CN105044471B

CN105044471B - 计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法

Info

Publication number: CN105044471B
Application number: CN201510401386.1A
Authority: CN
Inventors: 王森; 邱扬; 田锦; 许清琳
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN105044471A

Abstract

本发明属于计算机电磁泄漏检测领域，特别是一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法。其特征是：至少包括：步骤101：给出符合计算机显示器分辨率的图像；步骤102：读取图像的原始信息，即每个像素点的RGB值(0～255)；f(x，y)是图像中一个像素点的值，M和N代表了图像的水平和垂直方向；步骤103：根据HDMI数字接口数据传输时序，把图像信息的像素值由0～255转变为8bit的二进制值；步骤104：把经过步骤103得到的串行8bit视频数据进行TMDS编码；步骤105：对经过步骤104得到经过TMDS编码后的串行数据进行DIF‑FFT变换，计算得到其辐射频域特征；步骤106，给出了计算机视频信息泄漏检测结果。本发明能简便的检测出计算机视频系统是否存在电磁信息泄漏。

Description

计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法

技术领域

本发明属于计算机电磁泄漏检测领域，特别是一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，电子信息设备已经完全进入到我们的日常生活中，电子设备和网络设备的信息安全对于经济和军事有着重大影响，因此，电磁信息安全越来越被人们所重视，一些国家已经把电磁安全应用到经济和军事中。作为现代人们工作和生活必不可少的计算机，尤其是进行保密工作的计算机的信息安全显得尤为重要。计算机在工作时会产生无意识的电磁辐射，但是有用信息会隐藏在无意识的电磁辐射之中，这些隐藏在电磁辐射中的有用信息可以在远距离被复现。计算机系统在处理信息时，其中的主机板、显示器、电缆与接口都会产生不同程度的电磁信息泄漏，然而整个计算机系统中电磁泄漏辐射最强、可视信息量最大的是视频系统，视频系统泄漏信息最易于接收、复现。

近年来，随着计算机技术和信息传输速率的提高，人们对于计算机设备的要求也不断提高，高分辨率、大容量的数据传输使得信号传输的频率越来越高，使得信息的电磁辐射越来越容易发生，且电磁发射的强度也会不断增强，对信息安全的威胁也会越来越大，数字视频接口作为一种新型的视频接口逐渐被普及应用，由于数字信号快速的跳变沿，不可避免地存在信息泄漏的危险性。因此研究计算机数字视频系统的信息泄漏检测方法非常有必要，这将为以后数字化时代的信息安全问题奠定良好的基础。

对于计算机电磁信息泄漏检测的研究，研究的对象多为传统的VGA接口系统的视频信息安全，而对于数字视频接口的计算机视频信息电磁泄漏检测的研究很少。国内外有针对VGA视频信息的截获技术研究，成功的实现了计算机视频信息的电磁辐射截获并能还原图像，但并没有能针对数字视频信息来进行截获还原；计算机视频信息电磁泄漏截获系统要求仪器性能高，图像还原难度很大，花费很高；而数字视频信息是对原始视频信息数字化之后又经过原始处理，图像还原难度比VGA要更加困难。本发明只需要通过的对视频信息进行仿真计算，并与只需频谱仪与天线进行接收的频谱进行对比，就可以达到检测计算机视频信号电磁泄漏的方法。该方法简单方便，容易实现，成本较低。

发明内容

本发明的目的在于针对计算机数字视频信息电磁泄漏能够进行简易方便的检测。在不需要对计算机显示图像进行截获还原的情况下，通过对传输图像的数字视频信息进行仿真计算，从而得到其电磁辐射频谱特征的仿真记过，并与对计算机显示该图像时的电磁辐射进行测试，通过仿真计算结果与测试结果的对比，即可检测出计算机数字视频信息泄漏的可能性。

本发明具体是这样实现的：一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法，其特征是：至少包括：

步骤101：给出符合计算机显示器分辨率的图像；

步骤102：读取图像的原始信息，即每个像素点的RGB值(0～255)；

f(x,y)是图像中一个像素点的值，M和N代表了图像的水平和垂直方向；

步骤103：根据HDMI数字接口数据传输时序，把图像信息的像素值由0～255转变为8bit的二进制值；

步骤104：把经过步骤103得到的串行8bit视频数据进行TMDS编码；

步骤105：对经过步骤104得到经过TMDS编码后的串行数据进行DIF-FFT变换，计算得到其辐射频域特征；

步骤106，给出了计算机视频信息泄漏检测结果。

所述的给出符合计算机显示器分辨率的图像是黑白图像，选取1920*1080分辨率的黑白条纹，每一条占用一个像素点。

所述的步骤103，具体包括如下步骤：第一步将8bits的原视频像素数据D[0:7]变换成9bits数据q_m[0:8]；第二步编码将9bits数据q_m[0:8]变换成最终的10bits数据输q_out[0:9]。

