DE68908695T2

DE68908695T2 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung eines Messwertes, der den Grad der Reproduzierbarkeit eines Datensignals ausserhalb eines digitalen Informationsverarbeitungssystem angibt.

Info

Publication number: DE68908695T2
Application number: DE1989608695
Authority: DE
Inventors: Petrus Franciscus Mar Smulders
Original assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Current assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2009-12-30
Also published as: NL8803206A; DE388537T1; EP0388537A2; EP0388537B1; DE68908695D1; EP0388537A3

Description

A. HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines charakteristischen Messwertes, der den Grad der Reproduzierbarkeit van Datensignalen ausserhalb eines digitalen Informationsverarbeitungssystems angibt.

2. Problemstellung

In der Umgebung von Informationsverarbeitungs- und Telekommunikationssystemen können Datensignale, die innerhalb eines solchen Systems ausgetauscht werden, infolge unerwünschter elektromagnetischer Steuerausbreitung aus dem jeweiligen System in grösserem oder kleinerem Ausmass, drahtlos empfangen und, im allgemeinen nach der Rückbildung des empfangenen Signals, reproduziert und dargestellt werden. Es ist offensichtlich, dass dieses Problem desto grösser ist, je vertraulicher der Informationsgehalt der ausgetauschten Daten ist.
Das Problem des Empfangs von Datensignalen aus unerwünschter Ausstrahlung von Informationen ausserhalb von Informationsverarbeitungssystemen ist bekannt aus "Computers and Security", Band 4, Nr. 4, vom Dezember 1985, Seiten 269-276, aus dem Artikel "Electromagnetic Radiation from Video Display Units: An Eavesdropping Risk?" von W. van Eck.
Die EP-A-0 137 948 zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik, bei der das Eingangssignal durch Vergleich mit einer oberen und einer unteren Schwelle in positive und negative Impulse umgewandelt wird. Ein Integrator produziert ein Sägezahn-Signal mit begrenzter Maximumamplitude in Synchronisation mit den positiven Impulsen.

B. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert ein Messverfahren wie in Anspruch 1 beansprucht und eine Einrichtung wie in Anspruch 2 beansprucht, damit auf eindeutige Art bestimmt werden kann, in welchem Grade ein Informationsverarbeitungs- oder Telekommunikationssystem der Informations-"Anzapfung" über elektromagnetische Steuerausbreitung ausgesetzt ist.
Eine bevorzugte Ausführung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Umwandlung des Binärsignals in ein sägezahnförmiges Signal mit aufsteigenden Flanken, die mit der Zeit linear anwachsen, und steil abfallenden Flanken zu Zeiten, die den Anfangszeiten der Impulse des ersten Binärwerts des Binärsignals entsprechen, eine Vorrichtung zur Bestimmung der relativ kleinsten Spitzenamplitude des sägezahnförmigen Signals, eine Vorrichtung zum Vergleichen der Amplituden der aufeinanderfolgenden Spitzen des sägezahnförmigen Signals mit der bestimmten relativ kleinsten Spitzenamplitude, und eine Vorrichtung zum Detektieren und Addieren der Anzahl Spitzen des sägezahnförmigen Signals, dessen Amplitude innerhalb einer gewissen Toleranz gleich
{(n * uo) / 2} ist, wobei uo die erwähnte relativ kleinste Spitzenamplitude (uo) ist und n eine zufällige natürliche Zahl aus der Reihe {3,4,5,6,...}. In dieser bevorzugten Ausführung werden die jeweiligen Zeiten (to und die entsprechenden Zeitdifferenzn tx zwischen den Anfangszeiten der aufeinanderfolgenden Impulse) nicht via Umwandlung in Zeiteinheitszahlen miteinander verglichen, sondern via Umwandlung in Signalamplituden, z.B. Spannungen (ux), die viel einfacher und schneller miteinander verglichen werden können.
Eine weitere Ausführung der oben erwähnten Einrichtung umfasst eine Vorrichtung zum Speichern und Vergleichen der jeweiligen charakteristischen Werte über mehr als eine aufeinanderfolgende Betrachtungsperiode sowie zur Darstellung des grössten Wertes davon. Auf diese Art wird - während einer gewissen Messdauer, die aus mehr als einer Betrachtungsperiode besteht - der grösste der aufeinanderfolgenden charakteristischen Werte pro Betrachtungsperiode registriert und als charakteristischer Schlusswert dargestellt.

