В соответствии с «Нормами....» и постановкой задачи специальных исследований а кустоэлектрических преобразований сводятся к измерениям слабых {как правило) сигналов речевого диапазона частот (300 Гц...3,4 кГц) или ВЧ сигналов (до 1200 МГц) и определении коэффициента модуляции (для АМ) или индекса модуляции (для ЧМ) этих ВЧ сигналов теми же сигналами речевого диапазона.

Отсюда и требования к средствам измерения. Это селективные измерительные приборы речевого диапазона частот (селективные вольтметры, анализаторы спектра, микро- и нановольтметры) и измерительные приемники или анализаторы спектра в диапазоне частот минимум до 1200 МГц.

Учитывая, что нормированные коэффициенты и индексы модуляции имеют достаточно малые величины, особенно важно, чтобы приборы ВЧ диапазона имели при высокой чувствительности, как можно более низкие собственные шумы. Именно при специальных исследованиях акустоапектрических преобразований чаще всего приходится производить и измерения, и расчеты «по шумам». Как отмечалось выше, в этом случае, оценка защищенности напрямую зависит от технических характеристик средств измерения.

Исходя из вышеизложенного, для исследований в области ВЧ диапазона принципиально наиболее пригодными являются измерительные приемники, всегда имеющие более низкие собственные шумы, чем анализаторы спектра. Из аппаратуры 1970-х годов это, практически без исключений, измерительные приемники RFT (бывшая ГДР) моделей FSM-6, FSM-11 и FSM-8. Перекрывая диапазон от 0,1 (0,01) до 1000 МГц (два приемника) они и до сих пор остаются весьма надежными, чувствительными, с хорошими детекторами (что весьма немаловажно!!!) малошумящими средствами измерений. К тому же их стоимость относительно невелика.

Из современных приборов наиболее пригодными являются, измерительные приемники, например, серий ESI или ESPI фирмы R&S. Параметры их очень высоки, например, собственные шумы приемника ESPI-З составляют не более -155 дБм (для сравнения -анализатора спектра 8596 фирмы «Agilent Technology» не более -115 дБм). Но и стоимость таких приемников весьма высока.

К вышесказанному необходимо добавить различные антенны -дипольные (электрические) и рамочные (магнитные), предусилители, различные симметрирующие устройства (часто приходится выполнять замеры в симметричных линиях), токовые трансформаторы, пробники. Моделей таких устройств множество, хотя заметная часть их имеется только импортного производства и тоже недешева. Однако вполне приличные антенны выпускаются и у нас в стране, как и предусилители и токовые трансформаторы.

В области низких, звуковых частот по-прежнему вне конкуренции очень старенькие, но еще весьма прилично работающие селективные нановольтметры производства предприятия «Unipan» (бывшая ПНР). Это модели «Unipan» 233, 237 и 232Ь. Если моделям 233 и 237 есть аналоги (иногда с более высокими параметрами, например FAT-2, FAT-3, R&S ФРГ), то фазочуствительный микровольтметр 232Ь и по сей день остается уникальным прибором. Его применение позволяет «вытянуть» сверхслабые сигналы «из-под шумов», по крайней мере на уровне «-20» дБ/мкВ, эффективнее, чем любым другим прибором. Именно потому он и остается на сегодняшний день основным и чаще всего единственным средством измерения в этой области. Кроме того, эти вольтметры комплектуются набором предусилителей с симметричными и несимметричными входами с уникально (и по сей день!) низкими собственными шумами.

Для низкочастотной области также существуют современные анализаторы спектра. Однако большинство моделей не могут быть рекомендованы из-за достаточно высоких собственных шумов и очень высокой стоимости.

Кроме основных средств измерения необходимо и довольно много вспомогательных нестандартных приспособлений и устройств.

В первую очередь это источник акустического тест-сигнала. Таких источников необходимо минимум два для решения разных задач (не всегда удобно объединять их в одно устройство, хотя это и возможно).

Первый источник должен создавать плавно перестраиваемый по частоте акустический сигнал в диапазоне не менее 250 Гц...4 кГц. Обычно это легко решается комбинацией звукового генератора, усилителя и колонки. Вроде бы ничего особенного. Однако основным требованием к такому устройству является отсутствие от него побочных излучений с частотами генерируемых сигналов как по электрическому, так и, что гораздо «хуже», по магнитному полю. Даже небольшая наводка по магнитному полю на исследуемые ВТСС во многих случаях значительно превышает сигналы акусто-электрических преобразований. Ни один типовой усилитель, тем более колонка, этим требованиям не удовлетворяет. Такой источник должен проектироваться специально и тщательно экранироваться (включая все кабели и цепи электропитания). Примером такого источника может служить «Шорох-2МИ» со специальной экранированной колонкой.

Второй источник должен давать акустический сигнал в виде од-ной-двух хорошо слышимых человеком частот (обычно в диапазоне 400...1500 Гц), манипулируемых по амплитуде частотой 0,1...5 Гц (так сказать, прерывистая «пищалка»). Эти сигналы хорошо опознаются оператором «на слух» при выявлении модуляции различных генераторов в ВТСС при акустическом воздействии на них. Такие источники выполняются, как правило, автономными (и с автономным питанием) и тщательно экранированными. Серийное производство таких генераторов тест-сигнала, по нашим данным, в настоящее время отсутствует и, в основном, многие организации, проводящие специсследования, разрабатывают их самостоятельно. Разработан такого рода генератор и в ЦБИ «МАСКОМ».

Также необходим стандартный шумомер с микрофоном, поскольку методики требуют точного замера величины действующего на ВТСС акустического сигнала. Останавливаться н§ этой аппаратуре не имеет смысла, так как она подробно описана выше.

Кроме этого, необходимы, осциллографы (желательно двулучевые С1-151 и широкополосные С1-108), генераторы стандартных сигналов на весь исследуемый диапазон (желательно с цифровой установкой частоты и амплитуды Г4-176), обычные широкополое-ные вольтметры В3-38, ВЗ-57, генераторы НЧ ГЗ-112 и множество мелочей типа коаксиальных переходов, кабелей разного рода, пробников, аттенюаторов, коаксиальных трансформаторов и т.д.

Примечание: В разделах, посвященных средствам измерения, намеренно приведены достаточно старые модели приборов общего назначения. Многие из них еще успешно эксплуатируются. Современные приборы с аналогичными и более высокими характеристиками (генераторы, вольтметры, осциллографы и т.д.) без труда могут быть приобретены в специализированных фирмах.

Это дополняется нестандартным оборудованием типа «питающего моста», имитирующего подачу питания на аналоговые телефонные аппараты, различными устройствами, позволяющими имитировать нормальный рабочий режим исследуемого ВТСС, его электропитание различными напряжениями (типа испытательных стендов), фильтрами различного диапазона и назначения (помехоподавляющие - сетевые и сигнальные, режекгорные, попосовые и т.п.) и, наконец, очень нелишней будет экранированная камера. Сооружение весьма недешевое, но крайне эффективное, когда нужно измерять микровольтовые сигналы в условиях помех большого города.

Специальные исследования в области акустоэлектрических преобразований

В таком кратком курсе, как этот, невозможно рассказать обо всех возможных «тонкостях» измерений в этом виде СИ. Однако попытаемся изложить самое основное. Вначале придется коснуться физики происходящих процессов, поскольку без ее правильного понимания невозможна организация измерительных работ и выявление возможных ошибок и помех.

Итак, что же является физической основой того, что мы назвали а кустоэлектрическим преобразованием? В качестве преобразователей механической энергии акустического сигнала в электрические могут выступать элементы технических средств, обладающие различной природой и достаточно широким спектром физических свойств.

В первую очередь, это обратный эффект Фарадея. Напомним, что он заключается в том, что при движении проводника поперек силовых линий магнитного поля на его концах наводится ЭДС (при замкнутом проводнике - течет ток). Магнитное поле существует всегда (не будем забывать о магнитном поле Земли, не говоря уже о том, что любая деталь из сплавов железа, некоторых других металлов и их сплавов всегда намагничена). Следовательно, перемещение любого проводника (вибрация, дрожание), особенно мно-говитковой обмотки, неизбежно вызывает появление напряжения или тока, соответствующих акустическому (вибрационному) воздействию. Поэтому все моточные изделия (трансформаторы, реле, катушки индуктивности, дроссели и т.д. в составе ВТСС) всегда являются источниками а кустоэлектрических преобразований. Кроме того, возникающая под воздействием акустических сигналов вибрация всякого рода сердечников перечисленных компонентов (это более характерно для материалов с высоким я) вызывает (за счет волн сжатия в материале) изменение их магнитной проницаемости (обратный магнитострикционный эффект, или эффект Веллари), что также вызывает появление сигнала в обмотке.