所述的步骤106，具体包括如下步骤：

步骤201：通过电磁辐射频谱的仿真结果和测试结果分析峰值点特征，提取数列分别为x₁(n)和x₂(n)；x₁(n)表示仿真结果峰值提取出来后的峰值点序列，x₂(n)表示测试结果峰值提取后的峰值点序列；

步骤202：依据两个数据序列x₁(n)和x₂(n)，计算两组数据序列的相关性；

步骤203：两个数据序列x₁(n)和x₂(n)之间的相关性计算为：

对r₁₂进行归一化，得到归一化的表达式为：

ρ₁₂称之为互相关系数，它的值总是位于-1和1之间；

步骤204：通过计算计算机视频信息电磁辐射的仿真结果与测试结果的相关性系数ρ₁₂，如果ρ₁₂≥0.8，认定计算机视频信息产生了电磁辐射泄漏。

本发明的优点是：本发明根据数字视频传输协议(以HDMI接口为例)，分析当计算机显示器显示一幅图像时，数字视频线缆上所传输的视频数据的时域信息，通过对时域信息的建模傅立叶变换，计算得到数字视频线缆的电磁辐射频谱。对计算机进行电磁辐射测试，被测计算机保持显示器显示该图像的状态，利用天线、频谱仪、计算机测得其电磁辐射的频谱。把仿真计算得到的频谱结果与测试得到的频谱结果进行相关性对比计算，如果测试得到的频谱完全包含了仿真得到的频谱特征，则可以判断计算机视频信息产生了电磁泄漏，反之，则没有。本发明不需要完全截获还原图像的情况下，通过仿真计算与实际频谱测试，简单方便的能检测出计算机视频系统是否存在电磁信息泄漏。

附图说明

图1：计算机数字视频信息电磁辐射仿真计算流程框图；

图2：HDMI数字接口的结构示意图；

图3：计算机显示黑白条纹图；

图4：HDMI数字接口数据传输时序示意图；

图5：TMDS编码算法流程图；

图6：计算机数字视频信息电磁辐射仿真结果图；

图7：计算机电磁辐射频谱测试示意图；

图8：计算机电磁辐射频谱测试结果图；

图9：计算机视频信息泄漏检测仿真与测试结果相关计算流程图。

图中：1、计算机主机箱；2、HDMI视频线缆；3、液晶显示器；4、接收天线；5、频谱仪；6、测控计算机；7、屏蔽暗室。

具体实施方式：

图1计算机数字视频信息电磁辐射仿真计算流程框图。

步骤101：给出符合计算机显示器分辨率的图像，根据HDMI接口传输结构，如图2所示，当视频线缆传输黑白图像信息时，三条数据传输线传输的视频信息完全相同，所以计算机视频信息的电磁泄漏检测中选用黑白图像，实例选取1920*1080分辨率的黑白条纹，每一条占用一个像素点，如图3；

f(x,y)是图像中一个像素点的值，M和N代表了图像的水平和垂直方向。

步骤103：根据HDMI数字接口数据传输时序，把图像信息的像素值由0～255转变为8bit的二进制值；如图4所示，把图像信息进行串行排列；

步骤104：把经过步骤103得到的串行8bit视频数据进行TMDS编码。

具体的TMDS编码算法流程如图5所示。其中：

D[0:7]是将被传输的原视频像素数据；

cnt用来计数已编码数据中0和1个数的差。正值代表1比0多出来的个数，负值则代表0比1多出来的个数。cnt{t-1}的意思是上一个编码周期cnt的值。cnt{t}是本编码周期cnt的值；

N1{x}代表数据x中1的个数，而N0{x}代表数据x中0的个数；

q_m是中间变量，代表第一步编码将8bits的原视频像素数据D[0:7]变换成9bits数据q_m[0:8]；

q_out是第二步编码将9bits数据q_m[0:8]变换成最终的10bits数据输出q_out[0:9]。

第一步：D[0:7]编码成q_m[0:8]

