eng
Выпуск #6/2014
В. Гришачев
Канал утечки информации на основе паразитных наводок (модуляций) в оптическом волокне
Канал утечки информации на основе паразитных наводок (модуляций) в оптическом волокне
Просмотры: 7344
Оптические кабельные системы кроме функции транспорта информации могут применяться для распределенных измерений, что позволяет использовать их для формирования канала утечки информации. Предложены устройства на основе экранирования, фильтрации, зашумления и детектирования паразитных модуляций для защиты от прослушивания.
Теги: optical cable systems; spurious light modulation in the optical оптические кабельные системы паразитные модуляции света в оптоволокне подслушивание переговоров
Волоконно-оптические технологии в доме и офисе
Волоконно-оптические технологии окружают и сопровождают человека во многих областях его деятельности [1, 2]. Использование оптического кабеля как транспортной среды в различных системах связи – от телекоммуникаций до абонентского доступа – одна из наиболее успешных. Такие технологии, как пассивные оптические сети (passive optical network, PON), оптические структурированные кабельные системы (structured cabling systems, SCS) позволяют реализовать многие широкополосные услуги, например, услугу по передаче абоненту по одному кабелю аудио, видео и данных – Triple Play; построение конвергентных сетей (network convergence).
Другое применение связывается с волоконно-оптическими датчиками (fiber optic sensor, FOS) и распределенными измерительными сетями (технологический мониторинг состояния зданий, сооружений, экологический мониторинг природных и искусственных объектов). С измерительными и транспортными возможностями волоконной оптики связывают ее внедрение в системы безопасности и защиты. К ним относятся волоконно-оптические системы охраны объектов, системы видеонаблюдения и другие.
В последнее время разрабатываются волоконно-оптические удлинители интерфейсов периферийных устройств информационных систем, которые позволяют без промежуточных активных элементов передавать информацию на значительные расстояния с высокими скоростями. Например, применение оптического кабеля позволило создать соединение стандарта USB 3.0 Active Optical Cable (VIA Labs, Inc.) со скоростями 5 Gbps на расстояние 100 м. Аналогичное решение с собственным интерфейсом Thunderbolt (Intel, Corp.) имеет практическую реализацию как с оптическим, так и с медным кабелем. В данных удлинителях интерфейса трансиверы встроены в разъемы (штекеры) оптического кабеля. По подобной схеме создаются волоконно-оптические удлинители и конвертеры различных интерфейсов периферийных устройств, такие как USB, FireWire, Ethernet, HDMI, DVI, RS-232 и другие.
Столь широкое распространение волоконно-оптических технологий связано с преимуществами волоконно-оптической транспортной среды по сравнению с медной для передачи информации. Среда оптического транспорта – диэлектрик (плавленый кварц, стёкла, оптические пластмассы), но, главным образом, в оптическом кабеле используется плавленый кварц физические свойства которого и определяют его преимущества. С одной стороны, – это высокая механическая прочность, долговечность, невосприимчивость к электромагнитным полям, малое поглощение света. С другой, – технологии инсталляции и эксплуатации во многом повторяют возможности медного кабеля. В результате системы связи получили новую транспортную среду с уникальными свойствами и со стандартным монтажом.
Благодаря своим свойствам волоконно-оптические технологии передачи информации и измерений постоянно расширяют свои применения во многих областях и замещают медные кабельные системы, удовлетворяя более высокие требования. Однако новые технологии создают проблемы для обеспечения информационной безопасности. Они связаны с новизной транспортной системы и соответственно отсутствием исследованний физических принципов формирования каналов утечки информации. Основное внимание служб безопасности обращается на защиту трафика в волоконно-оптических телекоммуникациях, перехват которого может принести максимальный вред. Но кроме угроз трафику оптические кабельные системы офиса и дома несут опасность конфиденциальности информации внутри объектов. Причина – измерительные возможности оптического кабеля. Настоящая работа посвящена обоснованию подобных угроз.