Вторая причина, часто проявляющаяся, это - различные емкостные эффекты. Если в конденсаторе, образованном некими проводящими элементами, одна обкладка движется относительно другой - изменяется емкость этого конденсатора, следовательно, меняется напряжение на обкладках.

Третий, весьма часто встречающийся эффект - это пьезоэффект. Большое число керамических конденсаторов выполняется из материалов,типа ЦТС (цирконий-титанат свинца). Такие материалы всегда обладают пьезострикционным эффектом, т.е. при приложении к ним механического усилия (изгиб, сдвиг, сжатие и т.д.) на обкладках конденсатора генерируются электрические потенциалы, пропорциональные приложенному усилию. Короче говоря - нормальный пьезоэлектрический микрофон.

Есть еще ряд более «тонких» эффектов, но и этого достаточно, чтобы понять основной «закон» - «Микрофонит все!» И только измерениями можно доказать, что в каждом данном конкретном случае и при строго определенных режимах работы технических средств сигнал акустоэлектрического преобразования меньше нормы. Других способов не существует.

Все изложенное выше касается прямого акустоэлектрического преобразования.

Однако необходимо помнить, что в составе многих технических средств всегда штатно работают один или несколько разного рода ВЧ автогенераторов, как синусоидальных, гак и релаксационных. Воздействие на их элементы (конденсаторы, дроссели, системы заряженных проводников и т.д., о чем говорилось выше) механических колебаний акустических сигналов, в общем случае, всегда (во прос только в какой степени) приводит к изменению амплитуды и/или частоты/фазы этих колебаний, т.е. к модуляции. ВЧ колебания этих генераторов в той или иной степени излучаются в окружающее пространство и/или распространяются по отходящим от технических средств линиям. Так образуются модуляционные высокочастотные каналы а кустоэлектрических преобразований, которые опасны не столько сами по себе, сколько именно тем речевым сигналом, который модулирует ВЧ колебания автогенераторов. Для этих каналов приходится учитывать и величину (амплитуду) несущей и коэффициент (индекс) модуляции.

Рассмотрев вкратце причины появления сигналов АЭП, познакомимся с основными схемами измерений.

Учитывая постановку задачи для прямого акустоэлектрического преобразования (определение значений сигналов АЭП речевого диапазона частот в отходящей от ВТСС линии, выходящей за пределы КЗ) типовая схема измерения приведена на рис. 5.12.

Исследуемое техническое средство может быть подключено к реальной отходящей линии, к некому имитатору или не подключаться ни к какой линии (режим «холостого хода»). Рассмотреть все возможные варианты и их особенности в рамках этого курса не представляется возможным, ограничимся только перечислением этих вариантов.

Типовая схема измерения прямого АЭП

Рис. 5.12. Типовая схема измерения прямого АЭП

К отходящей линии (или к выходному разъему ВТСС) подключается измерительный прибор. Причем это подключение может быть гальваническим (как показано на рисунке) или бесконтактным (с помощью токового трансформатора).

Во всех случаях необходимо проводить измерения для всех возможных вариантов подключения: симметрично, несимметрично, два провода - «земля», так называемая цепь Пикара, по «разбитым» парам, если количество проводов более двух, по отношению к посторонней земле, два (или несколько) проводов вместе с использованием трансформатора тока или любым другим способом, который только придет в голову!!! Потенциальный противник всегда будет искать способ подключения с наилучшим отношением сигнал/помеха. Выбор из этого множества вариантов ложится на заказчика, или, если заказчик не определяет область исследований -на оператора.

Гальваническое подключение осуществляется, как правило, через стандартный предусилитель вольтметра (например, типа 233-5, 233-6, 233-7 нановольтметров 11п1рап). Установка токового трансформатора может производиться на один провод линии или на несколько одновременно, выбирая наилучшую комбинацию с точки зрения перехвата. Кроме того, применяя токовый трансформатор, необходимо, учитывать, что он измеряет ток в линии, а нормируется напряжение в ней. Следовательно, необходим пересчет результатов измерений через эквивалентное сопротивление линии или источника сигнала АЭП.

Исследования любого технического средства необходимо проводить во всех возможных режимах его работы, если не оговаривается перечень режимов, при которых техническое средство будет работать при эксплуатации. Так, например, исследования многоскоростного бытового вентилятора необходимо проводить при включении его на разных скоростях с учетом допустимых отклонений напряжения питания при проведении измерений для каждой скорости. За конечный результат должно приниматься наибольшее значение опасного сигнала из всех измеренных при различных режимах. В установках прямой директорской (диспетчерской) связи, в которых существуют телефонный (на микротелефонную трубку) и громкоговорящий (на микрофон и динамик) режимы, исследования необходимо проводить как в том, так и в другом режиме, если в задании на проведение измерений не указан только какой-либо один рабочий режим. И таких примеров может быть множество.

Во всех случаях в протоколе исследований необходимо указы вать все возможные режимы работы ТС с обоснованным указанием, по каким причинам тот или иной режим работы не проверялся.

Схема измерения сигналов АЭП от ТС, приведенная на рис. 5.12, достаточно стандартна для теории измерений и особых пояснений, на наш взгляд, не требует.

В ней опущены очень важные на практике вопросы заземления приборов, их электропитания, взаимного размещения. Необходимо отметить, что уровень помех в тракте измерения от этих факторов может меняться в десятки и сотни раз. Неоптимальное построение измерительного комплекса может быть причиной очень далеких от реальности результатов.

Борьба с помехами в измерительных трактах хорошо освещается в теории радиоизмерений и измерений в технике связи; все общие принципы этой теории справедливы и для данной методики, а дать рекомендации по многочисленным нюансам каждой конкретной измерительной схемы просто не представляется возможным. Данную задачу решает каждый оператор самостоятельно, опираясь на свой опыт, знание предмета измерений и в какой-то степени -интуицию.

Учитывая степень малости измеряемых в подавляющем большинстве сигналов акустоэлектрических преобразований, определенное внимание следует уделить снижению наводок тест-сигнала на измеряемое техническое средство и измерительный приемник.

Как правило, экранированную колонку размещают на расстоянии 1 м от исследуемого технического средства. Это расстояние не очень критично и выбирается, в первую очередь, исходя из требуемого уровня звукового давления в месте размещения технического средства и отсутствия наводок от колонки на исследуемое ВТСС.

Понятно, что даже хорошо экранированная колонка создает некоторые электрическое и магнитное поля, существование которых не должно вносить погрешности в измерения. Простейший способ определения того, что мы наблюдаем наводку тест-сигнала от акустического излучателя, измерительного тракта генератор-усилитель мощности и соединительных кабелей или непосредственно сигнап АЭП, состоит в «прикрывании» лицевой панели акустического излучателя звукопоглощающей шторкой с целью изменения (снижения) уровня воздействующего на ТС акустического сигнала, контролируемого с помощью шум о мера. При этом наводка за счет воздействия электромагнитного поля генераторного оборудования на техническое средство, если она существует, останется неизменной, т.е.

показания измерительного прибора, подключенного к техническому средству, не изменятся или, в крайнем случае, изменятся непропорционально снижению уровня акустического сигнала. В первом случае измеряемая величина тест-сигнала, «чистая» наводка, во втором - смесь сигнала наводки и сигнала акустоэлектрических преобразований.

Другим, достаточно эффективным способом определения достоверности измерения именно сигнала а кустоэлектрического преобразования при той же измерительной схеме является изменение расстояния между генераторным оборудованием, включая акустический излучатель, и исследуемым техническим средством. При линейном изменении сигнала акустоэлектрического преобразования от расстояния измеряемый сигнал является следствием акустического воздействия на техническое средство, а при изменении измеряемого сигнала по закону 1/Я2 - 1/Я3 - наводка за счет электрического или магнитного полей генераторного оборудования. Этим способом удобно пользоваться для определения того, какая из составляющих электромагнитного поля преобладает в сигнале наводки. При изменении сигнала по закону близкому к 1/Я3 наводка определяется преимущественно магнитным полем, при изменении по закону 1/Я2 - электрическим полем. Понимание природы образования сигнала наводки определяет и меры борьбы с ней. При электрической наводке, как правило, бывает достаточно организовать правильную схему заземления измерительного комплекса в целом. При магнитной наводке значительное снижение можно получить только симметрированием, применением экранированных симметричных кабелей со скрученными парами и разносом элементов измерительного (генераторного) тракта и технических средств.