C. AUSFÜHRUNGSARTEN

1. Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Teil eines Binärsignals innerhalb eines Informationsverarbeitungs Systems.
Figur 2 zeigt ein ausserhalb des Informationsverarbeitungssystems empfangenes Signal, das mit einem Schwellenwert verglichen wird.
Figur 3 zeigt ein Binärsignal, das aus dem empfangenen und mit dem Schwellenwert verglichenen Signal entstanden ist.
Figur 4 zeigt die von der Einrichtung detektierten Datenimpulse.
Figur 5 zeigt von der Einrichtung detektierte Interferenz impulse und "periodische Impulse".
Figur 6 zeigt ein sägezahnförmiges Spannungssignal mit steil abfallenden Flanken zu Zeiten, die den Anfangszeiten der Impulse des ersten Binärwerts des in Figur 3 dargestellten Binärsignals entsprechen, und die linear anwachsenden Flanken dazwischen.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

2. Beschreibung

Figur 1:

Figur 1 zeigt ein Binärsignal 1 - während einer Zeitspanne to...t&sub3; -, das innerhalb eines Informationsverarbeitungssystems, z.B. eines Computernetzwerks, übermittelt wird. Der Teil des in der Figur gezeigten Signals 1 ist fortlaufend positiv für eine Taktperiode 2, null für eine Taktperiode, positiv für zwei Taktperioden, null für eine Taktperiode, positiv für eine Taktperiode, null für drei Taktperioden, positiv für eine Taktperiode und null für vier Taktperioden. Insbesondere wegen seinen steilen Signalflanken wird das Signal 1 in Form eines elektromagnetischen Feldes aus dem Informationsverarbeitungssystem nach aussen gestrahlt, wo es mit einem Radioempfänger empfangen werden kann.

Figuren 2 und 3:

Figur 2 zeigt den Verlauf eines Signals 3, das ausserhalb des Informationsverarbeitungssystems mit einem Radioempfänger empfangen wurde. Unter anderem wegen der Abschirmung des Informationsverarbeitungssystems und den äusseren Interferenzfeldern unterscheidet sich das Empfangssignal 3 wesentlich von dem in Figur 1 gezeigten Signal 1. Inter alia kann ein Interferenzimpuls 4, der nicht vom Informationsverarbeitungssystem stammt, festgestellt werden. Das Empfangsignal 3 wird von der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung derart verarbeitet, dass ein Signal erhalten wird, welches die bestmögliche Reflexion des ursprünglichen Signals 1 darstellt. Zu diesem Zweck wird das Empfangssignal 3 mit einer Signalschwelle 5 verglichen, welche ungefähr gleich dem Durchschnittswert des Empfangssignals ist, wodurch eine Unterscheidung zwischen Teilen des Empfangssignals 3 erzielt wird, die grösser (+) und solche, die kleiner (-) sind als die Signalschwelle 5. Figur 3 zeigt ein derart rekonstruiertes Binärsignal 6.
Ziel des Messverfahrens und der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist, den Grad zu ermitteln, zu dem ein Informationsverarbeitungssystem Datensignale derart aussendet, dass sie rekonstruiert werden können. Figur 3 zeigt ein "wiederhergestelltes" Signal 6. In dieser Hinsicht sollte berücksichtigt werden, dass das Empfangssignal 3 nicht nur das Informationsverabeitungssystem zu einer Quelle der Untersuchung macht, sondern dass es auch andere Quellen geben kann, die für das Signal 3 verantwortlich sind. Man kann unterscheiden: periodische Impulse aussendende Quellen, (zufällige) Interferenzsignale aussendende Quellen und - wie bereits erwähnt - Datenimpulse aussendende Quellen.
Daraus folgt, dass die Aufgabe des vorliegenden Messverfahrens und der Messeinrichtung darin besteht, zwischen Datenimpulsen und periodischen oder zufälligen Signalen zu unterscheiden. Datensignale können periodische Impulskombinationen (z.B. 0101) und nichtperiodische Impulskombinationen (z.B. 1000) enthalten. Aufgrund der Tatsache jedoch, dass es unmöglich ist, vom Empfangssignal abzuleiten, ob eine periodische Impulskombination von einer Datensignalquelle oder von einer Taktsignalquelle stammt, werden alle periodischen Impulskombinationen beim Messen ausser Betracht gelassen, mit anderen Worten, nur nichtperiodische Impulskombinationen - von denen man praktisch sicher ist, dass sie von der Datensignalquelle herstammen, im vorliegenden Fall das relevante Informationsverarbeitungssystem - werden als vom Informationsverarbeitungssystem herstammend betrachtet. Um nun einerseits zwischen nichtperiodischen Datensignalen und andererseits periodischen (Daten- oder Takt-) Signalen oder willkürlichen Interferenzsignalen unterscheiden zu können, unterliegen die Periodenzeiten tx zwischen den auf einanderfolgenden auf steigenenden Flanken des konstruierten Signals 6 dem Kriterium
tx = {(n * to) / 2} (n = 3,4,5,...).
Vorgängig wird die relativ kürzeste Zeit to zwischen zwei aufeinanderfolgenden aufsteigenden Flanken bestimmt. Nachher wird bestimmt, ob jede der Periodenzeiten tx (t&sub1;...t3b in Figur 3) dieses Kriterium erfüllt oder nicht. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass während der in der Figur gezeigten Betrachtungsperiode to...t&sub3; die Periode to die kürzeste Periode ist (es ist offensichtlich, dass dies nicht immer die erste Periode sein muss). Periode t1 = 11/2 * to, Periode t&sub2; = 2 * to und Periode t&sub3; = 21/2 * to; die Periode t&sub3; ist jedoch in eine Zeit t3a und eine Zeit t3b geteilt, wobei t3a = a * to (11/2 < a < 2) und t3b = b * to (11/2 < b < 2) ist. Die Impulse B und C (mit den Zeitindikationem t&sub1; bzw. t&sub2;) erfüllen das Kriterium tx = {(n * to) / 2), namentlich für n = 3 bzw. für n = 4, so dass die Impulse B und C als Datenimpulse betrachtet werden. Weder der Impuls A (mit der Zeitindikation to) noch die Impulse D und E (mit der Zeitindikation t3a bzw. t3b) erfüllen das Kriterium = 2), für die letzteren zwei Impulse gilt, dass 3 < n < 4.