Утечка информации
через волоконно-оптические коммуникации
Измерительные возможности
волоконной оптики
Проникновение волоконно-оптических технологий в офис и дом приводит к тому, что оптический кабель и волокно размещаются вблизи человека, работающего оборудования, внутренней среды офиса, которые генерируют физические поля, оказывающие влияние на прохождение света в волокне. У злоумышленника появляется возможность регистрировать подобные паразитные наводки от окружающих физических полей и, анализируя их, получить доступ к циркулирующей на объекте конфиденциальной информации. Обобщенную схему канала утечки информации можно представить в следующем виде (рис.1): физическое поле как носитель информации воздействует на световые потоки в волокне, вызывает модуляцию светового потока на частотах поля, в результате чего нарушитель получает доступ к конфиденциальной информации, используя зондирующие излучения в оптическом волокне. Канал утечки информации может быть реализован по оптической схеме на прохождение или на отражение света от места неоднородности. Также для реализации нарушитель может использовать как собственные зондирующие излучения, так и световые потоки легального информационного сигнала.
Внешние физические поля формируют паразитные наводки в волокне и приводят к модуляции параметров световой волны. Вид модуляции и ее глубина определяют эффективность канала утечки информации. В волокне возможна амплитудная, фазовая, частотная и поляризационная модуляция. Глубина модуляции зависит от параметров зондирующего излучения – интенсивности, спектрального состава, поляризации, степени монохроматичности и когерентности. Наибольшей чувствительностью к внешним воздействиям обладает фаза света, изменение которой регистрируется интерференционными методами с точность более 1 ppm (10–6). Это позволяет измерять механические воздействия на волокно и на акустические поля вблизи него. В основном поляризационные модуляции связаны с воздействием окружающих электромагнитных полей, а изменения спектра – с нелинейным рассеянием, которое зависит от температуры.
Таким образом, любое внешнее воздействие на волокно или окружающие его физические поля оказывают паразитное влияние на процесс распространения света, которое может быть детектировано специальными техническими средствами. Сложность регистрации паразитных наводок компенсируется ценностью получаемой конфиденциальной информации.
Оптическая рефлектометрия в сборе информации (рис.1)
Одним из основных способов регистрации паразитных наводок являются методы оптической рефлектометрии (Optical Time Domain Reflectometry, OTDR), они широко используются как в измерительной технике, так и в системах мониторинга волоконно-оптических линий связи [3]. Суть метода состоит в зондировании волокна импульсным или непрерывным оптическим излучением и регистрации обратного излучения. Обратное излучение появляется в результате взаимодействия зондирующего излучения с оптическими неоднородностями и дефектами оптического волокна. Оно направлено в противоположную (обратно) относительно зондирующего излучения сторону и связано с явлениями рассеяния, отражения и генерации (переизлучения) света. Оптическая схема на отражение позволяет по времени задержки τ обратного излучения (отклика) определять расположение исследуемого участка оптического кабеля. Это имеет важное значение для формирования канала утечки информации. Расстояние по кабелю до места наблюдения рассчитывается как
L = τ · c / 2 n,
где c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления волокна. Обратное излучение несет информацию о состоянии исследуемого участка кабеля, который подвергается паразитным наводкам со стороны окружающих физических полей и воздействий.
В измерительной технике для подобного зондирования используют излучение различного спектрального состава, когерентности, поляризации. Подбор параметров зондирующего излучения и методов регистрации позволяет получить достоверную информацию о состоянии самого волокна и процессах в окружающей его среде. В частности, временная рефлектометрия используется для контроля таких параметров оптической сети, как потери, наличие дефектов; бриллюэновские рефлектометры (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR) на основе спонтанного и вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна позволяют фиксировать распределение натяжений и распределение температур по длине оптического кабеля; когерентная оптическая рефлектометрия (Coherent Optical Time Domain Reflectometer, COTDR) применяется в системах виброакустического контроля.
Утечка информации из-за неоднородностей
волоконно-оптической сети
Эффективность методов оптической рефлектометрии значительно повышается при формировании обратного излучения в кабеле от оптических неоднородностей, дефектов. То есть участки волокна с локальным изменением показателя преломления, коэффициентов поглощения и рассеяния, по размерам сравнимые с длиной волны зондирующего излучения, являются источником формирования каналов утечки. Наличие оптической неоднородности приводит к увеличению мощности обратного излучения и повышает чувствительность волокна к внешним воздействиям и физическим полям. В волоконно-оптических измерительных системах формируют специальные участки с повышенной чувствительностью, например на основе волоконных решеток Брэгга (Fiber Bragg grating, FBG). Известно, что такие элементы повышают чувствительность высокоточных волоконных измерителей деформаций, температуры, в некоторых других случаях применяются оптические волокна с повышенной чувствительностью к электромагнитным полям (оптические волокна с большим значением постоянной Верде, Керра, Поккельса – Verdet, Kerr, Pockels constant) и так далее. Подобные структуры возможно создать и в обычных оптических структурированных кабельных системах, правда со значительно меньшей чувствительностью к внешним полям. В принципе, любая неоднородность ведет к росту влияния внешних воздействий на параметры световых потоков в волокне – это может быть использовано для формирования канала утечки побочной информации. Повышение мощности зондирующего излучения вызывает рост обратного излучения, то есть создает условия для измерения более удаленных участков кабеля с пониженными требованиями к регистрирующей аппаратуре.
