Сравнительный анализ методов и средств автоматизации измерений при специсследованиях технических средств электронно-вычислительной техники на ПЭМИН..
Сравнительный анализ методов и средств автоматизации измерений при специсследованиях технических средств электронно-вычислительной
техники на ПЭМИН.
Как известно, побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) от средств вычислительной техники являются одним из возможных каналов утечки информации. Поиск и измерение ПЭМИН средств электронно-вычислительной техники вручную является трудоёмким и длительным процессом. При этом значительная часть выполняемых инженером-исследователем операций — однообразные рутинные процедуры: перестройка частоты, регистрация обнаруженных информационных ПЭМИН, запись частот и уровней этих излучений в таблицу. Поэтому автоматизация измерений ПЭМИН является важной и актуальной задачей, как в практическом плане, так и в теоретическом аспекте. С точки зрения теории необходимо обоснованно выбрать метод автоматизации измерений, а на практике необходимо сформировать измерительный комплекс, реализующий данный метод автоматизации измерений. К сожалению, в настоящее время наблюдаются значительные расхождения в результатах измерений, получаемых известными автоматизированными комплексами, так и между результатами, полученными при помощи автоматизированных систем и квалифицированным инженером-исследователем вручную. В настоящей статье рассмотрены существующие на сегодняшний день методы автоматизации измерения ПЭМИН и их конкретные реализации, определены преимущества, недостатки и границы применения каждого метода.
Задача измерения ПЭМИН
Согласно действующим нормативно-методическим документам (НМД), при проведении специсследований требуется измерять информативные ПЭМИН, то есть такие излучения и наводки, создаваемые исследуемым техническим средством, которые содержат обрабатываемую данным техническим средством информацию. Такие излучения составляют лишь малую долю от всего спектра излучений технического средства. Все прочие излучения не должны фиксироваться. Для того чтобы выделить информационные ПЭМИН, на исследуемом техническом средстве предусматривают специальные тестовые режимы работы. Требования к тестам определяются в соответствующих ГОСТах и методиках. Информационные ПЭМИН от технического средства в тестовом режиме должны иметь максимально возможный уровень и легко опознаваться на слух. При поиске ПЭМИН исследователь прослушивает через головные телефоны сигналы на выходе демодулятора измерительного прибора, одновременно наблюдая осциллограммы этих сигналов. Если обнаружен сигнал, похожий на искомый тестовый сигнал, исследователь путём выключения и включения тестового режима исследуемого технического средства убеждается в том, что сигнал действительно генерируется именно этим средством и является информационным побочным излучением (наводкой). Таким образом, первым критерием для исследователя является информационная окраска искомого сигнала. Второй, не менее важный критерий, — изменение уровня на частоте обнаруженного сигнала при включении и выключении теста на исследуемом техническом средстве. Инженер может столкнуться с трудностями при регистрации изменений уровня, если уровень ПЭМИН в тестовом режиме незначительно отличается от уровня в штатном режиме, и в этом случае, зачастую, приходится принимать решение об отнесении данного сигнала к спектру ПЭМИН, основываясь только на наличии информационной окраски.
Как известно, большинство информационных ПЭМИН представляют собой последовательность прямоугольных импульсов (пачек прямоугольных импульсов). Спектр такого сигнала описывается функцией (sin x)/x и имеет следующий вид:
В связи с тем, что уровень боковых составляющих сигналов, имеющих звуковую огибающую, ниже уровня центрального пика, при уровне сигнала, незначительно превышающем уровень шума, боковые составляющие могут оказаться ниже уровня шума, и звуковая огибающая не будет слышна. Для того, чтобы все же услышать звуковую огибающую, требуется подносить антенну вплотную к техническому средству, тем самым, повышая отношение сигнал/шум. Для измерения же уровня сигнала, антенну, в соответствии с методикой, следует относить на расстояние 1 м или более. Так как эту операцию приходится повторять на большом количестве частот, суммарно она отнимает очень много времени.
