USER-MASTER.ORG

Емельянов С. Л. К вопросу выбора рабочего диапазона частот сетевых закладных устройств аудиоконтроля / С. Емельянов, В. Гаращук // Правове, нормативне та метрологічне забезпечення системи захисту інформації в Україні: науково-технічний збірник. – НТУУ “КПІ”, ДСТС ЗІ СБУ. – 2006. – Вип. 1 (12). – С.158-162.

УДК 621.391.82:621.396.6

Аннотация: Рассматривается задача оптимизации возможного рабочего диапазона частот сетевых закладных устройств, которые используются в целях аудио контроля помещений.

Sammary: The task of optimization possible worker range of frequencies of networks mortgages of devices which are used for the audiocontrol of apartments is examined.

Ключевые слова: Сетевое закладное устройство, рабочий диапазон частот, фильтрация сетевого напряжения, электрический канал утечки информации.

I. Введение

Сетевые закладные устройства (СЗУ), предназначенные для негласного съема акустической (речевой) информации из выделенных помещений с передачей ее по электросети, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами устройств аудио контроля [1-3]. Это обуславливает актуальность проблемы эффективного блокирования СЗУ в электрических каналах утечки информации (ЭКУИ). Эффективность блокирования независимо от выбранного способа защиты существенно зависит от возможного рабочего диапазона частот (РДЧ) применяемых СЗУ. Данный параметр наряду с энергетическими показателями СЗУ лежит в основе выбора сетевых помехоподавляющих фильтров и сетевых генераторов шума. Их базовые характеристики (коэффициент затухания, излучаемая мощность помехи) увязаны с требуемым диапазоном защищаемых частот.

В [1, 2] отмечено, что наиболее вероятным является диапазон частот СЗУ в пределах (50...300) кГц, Это объясняется тем, что на частотах ниже 50 кГц относительно высок уровень помех от бытовой техники, промышленного оборудования, лифтов и т. д. На частотах свыше 300 кГц существенно затухание сигналов при распространении в электросети. Кроме того провода начинают действовать как распределенная антенна, излучая сигнал в окружающее пространство, демаскируя работу СЗУ.

Однако строгого аналитического решения задачи выбора, обоснования или оптимизации РДЧ СЗУ не приводится, как и отсутствуют результаты количественной оценки влияния различных, в том числе вышеназванных, ограничивающих условий.

Целью статьи является обоснование возможного РДЧ СЗУ в типовом ЭКУИ на основе стандартной электросети (220 В, 50 Гц) и анализ факторов, влияющих на него.

II. Постановка задачи

Сформулируем задачу оптимизации следующим образом. Найти максимальный рабочий диапазон частот СЗУ Δfсзу при условии ограничений на нижнюю fн и верхнюю fв частоты:

(1)

где критические значения нижней fн кр и верхней fв кр частот обусловлены рядом факторов, также нуждающихся в исследовании.

III. Основная часть

Можно согласиться с [I, 2], что при fн менее 50 кГц уровень промышленных помех возрастает. Однако вряд ли это обстоятельство можно считать главным и единственным ограничивающим фактором, поскольку относительное возрастание уровней индустриальных помех со снижением частоты можно скомпенсировать, например, увеличением мощности передатчика СЗУ. Более предпочтительным при обосновании fн кр представляется учет необходимости обеспечения надежного функционирования всех элементов СЗУ, что может быть получено только хорошей фильтрацией сетевого напряжения Uс в согласующем устройстве СЗУ.

, (2)

где: Uст – стандартное сетевое напряжение (220 В, 50 Гц); ΔU=(10-20)%Uст – перепады напряжения в электросети (ЭС), обусловленные случайными факторами.

Учтем, что сбой в работе цифровых микросхем возникает при появлении на шине питания импульса с амплитудой Uкр≥1 B (при длительности импульса в десятки-сотни нс) [4]. Тогда требуемое затухание сетевого напряжения в СЗУ должно составлять не менее

(3)

Подобная задача наиболее просто решается с помощью пассивных или активных ФВЧ на индуктивно-емкостных элементах. Известно также, что массогабаритные показатели фильтров зависят от значений напряжения и токов, при которых работает фильтр, а также его вносимого затухания. Причем, объем и масса фильтра определяются, в основном, элементами, обеспечивающими его вносимое затухание на нижней частоте fн, защищаемого диапазона частот [5].