Топология и инфраструктура
волоконно-оптических коммуникаций в канале утечки информации
На эффективность работы волоконно-оптической кабеля как распределенной измерительной системы большое влияние оказывает размещение кабеля в здании, офисе, а также использование инфраструктурных элементов для его монтажа. Если кабель одной из подсистем монтируется рядом с источниками побочных полей, формирующих информативные сигналы, то необходимо учитывать возможность паразитных наводок на световые потоки в кабеле. Нежелательные модуляции могут значительно усилиться при использовании коммутационных боксов, кабельных коробов без экранирования от внешних физических полей. Например, акустические поля могут резонировать с конструктивными элементами кабельной системы, тем самым увеличивая акустический контакт внешнего поля с волокном. Аналогичные явления возникают при воздействии электромагнитных, тепловых и других внешних полей. Размещение кабеля внутри коробов, их конструкция и расположение в здании имеет большое значение для нежелательных паразитных наводок на оптическое волокно.
Характеристика оптических неоднородностей
в канале утечки информации
Классификация оптических неоднородностей (дефектов)
Роль оптических неоднородностей в формировании каналов утечки конфиденциальной информации путем нежелательных, паразитных наводок в волокне может быть очень высокой, в связи с чем необходимо провести анализ типов неоднородностей, их характеристик. Все неоднородности можно разделить на три группы.
Внутренние оптические неоднородности (рис.2) оптического волокна, связанные с существующими дефектами, допущенными при производстве волокна и кабеля, при монтаже кабельной инфраструктуры и последующей эксплуатации. К ним относятся внутренние дефекты в виде локальных рассеивающих центров, внутренних трещин, внутренних напряжений, неидеальность формы волокна и т. д. Отличительной особенностью данного типа неоднородностей является их зависимость от качества используемого кабеля, качества монтажа и эксплуатации.
Инфраструктурные оптические неоднородности и дефекты (рис.3) связаны с выбором топологии и конструкцией кабельной системы. К ним относятся коммутационные узлы, разъемные и сварные соединения, угловые изгибы и скрутки кабеля, монтажные крепления кабеля и кабельных коробов и т. д. Каждый из элементов характеризуется собственным обратным излучением и потерями на прохождение света, которые существенно зависят от используемых технологий изготовления и установки, размещения, монтажа кабеля.
Индуцированные оптические неоднородности и дефекты (рис.4) вызваны непостоянными внешними воздействиями и полями, которые имеют естественное или искусственное происхождение. Их можно разделить на два вида – механические воздействия на оптический кабель и воздействие внешних физических полей. К первым относятся различные изгибы, растяжения-сжатия, скручивание. Таким воздействиям может быть подвержен кабель с целью повышения чувствительности к внешним информативным полям. Ко вторым относятся акустические поля, постоянные электромагнитные поля, тепловое воздействие, радиация и др. Надо отметить, что одновременное действие двух полей, одно из которых несет информативный сигнал, создает ситуацию, когда первое воздействие инициирует рост обратного излучения, а второе – его модулирует. Оба поля могут иметь одну природу, но быть разделенными по какому-либо параметру, например частоте. Это позволяет разделить два воздействия и выделить информативный сигнал из общего сигнала утечки.
Параметры неоднородностей и физического поля в канале утечки информации
Сигнал утечки информации в канале утечки формируется физическим полем и воздействием, которое является информативным (рис.5). Физическое поле характеризуется некоторым силовым параметром G, имеющим постоянную составляющую G0 = <G> и переменную составляющую δG, такую, что <δG> = 0. Таким образом, физическое поле можно представить в виде G = G0 + δG, которое содержит информативный сигнал с глубиной модуляции
g = δG / G0.