Поиск информационных ПЭМИН требует от исследователя постоянной сосредоточенности, концентрации внимания. Но работать в таком режиме человек может лишь ограниченное время: один, максимум два часа, после чего ему необходим отдых, требуемая продолжительность которого определяется его индивидуальными особенностями. При более длительной работе наблюдается эффект, в просторечии называемый «замыливанием», когда исследователь перестает опознавать сигналы среди шумов, пропускает гармонические составляющие, ошибается при измерениях. Постоянно растущий парк электронно-вычислительной техники, в том числе обрабатывающей секретную и конфиденциальную информацию, требует наращивания объемов специальных исследований. Увеличивать же пропорционально штат инженеров-исследователей, по вполне понятным причинам, не всегда возможно. Таким образом, автоматизация процесса измерения ПЭМИН является естественным решением проблемы. Но хотелось бы, чтобы при этом не страдало качество работы.
Методы автоматизации
До недавнего времени на отечественном рынке средства автоматизации измерения ПЭМИН были представлены всего лишь двумя комплексами: «Навигатор» производства ЗАО «Нелк» и «Зарница» производства ГУП «СНПО Элерон». В настоящее время в продаже появились еще два семейства комплексов для проведения специсследований: «Легенда» от ФГУП «НПП «Гамма» и «Сигурд» производства ЗАО «Маском». Все комплексы, так или иначе, решают одну и ту же задачу, поэтому, несомненно, имеют довольно много общих черт, но есть и различия, причем весьма существенные. Чтобы прояснить эти различия, рассмотрим применяемые в комплексах методы автоматизации.
- Автоматизация обнаружения гармонических составляющих тестового сигнала. Как было отмечено выше, инженер-исследователь ищет гармонические составляющие «на слух», опознавая искомые компоненты по звуку и форме осциллограммы де модулированного сигнала. Инструментальная реализация такого режима обычно приводит к тому, что автоматическая система, распознающая сигналы по их форме, работает лишь ненамного быстрее квалифицированного инженера-исследователя. Поэтому в первых комплексах данный режим не был реализован, а опознавание производится по критерию изменения уровней сигналов при включении тестового режима на исследуемом техническом средстве (так называемый «энергетический критерий»). Такой способ дает неплохие результаты: вся работа по обнаружению сводится к двум проходам сканирования диапазона специсследования: при первом проходе запоминается картина шумов при выключенном тестовом режиме, при втором проходе исследуемое техническое средство переводится в тестовый режим, и измеряются уровни всех сигналов, превышающих запомненные шумы на заданное значение порога.
Ускорение работы достигается очень существенное: вместо нескольких часов (а то и рабочих дней) специсследование выполняется за считанные минуты. В результате инженер-исследователь получает таблицу частот и уровней сигналов (типичное количество обнаруженных составляющих — несколько сотен) и может рассчитать зоны разведдоступности. К сожалению, результаты расчета могут оказаться неверными. Дело в том, что электромагнитная обстановка имеет свойство изменяться со временем. В диапазоне от 9 кГц до 1000 МГц работают тысячи радиостанций и источников радиопомех. Некоторые из них время от времени включаются и выключаются, и если какой-то источник радиоизлучения не работал во время сканирования спектра шумов, а при втором проходе включился, его частота окажется в списке обнаруженных составляющих. Естественно, это может случайным образом изменить рассчитанные размеры зон разведдоступности. Таким образом, оператору приходится вручную проверять все обнаруженные составляющие, на что, при достаточно слабых сигналах, вновь будет уходить время. По-настоящему эффективно данный способ работает в безэховых экранированных камерах, которые ввиду своей дороговизны доступны очень немногим предприятиям.
