Значительная протяженность сетей электропитания, многообразие возможных конфигураций их соединений, относительная свобода доступа к ним делают весьма актуальной задачу защиты информации, обрабатываемой в ПЭВМ и ЛВС от утечки по этим сетям. Особую остроту подобная проблема приобретает для организаций, арендующих одну или несколько комнат в зданиях, где кроме них размещаются другие, в том числе конкурирующие, компании. Авторы статьи предлагают практический метод решения этой проблемы, позволяющий планировать необходимые мероприятия по защите информации даже в условиях, когда нет возможности провести измерения физических параметров канала утечки
Утечка информативного сигнала по цепям электропитания может происходить различными путями. Например, между двумя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, могут возникнуть электромагнитные связи, создающие объективные предпосылки для появления информативного сигнала в цепях системы электропитания объектов вычислительной техники (ВТ), не предназначенных для передачи данного сигнала и потенциально образующих неконтролируемые каналы утечки информации. Эти процессы называются наводками и подразумевают собой передачу энергии из одного устройства в другое, не предусмотренную схемными или конструктивными решениями.
Характеристики паразитных наводок
В литературе наводки рассматриваются как совокупность трех элементов: источника, приемника и паразитной связи между ними. Применительно к рассматриваемой проблеме источниками наводки являются устройства, в которых обрабатывается информативный сигнал; приемниками — цепи электропитания, выступающие в качестве токопроводящей среды, выходящей за пределы контролируемой территории и одновременно с этим представляющие собой опасный канал утечки информации, обрабатываемой ПЭВМ и ЛВС.
Основная опасность паразитных наводок кроется в возможности создания одновременно несколькими источниками информативного сигнала и по многим цепям паразитной связи. В большинстве радиоэлектронных систем и средств ВТ вторичный источник питания (ВИП) и система распределения электропитания являются общими для многих элементов, блоков и узлов, В соответствии с идеальными требованиями цель системы распределения питания состоит в обеспечении всех нагрузок (схем и устройств) максимально стабильным напряжением в условиях изменения потребляемых ими токов. Кроме того, любой сигнал переменного тока, возникающий в нагрузке, не должен создавать переменного напряжения на шинах питания. То есть в идеальном случае ВИП является генератором ЭДС с нулевым полным сопротивлением. Однако реальные ВИПы и проводники питания не обладают нулевым сопротивлением, что в конечном итоге приводит к следующему: при обработке конфиденциальной информации в элементах схем, конструкций, подводящих и соединяющих проводов средств ВТ протекают токи информативных сигналов, образующиеся в результате взаимного влияния активных и пассивных элементов и устройств в процессе их работы (нелинейного преобразования сигналов в цепях с широким спектром частот и значительными изменениями импульсных напряжений и токов; отражения сигналов в соответствующих линиях связи из-за неоднородности и несогласованности нагрузок; наводок от внешних электромагнитных полей). Утечка информации при функционировании средств ВТ также возможна либо через непосредственное излучение и наведение информативных импульсов, циркулирующих между функционально законченными узлами и блоками, либо посредством высокочастотных электромагнитных сигналов, модулированных информативными импульсами и обладающих способностью самонаводиться на провода и общие шины электропитания через паразитные связи.
Паразитные связи
Известно несколько видов паразитных связей: емкостная; индуктивная; через: общее полное сопротивление, общий провод, электромагнитное поле. Возникновение тех или иных связей обусловлено схемой и конструкцией используемых для обработки информации ПЭВМ и ЛВС, а также схемой построения системы электропитания объекта ВТ. На рис. 1 показан возможный вариант передачи информативных сигналов в цепи питания. Внутри средства ВТ (в данном случае — ПЭВМ) информативные сигналы, циркулируя в информационных цепях, через паразитные емкостную, индуктивную связи, через общее сопротивление и электромагнитное поле наводятся на цепи электропитания непосредственно, выходя за пределы корпуса средства ВТ через ВИП.
Рис. 1. Схема распространения информативного сигнала по сети электропитания
Между источником конфиденциальной информации в схеме устройств обработки данных и сетью питания возможно существование 4 видов электромагнитных связей через:
• электрическое поле;
• магнитное поле;
• электромагнитное поле;
• провода, соединяющие 2 электрические цепи.
Возникновение возможных каналов утечки информации зависит от взаимного расположения информационных плат, ВИП, цепей питания. Например, вблизи работающей ПЭВМ существуют квазистатические магнитные и электрические поля, быстро убывающие с расстоянием, но вызывающие наводки на любые проводящие цепи (металлические трубы, телефонные провода, линии питания и т.п.). Они значительны на частотах от десятков кГц до десятков МГц. С увеличением расстояния исчезают связи через ближние электрические и магнитные поля, затем связь через электромагнитное поле и на больших расстояниях влияет на связь по проводам.