Характерный размер однородности поля обозначим через Λ.
Геометрические параметры оптической неоднородности в волокне описываются характерным размером l и длиной волокна в нем L. Соотношение между ними: l ≤ L. Например, длина скрученного волокна много меньше его диаметра. Важное значение имеет соотношение между характерными размерами неоднородности волокна и однородности поля: l ≤ Λ, в этом случае можно считать, что весь дефект находится под однородным воздействием физического поля и пренебречь интерференционными процессами между различными частями волокна.
Оптические характеристики неоднородности волокна проявляются в уменьшении мощности проходящего излучения и формировании обратного излучения, которые даются коэффициентом потерь
βp = Pp / P0
и коэффициентом обратного излучения
βr = Pr / P0.
Здесь, P0 – мощность зондирующего излучения, Pp – мощность излучения, прошедшего неоднородность, Pr – излучение рассеянное/отраженное/переизлученное в направлении, обратном зондирующему. Из общих преставлений понятно, что полные потери включают потери на формирование обратного излучения, так что βp (βr) > βr. В случае малых вариаций потерь можно утверждать, что
δβp ~ δβr.
Это важный вывод, так как в некоторых случаях позволяет провести замену анализа обратных излучений анализом мощности потерь, а это значительно упрощает процедуру вычисления.
Внешнее переменное воздействие физического поля δG с глубиной модуляции g вызывает изменение мощности обратного излучения δPr с глубиной модуляции
m = δPr / Pr = δβr / βr.
Таким образом, оптическая неоднородность может характеризоваться абсолютной чувствительностью (δ Pr / δ G) или нормированной чувствительностью
η = m / g.
Мощность обратного излучения является сигналом утечки информации, так как оно переносит конфиденциальную информацию о процессах вблизи от оптического кабеля. Абсолютное значение модулированной части обратного излучения, исходя из введенных определений, выражается формулой
δPr = ( P0 · βr · η ) · g.
Видно, что мощность сигнала утечки определяется мощностью зондирующего сигнала. Справедливо также утверждение, что возвращающаяся часть излучения полностью зависит от свойств оптической неоднородности. В некоторых случаях эта зависимость становится нелинейной, например для бриллюэновской рефлектометрии, но в любом случае – это основной параметр для формирования сигнала утечки. В формуле второй сомножитель определяется свойствами дефекта, а третий зависит от модуляционных параметров исследуемого участка кабеля, его чувствительности к внешнему полю. Их значение может быть увеличено путем дополнительного воздействия или подбором параметров зондирующего излучения, наиболее чувствительного к данному типу наводки.
Аналогично можно ввести глубину модуляции потерь прошедшего излучения:
m~= δPp / Pp = δβp / βp,
которая, в общем случае, будет пропорциональна глубине модуляции обратного излучения m.
Продолжение следует...
Литература
1.Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. – М.: Техносфера, 2003.
2.Волоконно-оптические датчики/Под ред. Э. Удда – М.: Техносфера, 2008.
3.Листвин А. В., Листвин В. Н. Рефлектометрия оптических волокон. – М.: ЛЕСАРарт, 2005.
Волоконно-оптические технологии окружают и сопровождают человека во многих областях его деятельности [1, 2]. Использование оптического кабеля как транспортной среды в различных системах связи – от телекоммуникаций до абонентского доступа – одна из наиболее успешных. Такие технологии, как пассивные оптические сети (passive optical network, PON), оптические структурированные кабельные системы (structured cabling systems, SCS) позволяют реализовать многие широкополосные услуги, например, услугу по передаче абоненту по одному кабелю аудио, видео и данных – Triple Play; построение конвергентных сетей (network convergence).
Другое применение связывается с волоконно-оптическими датчиками (fiber optic sensor, FOS) и распределенными измерительными сетями (технологический мониторинг состояния зданий, сооружений, экологический мониторинг природных и искусственных объектов). С измерительными и транспортными возможностями волоконной оптики связывают ее внедрение в системы безопасности и защиты. К ним относятся волоконно-оптические системы охраны объектов, системы видеонаблюдения и другие.