Общий порядок проведения измерения

Собрать схему, включить, прогреть и откалибровать все средства измерения. Далее оператор плавно изменяет частоту звукового генератора в требуемом диапазоне частот, поддерживая звуковое давление на исследуемое ВТСС в диапазоне 74...94 дБ. Обычно огибающая сигналов АЭП имеет резко изрезанный характер с пиками и провалами. Рекомендуется фиксировать все пики сигнала. Если их много - то наибольшие. При использовании на но вольтметра 232Ь не забывать тщательно подстраивать фазу опорного сигнала на каждой «подозрительной» частоте.

Особо следует заметить, что «задавать» заранее какой-либо

«шаг» частот методически абсолютно неверно. Пики и выбросы сигнала АЭП могут возникнуть на любой частоте, а механические резонансные явления, которые обычно ответственны за такие выбросы, бывают весьма узкополосными. Испытание плавно меняющимся тоном - принципиальное методическое требование. Если используется генератор низкой частоты с дискретной перестройкой, то нужно перестраиваться с «шагом» не более 10 Гц.

Действующие методики имеют достаточно обобщенный характер и не могут в силу этого отразить всего многообразия их применения при проведении специальных исследований.

Так, например, при исследовании сигналов АЭП в сети электропитания технических средств промышленной частоты 220 В (50 Гц), как указывалось выше, необходимо проводить измерения и при включенной и при отключенной сети электропитания, причем независимо от того, где располагается высоковольтная трансформаторная подстанция, в пределах контролируемой зоны объекта или за ее пределами - непреднамеренное (а хуже того - преднамеренное) отключение сети электропитания возможно и в том и в другом случае. В первом случае оценку следует давать по нормам сети питания и только по несимметричной составляющей, а во втором -по нормам для линий связи при всех возможных вариантах подключения измерительного приемника к сети питания или сетевому шнуру ТС. В то же время при гарантированном питании объекта категории не ниже «первой» или особой группы первой категории (о чем в обязательном порядке у заказчика допжен быть утвержденный «Акт...») проводить исследования в сети питания в режиме ее отключения нет необходимости. При бесперебойном питании, при кажущейся более высокой степени надежности электропитания объем измерений в значительной степени увеличивается по сравнению с питанием гарантированным. Это объясняется несколькими причинами:

- в большинстве источников бесперебойного питания (АБП) имеется функция «обхода», при включении которого исследуемая сеть становится обычной негарантированной с соответствующими к ней подходами;

- сеть электропитания, организованная с использованием АБП в общем случае не может относиться с точки зрения защиты информации к сети питания промышленной частоты (так называемая «чистая» сеть с точки зрения наличия в ней помех), в связи с чем, на данную сеть распространять нормы для сети питания некорректно;

- как следствие изложенного в предыдущем пункте для оценки защищенности сети с АБП необходимо проводить измерение «обратного» затухания АБП, т.е. использовать блок только как буферное устройство, вносящее некоторое и всегда конечное затухание сигналам АЭП; сразу стоит отметить, что задача измерения обратного затухания АБП «под нагрузкой» не самая простая;

- всегда следует помнить, что время работы АБП конечно и ни каким образом не связано со временем возможного отключения сети.

Всех такого рода (или любого другого) частных случаев методика проведения специальных исследований, естественно, содержать не может (вспомним о проведении подробного анализа, о котором говорилось ранее). Образно говоря, именно поэтому специальные исследования названы не измерениями, а именно исследованиями; и каждый, работающий в этой области знаний, должен быть именно исследователем.

Следует акцентировать внимание еще на одной достаточно распространенной ошибке при проведении специальных исследований в части а кустоэлектрических преобразований технических средств, касающейся применения средств защиты от возможной утечки за счет АЭП.

При применении указанных средств на объектах заказчика даже среди специалистов в области специальных исследований бытует достаточно распространенное мнение о том, что применение сертифицированных средств защиты или типовых схем защиты, предусмотренных регламентирующими документами, не требует проверки их эффективности.

Приведем простой пример.

Многочисленными исследованиями доказано, что уже применение правильно спроектированного 4-каскадного транзисторного усилителя в режиме «А» без обратной связи (ООС) с трансформаторными входом и выходом при хорошей экранировке как самого усилителя, так и отдельно трансформаторов, обеспечивает величину обратного затухания примерно 120 дБ. Введение в таком же усилителе 100% отрицательной обратной связи для улучшения характеристик самого усилителя снижает величину обратного затухания практически до 0, а применение местных ООС в различных комбинациях в каждом конкретном случае будет изменять величину обратного затухания на определенную величину, характеризующую только данную комбинацию ООС. В то же время регламентирующим документом допускается использование в ВП 3-й категории абонентских громкоговорителей, обладающих чрезвычайно высокими уровнями сигналов АЭП (достигающих 10 и более мВ) с применением буферного усилителя, размещаемого в пределах КЗ, без каких-либо ограничений на его параметры и проверки его параметров. В общем случае - это нонсенс.

Еще один пример.

Паспортными данными на изделие МП-2, имеющего сертификат Гостехкомиссии России, определена величина напряжения шумового сигнала на выходе устройства без нагрузки в пределах от 1 до 2 мВ. Устройство предназначено дпя защиты трехпрограммных гром кого вор итепей по цепи радиотранспяции, полоса пропускания в НЧ диапазоне которых в соответствии с ГОСТом должна быть не менее 10 кГц. Логично предположить, что измерение шумового сигнала следует проводить также в полосе примерно 10 кГц или еще проще широкополосным среднеквадратичным вольтметром. Однако при всей логичности такого подхода, именно здесь кроется достаточно часто повторяемая ошибка, заключающаяся в следующем:

- при измерении с помощью только вольтметра вполне вероятно допустить ошибку, приняв измеренные, например, высшие гармоники сети питания громкоговоритепя и продукты преобразования выпрямителя, проникающие в абонентскую линию, за шумовой сигнал при неисправном генераторе шума;

- применение осциллографа совместно с вольтметром существенно увеличивает шансы на получение относительно достоверных измерений, но полностью не исключает допущения значительной ошибки, так как опредепить соответствие спектра шумового сигнала заданному практически не представляется возможным.

Единственно правильным решением оператора при проверке эффективности данного устройства (только в части работоспособности генератора шума, так как устройство МП-2 обеспечивает и ряд других функций) будет исспедование спектральной характеристики с помощью узкополосного (селективного) вольтметра или анализатора спектра с одновременным измерением широкополосного шумового сигнала.

И последний пример.

Хорошо известно каждому, кто хотя бы непродопжительное время занимапся СИ ипи схемотехникой радиотехнических устройств, что динамический громкоговоритель является прекрасным микрофоном (в прямом смысле этого слова), т.е. обладает высоким коэффициентом преобразования акустического сигнала в электрический. На объектах заказчиков во многих случаях в категорированных помещениях присутствуют музыкальные центры, имеющие акустические агрегаты мощностью до 50 Вт и более. Естественно, линии этих агрегатов не выходят даже за пределы помещения, в котором они расположены, не говоря уже о границах контролируемой зоны. Так что же, на данный преобразователь можно закрыть глаза и не принимать его во внимание? Нет, нельзя! И вот по каким причинам:

- при включенном бестрансформаторном усилителе мощности музыкального центра его выходное сопротивление достаточно мало и режим работы акустического агрегата близок к режиму «короткого замыкания». При воздействии на этот агрегат акустического сигнала в катушке громкоговорителя протекает ток достаточно большой величины, который определяет некую величину магнитного поля от громкоговорителя;

- при отключенном от сети питания усилителе выходное сопротивление, например, двухтактного выходного усилителя резко возрастает, а режим работ громкоговорителя в этом случае будет близок к режиму «холостого хода». На выходе линии громкоговорителя при воздействии на него акустического сигнала образуется достаточной величины разность потенциалов и связанное с ней электрическое поле.

