Автореферат (Идентификация параметров источников побочных электромагнитных излучений по измерениям в ближней зоне)

На правах рукописиГОРБУНОВА АНАСТАСИЯ АЛЕКСАНДРОВНАИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ ПОБОЧНЫХЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПО ИЗМЕРЕНИЯМВ БЛИЖНЕЙ ЗОНЕСпециальность 05.12.04 – Радиотехника,в том числе системы и устройства телевиденияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2014РаботавыполненанакафедретеоретическойрадиотехникиМосковского авиационного института (национального исследовательского университета) «МАИ».Научный руководитель:доктор технических наук, профессорЮрий Владимирович КузнецовОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорВладимир Борисович Авдеевкандидат технических наук, профессорВалентин Сергеевич СперанскийВедущая организация:ФГБУН Институт радиотехники иэлектроники им. В.А. Котельникова Российской академии наукЗащита диссертации состоится « 28 » октября 2014 г.

в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.03 в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) по адресу:125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться на сайте mai.ru и в библиотеке МАИ.Автореферат разослан «»2014 года.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.125.03, д.т.н.М.И. Сычев3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы.

Средства вычислительной техники (СВТ),осуществляющие обработку, хранение и передачу информации, в процессе своего функционирования создают в окружающем пространстве электромагнитноеполе информационного сигнала. Побочное электромагнитное излучение(ПЭМИ) СВТ может быть обнаружено на определённом расстоянии от технического средства (ТС) и продетектировано для выделения информации с использованием специальной радиотехнической аппаратуры.Для контроля защищённости СВТ от возможной утечки информации поканалу ПЭМИ используются характеристики его электромагнитного излучения,такие как напряжённость электрического и магнитного полей информативногосигнала, шумов и помех, которые определяются по результатам измерений взаданных точках.

В качестве параметра, характеризующего защищённость СВТ,используется расстояние от устройства, за пределами которого выполняетсяусловие защищённости. Для оценки этого параметра используется экспериментально-расчётный метод, в рамках которого измерения ПЭМИ проводятся нарасстоянии 1–3 м от СВТ в экранированной камере. Измеренные уровнинапряжённости электрического и магнитного полей в точке максимального излучения используются для расчёта характеристик ПЭМИ СВТ на границе контролируемой зоны с использованием модели излучения элементарного диполя.Недостатки такого подхода определяются тем, что дипольная модель являетсяадекватной только для определённого частотного диапазона, что не позволяетобеспечить высокую достоверность оценки параметров защищённости на границе контролируемой зоны.

Повышение достоверности может быть достигнутоза счет использования уточненные модели ТС. С другой стороны, современнойтенденцией развития методов исследования ЭМИ в смежных областях, такихкак электромагнитная совместимость (ЭМС), является проведение измеренийЭМИ в ближней зоне объекта, которые, по сравнению с измерениями в дальнейзоне, имеют преимущества по скорости и точности, а также обеспечивают возможность проведения без использования специализированных помещений.Данный подход может быть применён и в задаче контроля защищённости СВТот возможной утечки информации по каналу ПЭМИ.

Однако необходимо учи-4тывать, что ПЭМИ современных интерфейсов передачи данных являются маломощными, широкополосными случайными процессами. Это вызывает необходимость использования стохастического подхода к описанию пространственного распределения ПЭМИ СВТ.Таким образом, задача развития технологии измерения стационарныхстохастических ПЭМИ СВТ в ближней зоне и разработки алгоритмов идентификации параметров источников информационного излучения для формирования уточненной модели СВТ является актуальной.Целью работы является повышение достоверности и эффективностиконтроля защищённости информации, обрабатываемой средствами вычислительной техники, путём развития технологии измерения стационарных стохастических побочных электромагнитных излучений технических средств вближней зоне за счёт использования уточнённой модели технического средстваи разработки алгоритмов идентификации параметров источников информационного излучения.В работе решены следующие основные задачи:1.

Синтезирована математическая модель формирования ЭМИ СВТ,определены её основные параметры и выведены аналитические выражения дляпространственно-частотной характеристики излучения в ближней и дальнейзонах.2. Обоснована структура и состав системы измерения стационарных стохастических ЭМИ СВТ в ближней зоне во временной области.3. На основе предложенной распределённой дипольной модели разработан алгоритм идентификации параметров источников информационного стохастического ЭМИ СВТ и расчёта их пространственно-частотных характеристикизлучения в дальней зоне.4. Проведена экспериментальная верификация разработанной технологииизмерения информационных стационарных стохастических ЭМИ СВТ в ближней зоне путём сопоставления рассчитанных и измеренных пространственночастотных характеристик излучения в дальней зоне.Методы исследований основываются на использовании параметрической идентификации систем, спектрального оценивания, методов цифровой об-5работки сигналов, корреляционного анализа, математического анализа, линейной алгебры, математического и компьютерного моделирования, а также теоретических основ статистической радиотехники.Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:1.