В более совершенных последних двух комплексах применено автоматическое опознавание информационных сигналов. Согласно методике инженеру-исследователю предлагается выполнить поиск какой-либо гармонической составляющей вручную или в специальном «полуавтоматическом» режиме, либо создать эталонный образ искомого сигнала при помощи редактора (генератора), либо выбрать ранее созданный образ из библиотеки, после чего комплекс автоматически обнаруживает в эфире сигналы, похожие на заданный сигнал. Для опознавания сигналов в обоих комплексах применяется взаимно корреляционная функция, в «Легенде» — в сочетании с Байесовским критерием минимального риска. Как отмечалось выше, это более затратный по времени способ, но и существенно более точный. По результатам сертификационных испытаний комплекса «Легенда» данные, полученные с его помощью, не требуют ручной верификации (сертификат Гостехкомиссии при Президенте РФ № 603). Комплекс «Сигурд» пока не прошел сертификационных испытаний, но, по-видимому, их результаты будут не хуже. Для преодоления отставания в скорости работы от комплексов, использующих «энергетический» критерий, разработчики комплексов, работающих по «информационному» критерию, используют различные приемы, такие как анализ сигнала в окрестностях частот, кратных тактовой частоте теста, измерения партий однотипных технических средств с использованием шаблонов частот. Это приводит к заметному ускорению работы без снижения точности, но, к сожалению, не во всех режимах работы комплексов: например, режим поиска паразитной высокочастотной генерации, заявленный в комплексе «Легенда», может быть реализован только при «беспропусковом», а значит, относительно медленном контроле. Следует понимать, что, хотя комплексы «Легенда» и «Сигурд» не требуют для своей работы «тепличных» условий экранированной камеры, средний выигрыш во времени по сравнению с ручными измерениями, выполняемыми высококвалифицированными инженерами-исследователями, может оказаться ниже, чем можно было бы ожидать, прочитав рекламу.
- Автоматизация измерения уровней сигналов.
Рассматриваемые в настоящей статье комплексы построены на основе радиоприемной техники иностранного производства. В комплексе «Зарница» используются модифицированные сканирующие радиоприемники фирмы AOR (Япония). Модификация состоит в том, что в приемнике добавлен выход цифрового сигнала промежуточной частоты, а система откалибрована так, чтобы обеспечивать измерение абсолютных значений уровней сигналов. Точность и стабильность измеренных значений уровней в таких приборах вызывает серьезные сомнения. Дело в том, что приемники AOR не предназначены для радиоизмерений и стабильность их параметров фирма AOR не гарантирует. Поэтому никто не может гарантировать точность измерений при изменениях температуры, влажности, атмосферного давления, а также через некоторое время после калибровки и сертификации. Фирма «Нелк», имевшая опыт разработки измерительных комплексов на базе подобным образом модернизированных приборов, была вынуждена отказаться от такого подхода, так как, по словам специалистов фирмы «Нелк», сканирующие приемники спустя год после калибровки, давали расхождения с реальными значениями уровня сигнала на 9-10 дБ, то есть в несколько раз.В комплексах «Навигатор» и «Легенда» применены анализаторы спектра фирмы Agilent Technologies серий 85xx и ESA (E4411B и др.). «Легенда» также может комплектоваться измерительными приемниками фирмы Rohde&Schwarz или отечественными приборами (производства СКБ «РИАП»). Однако данные варианты комплектации вряд ли можно рекомендовать для массового использования ввиду дороговизны первого из названных приборов и труднодоступности последнего (срок поставки отечественного прибора может оказаться даже больше срока поставки прибора иностранного производства, измеряемого в месяцах). Комплексы «Сигурд» работают с анализаторами спектра фирмы IFR (Marconi) и Agilent Technologies (серия ESA). Это метрологические приборы, имеющие детектор и позволяющие измерять пиковые значения уровней электромагнитных излучений. Разумеется, прибор должен быть откалиброван и поверен, что должно быть подтверждено метрологическим сертификатом или, если прибор внесен в реестр измерительной аппаратуры Госстандарта, свидетельством о поверке. Однако получать пиковые (квазипиковые) значения непосредственно могут только те приборы, которые оснащены квазипиковым детектором. Если такого детектора нет в составе прибора, то для корректного измерения пиковых значений уровней требуется использование специальной методики. Необходимо строго выдерживать параметры измерения, такие как время сканирования, полоса пропускания, выбор детектора, иначе при некоторых формах сигналов, полученные с помощью анализатора спектра значения уровней могут отличаться от действительных пиковых значений. Следовательно, в автоматизированных комплексах, построенных на базе анализаторов спектра, должна быть реализована методика корректного измерения пиковых значений, и ее работа должна проверяться в ходе сертификационных испытаний комплекса. В настоящее время подобная методика, согласованная с «Ростестом» и подтвержденная сертификатом Гостехкомиссии при Президенте РФ, применена только в комплексах «Легенда».