Вполне допустим вариант, при котором граница контролируемой зоны проходит на небольших (до единиц метров) расстояниях от ограждающих конструкций выделенного помещения. Учитывая, что музыкальный центр, как правило, размещается вдоль стен выделенного помещения (и не обязательно вдоль внутренних) создаваемые электромагнитные поля от громкоговорителей при акустическом воздействии на них могут быть перехвачены и за границей контролируемой зоны.

Возникает резонный вопрос, что делать в этой ситуации? Закорачивание опасно, обрыв тоже опасен! Ответ может быть только один - измерять!

По измеренным значениям рассчитать размер зоны и сравнить полученный результат с расстоянием до границы контролируемой зоны. При Я2, меньшем расстояния до границы контролируемой зоны, утечка информации невозможна.

Конечно, возможен и противоположный вариант. В этом случае необходимо принимать организационные меры: переместить музыкальный центр или акустические агрегаты на безопасное расстояние в пределах выделенного помещения или вынести его из выделенного помещения. В крайнем случае, можно использовать и пространственное электромагнитное зашумление акустических агрегатов.

Приведенные примеры, конечно, не отражают всего многообразия ситуаций, с которыми приходится сталкиваться на объектах при проведении специальных исследований.

Одним из наиболее опасных, с точки зрения утечки информации, является канал утечки за счет модуляции колебаний встроенных в технические средства автогенераторов.

Для понимания физических процессов, приводящих к образованию канала утечки информации за счет модуляции колебаний автогенераторов сигналами акустоэлектрических преобразований рассмотрим простейшую схему ^-автогенератора с включенным 1_С-контуром в цепи положительной обратной связи (ПОС).

На самом деле различных схем генераторов достаточно много, но практически все они, как гармонические, так и релаксационные, строятся с применением в цепи ПОС либо ЬС-контура с полным или неполным включением реактивного элемента (индуктивности или емкости), либо фазосдвигающих ЯС цепей (рис 5.13).

Генераторы с неполным включением реактивности на вход усилительного элемента попучили название «трехточки». Независимо от схем автогенераторов, применяемых в конкретных технических средствах, все рассуждения об образовании данного канала утечки остаются общими.

Схема генератора

Рис. 5.13. Схема генератора

Физические принципы образования электрического сигнала под воздействием акустического сигнала уже рассмотрены выше и повторяться не имеет смысла. Стоит только отметить, что для ВЧ генераторов даже незначительное отклонение значений реактивных элементов от номинала приводит к значительному изменению его параметров. Покажем это на примере приведенной выше схемы автогенератора.

Рассуждая подобным образом, несложно определить и логическую цепочку модуляции колебаний релаксационных автогенераторов воздействующим на них сигналом АЭП.

Кроме рассмотренного примера модуляции колебаний ВЧ автогенераторов при проведении СИ нельзя забывать и об еще одном (хотя и очень распространенном) физическом принципе, приводящем к «паразитной» модуляции. Речь идет о нелинейном усилении сигналов. В интересующем нас случае конкретно об усилителях ВЧ сигналов различного рода и выполняющих достаточно разные функции. Не сильно греша перед истиной можно утверждать, что всякий усилитель является в определенной степени (вопрос только в большей или меньшей) нелинейным. На нелинейном усилении построена вся теория модуляторов, хорошо проработанная в теоретической радиотехнике.

В результате импульсы коллекторного тока /к окажутся промодулированными по амплитуде, а выделенное резонансным контуром выходное напряжение также оказывается промодулированным. Не останавливаясь на параметрах элементов, влияющих на качество работы модулятора, отметим только, что для многотональной амплитудной модуляции (реальные сигналы) все приведенные здесь рассуждения полностью справедливы

Хрестоматийный пример образования такого «паразитного» амплитудного детектора - наводка НЧ сигнала АЭП от встроенного громкоговорителя (или выходного трансформатора УНЧ) на входную цепь тракта ПЧ супергетеродинного приемника, построенного с использованием 1С-контуров, или на входные 1_С-цепи усилителя ВЧ сигнала трехпрограммного громкоговорителя. Чем не классический модулятор.

На самом деле различного рода схем «паразитных» модуляторов в исследуемых технических средствах может быть великое множество. Не всегда это может приводить к образованию канала утечки, но и исключать такую возможность нельзя.

Для измерений в высокочастотной области, т.е. модуляционного акустоэлектрического преобразования схема измерений претерпевает некоторые изменения (рис. 5.15).

Схема измерения модуляционного АЭП

Рис. 5.15. Схема измерения модуляционного АЭП

Как видно из схемы, изображенной на рис.5.15, основой измерительного комплекса является измерительный приемник (анализатор спектра). К нему подключается либо антенна (если ведутся измерения ПЭМИ), либо тот или иной пробник (если ведутся измерения в отходящей линии), а чаще всего последовательно и то, и другое. К выходу ПЧ приемника могут подключаться либо измеритель модуляции (для непосредственного измерения), либо низкочастотные измерительные приборы (НЧ анализаторы спектра) при измерении методом боковых частот. Для выявления модуляции «на слух» на НЧ выход приемника могут включаться головные телефоны.

При подготовке к проведению измерений необходимо ознакомиться с документацией на проверяемое техническое средство с целью определения принципов построения и всех возможных режимов работы изделия. Приступая к измерению, оператор должен ясно представлять себе, что, где и в каких режимах должно проверяться. Зачастую этот анализ не может быть проведен в полном объеме из-за отсутствия технической документации или неполной ясности о работе тех или иных узлов. Это, как правило, в значительной степени увеличивает время непосредственно измерений. Сразу отметим, проведение измерений без предварительного анализа, «в темную» - самый неэффективный способ, требующий неоправданно больших трудозатрат и, как правило, приводящий к серьезным ошибкам.

Первой задачей оператора является измерение всех выявленных в процессе предварительного анализа излучаемых в эфир и/или присутствующих в отходящих линиях сигналов, обусловленных работой встроенных автогенераторов в составе технических средств, а также их гармоник. Теоретически часть этих частот при реальных измерениях может быть и не обнаружена за счет:

- существующих в эфире и отходящих от ТС помех (при этом меры по борьбе с помехами должны быть приняты максимальные): здесь кстати вспомнить об экранированной камере;

- малой действующей высоты «случайных антенн», способных излучать сигналы тех или иных колебаний автогенераторов внутри самого ТС;

- преднамеренного или непреднамеренного (за счет размещения других блоков и модулей) экранирования как самих автогенераторов, так и отходящих от них физических цепей;

- наличия буферных каскадов на пути распространения сигналов автогенераторов и ряда других причин.

Эмпирических методов такого выявления довольно много и в на стоящем курсе невозможно подробно рассказать о них всех. Каж-дый оператор должен решать эту задачу самостоятельно применительно к реальным условиям проведения измерений.

Обнаружением всех частот, на которых работают встроенные автогенераторы, выявленных в процессе анализа, задача не ограничивается. Всегда существует вероятность того, что проведенный анализ не является полным. К примеру, в современных сверхбольших интегральных микросхемах, как аналоговых, так и цифровых, имеется достаточно большое количество технологических генераторов, колебания которых теоретически также вполне могут модулироваться сигналами АЭП. В супергетеродинных приемниках при преобразовании входного радиосигнала неизбежно появление так называемых «зеркальных» частот, что так же должно учитываться при измерениях, несмотря на то, что такого автогенератора в приемнике нет. И хотя разработчики современных приемников стремятся максимально уменьшить уровень сигналов на этих частотах, вероятность модуляции «зеркальных» частот сигналами АЭП все-таки остается. Вспомним и о возможных различного рода «паразитных» модуляторах, о которых было сказано выше.

В связи с этим, кроме частот, определенных в результате проведенного анализа, необходимо обязательно проводить дополнительный поиск сигналов во всем диапазоне частот от 10 кГц до 1000 МГц. Все выявленные при поиске частоты также должны проверяться на наличие модуляции. В некоторых случаях обнаружение несущих частот автогенераторов и «продуктов» преобразований удобно проводить, использовав в качестве источника акустического сигнала датчик тест-сигнала, создающий на выходе акустический сигнал с 1...3 частотами в речевом диапазоне, промодулированных (манипулированных) частотой 0,5...2 Гц (упомянутая выше «пищалка»). Еще лучше такой сигнал подать на вход технического средства (если есть такая возможность). Такого рода сигналы очень хорошо выявляются на слух. Естественно, такого рода предварительный анализ нельзя считать окончательным, но некоторое снижение трудозатрат все же достигается.

