RU2421917C1 - Способ защиты системы обработки информации от побочных электромагнитных излучений, устройство для реализации способа и генератор шумового сигнала для реализации устройства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники от утечки информации. Достигаемый технический результат - снижение мощности маскирующего шумового сигнала с перекрытием уровня излучения и частотного спектра. Способ заключается в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала, в качестве дополнительного сигнала используют тактовый сигнал системы обработки информации (СОИ). Устройство содержит генератор шумового сигнала, усилитель, преобразователь частот сигналов, формирователь дополнительного сигнала, в качестве которого используют блок тактовой частоты системы обработки информации, а в качестве преобразователя частот сигналов используют смеситель шумового сигнала и сигнала тактовой частоты системы обработки информации. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, относится к области радиотехники и электроники и может быть использована для защиты информации средств вычислительной техники от утечки информации в результате электромагнитных излучений и наводок.

Известен способ аналогичного назначения, пригодный для решения поставленной в заявке задачи, принятый за прототип способа.

Известный способ заключается в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала /Патент РФ №2154893, кл. Н03В 29/00, 2000/.

Известно устройство аналогичного назначения, способное решать поставленную в заявке задачу, принятое за прототип устройства защиты системы обработки информации (СОИ).

Известное устройство содержит генератор шумового сигнала (ГШС), формирователь дополнительного сигнала, преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы ГШС и формирователя дополнительного сигнала, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и выходную клемму /Патент РФ №2154893, кл. Н03 В29/00, 2000/.

Известен ГШС, пригодный для реализации устройства защиты СОИ, содержащий источник питания и расположенные в радиоэкранируемом корпусе первый и второй автогенераторы, первый и второй переменные резисторы и первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, причем каждый из автогенераторов выполнен на двух транзисторах по схеме с общим эмиттером, а базы первых транзисторов первого и второго автогенераторов и базы вторых транзисторов первого и второго автогенераторов соединены, первый постоянный резистор, включенный в цепь ограничения тока баз транзисторов, а в цепь регулировки уровня генерируемого шумового сигнала в качестве разделительного конденсатора включен первый конденсатор, с последовательно соединенным с ним первым переменным резистором, второй конденсатор включен в качестве блокировочного конденсатора между положительной и отрицательной клеммами источника питания /Патент РФ №2097906, кл. Н03В 29/00, 1997/.

Недостатками известных способа и устройства является узкий спектр и высокая спектральная мощность выходного шумового сигнала, что снижает надежность защиты информации и создает электромагнитные помехи для других систем.

Недостатками известного ГШС является сравнительно узкий спектр выходного шумового сигнала, невысокая равномерность спектральной плотности мощности шумового сигнала и неустойчивость режима генерации шумового сигнала при изменении напряжения питания.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений в части способа и устройства является снижение мощности маскирующего шумового сигнала с перекрытием уровня излучения и частотного спектра, а также оптимизация аппаратуры по критерию электромагнитной совместимости.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения в части ГШС, является расширение спектра выходного шумового сигнала, повышение равномерности спектральной плотности мощности шумового сигнала и повышение устойчивости режима генерации шумового сигнала при изменении напряжения питания.

Данный технический результат в части способа достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала в качестве дополнительного сигнала используют тактовый сигнал СОИ.

Шумовой сигнал формируют в диапазоне частот 10 кГц ÷ 2 ГГц с уровнем мощности 10 дБм ±2.

Технический результат в части устройства защиты СОИ достигают за счет того, что в известном устройстве, содержащем ГШС, формирователь дополнительного сигнала, преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы ГШС и формирователя дополнительного сигнала, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и выходную клемму, в качестве формирователя дополнительного сигнала применяют блок тактовой частоты СОИ, а в качестве преобразователя частот сигналов - смеситель шумового сигнала и сигнала тактовой частоты, при этом выходная клемма устройства соединена с выходом усилителя.