分别计算D[0:7]数据中0和1的个数N0{D}和N1{D}。

1)满足条件N1{D}>4或者(N1{D}＝N0{D}且D[0]＝0)时，位同或产生9bits数据：

2)否则,位异或产生9bits数据：

第二步：q_m[0:8]编码成q_out[0:9]

在视频数据到来之前的消隐期内系统会将cnt复位，因此第一个cnt(t-1)默认为0。对于上一步产生的编码数据q_m[0:8]，计数除标志位之外的数据q_m[0:7]中0和1的个数，即N0{q_m[0:7]}和N1{q_m[0:7]}，当满足不同的条件时，按照编码流程图所示选择合适的算法得出q_out[0:9]，并计算此时的cnt(t)，在下一组视频数据编码时作为cnt(t-1)使用。

步骤105：对经过步骤104得到经过TMDS编码后的串行数据进行FFT变换，计算得到其辐射频域特征，在显示1920*1080分辨率的黑白条纹图像，显示器为60Hz刷新率的状态下，HDMI接口数据传输的时钟频率为148.5MHz。

在此我们选用的傅立叶变换选用的是时域抽取法快速傅立叶变换(Decimation-In-Time Fast Fourier Transform,DIT-FFT)，设序列点数为N，那么DIF-FFT的结果为

其中：d(n)∈{0,1}，

通过仿真计算得到其频谱图，如图6所示；

步骤106，图7给出了计算机视频信息泄漏检测测试示意图。设置被测计算机的屏幕分辨率为1920*1080，刷新率为60Hz，显示图3所示的黑白条纹图像；测控计算机程控频谱仪对被测计算机进行频谱测试，其中30～200MHz频段接收天线为双椎天线，200MHz～1GHz频段接收天线为对数周期天线；接收天线与被测计算机距离D为1米，测试结果如图8所示；

对仿真数据和测试数据进行相关性计算，计算流程如图9所示；

步骤201：通过电磁辐射频谱的仿真结果和测试结果分析，计算机视频信息电磁辐射频谱的主要特征体现为峰值点特征，所以对仿真数据和测试数据进行峰值提取，提取数列分别为x₁(n)和x₂(n)。

步骤202：两个数据序列x₁(n)和x₂(n)，要计算两组数据序列的相关性，则两组数据的个数必须要相同，如果仿真数据峰值提取在某频点处有峰值，而测试数据中没有，则在测试结果峰值提取后的数据序列中补偿该点，取值为0；同理，测试数据峰值提取之后在某点有峰值，而仿真计算频谱没有峰值的，同样补偿该点为0。这样两组序列均包括N个数据。

步骤203：两个数据序列x₁(n)和x₂(n)之间的相关性计算为：

对r₁₂进行归一化，得到归一化的表达式为：

ρ₁₂称之为互相关系数。它的值总是位于-1和1之间。1意味着在相同的意义下100％的相关；-1意味着在相反意义下100％相关，例如反向信号。0表示零相关。ρ₁₂的值大小意味着相关性的高低。一般情况下当ρ₁₂≥0.8时，我们就可以认为两组信号具有很强的相关性。

步骤204：我们通过计算计算机视频信息电磁辐射的仿真结果与测试结果的相关性系数ρ₁₂，如果ρ₁₂≥0.8则认定计算机视频信息产生了电磁辐射泄漏。

在实例中选用的黑白条纹图片，计算得到仿真结果与测试结果的相关性系数为0.8912，认定计算机视频信息产生了电磁泄漏。

Claims

1.一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法，其特征是：至少包括：

步骤101：给出符合计算机显示器分辨率的图像；

步骤106，给出了计算机视频信息泄漏检测结果；

所述的步骤106，具体包括如下步骤：

步骤203：两个数据序列x₁(n)和x₂(n)之间的相关性计算为：

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对r₁₂进行归一化，得到归一化的表达式为：

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ρ₁₂称之为互相关系数，它的值总是位于-1和1之间；

2.根据权利要求1所述的一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法，其特征是：所述的给出符合计算机显示器分辨率的图像是黑白图像，选取1920*1080分辨率的黑白条纹，每一条占用一个像素点。

3.根据权利要求1所述的一种计算机数字视频信息电磁泄漏检测方法，其特征是：所述的步骤103，具体包括如下步骤：第一步将8bits的原视频像素数据D[0:7]变换成9bits数据q_m[0:8]；第二步编码将9bits数据q_m[0:8]变换成最终的10bits数据输q_out[0:9]。