На всех выявленных частотах необходимо измерить коэффициент и/или индекс модуляции акустическим сигналом. Способ определения вида модуляции (амплитудная или частотная) подробно изложен в упомянутой выше методике и приводить его здесь нет необходимости.

При проведении измерений следует иметь в виду следующее:

- при малых индексах угловой (частотной, фазовой) модуляции спектр сигнала полностью совпадает со спектром сигнала при амплитудной модуляции;

- при частотной модуляции индекс модуляции увеличивается прямо пропорционально номеру гармоники сигнала, и это еще раз подтверждает необходимость проведения исследований на максимально возможном измеряемом количестве гармоник сигналов автогенераторов.

Как уже указывалось ранее, выводы «ОС отсутствует» или «Модуляция опасным сигналом не обнаружена» недопустимы. В этих случаях необходимо проводить расчет «по шумам».

При организации работ следует учитывать, что измерения в области а кустоэлектрических преобразований относятся к числу наиболее сложных инструментальных работ. Приходится учитывать очень большое число различных помех, создаваемых самим техническим средством, достаточно сложных и непостоянных во времени процессов, которые могут внести большие погрешности. Сами измерения весьма спожны, требуют значительных затрат времени. До настоящего времени не существует реальных средств автоматизации этих измерений, и поэтому почти все зависит от квалификации оператора.

Некоторую иплюстрацию затрат времени и объема работ может дать такой пример. Например, на исследования представпен телевизионный приемник (не видеодвойка) системы БЕКАМ, который в процессе эксплуатации будет работать в системе коллективного приема программ центрального и местного вещания на 10 точно определенных телевизионных каналах диапазона метровых и дециметровых волн. Известно, что в процессе эксплуатации приема других частотных каналов не предполагается.

При оценке трудозатрат на исследование возможной модуляции колебаний ВЧ сигналов в данном телевизоре следует иметь в виду измерения модуляции на десяти частотах гетеродина с проверкой наличия модуляции и на их гармониках, промежуточных частот изображения и звука, а также их гармониках, на каждой рабочей частоте и гармониках цветовых поднесущих, частоте строчной развертки и ее гармониках, на гармониках ШИМ сигнала импульсного блока питания, далее частоты возможных биений между всеми ними в различных комбинациях и ряда, возможно, других генераторов и модуляторов. И все это в условиях достаточно высокого уровня помех, создаваемых работой различных узлов и блоков самого телевизора, не говоря уже о внешних помехах. Вариантов, как видим, достаточно много. Выполнение таких исследований, если их вы полнять в полном объеме (а другого просто не дано) может занять не один рабочий день.

Обратим внимание еще на один немаловажный аспект. Как уже отмечалось при рассмотрении области акустики и виброакустики, нормированные величины опасных сигналов заданы на границе контролируемой зоны. Достаточно часто встречается вариант, при котором на выходе некого ВТСС, ну, скажем, телефонного аппарата, опасный сигнал несколько превышает норму. Однако нельзя забывать, что до границы контролируемой зоны, т.е. до того места, где потенциальный противник может подключиться именно к этой линии, тянется 50...70 м телефонной пары. Линий без затухания не бывает. При этом совершенно естественно предположение, что опасный сигнал может достаточно ослабнуть для того, чтобы норма была выполнена. И снова мы приходим к необходимости измерить реальное затухание, на сей раз в электрической линии. Однако, в принципе, ничего в методе не меняется. Необходимо ввести в линию большой тестовый сигнал, в этой же точке измерить его величину. А потом измерить тот же сигнал на другом конце линии. В об-щем-то, вполне тривиально.

Какие-то сложности могут быть только при осуществлении подключений к линии (ввода сигнала в линию и вывода из нее), например, к линии электропитания. Необходимо защитить генератор от сетевого напряжения и в то же время создать достаточный тестовый сигнал. Конструкции и схемы таких переходных устройств существуют, и грамотные специалисты в области специальных исследований владеют необходимым оборудованием и умением его применять.

Вопрос, которого необходимо здесь коснуться, - это вопрос о выборе частот, на которых должно оценивается реальное затухание.

Естественно, эти частоты должны выбираться из диапазона, в котором присутствует опасный сигнал. В пределе - весь диапазон, установленный регламентирующими документами. А вот «шаг» пробных частот не регламентирован. Поэтому мы считаем необходимым выбирать его настолько «частым», чтобы значения затухания в двух соседних по частоте точках не различались более, чем на 3 дБ. При выполнении этого условия можно быть уверенным, что не пропущены некие диапазоны частот с аномально низким затуханием.

Если в исследованном диапазоне затухание сильно разнится, то для финального расчета нужно брать либо минимальное его значение, либо усреднять его, обычно по среднеквадратичному закону.

Однако обольщаться на этот счет все-таки не стоит! Реальное затухание сильно зависит от частоты и среды распространения. В области речевых частот, например, километрическое (т.е. на километр длины) затухание телефонной пары с жилой диаметром 0,5 мм в многопарном кабеле на частоте 800 Гц составляет не более 1,5 дБ. В силовых цепях электропитания затухание сигнала речевого спектра может быть и несколько большим (правда, это не утверждение, а предположение), но поскольку на сегодня передача информации по сильноточным цепям в речевом диапазоне частот практически не применяется, то и не исследованы параметры передачи типовых силовых кабелей, а соответственно, заранее сказать что-либо определенное о вносимом той или иной цепью питания не представпяется возможным.

В ВЧ диапазоне частот затухание низкочастотных (например, телефонных) кабелей также не нормируется и дать предварительную оценку затухания кабеля не представляется возможным.

Надо также иметь в виду, что при распространении ВЧ сигнала даже небольшого уровня, вполне вероятно взаимное влияние между кабелем, несущим информацию, и проложенными рядом с ним другими кабелями за счет параллельного пробега. Теория взаимных влияний между отдельными цепями хорошо проработана еще в 30 - 50 гг. XX в., и нет необходимости приводить ее в данном пособии. К услугам заинтересованных специапистов бопьшое количество различного рода пособий, учебников и монографий на эту тему. Скажем топько одно, вероятность перехода ВЧ сигнала на параллельно идущие кабели всегда существует, а степень ее мапости можно оценить только экспериментально. Но для этого потребуется проведение измерений не в одном (влияющем) кабеле, а во всем пучке кабелей, имеющих параллельный пробег с влияющим, часто расходящимся на несколько направлений (например, телефонные, сигнализации, оповещения и ряд других).

Еще одним «подвидом» специальных исследований в области акустоэлектрических преобразований являются исследования эффективности различных видов систем активной защиты. Достаточно часто приходится это оценивать, особенно в части прямого аку-стоэлектрического преобразования, т.е. при зашумлении линий. Как правильно измерить сигналы и оценить эффективность систем активной защиты?

Во-первых, должен быть измерен опасный сигнал в соответствии с методикой в отсутствии зашумления. Рассчитано значение эквивалентного сигнала. Отдельно снимается (измеряется) спектр зашумляющего сигнала системы активной защиты в той же линии и, как правило, в той же точке. Точнее - огибающая спектральной плотности. Почему именно спектр, а не интегральное значение во всей заданной полосе частот?

Не так уж редок случай, когда в заданном диапазоне (не столь важно узок он или широк, важен принципиальный подход) огибающая шумового сигнала весьма неравномерна. При этом не исключен вариант, при котором в каких-то частотных интервалах соотношение сигнал/шум будет меньше нормируемого, хотя при использовании интегральных значений все укладывается в норму. Именно поэтому, если огибающая спектральной плотности шума оказалась заметно неравномерной, нужно либо отдельно рассчитывать соотношения сигнал/шум для разных частотных интервалов, либо подставлять при расчете минимальное значение шума. И снова приходится указывать, что все принятые допущения и варианты измерений и расчетов должны быть изложены в протоколе.

При проведении специальных исследований технических средств необходимо рассматривать еще один канал возможной утечки - канал, образуемый за счет «паразитной» высокочастотной генерации (ПВЧГ) усилительных устройств в широком смысле этого слова. Возникновение генерации в усилительных устройствах всегда связано с наличием в них обратной связи (под которой понимается процесс передачи части выходного сигнала усилителя на его вход), как специально вводимой в схемы усилителей для стабилизации его параметров, так и образующейся за счет различного рода «паразитных связей» (емкости и индуктивности монтажа), старения элементов, и как следствие этого изменения их параметров и ряда других причин.