Синтезирована математическая модель формирования информационных ЭМИ СВТ в ближней и дальней зонах его излучения.2. Разработана процедура идентификации параметров модели распределённого информационного источника ЭМИ СВТ в плоскости объекта, основанная на вычислении пространственных взаимно-корреляционных спектров сигналов, измеренных в ближней зоне излучения.3. Предложен алгоритм локализации эффективных источников информационного ЭМИ СВТ в плоскости объекта, основанный на параметрических методах спектрального оценивания и позволяющий снизить вычислительные затраты за счёт уменьшения порядка модели.4. Реализована система измерений ЭМИ СВТ в ближней зоне, позволившая провести экспериментальную верификацию предложенной методики расчёта пространственно-частотных характеристик информационных ЭМИ СВТ вдальней зоне.Практическая значимость результатов работы состоит в том, чторазработанные методы исследования стохастических ЭМИ и алгоритмы их обработкимогутбытьреализованывавтоматизированныхпрограммно-аппаратных комплексах контроля защищённости СВТ.

Применение таких систем позволит существенно сократить временные затраты на проведение измерений, повысить достоверность результатов и обеспечит возможность проведения исследований в нормальных лабораторных условиях без использованияспециальных помещений. Также разработанный алгоритм локализации источников в составе ТС может эффективно применяться на стадии разработки и создания образцов защищённой техники для поиска источников информативногоизлучения и оценки уровней их ЭМИ.Использованные в работе методы цифровой обработки и спектральногооценивания могут найти применение в различных областях науки, таких какрадиотехника, радиолокация, антенные системы и др.6Реализация и внедрение результатов работы.

Основные результаты работы использованы и внедрены в Федеральном государственном унитарномпредприятии «Научно-производственное предприятие «Гамма», что подтверждается актом о внедрении. Научные и практические результаты работы такжеотражены в отчётах по нескольким хоздоговорным НИР.Достоверность полученных результатов обуславливается корректностью исходных положений, приближений и преобразований, использованиемапробированного адекватного математического и статистического аппарата,компьютерных программ и логической обоснованностью выводов. Полученныерезультаты многократно подтверждены физическими и вычислительными экспериментами.Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные оценки на9 международных и 4 всероссийских научно-технических конференциях.Публикации.

По основным результатам выполненных исследованийопубликовано 19 печатных работ из них 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в международном научном издании, индексируемом в базеданных Web of Science, 13 тезисов докладов.Основные положения, выносимые на защиту:1.

Сокращение временных затрат на проведение исследований ПЭМИСВТ с целью контроля его защищённости от утечки информации в 8-10 раз достигается за счёт использования системы измерения ЭМИ в ближней зоне вовременной области.2. Повышение достоверности экспериментально-расчётного метода контроля защищённости СВТ от утечки информации по каналу ПЭМИ обеспечивается за счёт использования распределённой дипольной модели СВТ, параметрыкоторой определяются по измеренным пространственным корреляционным характеристикам тангенциальных компонент ЭМИ в ближней зоне путём решения обратной задачи.3.

Локализация эффективных источников ПЭМИ СВТ в плоскости объекта с использованием метода параметрической идентификации приводит к по-7вышению точности оценки их параметров в 5-10 раз и позволяет производитьрасчёт пространственно-частотных характеристик их излучения для заданногоинформационного сигнала.Структура и объем работы.Диссертационная работа изложена на 154 машинописных страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Иллюстративный материал представлен в виде 69 рисунков. Список литературы включает 93наименования.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ главе 1 проведён аналитический обзор существующих методов исследования ЭМИ ТС в отечественной и зарубежной практике. Показано, что задачаопределения пространственно-частотного распределения мощности излученияобъектов, являющаяся основой контроля защищённости СВТ от утечки по каналу ПЭМИ, решается также и в других областях, таких как антенные измерения и тестирование устройств на обеспечение ЭМС.Рассмотрен классический подход к контролю защищённости СВТ, основанный на проведении измерений характеристик излучения ТС в дальней зоне ипоследующем их пересчёте для оценки максимально возможной зоны перехватаинформации. Недостатками такого подхода являются невысокая точность, атакже значительные временные затраты.Показано, что современной тенденцией исследования характеристикнаправленности ЭМИ в антенной технике и в задачах обеспечения ЭМС заключается в проведении измерений в ближней зоне излучения объектов.В главе предложено использование метода измерений в ближней зоне дляконтроля защищённости СВТ с целью повышения достоверности результатов,снижения временных затрат, а также требований к условиям проведения измерений и измерительной аппаратуре.