В зависимости от вида АЧХ (от вида аппроксимирующего полинома фильтрующей функции) ФВЧ может представлять фильтр Баттерворта, имеющий минимальную неравномерность АЧХ в полосе пропускания, или фильтр Чебышева, позволяющий получить максимально возможную крутизну спада АЧХ при заданном порядке фильтра [6].

В случае, например, фильтра Баттерворта его АЧХ аппроксимируется выражением

, (4)

где:

  • n – степень аппроксимирующего полинома;
  • ν – относительная величина, равная ωср/ω;
  • ωср – частота среза, на которой |K(ν)| уменьшается в √2 раз (3 дБ);
  • ω – текущая частота.

При исчислении |K(ν)| в децибелах (4) приводится к виду

(5)

Пусть ν=10y, где у - число декад. Тогда

(6)

На частоте среза (ν=1, у=0) затухание равно 3 дБ. Вне полосы прозрачности ФВЧ при 102y>>1 выражение (6) определяет прямую линию

(7)

Из (7) видно, что ослабление АЧХ многозвенного фильтра равно 20и дБ на декаду. Тогда требуемое затухание такого ФВЧ должно составлять с учетом (3)

(8)

Причем достигаться условие (8) должно па стандартной частоте fc=50 Гц. Обобщая (2) - (8), можно сделать вывод, что нижняя граница частотного диапазона СЗУ будет составлять

, (9)

где требуемое затухание вычисляется в соответствии с (3).

Графики зависимости (9) при различных параметрах n приведены на рис 1.

Рисунок 1 - К расчету значения нижней критической частоты

Пусть, например, Uст=220 В; fс=50 Гц; Uкр=1 В; ΔU=(10-20)% Uст. Тогда на основе (3) , fн кр=(10…12) кГц при n=1 и fн кр=700 Гц при n=2.

Учтем, что в миниатюрных СЗУ существуют очень жесткие ограничения на массогабаритные показатели всех элементов, в том числе ФВЧ. Поэтому разумно предположить, что для решения указанной задачи в составе СЗУ будет использован простейший однозвенный LC-фильтр первого порядка (n=1).

Тогда, в силу вышеизложенного, можно полагать, что fн сзуfн кр≥10 кГц.

Значение верхней критической частоты fв кр, ограничивающей рабочий диапазон СЗУ сверху fв сзуfв кр, должно выбираться исходя из условий обеспечения малых уровней излучаемой в эфир проводами ЭС мощности, а также обеспечения уверенного приема информационного сигнала СЗУ на заданных дальностях в условиях их затухания в линии передачи.

Известно, что данные показатели, характеризующие, соответственно, скрытность работы СЗУ и величину затухания сигналов в линиях передачи, возрастают с увеличением частоты.

Распространение электромагнитной волны в проводнике сопровождается тепловыми потерями, характеризующимися величиной затухания в линии βл. Токи высокой частоты, проходя по проводнику, сосредотачиваются, главным образом, у его поверхности. Указанное явление носит название поверхностного эффекта (или скин-эффекта). При резко выраженном поверхностном эффекте электромагнитное поле и ток в проводнике сосредоточены лишь в очень тонком слое, толщина которого мала по сравнению с радиусом кривизны линии, ограничивающей поперечное сечение провода. При круглом проводе радиуса а поверхностный эффект наступит при условии [7]

, (10)

где:

– толщина эквивалентного поверхностного слоя (или эквивалентная глубина проникновения электромагнитной волны); µa – абсолютная магнитная проницаемость материала провода; σ – его удельная проводимость; Kз – коэффициент запаса, Kз=5...10.