Устройство защиты системы обработки дополнительно может содержать три резистора регулировки уровней сигналов и пять разделительных конденсаторов, при этом первый вход смесителя сигналов соединен с ГШС через последовательно соединенные первый разделительный конденсатор, первый резистор и второй разделительный конденсатор, а второй его вход соединен с блоком тактовой частоты через последовательно соединенные третий разделительный конденсатор и второй резистор, выход смесителя сигналов соединен с входом усилителя через четвертый разделительный конденсатор, а выходная клемма устройства соединена с выходом усилителя через последовательно соединенные пятый разделительный конденсатор и третий резистор регулировки уровня сигнала.

Технический результат в части устройства ГШС достигают за счет того, что в известном устройстве, содержащем источник питания и расположенные в радиоэкранируемом корпусе первый и второй автогенераторы, первый и второй переменные резисторы и первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, причем каждый из автогенераторов выполнен на двух транзисторах по схеме с общим эмиттером, а базы первых транзисторов первого и второго автогенераторов и базы вторых транзисторов первого и второго автогенераторов соединены, первый постоянный резистор, включенный в цепь ограничения тока баз транзисторов, а в цепь регулировки уровня генерируемого шумового сигнала в качестве разделительного конденсатора включен первый конденсатор с последовательно соединенным с ним первым переменным резистором, второй конденсатор включен в качестве блокировочного конденсатора между положительной и отрицательной клеммами источника питания, дополнительно содержит полупроводниковый диод и третий и четвертый переменные резисторы, при этом катод полупроводникового диода подсоединен к базам транзисторов и через последовательно соединенные второй переменный резистор и первый постоянный резистор - к положительной клемме источника питания, а анод - к корпусу, третий и четвертый переменные резисторы совместно с присоединенным к ним вторым постоянным резистором включены в качестве резисторов ограничения и установки коллекторных токов транзисторов первого и второго автогенераторов, а третий и четвертый конденсаторы включены в качестве конденсаторов обратной связи между соответствующими базами и коллекторами транзисторов автогенераторов

Генератор дополнительно может содержать индуктивность, при этом последовательно соединенные второй переменный резистор и первый постоянный резистор подсоединен к положительной клемме источника питания через индуктивность.

Изобретения поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства защиты информации для реализации способа того же назначения; на фиг.2 - схема ГСШ для реализации устройства.

Устройство содержит в своем составе плату 1 с элементами схемы, генератор 2 шумового сигнала, преобразователь частот 3, широкополосный усилитель 4, разделительный конденсатор 5, переменный резистор регулировки уровня шумового сигнала 6, разделительный конденсатор 7, разделительный конденсатор 8, переменный резистор 9 регулировки уровня тактовой частоты, разделительный конденсатор 10, разделительный конденсатор 11, переменный резистор 12 регулировки уровня выходного шумового сигнала, контакты 13 выходного шумового сигнала, контакт 14 для подключения тактовой частоты, контакты 15 для подключения источника питания.

Генератор шумовых сигналов (фиг.2) содержит радиоэкранированный корпус 16, первый и второй взаимосвязанные автогенераторы, выполненные по схеме с общим эмиттером на транзисторах 17, 18 и 19, 20, конденсатор обратной связи 21, включенный между базами и коллекторами транзисторов 17 и 18, конденсатор обратной связи 22, включенный между базами и коллекторами транзисторов 19 и 20 соответственно, и полупроводниковый диод 23. Катод полупроводникового диода 23 подсоединен к базам транзисторов 17, 18 и 19, 20 и переменному резистору 24 установки базового тока транзисторов и через резистор 25 ограничения токов баз транзисторов соединен с резистором 26 ограничения токов коллекторов транзисторов и индуктивностью 27. Анод диода 23 соединен с корпусом.

Резистор 26 ограничения токов коллекторов соединен с переменными резисторами 28, 29 установки коллекторных токов и разделительным конденсатором 30, а другой вывод конденсатора 30 соединен с переменным резистором 31 нагрузки, вывод которого присоединен к общему проводу. Со среднего вывода резистора 31 снимается регулируемый по уровню сигнал шума. Блокировочный конденсатор 32 фильтра включен между положительным 33 и отрицательным 34 выводами источника питания. Конденсатор 32 и индуктивность 27 являются элементами фильтра нижних частот по питанию генератора.