В последнее время разрабатываются волоконно-оптические удлинители интерфейсов периферийных устройств информационных систем, которые позволяют без промежуточных активных элементов передавать информацию на значительные расстояния с высокими скоростями. Например, применение оптического кабеля позволило создать соединение стандарта USB 3.0 Active Optical Cable (VIA Labs, Inc.) со скоростями 5 Gbps на расстояние 100 м. Аналогичное решение с собственным интерфейсом Thunderbolt (Intel, Corp.) имеет практическую реализацию как с оптическим, так и с медным кабелем. В данных удлинителях интерфейса трансиверы встроены в разъемы (штекеры) оптического кабеля. По подобной схеме создаются волоконно-оптические удлинители и конвертеры различных интерфейсов периферийных устройств, такие как USB, FireWire, Ethernet, HDMI, DVI, RS-232 и другие.
Столь широкое распространение волоконно-оптических технологий связано с преимуществами волоконно-оптической транспортной среды по сравнению с медной для передачи информации. Среда оптического транспорта – диэлектрик (плавленый кварц, стёкла, оптические пластмассы), но, главным образом, в оптическом кабеле используется плавленый кварц физические свойства которого и определяют его преимущества. С одной стороны, – это высокая механическая прочность, долговечность, невосприимчивость к электромагнитным полям, малое поглощение света. С другой, – технологии инсталляции и эксплуатации во многом повторяют возможности медного кабеля. В результате системы связи получили новую транспортную среду с уникальными свойствами и со стандартным монтажом.
Благодаря своим свойствам волоконно-оптические технологии передачи информации и измерений постоянно расширяют свои применения во многих областях и замещают медные кабельные системы, удовлетворяя более высокие требования. Однако новые технологии создают проблемы для обеспечения информационной безопасности. Они связаны с новизной транспортной системы и соответственно отсутствием исследованний физических принципов формирования каналов утечки информации. Основное внимание служб безопасности обращается на защиту трафика в волоконно-оптических телекоммуникациях, перехват которого может принести максимальный вред. Но кроме угроз трафику оптические кабельные системы офиса и дома несут опасность конфиденциальности информации внутри объектов. Причина – измерительные возможности оптического кабеля. Настоящая работа посвящена обоснованию подобных угроз.
Утечка информации
через волоконно-оптические коммуникации
Измерительные возможности
волоконной оптики
Проникновение волоконно-оптических технологий в офис и дом приводит к тому, что оптический кабель и волокно размещаются вблизи человека, работающего оборудования, внутренней среды офиса, которые генерируют физические поля, оказывающие влияние на прохождение света в волокне. У злоумышленника появляется возможность регистрировать подобные паразитные наводки от окружающих физических полей и, анализируя их, получить доступ к циркулирующей на объекте конфиденциальной информации. Обобщенную схему канала утечки информации можно представить в следующем виде (рис.1): физическое поле как носитель информации воздействует на световые потоки в волокне, вызывает модуляцию светового потока на частотах поля, в результате чего нарушитель получает доступ к конфиденциальной информации, используя зондирующие излучения в оптическом волокне. Канал утечки информации может быть реализован по оптической схеме на прохождение или на отражение света от места неоднородности. Также для реализации нарушитель может использовать как собственные зондирующие излучения, так и световые потоки легального информационного сигнала.
Внешние физические поля формируют паразитные наводки в волокне и приводят к модуляции параметров световой волны. Вид модуляции и ее глубина определяют эффективность канала утечки информации. В волокне возможна амплитудная, фазовая, частотная и поляризационная модуляция. Глубина модуляции зависит от параметров зондирующего излучения – интенсивности, спектрального состава, поляризации, степени монохроматичности и когерентности. Наибольшей чувствительностью к внешним воздействиям обладает фаза света, изменение которой регистрируется интерференционными методами с точность более 1 ppm (10–6). Это позволяет измерять механические воздействия на волокно и на акустические поля вблизи него. В основном поляризационные модуляции связаны с воздействием окружающих электромагнитных полей, а изменения спектра – с нелинейным рассеянием, которое зависит от температуры.
Таким образом, любое внешнее воздействие на волокно или окружающие его физические поля оказывают паразитное влияние на процесс распространения света, которое может быть детектировано специальными техническими средствами. Сложность регистрации паразитных наводок компенсируется ценностью получаемой конфиденциальной информации.