Условие (10) эквивалентно неравенству

. (11)

Тогда для выполнения условий скин-эффекта (минимальных потерь на затухание в глубине провода) верхнее значение критической рабочей частоты СЗУ должно удовлетворять условию

. (12)

График зависимости (12) для различных радиусов а и материалов проводов ЭС (медь: σa=5,8·107 Гн/м; µa=µo=4π·10-7 Сим/м; алюминий: σа=3,57·107 Гн/м; µa=µo=4π·10-7 Сим/м; сталь: σа=1,02·107 Гн/м; µa=180µo=2,26·10-7 Сим/м) приведены на рис. 2 (Kз=5).

Рисунок 2 – К расчету значения верхней критической частоты

Энергия, уносимая излученным полем, будет пренебрежимо мала, если выполняется условие [7]

2πД<<λ, (13)

где Д – расстояние между проводами ЭС, образующими систему диполей, λ – длина волны.

Следовательно, при выборе верхней критической частоты, ограничивающей работу СЗУ, кроме условия (11) необходимо учитывать и условие (13). Тогда при Д=5 мм…1 см следует, что fв сзуfв кр=(1...2) МГц.

Нетрудно заметить, что условие (12) является более жестким, чем условие (13). Таким образом, при выборе рабочего диапазона СЗУ следует учитывать условия

. (14)

При выше оговоренных численных значениях параметров, входящих в (14), имеем для типовой ЭС РДЧ 10 кГц ≤ fсзу≤(400...800) кГц.

IV. Выводы

1. Проведена оптимизация частотного диапазона работы СЗУ. Показано, что нижнее значение частоты СЗУ ограничено требуемым затуханием сетевого напряжения (220 В, 50 Гц) в элементах СЗУ для их нормального функционирования. Верхняя граница рабочей частоты обусловлена необходимостью учета скин-эффекта, условиями, при которых излучение ЭС в пространство минимально.

2. Рассчитано, что для типовых двухпроводных ЭС диапазон работы СЗУ может составлять значения от сотен Гц – десятков кГц до нескольких сотен кГц, что подтверждается результатами зарубежных практических исследований СЗУ [8]. Конкретный диапазон рабочих частот СЗУ зависит от его массогабаритных характеристик (количества звеньев n в ФВЧ), электромагнитных свойств провода ЭС (относительной магнитной проницаемости µ и удельной проводимости материала провода σ) и его толщины (радиуса а).

3. Полученные результаты более хорошо, чем известные источники [1, 2] согласуются с опубликованными в Интернет данными американских специалистов в области TSCM (комплексной безопасности и мониторинга выделенных помещений) Granite Island Group по исследованиям радиочастотного спектра, используемого мировыми производителями устройств аудиоконтроля [8]. В них, в частности, выделены три "окна угроз'", в которых с разной вероятностью возможно применение СЗУ: первое окно – высокая вероятность применения СЗУ – диапазон частот от 100 до 450 кГц, второе – средняя вероятность – от 3 до 750 кГц, третье – от 5 до 3000 кГц – при относительно низкой вероятности применения СЗУ.

Литература:

  1. Хорей А. А. Защита информации от утечки по техническим канонам. Часть 1. Технические каналы утечки информации. Учебное пособие – М.: Гостехкомиссия России, 1998. – 320 с.
  2. Энциклопедия промышленного шпионажа / Под ред. Е. В. Куренкова. С.-Петербург: "Изд. Полигон". 1999. – 512 с.
  3. Емельянов С. Л., Логвиненко И. Ф., Марков С. И., Носов В. В. Технические методы защиты каналов утечки информации по электросети // Бизнес и безопасность. – 2000. – №2. – С.8-9.
  4. С. А. Сухоруков. Защита компьютерных систем от преднамеренного разрушения воздействием по сети питания // Защита информации. Конфидент, – 1996, – №3. – C.73-81.
  5. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания // Г. С. Векслер и др. К.: Техника. – 1990. – 167 с.
  6. И. С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, – 1986. – 512 с.
  7. Красюк И. П., Дымович Н. Д. Электродинамика и распространение радиоват. Учебное пособие для радиотехнических вузов и факультетов. – М.: Высшая школа. – 1974. – 536 с.
  8. http://www.bnti.ru. James M. Atkinson, Granil Island Group. Частоты закладок.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Поиск