- Измерение наводок в сети питания, линиях и коммуникациях.
Согласно действующей НМД, измерение наводок в сети питания должно осуществляться при помощи эквивалента сети или пробников напряжения. Эквивалент сети, как известно, достаточно сложное и относительно дорогостоящее устройство, однако измерения, проведенные с его помощью, обычно, точнее измерений, выполненных с помощью пробника напряжения. «Чистая» сеть, имитируемая эквивалентом сети, позволяет измерять создаваемые исследуемым техническим средством наводки в сеть питания, уровень которых на 4-6 дБ выше собственных шумов эквивалента сети, в то время как точность измерений, выполняемых при помощи пробника напряжения, зависит от уровней шума сети питания. Эквивалент сети EMCO 3810/2 включен в базовый комплект поставки комплексов «Легенда» (по желанию заказчика предприятие-изготовитель может заменить эквивалент сети пробниками напряжения производства Agilent Technologies или отечественными производства СКБ «РИАП» и др.). Пробник напряжения производства фирмы IFR поставляется как дополнительная опция к комплексам «Сигурд». Комплексы «Навигатор» и «Зарница» не снабжаются пробниками напряжения или эквивалентами сети, входящие в их состав измерительные токосъемники могут использоваться только для обнаружения наводок, но не для измерения их уровней, но это противоречит действующей методике, которая требует измерять уровни напряжения, а не силу тока. Казалось бы, данный момент не имеет прямого отношения к автоматизации, однако, это не совсем так. По нашему мнению, для автоматизированных измерительных систем очень важна возможность использования в своем составе различных приемных устройств: антенн, пробников напряжения, эквивалентов сети. Соответственно, в программном обеспечении комплекса должен быть предусмотрен механизм поддержки дополнительных приемных устройств, а именно, возможность ввода таких параметров, как рабочий диапазон, антенные коэффициенты (коэффициенты затухания или усиления) и их автоматический учет в процессе измерений. На сегодняшний день таким механизмом обладают комплексы «Легенда».
Выводы
Представленные на отечественном рынке комплексы для проведения специсследований позволяют в автоматическом режиме решать ряд задач измерений ПЭМИН и способны в той или иной мере облегчить работу инженера-исследователя, повысить производительность его труда. Комплексы на основе сканирующих приемников («Зарница») пригодны для быстрого анализа спектра ПЭМИН, излучаемых техническим средством, но не обеспечивают высокой точности измерений. При необходимости выдачи предписания на эксплуатацию технического средства, измерения, произведенные при помощи данного комплекса, подлежат обязательной ручной проверке с использованием метрологического измерительного оборудования (измерительных приемников или анализаторов спектра). Комплексы «Навигатор» пригодны для проведения достаточно точных измерений ПЭМИН в условиях экранированных помещений (безэховых экранированных камер), однако результаты измерений могут быть корректными только при их тщательной ручной верификации с использованием средств самого «Навигатора». Комплексы «Легенда» позволяют проводить измерения, не требующие ручной верификации, что подтверждено сертификатом Гостехкомиссии. По-видимому, то же можно будет сказать и о комплексах «Сигурд» после завершения соответствующих сертификационных испытаний. Но использование комплексов «Легенда» и «Сигурд» требует от оператора достаточно высокой квалификации и четкого знания методики проведения специсследований, так как собственно исследовательская, творческая часть методики — выявление структуры тестового сигнала, создание эталонного образа, формирование задания на проведение измерений — остается за человеком. Впрочем, стоит ли считать это обстоятельство недостатком — решать вам. Мы же убеждены, что высокая квалификация и знания всегда были и остаются основой профессионального подхода.