Рис. 2. Излучение источника информативного сигнала
Излучение по системе «источник информации—линия питания» близко по режиму работы к случайной антенне (рис. 2), параметры которой зависят от конфигурации и длины линий электропитания. Разброс параметров для различных схем может быть достаточно большим и, следовательно, параметры такой случайной антенны в диапазоне частот спектра узкополосных импульсов, используемых в современных ПЭВМ, могут быть самыми различными.
Для определения характера и частотного диапазона, в котором могут проявиться каналы утечки информации из сети, целесообразнее использовать метод практического измерения подобных характеристик конкретного количества средств обработки информации и полученных результатов.
Знание предельных величин опасного сигнала в сети питания позволяет планировать необходимые мероприятия для организации защиты обрабатываемой ПЭВМ и ЛВС конфиденциальной информации, даже в условиях, когда нет возможности провести его измерения.
Экспериментальные измерения
С этой целью для определения степени восприимчивости цепей электропитания к излучениям ПЭВМ и ЛВС был осуществлен эксперимент, в ходе которого измерялись значения уровней наводок от 100 случайным образом выбранных ПЭВМ IBM PC различных поколений (286—Pentium) и 12 ЛВС Arsnet. Были получены предельные величины опасных сигналов, представляющие собой верхние границы доверительных интервалов, позволяющие утверждать, что любая наперед взятая ПЭВМ или ЛВС с высокой вероятностью не будет иметь уровней наводок за пределами этого интервала.
Для ПЭВМ использовался запускаемый определенной программой тест с параметрами тактовой частоты 12,5 МГц и длительностью импульса 0,04 мкс. Для ЛВС применялся запускаемый специальной программой тест многократных посылок с рабочей станции на сервер с параметрами тактовой частоты 2,5 МГц и длительностью импульса 100 нс. Ошибки измерения составляли не более 5% от средневзвешенного по всему диапазону частот уровня измеряемой величины.
При анализе результатов измерений было выявлено, что ПЭВМ с более ранними поколениями процессоров (8086—80286 — «старые» ПЭВМ) в силу их конструктивных особенностей (низкая тактовая частота процессора) имеют на тактовой частоте тест-сигнала (12,5 МГц) максимальный уровень сигнала и в дальнейшем тенденцию к его снижению. У ПЭВМ более поздних поколений (IBM PC AT 386-Pentium - «новые» ПЭВМ) спектр сигнала смещается в более высокочастотную область и основная мощность сигнала сосредотачивается на более высоких гармониках тест-сигнала. К тому же в «новых» ПЭВМ применяются встраиваемые фильтры цепей электропитания, что обеспечивает более низкий уровень опасного сигнала по сравнению со «старыми». Исходя из этого данные измерений были разбиты на 2 массива, учитывающие поколение ПЭВМ. К первому массиву были отнесены результаты измерений наводимого опасного сигнала от ПЭВМ IBM XT и АТ-286, ко второму — более современных ПЭВМ IBM AT 386-486-Pentium.
Вследствие того, что экспериментальные данные были получены не на всех предполагаемых частотах измерений из-за отсутствия сигналов или слишком малых уровней сигналов по сравнению с существующими шумами, в каждом массиве они были сведены в выборки по интервалам суммирования, определяемые выражением DF = 1/t. Для них были определены статистические оценки начального момента случайной величины X, под которой понималось значение уровня опасного сигнала, наводимого на цепи электропитания конкретной ПЭВМ на данной частоте.
Результаты определения принадлежности данных выборок к какому-либо закону распределения (по критерию согласия c2 Пирсона) показали, что исследуемые массивы выборок с вероятностью 0,8 и 0,75 принадлежат к экспоненциальному закону распределения.
Рис. 3. Предельная величина опасного сигнала, наводимого «старыми» и новыми» ПЭВМ
Следующим этапом было определение верхних границ доверительных интервалов массивов частотных выборок с вероятностью 5 %, показанных на графике (рис. 3), где верхняя граница доверительного интервала для «старых» ПЭВМ представлена верхней пунктирной кривой, для «новых» — нижней кривой.
Для удобства дальнейшего использования значения представлены в дБ (относительно 1 мкВ). Из графика следует, что предельный уровень опасного сигнала, определяемый верхней границей доверительных интервалов всех выборок обоих массивов, имеет тенденцию к снижению его уровня при возрастании частоты.
Таким образом, наиболее целесообразно в дальнейшем проводить защитные мероприятия, ориентируясь на основную массу ПЭВМ, имеющую уровни наводок в пределах пятипроцентного доверительного интервала. Те ПЭВМ, которые имеют уровни наводок за пределами этого интервала, необходимо защищать с применением индивидуальных дополнительных защитных мероприятий или вообще не разрешать на них обработку конфиденциальной информации.
Ввиду значительной связи между уровнями наводок и протяженностью совместной прокладки линий ЛВС с цепями электропитания, не всегда поддающейся учету, при планировании защитных мероприятий для ЛВС Arsnet следует ориентироваться на максимальные величины опасных сигналов, полученные в результате эксперимента и представленные на рис. 4.
Рис. 4. Предельная величина опасного сигнала, наводимого ЛВС