером может служить LPT порт компьютера.

У СВТ выделяют два основных узла – вероятных источника ПЭМИ: сигнальные кабели и высоковольтные блоки. Для излучения сигнала в эфир необходима согласованная на конкретной частоте антенна. Такой антенной хорошо выступают длинные линии передачи данных – соединительные кабели. В то же время, усилители лучей монитора имеют гораздо большую энергетику и тоже выступают в качестве излучающих систем. Их антенной системой являются как соединительные шлейфы, так и другие длинные цепи, гальванически связанные с этими узлами.

Корректно ли использовать активные антенные системы для измерения ПЭМИ?

Корректно. Активные антенны характеризуются широким диапазоном частот измерений и повышенным уровнем шума по сравнению с пассивными антеннами. Широкий диапазон рабочих частот (например, от 50кГц до 1 ГГц) существенно сокращает время проведения специсследований и удешевляет используемую аппаратуру. Уровень собственных шумов (как правило –30…+10 дБ) позволяет уверенно проводить специсследования для СВТ по 2-й и 3-й категории. Для проведения специсследований защищенной аппаратуры (как правило для объектов 1-й категории) лучше использовать набор узкополосных пассивных антенн.

Для проведения антенных измерений существует несколько типов измерительных приборов: селективные вольтметры, измерительные приемники, анализаторы спектра.

Селективные вольтметры (нановольтметры) идеально подходят для измерений напряженности электрического и магнитного поля. Но, они не имеют визуальных органов отображения картины панорамы исследуемого диапазона частот и поэтому не выдерживают конкуренции с их импортными собратьями – измерительными приемниками как по эргономическим показателям, так и по производительности.

Измерительные приемники сочетают в себе лучшие черты селективных вольтметров (наличие преселектора) и анализаторов спектра (визуальное представление панорамы анализируемого диапазона частот). Но, к сожалению, это очень дорогое удовольствие.

Анализаторы спектра по функциональным возможностям смело конкурируют с измерительными приемниками, но ряд метрологических характеристик из-за отсутствия преселектора у них хуже. Зато их цена в 4-5 раз ниже цены аналогичного по предоставляемому сервису измерительного приемника.

Существует мнение, что если анализаторы спектра, не имеют преселектора – их нельзя использовать для измерения ПЭМИ. Эта позиция абсолютно ошибочна, поскольку простейшие исследования технической документации показали, что метрологические параметры, непосредственно зависящие от наличия преселектора (например, величина интермодуляции третьего и выше порядков), у анализаторов спектра фирмы Hewlett Packard оказалась сравнимы с аналогичными параметрами селективных нановольтметров произведенных еще во времена СЭВ («СМВ-8,5», «СМВ-11» и т.д.) и отечественных измерительных приемников (П5-42).

Все очень просто. Любое увеличения качества измерений влечет за собой увеличение стоимости средств измерений. Если задача требует характеристик измерительного приемника, например, для исследования аппаратуры в защищенном исполнении (не путать аппаратуру, которая изначально проектировалась для высшего класса защиты с экранированной и доработанной аппаратурой), то, безусловно, придется пойти на дополнительные расходы и приобрести СМВ или измерительный приемник.

Но вот чем действительно нельзя проводить измерения, так это откалиброванными и доработанными связными приемниками. Не будем детально рассматривать причины этого (применение не "метрологической" элементной базы, "не те" схемные решения, отсутствие специальных требований к повторяемости изделий и т.д.). Отметим только два момента.

Никто и никогда не сможет гарантировать, что такой приемник будет измерять правильно через час, неделю, месяц, год после проведения калибровки (а так же при изменении температуры, влажности, условий эксплуатации или после перевозки) потому, что для них не проводились теоретические расчеты по стабильности параметров, влияющих на метрологические характеристики и не проводились их испытания в соответствии с методиками проведения испытаний для присвоения типа средств измерений.

Отсутствие детектора позволяет измерять либо только уровень сигнала только той формы, по которому калибровался приемник. Измерение сигналов любой другой формы приводит к непредсказуемым погрешностям результатов измерений. Иногда встречающиеся попытки заменить отсутствие детектора термином "квазипиковый" детектор с программируемыми (изменяющимися) характеристиками без их представления есть ни что иное как страховка производителя от неприятностей со стороны метрологических контролирующих органов по поводу несоблюдения ГОСТ Р51319-99, и обман покупателя. Любой детектор является (в том числе и непонятно какой) "нестандартным" квазипиковым детектором.

Непосредственно измерениям предшествует подготовительный этап, который состоит в коммутации антенных систем с приемной аппаратурой с помощью кабелей. Единственное требование к оператору на этом этапе - элементарная внимательность. Необходимо помнить, что поскольку антенны всегда калибруются с кабелем, то и использовать их необходимо с тем же кабелем, несмотря на искушение заменить более длинным или более тонким.

Корректность последующих измерений зависит и от качества кабелей и фиксации разъемов. Очевидно, что кабели не должны иметь повреждений, а разъемы должны быть правильно подогнаны и затянуты. Проверить качество коммутации, можно произвольно изменяя положение кабеля и радиус изгиба. При этом уровень сигнала на приемной аппаратуре не должен изменяться.

При проведении измерений антенну следует располагать не ближе 3-х ее геометрических размеров от исследуемого объекта. Под размером понимается диаметр для рамочной антенны, расстояние между вибраторами для диполя. При этом желательно, чтобы оператор находился в дальней зоне (не менее 10 длин волн измеряемого сигнала), если это затруднительно, то хотя бы на максимально возможном удалении.

Идеальным местом для антенных измерений является безэховая экранированная камера. На практике такого добиться практически невозможно. Поэтому, необходимо стремиться к тому, чтобы не вводить дополнительные возмущения электромагнитного поля в помещении. Для этого необходимо, чтобы:

- тестируемая аппаратура и тестирующая аппаратура находились друг от друга на максимальном удалении;

- не допускать передвижение людей и предметов в помещении;

- оператор должен находиться всегда в одном и том же месте (после проведения ручных операций он должен возвращаться на свое место);

- на время исследований не включать в помещении, где проводится проверка, устройств, которые могут вносить сильные помехи (механические устройства с электромоторами, лампы дневного света и т.д.).

Дата добавления: 2014-11-29