Figuren 4 und 5:

Die Figuren 4 und 5 zeigen, wie die verschiedenen Impulse A bis und mit E mit dem oben erwähnten Algorithmus klassifiziert werden. Wie vorgängig beschrieben werden die Impulse B und C durch den Algorithmus als nichtperiodische Datenimpulse klassifiziert. Dies wird in Figur 4 durch die Statusimpulse I dargestellt. In Figur 5 werden die andern Impulse A, D und E (periodische Impulse oder Interferenzimpulse) durch die Statusimpulse II dargestellt.

Figur 6:

Figur 6 zeigt ein sägezahnförmiges Spannungssignal mit steil abfallenden Flanken in Zeitpunkten, die den Anfangszeiten der aufsteigenden Impulse des in Figur 3 dargestellten Binärsignals entsprechen, und die sich linear vergrössernden aufsteigenden Flanken dazwischen. Auf diese Art werden die jeweiligen Zeitintervalle to, t&sub1;, t&sub2;, t3a und t3b in ein Spannungssignal umgewandelt, dessen aufeinanderfolgenden Spitzenwerte Uo, U&sub1;, U&sub2;, U3a und U3b der Zeitdauer dieser Intervalle entsprechen. Dadurch wird erreicht, dass in einer Vorrichtung zur Klassifizierung von Impulsen gemäss dem vorstehend erwähnten Algorithmus keine Zeiten sondern Spannungen miteinander verglichen werden können, was auf relativ einfache Art machbar ist und schnell vor sich geht.