В топологии построения современных микросхем предусмотреть все «паразитные связи» практически невозможно. Дополнительно к этому в современных электронных схемах ПВЧГ в значительной мере определяется в том числе и очень высокой граничной частотой применяемых в настоящее время транзисторов 7Ф, (часто называемой частотой единичного усиления), микросхемы ведь тоже состоят в основном из транзисторов. Перечислять все причины возникновения ПВЧГ не имеет смысла - они подробно излагаются в курсе теоретической радиотехники.

В практике проведения исследований по наличию/отсутствию ПВЧГ встречались случаи, когда причиной появления «паразитной» в.ч. генерации в усилителях звукового диапазона частот в области 50...200 МГц являлось превышение допустимого уровня примесей в кристалле микросхемы аналогового усилителя.

Практические схемы усилителей с ОС всегда содержат реактивные элементы, накапливающие энергию. Как уже говорилось выше, это могут быть межэлектродные емкости транзисторов и микросхем, паразитные емкости монтажа, индуктивности печатных проводников и монтажных проводов и т.д.

Реактивные элементы создают дополнительные фазовые сдвиги усиливаемых ситалов. Если на какой-то частоте сумма этих фазовых

Влияние обратной связи на коэффициент усиления усилителя сдвигов достигает 180°, то ОС из отрицательной переходит в положительную, превращая усилитель в автогенератор

Рис. 5.17. Влияние обратной связи на коэффициент усиления усилителя сдвигов достигает 180°, то ОС из отрицательной переходит в положительную, превращая усилитель в автогенератор. В этом случае говорят о неустойчивости усилителя. Именно такой режим характеризует появление «паразитной» ВЧ генерации. Изменение параметров усилителей может быть вызвано, в частном случае, и воздействием акустических сигналов на элементы исследуемых ТС, о чем говорилось в разделе по модуляции.

В теоретической радиотехнике разработано много критериев определения устойчивости усилителей, наибольшее распространение из которых получил частотный критерий или критерий Найквиста, при котором исследуется комплексный частотный коэффициент передачи усилителя с разомкнутым кольцом обратной связи, так называемой амплитудно-фазовой характеристики (АФХ). По определенной методике с помощью АФХ определяют устойчивость усилителя.

Совершенно понятно, что такая методика определения устойчивости приемлема только для относительно типовых и простейших усилительных каскадов, и то только при их разработке, расчет всего многообразия усилителей, входящих в состав даже одного ТС,

представляет собой неразрешимую задачу и в практике СИ не используется.

Но как говорится, за все надо «платить». Платой за то, что определить устойчивость любого усилителя расчетным или каким-либо другим способом невозможно, для однозначного ответа об отсутствии ПВЧГ при СИ приходится проводить достаточно большой объем измерений во всех мыслимых и немыслимых режимах.

Специальной методики для определения наличия/отсутствия ПВЧГ при акустическом воздействии на ТС в настоящее время не существует, в связи с чем приходится использовать существующую, которая ориентирована на исследование усилителей основных технических средств.

Как правило, усилители должны исследоваться:

- при изменении напряжений питания в пределах допусков, оговоренных технической документацией;

- перегрузкой усилителей по входу и выходу в пределах, ограниченных либо допустимыми нелинейными искажениями (например, в схемах электронных телефонных аппаратов), либо, вообще, режимом, близким к термической устойчивости активных усилительных элементов (транзисторов, микросхем), а также комбинации этих режимов.

Естественно, что многие ТС, поступающие на СИ, не имеют, если так можно выразиться, «открытого» входа, на который может быть подан внешний тест-сигнал (большинство датчиков пожарной и охранной сигнализации, автономные и встроенные блоки питания и многое другое). В этом случае акустическое воздействие на ТС является единственным способом воздействия.

Аналогично методике исследований модуляции колебаний автогенераторов, исследования ПВЧГ должны проводиться как в эфире, так и во всех проводах, отходящих от технического средства, включая и цепи питания. Некоторым отличием в методике измерений следует считать то, что исследования ПВЧГ допускается проводить при расположении измерительной антенны (возможно, и отрезком провода определенной длины) практически вплотную к техническому средству. Объясняется это тем, что данный канал утечки относится к ненормируемым и в некотором смысле случайным, в связи с чем исследования квалифицированы только как обнаружение, а не измерения. Как и в предыдущих разделах, отметим, что при исследовании ПВЧГ получаемые результаты в очень сильной степени зависят от оператора, его квалификации, знания предмета исследований и общей эрудиции.

Специальные исследования в области защиты цифровой информации

Эта область также весьма обширна и в регламентирующих документах относится к виду разведки и группе каналов утечки через побочные излучения и наводки (ПЭМИН).

Как указывалось ранее, через побочные излучения может происходить утечка различной информации. Однако в этом разделе мы сосредоточимся именно на цифровой, т.е. той информации, которая в виде, как правило, цифровых кодов циркулирует в узлах, блоках, устройствах и линиях, в первую очередь, средств вычислительной техники, обрабатывающих закрытую информацию, т.е. эксплуатируемых в качестве основных технических средств (ОТСС).

Методологические основы

Рассмотрим некоторые простейшие теоретические основы, без понимания которых невозможно представить себе, что именно, какие побочные излучения следует ожидать от некого обобщенного сигнала в цепях ПЭВМ.

Напомним, что изначальная постановка задачи «от лица» потенциального противника состоит в том, что он должен решать простейшую бинарную задачу - что передавалось в данный момент, «ноль» или «единица», т.е. задача решается для одного двоичного разряда. При этом предполагается, что потенциальный противник точно знает структуру устройства, алгоритм обработки информации, виды кодирования и т.д.

Исходя из этого, и будем рассматривать модель сигнала и ее предполагаемый спектр.

На рис. 5.18 слева приведен простейший одиночный импульсный сигнал, так называемая «дельта-функция». Такой сигнал характеризуется бесконечно малой длительностью и бесконечной амплитудой, а площадь такого импульса всегда равен 1. Спектр такого сигнала приведен на том же рисунке справа. Спектр такого сигнала сплошной (без учета свойств случайных антенн в конкретном техническом средстве), бесконечный по частоте и его огибающая плоская.

Дельта-функция и ее спектр

Рис. 5.18. Дельта-функция и ее спектр

Однократный импульс конечной длительности и его спектр

Рис. 5.19. Однократный импульс конечной длительности и его спектр

Однако в реальности таких импульсов не бывает. Приблизим модель к реальности и рассмотрим одиночный импульс конечной длительности (рис. 5.19).

Сделаем следующий шаг в приближении модели к реальным сигналам. Рассмотрим бесконечную последовательность импульсов конечной длительности. Такой сигнал и его спектр приведены на рис. 5.20.

Спектр бесконечной последовательности импульсов

Рис. 5.20. Спектр бесконечной последовательности импульсов

Таким образом, спектр последовательности импульсов становится «линейчатым», сохраняя огибающую одиночного импульса («лепестки» огибающей, по-прежнему, имеют «ширину» 1/т. Причем «шаг» гармоник по частоте обратен периоду следования импульсов. А вот амплитуда гармонических составляющих выросла. Именно этот эффект и позволяет резко улучшить соотношение сигнал/шум при измерении сигналов ПЭМИН.

Все приведенные выше спектры иллюстрируют предельно идеализированную картину. Реальные спектры ПЭМИН при совпадении частот составляющих с теорией, имеют абсолютно случайные распределения амплитуд. Нельзя забывать, что реальное излучение есть суперпозиция большого числа излучателей (случайных антенн), у каждого из которых своя амплитудно-частотная характеристика со своими пиками и провалами, резонансами и т.д.

Особо следует отметить следующее. В понимании физики этих процессов есть одна особенность. Практически всегда инженер уверен, что именно такой спектр существует реально, объективно. Мы привыкли априори считать, что наши приборы отражают реальную, объективно существующую картину мира. А ведь это не всегда является истиной. В данном случае «видно» отображение объективной реальности узкополосным, селективным, прибором. И эти частотные составляющие, гармоники, возникают только в нашем средстве измерения.