Преобразователь частоты 3 (фиг.1) представляет собой смеситель сигналов, работающий на частоте до 2500 МГц, и выполнен на микросхеме uPC8172.

Широкополосный усилитель 4, выполненный на интегральной микросхеме BGA6589, позволяет усиливать сигналы от 0,01 до 2500 МГц на согласованную нагрузку 50 Ом.

Таким образом, генератор (фиг.2) выполнен на четырех транзисторах с общим эмиттером, причем базы транзисторов объедены и присоединены к аноду полупроводникового диода и резистору установки базовых токов транзисторов. Коллекторы транзисторов присоединены к конденсаторам обратной связи и через резисторы регулировки коллекторных токов присоединены к резистору ограничения коллекторных токов и разделительному конденсатору. Резистор ограничения коллекторного тока и резистор задачи базового тока присоединены к индуктивности, к второму выводу индуктивности присоединен конденсатор фильтра и плюс источника питания.

Способ реализуется следующим образом.

От генератора 2 шумового сигнала через разделительный конденсатор 5 и переменный резистор 6 регулировки уровня шумового сигнала шумовой сигнал поступает на первый вход преобразователя частоты 3. На второй вход преобразователя частоты 3 через разделительный конденсатор 8 и переменный резистор 9 регулировки уровня тактовой частоты поступает сигнал тактовой частоты СОИ. Преобразователь частоты 3 преобразует шумовой сигнал и сигнал тактовой частоты СОИ в шумовой сигнал, спектр частот которого зависит от тактовой частоты СОИ и следовательно гармоник и побочных электромагнитных излучений, связанных с тактовой частотой. Через разделительный конденсатор 10 шумовой сигнал поступает на вход широкополосного усилителя 4. Усиленный сигнал через разделительный конденсатор 11 и переменный резистор 12 регулировки уровня шумового сигнала поступает на выход устройства защиты информации 13. Таким образом, как бы не изменялась тактовая частота СОИ (она изменяется автоматически при программной установке разрешающей способности монитора в пределах от 47 до 168 МГц), побочные электромагнитные излучения и наводки всей системы будут зашумлены. В этом случае нет необходимости использовать большие мощности 1…2 Вт в широком диапазоне частот от 0,01 до 2500 МГц для зашумления информативных побочных электромагнитных излучений и наводок.

Устройство защиты информации было установлено в канале передачи цифровой информации (DVI) между монитором и системным блоком компьютера, в результате чего информативный сигнал на расстоянии 0,2…1 м от системы обнаружить не удалось.

В основе работы ГШС лежит принцип генерации высокочастотных колебаний, повторяющихся с низкой частотой шумового сигнала. Первопричиной стохастического поведения системы являются естественные флуктуации начальных условий возникновения высокочастотных колебаний, амплитуда которых за счет эффекта сверхрегенеративного усиления получает значительное приращение, но не достигает стационарного значения, определяемого нелинейностью активных элементов, так как электропитание от источника питания поступает через ограничивающий резистор 26, общий для обоих автогенераторов, ограничивает ток активных элементов. С насыщением активных элементов и зарядом конденсаторов 21, 22 обратной связи имеет место резкое уменьшение тока через эти элементы. После чего благодаря глубокой положительной обратной связи происходят разряд конденсаторов и возбуждение колебательных процессов. Благодаря подключению полупроводникового диода 23, имеющего нелинейную характеристику и шумовые свойства p-n перехода, к цепям баз транзисторов, режим работы автогенераторов характеризуется хаотическим изменением частот и фаз автогенераторов, что и приводит к расширению спектра выходного сигнала.

Опытный образец был выполнен на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. С использованием SMD элементов. Плата имеет размеры 40×30 мм. Корпус выполнен из металла, радиоэкранированный с размерами 50×35×12 мм.