Figur 7:

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Ueber eine Antenne 8 und einen Empfänger 9 empfangene Signale werden (inter alia) durch ein Informationsverarbeitungssystem 10 ausgesendet. In einem Komparator 11 wird das vom Empfänger gelieferte Signal 3 mit einem Referenzsignal 2 verglichen, das von einem Referenzsignal-Generator 12 abgegeben wird. Der Komparator 11 liefert das in Figur 3 gezeigte Binärsignal 6, welches anschliessend einem Integrator 13 zugeführt wird, wo das Binärsignal 6 als das in Figur 6 gezeigte sägezahnförmige Signal 7 integriert wird. Das Binärsignal 6 wird ebenfalls einem Differentiator 14 übermittelt, der bei jeder aufsteigenden Flanke des Binärsignals 6 einen Impuls abgibt. Das integrierte Signal 7 wird einem Spitzenwertdetektor 15 übermittelt, wo der Spitzenwert des Signals bestimmt wird. Das Spitzenwertsignal wird anschliessend einer Komparatorschaltung 16 zugeführt, die ausserdem an einen Spitzenwertpuffer 17 angeschlossen ist. In jedem Zeitpunkt einer aufsteigenden Flanke des Binärsignals 6 vergleicht die Komparatorschaltung 16, unter Kontrolle der vom Differentiator 14 gelieferten Impulse, den im Spitzenwertpuffer 17 gespeicherten Spitzenwert mit dem vom Spitzenwertdetektor 15 abgegebenen Spitzenwertsignal. Wenn der Wert dieses Spitzenwertsignals kleiner als der im Puffer 17 gespeicherte Spitzenwert ist, wird letzterer durch den Spitzenwert des Spitzenwertsignals ersetzt; wenn der Wert des Spitzenwertsignals grösser als der im Puffer 17 gespeicherte Spitzenwert ist, bleibt letzterer unverändert. Auf diese Art enthält der Spitzenwertpuffer 17 immer den relativ kleinsten Spitzenwert, der dem Spitzenwert uo in Figur 6 entspricht, wobei dieser Wert seinerseits ein Mass für die kürzeste Zeit to zwischen aufeinanderfolgenden aufsteigenden Flanken des Binärsignals 6 ist. Das vom Spitzenwertdetektor 15 stammende Spitzenwertsignal wird anschliessend einem Zähler 18 zugeleitet, der drei Spannungsfenster für je 11/2, 2 und 21/2 mal den im Spitzenwertpuffer 17 gespeicherten Spitzenwert umfasst (dessen Spitzenwert ebenfalls dem Zähler 18 übermittelt wird). Das Spannungsfenster wird von einem Spannungsteiler gebildet, von dem drei Referenzsignale ausgehen, nämlich 11/2, 2 und 21/2 mal der im Puffer gespeicherte Spitzenwert, sowie von drei Komparatoren, auf die einerseits die erwähnten Referenzspannungen und andererseits das vom Spitzenwertdetektor 15 stammende Spitzenwertsignal angewendet werden. Die Ausgabeanschlüsse des Komparators sind über ein Netzwerk logischer Torschaltungen mit einem 2-Dekadenzähler verbunden, um die Anzahl der Datenimpulse zu zählen, und mit einem 1-Dekadenzähler, um die Anzahl der periodischen Impulse oder Interferenzimpulse zu zählen. Wenn ein Spitzenwert einem der drei Fensterwerte entspricht, wird angenommen, dass der Signalspitzenwert einen Datenimpuls darstellt, und der 2-Dekadenzähler wird um eine Zähleinheit erhöht. Wenn der Signalspitzenwert keinem der Fensterwerten entspricht, wird angenommen, dass der Signalspitzenwert ein periodisches (Takt- oder Daten-) Signal oder ein Interferenzsignal darstellt, und der 1-Dekadenzähler wird um eine Zähleinheit erhöht. Der 2-Dekadenzähler wird immer zurückgestellt, nachdem der 1-Dekadenzähler zehn datenfreie Impulse gezählt hat. Der Höchststand des 2-Dekadenzählers wird - vor dem Zurückstellen - einem Maximumpuffer 19 übermittelt. In diesem Maximumpuffer 19 wird der übermittelte Zählerstand mit dem bereits darin gespeicherten Zählerstand verglichen, und der höchste von diesen zwei Ständen wird dann im Maximumpuffer 19 gespeichert. Schliesslich wird der im Maximumpuffer 19 gespeicherte Zählerstand einem Anzeigegerät 20 übermittelt, das den Inhalt des Maximumpuffers während und nach dem Messen anzeigt.