В реальности существует только сплошной спектр от каждого фронта каждого импульса. Естественно, что он конечен, поскольку конечна длительность фронта. Он неравномерный, поскольку искажен свойствами реальных случайных антенн. Но всегда сплошной!!! А линейчатым он становится только в нашем приемнике, за счет инерционности, своеобразной «памяти» входного устройства, и нигде иначе.

В реальных устройствах импульсные последовательности не бывают бесконечными. Практически без исключений любая пересылка, обработка и т.д. выполняется «пакетами». Поэтому наиболее реальной моделью сигнала в цепях ПЭВМ будет последовательность таких пакетов, в которых длина пакета существенно бопьше длительности одного импульса. Такая модель и ее спектр представлены на рис. 5.21.

Спектр последовательности пакетов импульсов

Рис. 5.21. Спектр последовательности пакетов импульсов

Как видно на рисунке (масштаб изображений изменен для наглядности, приведены не все боковые составляющие) около каадой спектральной составляющей, обусловленной самими импульсами, появились боковые составляющие, обусловленные частотой следования пакетов.

Для иллюстрации рассмотрим, например, типовой случай -ПЭМИН видеоподсистемы ПЭВМ. Стандартный тест-режим для СИ этого устройства - вывод на экран видеосигнала, представляющего собой чередование прямоугольных импульсов с такими же по времени промежутками между ними (сигнал типа «меандр»). Каждая строка растра при этом представляет собой пакет импульсов. Число импульсов в пакете равно половине разрешения экрана по горизонтали (для режима 1024-768 это составит 512 импульсов). Далее пауза, обусловленная обратным ходом строчной развертки, и новый пакет.

Участок спектра такого сигнала приведен на рис. 5.22. В левой части экрана одна из гармоник тактовой частоты следования импульсов, правее первая и вторая «верхние» боковые частоты с «шагом», равным частоте строчной развертки дисплея.

Исходя из вышеизложенного, становится понятным, сколь важен режим функционирования исследуемого блока (узла) ПЭВМ. Учитывая, что в составе любого цифрового устройства, одновременно работают десятки схем, узлов, блоков без точного знания того, какие именно частоты нужно искать, проведение СИ невозможно. Каждый из сотен сигналов подчиняется некой тактовой частоте. Эти частоты, как правило, независимы, многие из них делятся и умножаются. И, к сожалению, все они излучают...

Для выделения опасного сигнала, необходимо однозначное знание трех параметров: длительности импульса, частоты их следования в пакете, частоты следования пакетов.

Спектр опасного сигнала от видеоподсистемы

Рис. 5.22. Спектр опасного сигнала от видеоподсистемы. Скрин с экрана системы «Сигурд»

Кроме вышеизложенного, следует напомнить, что это же необходимо еще и для правильного расчета результатов измерений.

Вновь обратим внимание на то, что амплитуды гармонических составляющих для последовательности импульсов значительно больше, чем амплитуда огибающей спектральной плотности для одиночного импульса.

Однако нормами определен расчет параметров защищенности одного импульса, независимо от предыдущих и последующих. Именно поэтому в расчетных формулах присутствует операция деления на корень из частоты следования импульсов. Таким образом, неверное определение этой частоты однозначно дает неверный результат исследования.

Отсюда же следует, что эта величина во время измерений должна быть постоянной. Если тактовая частота во время измерений претерпевает изменения, то:

во-первых, «сдвигаются» со своих мест (по частоте) гармонические составляющие (что же тогда мы измеряем?); во-вторых, какую частоту подставлять при расчете?

Весьма ограниченный объем настоящего курса не предоставляет возможности подробнее рассмотреть все аспекты организации тест-режима (или выбора из имеющихся рабочих режимов устройства) исследуемой ПЭВМ. Ограничимся результирующим утверждением - выбранный режим должен обеспечивать прохождение по информационным цепям бесконечной (или достаточно длительной по времени) последовательности пакетов импульсов с постоянной тактовой частотой и длительностью (как импульсов, так и их пакетов).

Все перечисленные параметры необходимо знать (или измерить в соответствующих цепях) с достаточной для последующего расчета точностью.

Специальные исследования побочных электромагнитных излучений и наводок

Будем рассматривать особенности этого вида специальных исследований дальше. Как уже упоминалось выше, в составе ПЭВМ одновременно функционирует очень большое количество зависимых и независимых устройств. В каждом из них, наряду с информационными, циркулирует большое количество служебных сигналов, тактовых частот и т.д. Необходимо очень точно представлять себе, какие именно сигналы нас интересуют.

Исходя из формулировки задачи перехвата, следует, что наибольшую опасность представляет излучение тех устройств, в которых защищаемая информация циркулирует в виде последовательного кода. Фактически, примерно с 1983 г. цепи с параллельным кодированием и разрядностью выше восьми просто не рассматриваются как опасные по каналу ПЭМИН.

В составе, достаточно типовой ПЭВМ подпадают под понятие устройств с последовательным кодированием:

• видеоподсистема;

• накопители на жестком и гибком дисках (включая внешние ZIP, JAZ);

• устройства CD, CD-R, CD-RW; DVD, DVD-RW;

• устройства внешней флеш-памяти;

• клавиатура;

• последовательный порт (СОМ);

• последовательный порт (USB);

• принтеры.

Рассмотрим их немного подробнее. Строго говоря, для обычных мониторов с отображением информации на экране ЭЛТ отнесение сигналов в аналоговом RGB интерфейсе к случаю с последовательным кодированием некорректно. Ведь в физических линиях от видеокарты к монитору информация представлена потенциальным кодом с различной амплитудой, т.е. классический амплитудноимпульсно модулированный и широтно-импульсно модулированный сигнал. Это имеет весьма мало общего с классическим последовательным кодированием. Однако принято именно так.

Накопители на магнитных носителях, с точки зрения специали ста в области специальных исследований, должны разделяться как минимум на две части каждый. Это интерфейс, т.е. пересылка информации от материнской платы в буфер устройства. И, собственно, цепи записи на носитель. Для накопителя на жестком диске интерфейс всегда параллельный и минимум 32-разрядный. Для накопителя на дискете - последовательный, с тактовой частотой 250 (500) кГц. А вот цепи записи всегда последовательны и их тактовые частоты и длительности импульсов постоянны (да и то относительно) только для дискеты. Все остальное надо измерять. То же самое можно сказать и о дисках ZIP, JAZ. Интерфейс может быть и параллельным, например - LPT, и последовательным -USB, а головка записи - это всегда последовательный код. Хотя и здесь многообразие способов записи на носитель (БВН, RIL и др.) требуют отдельного рассмотрения, так как далеко не все тут однозначно.

Оптические диски разных моделей по интерфейсу, как правило, параллельные. По узлам считывания/записи - последовательные.

Клавиатура - классическое устройство с последовательным кодированием, код КОИ-7, один из старейших стандартов, еще со времен телетайпных аппаратов. К тому же клавиатура весьма низкоскоростное устройство (тактовая частота 6... 10 кГц).

Вид кодирования в перечисленных портах понятен из их названия. Следует только не забывать, что порт по протоколу USB 1.1 работает строго на частоте 12 МГц, а если и порт, и внешнее устройство поддерживают версию протокола USB 2.0, то они сами «договариваются» о взаимообмене на произвольной частоте, которая может оказаться в диапазоне до 400 МГц. Эту частоту приходится определять непосредственными измерениями в кабелях интерфейса, так как проведение специальных исследований и последующих расчетов без знания этого значения невозможно.

У принтеров, собственно говоря - любых, тоже интерфейс отдельно, а печатающий узел отдельно. Стандартный интерфейс - LPT (8 разрядов). Он находится на границе между «мерить - не мерить». Решение принимать специалисту. Если же интерфейс USB - смотри выше. У лазерных принтеров узел печати (лазерный диод) - это всегда последовательно. Печатающая головка матричного, а тем более струйного, принтера - параллельно (весьма важно правильно определить число «разрядов»). Но уровень излучения из этих узлов обычно таков, что даже с учетом (в соответствии с методикой) этой параллельности результаты получаются более чем неприятные. Игнорировать эти устройства недопустимо.

Здесь не рассмотрен целый ряд устройств менее распространенного применения (сканеры, различные видео- и ТВ-устройства и т.д.)- Чаще всего к каждому такому устройству надо подходить индивидуально. Рассказать обо всем просто невозможно.

Основное содержание работ

Как и ранее рассмотрим общий состав работ по специальным исследованиям в привязке к рекомендуемому протоколу.