Исследования опытного образца показывают, что предлагаемый ГШС обеспечивает перекрытие по диапазону частот до 3000 МГц.

Режим генерации шумового сигнала остается устойчивым при изменении напряжения питания в пределах от 3 до 10 В.

Таким образом, поставленный технический результат достигается как в части способа и устройства защиты информации, так и в части ГШС.

Промышленная осуществимость изобретений вытекает из описания устройства и генератора в статике и динамике и подтверждается фактом изготовления и успешного испытания опытных образцов с достижением указанного технического результата.

Claims (6)

1. Способ защиты системы обработки информации от побочных электромагнитных излучений, заключающийся в формировании шумового сигнала и смешении его с дополнительным сигналом при последующем использовании полученного в результате смешения сигнала в качестве маскирующего сигнала, отличающийся тем, что в качестве дополнительного сигнала используют тактовый сигнал системы обработки информации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шумовой сигнал формируют в диапазоне частот 10 кГц - 2 ГГц с уровнем мощности 10 дБм ±2 дБм.

3. Устройство для реализации способа, содержащее генератор шумового сигнала, формирователь дополнительного сигнала, преобразователь частот сигналов, к первому и второму входам которого подсоединены выходы генератора шумового сигнала и формирователя дополнительного сигнала, а также усилитель, вход которого соединен с выходом преобразователя частот сигналов, и выходную клемму, отличающееся тем, что в качестве формирователя дополнительного сигнала применяют блок тактовой частоты системы обработки информации, а в качестве преобразователя частот сигналов - смеситель шумового сигнала и сигнала тактовой частоты, при этом выходная клемма устройства соединена с выходом усилителя.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит три резистора регулировки уровней сигналов и пять разделительных конденсаторов, при этом первый вход смесителя сигналов соединен с генератором шумового сигнала через последовательно соединенные первый разделительный конденсатор, первый резистор и второй разделительный конденсатор, а второй его вход соединен с блоком тактовой частоты через последовательно соединенные третий разделительный конденсатор и второй резистор, выход смесителя сигналов соединен с входом усилителя через четвертый разделительный конденсатор, а выходная клемма устройства соединена с выходом усилителя через последовательно соединенные пятый разделительный конденсатор и третий резистор регулировки уровня сигнала.

5. Генератор шумового сигнала для реализации устройства, содержащий источник питания и расположенные в радиоэкранируемом корпусе первый и второй автогенераторы, первый и второй переменные резисторы и первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, причем каждый из автогенераторов выполнен на двух транзисторах по схеме с общим эмиттером, а базы первых транзисторов первого и второго автогенераторов и базы вторых транзисторов первого и второго автогенераторов соединены, первый постоянный резистор, включенный в цепь ограничения тока баз транзисторов, а в цепь регулировки уровня генерируемого шумового сигнала в качестве разделительного конденсатора включен первый конденсатор, с последовательно соединенным с ним первым переменным резистором, второй конденсатор включен в качестве блокировочного конденсатора между положительной и отрицательной клеммами источника питания, отличающийся тем, что дополнительно содержит полупроводниковый диод и третий и четвертый переменные резисторы, при этом катод полупроводникового диода подсоединен к базам транзисторов и через последовательно соединенные второй переменный резистор и первый постоянный резистор - к положительной клемме источника питания, а анод - к корпусу, третий и четвертый переменные резисторы совместно с присоединенным к ним вторым постоянным резистором включены в качестве резисторов ограничения и установки коллекторных токов транзисторов первого и второго автогенераторов, а третий и четвертый конденсаторы включены в качестве конденсаторов обратной связи между соответствующими базами и коллекторами транзисторов автогенераторов.

6. Генератор по п.5, отличающийся тем, что дополнительно содержит индуктивность, при этом последовательно соединенные второй переменный резистор и первый постоянный резистор подсоединены к положительной клемме источника питания через индуктивность.

Images