Claims

1. Messverfahren zur Bestimmung eines charakteristischen Wertes, der den Grad der Reproduzierbarkeit von Datensignalen ausserhalb eines Informationsverarbeitungssystems angibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausserhalb des zu testenden Informationsverarbeitungssystems empfangenes Signal (3) mit einem Schwellenwert (5) verglichen und in ein Binärsignal (6) umgewandelt wird, das, falls das empfangene Signal grösser ist als der Schwellenwert, Impulse von einem ersten Binärwert und falls das empfangene Signal kleiner ist als der Schwellenwert, Impulse von einem zweiten Binärwert enthält, wobei bei diesem Binärsignal die relativ kürzeste Zeit (to) zwischen zwei auf einanderfolgenden Anfangszeiten der Impulse des ersten Binärwerts bestimmt wird, dass dieser zu bestimmende charakteristische Wert von einem Verhältnis zwischen einer Anzahl Datenimpulse und einer Anzahl datenfreier Impulse abhängig ist, wobei die Datenimpulse diejenigen Impulse des ersten Binärwerts sind, für die die Zeit (tx) zwischen der Anfangszeit dieses Impulses des ersten Binärwerts und der Anfangszeit des vorhergehenden Impulses des ersten Binärwerts, innerhalb gewisser Toleranzen, gleich {(n*to)/2} ist, wobei to die erwähnte kürzeste Zeit darstellt und n eine zufällige natürliche Zahl der Reihe {3,4,5,6,...} ist, und wobei die datenfreien Impulse diejenigen Impulse des ersten Binärwerts sind, für die diese Gleichheit nicht gilt.

2. Einrichtung zur Ausführung des Messverfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

Mittel (8, 9) zum Empfangen von Signalen ausserhalb eines zu testenden digitalen Informationsverarbeitungssystems (10);

Mittel (11) zum Vergleichen eines Empfangssignals (3) mit einem Schwellenwert (5) und zu dessen Umwandlung in ein Binärsignal (6), das, falls das Empfangssignal grösser ist als der Schwellenwert, aus Impulsen eines ersten Binärwerts und falls das Empfangssignal kleiner ist als der Schwellenwert, aus Impulsen eines zweiten Binärwerts besteht;

Mittel (13.. .17) zur Bestimmung der relativ kürzesten Zeit (to) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anfangszeiten der Impulse des ersten Binärwerts;

Mittel (18) zur Bestimmung der Anzahl Datenimpulse, welche Impulse des ersten Binärwerts sind, für die gilt, dass die Zeit (tx) zwischen der Anfangszeit dieses Impulses des ersten Binärwerts und die Anfangszeit des vorhergehenden Impulses des ersten Binärwerts, innerhalb gewisser Toleranzen, gleich {(n*to)/2} ist, wobei to die erwähnte kürzeste Zeit darstellt und n eine zufällige natürliche Zahl der Reihe {3,4,5,6,...} ist, und zur Bestimmung der Anzahl datenfreie Impulse, welche Impulse des ersten Binärwerts sind, für die diese Gleichheit nicht gilt, und

Mittel (18...20) zur Bestimmung und Darstellung dieses charakteristischen Wertes, wobei dieser charakteristische Wert von einem Verhältnis zwischen einer Anzahl Datenimpulse und einer Anzahl datenfreie Impulse abhängt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch:

eine Umwandlungsvorrichtung (13) zur Umwandlung des Binärsignals (6) in ein sägezahnförmiges Signal (7) mit aufsteigenden Flanken, die mit der Zeit linear anwachsen, und mit steil abfallenden Flanken in Zeitpunkten, welche den Anfangszeiten der Impulse des ersten Binärwerts des Binärsignals entsprechen;

eine Vorrichtung (16, 17) zur Bestimmung der relativ kleinsten Spitzenamplitude (Uo) des sägezahnförmigen Signals (4), und eine Vorrichtung (18) zum Detektieren und Zählen der Anzahl der Spitzen des sägezahnförmigen Signals, dessen Amplitude, innerhalb gewisser Toleranzen, gleich {(n*uo)/2} ist, wobei uo die relativ kleinste Spitzenamplitude (uo) und n eine zufällige natürliche Zahl aus der Reihe {3,4,5,6,...} ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

eine Vorrichtung (19) zum Vergleichen der jeweiligen charakteristischen Werte über mehr als eine aufeinanderfolgende Betrachtungsperiode und zur Bestimmung des grössten Wertes unter ihnen.