Название организации, выполнившей специальные исследования - лицензиата, ссылка на его лицензии и название объекта специальных исследований.

Цель исследований и контроля. Указывается, что является целью специальных исследований (определение Я2, оценка защищенности, оценка эффективности системы активной защиты).

Место проведения специальных исследований. Как и в области специальных исследований а кустоэлектрических преобразований важно указывать, где проводились исследования: на объекте по месту эксплуатации или на стенде.

Вид проводимого инструментального контроля. Аттестационные или текущие, периодические измерения.

Состав исследуемых устройств. Необходимо включить в таблицу все устройства из состава исследуемой ПЭВМ или другого объекта информатизации. Обычно в отдельный подраздел включаются средства защиты (если они есть). Подробное перечисление всех устройств, установленных в системном блоке, не обязательно, если проводились специальные проверки и системный блок опечатан соответствующей голограммой.

Контрольно-измерительная аппаратура. Требования к этому разделу такие же, как и при любых других специальных исследованиях. Если применялся автоматизированный комплекс, указывается его заводской номер и сертификат Гостехкомиссии. Если комплекс поверялся как единая система - достаточно привести одно свидетельство о поверке.

Методика проведения специальных исследований. Один из самых важных разделов. Именно здесь подробно излагаются все условия измерений. Разумеется, никто не требует переписывать типовую методику. Однако все то, о чем говорилось выше, должно быть изложено здесь.

Краткие ссылки на примененные методики и нормы. Какие именно устройства исследовались (желательно с обоснованием, если это не типовой набор), причем отдельно по каждому виду исследо ваний. Описание тест-программ (тест-режимов) для каждого исследованного устройства. Если этого требовали условия проведения специальных исследований, то указываются конкретные параметры размещения антенн (и передающей, и приемной) при измерениях методом реальных зон. Отдельно описываются условия исследований в линиях электропитания. Если оценивалась эффективность систем активной защиты, то каких именно, в каком диапазоне.

С одной стороны этот раздеп допжен составляться так, чтобы любой специалист в области специальных исследований (не только представитель контролирующей инстанции, но и просто коллега), прочитав его, смог, не задавая вопросов, однозначно повторить все измерения. С другой стороны, чтобы быпа попностью понятна логика принятых решений.

Анализ построения системы электропитания и заземления ПЭВМ. Раздел полностью аналогичен такому же разделу при проведении специальных исследований акустоэлектрических преобразований. И цель его та же. Краткое, но исчерпывающее описание системы электропитания и заземления, однозначным выводом из которого следует: нужно ли вообще и что именно в них исследовать.

Результаты измерений и расчетов. Основной раздел. Здесь размещаются таблицы результатов измерений и расчетов. При необходимости - пояснения к конкретным измерениям, схемы размещения АФУ по отношению к исследуемым техническим средствам, фотографии.

В начапе раздела обычно приводятся те данные, которые не требуют объемных табпиц. Перечисления тех устройств, данные измерений по которым не приводятся с обоснованием причин. Из-пагаются общие принципы размещения измерительных антенн, мест подключения пробников и т. д.

Для тех устройств, специальные исследования которых проводились ранее, необходимо указать параметры опасного сигнапа (длительность импульса, тактовую частоту) в тех режимах, в которых проводились исспедования.

Здесь же могут быть помещены краткие пояснения к построению нижеследующих таблиц.

Далее размещаются таблицы. Перед каждой таблицей должно быть указано: к какому устройству относятся данные, в каком режиме что именно измерялось. В конце таблицы рекомендуется давать краткий вывод о том, выполняется или нет условие защищенности. Учитывая, что, как правило, таблицы содержат достаточно много данных, промежуточных результатов расчетов, рекомендуется давать к таблицам расшифровки принятых обозначений.

Выводы. В этом разделе в сводной форме приводится общий вывод о защищенности объекта в целом.

Средства измерения

Основным средством измерения в этой области является селективный измерительный прибор необходимого диапазона частот. В настоящее время это диапазон составляет от 10 Гц до почти, 2 ГГц. Приборов, перекрывающих весь такой диапазон, практически, очень немного, они дорогостоящи, а их параметры не так высоки, как хотелось бы. Чаще вся полоса частот перекрывается 2-3 приборами. Стандартная, принятая во всем мире нижняя частота универсальных анализаторов спектра и измерительных приемников составляет 9 кГц.

Среди таковых, в первую очередь, надо упомянуть уже встречавшиеся нам приемники Р8М, вновь назвать анализаторы спектра различных производителей.

В общем-то, все, что было сказано о средствах измерения в разделе АЭП, сохраняет свою силу и здесь, так как задачи во многом одинаковы.

Особо следует упомянуть низкочастотный диапазон. Измерять в нем приходится теми же вольтметрами ит'рал, которые уже упоминались. Равно как и любыми аналогичными. Однако это приборы измерения эффективного значения сигнала, а методика требует измерения пикового значения. В отсутствии соответствующих приборов все молчаливо согласились «закрыть глаза» на это несоответствие и измеряют эффективное значение (в диапазоне от 10 Гц до 10 или 100 кГц). Разумеется, если точно известна скважность импульсов опасных сигналов, то можно по эффективному значению рассчитать пиковое.

Достаточно часто для измерений методом реальных зон бывают необходимы генераторы сигналов, перекрывающие установленный диапазон. Однако к этим генераторам есть одно специфическое требование. Для таких измерений крайне важны генераторы с достаточно мощным выходом, которые способны при работе на излучающую антенну создать сигнал, достаточный для его уверенного приема на границе контролируемой зоны при проведении измерений методом реальных зон. Это приборы Г4-154, Г4-143, Г4-144, Г4-76 и аналогичные. В качестве излучающей антенны для специальных исследований методом реальных зон очень удобна и эффек тивна антенна от приемников AOR типа DA3000.

Весьма нелишним будет хороший электронный частотомер, качественный широкополосный осциллограф и множество всяких мелочей. Очень полезным будет набор кабелей и переходников, позволяющих подключаться и производить измерения непосредственно в цепях ПЭВМ. Такой комппект разработан и выпускается ЦБИ (г. Юбилейный).

Кроме всего перечисленного в области специальных исследований цифровой техники созданы и эксплуатируются ряд автоматизированных систем (комплексов).

В настоящее время сертификаты Гостехкомиссии России имеют комплексы «Зарница-П» («Элерон»), «Навигатор» («Нелк»), «Легенда» («Гамма») и «Сигурд» («ЦБИ MAC КОМ»).

Очень коротко охарактеризуем эти комплексы.

«Зарница» - единственный комплекс, созданный на базе нестандартного средства. Его основой является сканирующий приемник серии AOR. В силу этого вопрос его применимости вызывает некоторые сомнения. Существуют оценки метрологических организаций, показывающие нестабильность результатов. Тем не менее, комплекс имеет метрологический сертификат и сертификат Гостех-комиссии РФ. «Зарница» не опознает самостоятельно опасный сигнал на фоне других сигналов, а работает на принципе сравнения излучения в двух режимах исследуемого устройства, с выключенным и включенным тест-режимом. Остальное должен делать оператор.

Комплекс «Навигатор» выполнен на анализаторах спектра фирм «Agilent Technology» и последние версии «R&S». Этот комплекс так же не опознает самостоятельно опасный сигнал на фоне других, а работает на принципе сравнения излучения в двух режимах исследуемого устройства, с выключенным и включенным тест-режимом.

Два последних комплекса, построенные на анализаторах «Agilent Technology» и «R&S» (Легенда) и «IFR» (Сигурд), отлича-ются тем, что способны самостоятельно опознавать опасный сигнал по форме их огибающих, заданных соответствующими тест-программами. О комплексе «Сигурд» допопнительно можно сказать, что к настоящему времени он уже способен работать с целым рядом анализаторов спектра разных фирм-производителей. Кроме этого, также в автоматическом режиме выпопняет оценку эффективности систем активной защиты как в эфире, так и в линиях. Он является единственным комппексом, в котором по негальваниче скому каналу производится автоматическое управление режимами тест-программы на исследуемой ПЭВМ.

Методологические основы | Защита от утечки информации по техническим каналам | Особенности специальных исследований пэмин


Защита от утечки информации по техническим каналам



Новости за месяц

  • Май
    2020
  • Пн
  • Вт
  • Ср
  • Чт
  • Пт
  • Сб
  • Вс