Оптическая рефлектометрия в сборе информации (рис.1)
Одним из основных способов регистрации паразитных наводок являются методы оптической рефлектометрии (Optical Time Domain Reflectometry, OTDR), они широко используются как в измерительной технике, так и в системах мониторинга волоконно-оптических линий связи [3]. Суть метода состоит в зондировании волокна импульсным или непрерывным оптическим излучением и регистрации обратного излучения. Обратное излучение появляется в результате взаимодействия зондирующего излучения с оптическими неоднородностями и дефектами оптического волокна. Оно направлено в противоположную (обратно) относительно зондирующего излучения сторону и связано с явлениями рассеяния, отражения и генерации (переизлучения) света. Оптическая схема на отражение позволяет по времени задержки τ обратного излучения (отклика) определять расположение исследуемого участка оптического кабеля. Это имеет важное значение для формирования канала утечки информации. Расстояние по кабелю до места наблюдения рассчитывается как
L = τ · c / 2 n,
где c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления волокна. Обратное излучение несет информацию о состоянии исследуемого участка кабеля, который подвергается паразитным наводкам со стороны окружающих физических полей и воздействий.
В измерительной технике для подобного зондирования используют излучение различного спектрального состава, когерентности, поляризации. Подбор параметров зондирующего излучения и методов регистрации позволяет получить достоверную информацию о состоянии самого волокна и процессах в окружающей его среде. В частности, временная рефлектометрия используется для контроля таких параметров оптической сети, как потери, наличие дефектов; бриллюэновские рефлектометры (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR) на основе спонтанного и вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна позволяют фиксировать распределение натяжений и распределение температур по длине оптического кабеля; когерентная оптическая рефлектометрия (Coherent Optical Time Domain Reflectometer, COTDR) применяется в системах виброакустического контроля.
Утечка информации из-за неоднородностей
волоконно-оптической сети
Эффективность методов оптической рефлектометрии значительно повышается при формировании обратного излучения в кабеле от оптических неоднородностей, дефектов. То есть участки волокна с локальным изменением показателя преломления, коэффициентов поглощения и рассеяния, по размерам сравнимые с длиной волны зондирующего излучения, являются источником формирования каналов утечки. Наличие оптической неоднородности приводит к увеличению мощности обратного излучения и повышает чувствительность волокна к внешним воздействиям и физическим полям. В волоконно-оптических измерительных системах формируют специальные участки с повышенной чувствительностью, например на основе волоконных решеток Брэгга (Fiber Bragg grating, FBG). Известно, что такие элементы повышают чувствительность высокоточных волоконных измерителей деформаций, температуры, в некоторых других случаях применяются оптические волокна с повышенной чувствительностью к электромагнитным полям (оптические волокна с большим значением постоянной Верде, Керра, Поккельса – Verdet, Kerr, Pockels constant) и так далее. Подобные структуры возможно создать и в обычных оптических структурированных кабельных системах, правда со значительно меньшей чувствительностью к внешним полям. В принципе, любая неоднородность ведет к росту влияния внешних воздействий на параметры световых потоков в волокне – это может быть использовано для формирования канала утечки побочной информации. Повышение мощности зондирующего излучения вызывает рост обратного излучения, то есть создает условия для измерения более удаленных участков кабеля с пониженными требованиями к регистрирующей аппаратуре.
Топология и инфраструктура
волоконно-оптических коммуникаций в канале утечки информации
На эффективность работы волоконно-оптической кабеля как распределенной измерительной системы большое влияние оказывает размещение кабеля в здании, офисе, а также использование инфраструктурных элементов для его монтажа. Если кабель одной из подсистем монтируется рядом с источниками побочных полей, формирующих информативные сигналы, то необходимо учитывать возможность паразитных наводок на световые потоки в кабеле. Нежелательные модуляции могут значительно усилиться при использовании коммутационных боксов, кабельных коробов без экранирования от внешних физических полей. Например, акустические поля могут резонировать с конструктивными элементами кабельной системы, тем самым увеличивая акустический контакт внешнего поля с волокном. Аналогичные явления возникают при воздействии электромагнитных, тепловых и других внешних полей. Размещение кабеля внутри коробов, их конструкция и расположение в здании имеет большое значение для нежелательных паразитных наводок на оптическое волокно.
Характеристика оптических неоднородностей
в канале утечки информации
Классификация оптических неоднородностей (дефектов)
Роль оптических неоднородностей в формировании каналов утечки конфиденциальной информации путем нежелательных, паразитных наводок в волокне может быть очень высокой, в связи с чем необходимо провести анализ типов неоднородностей, их характеристик. Все неоднородности можно разделить на три группы.
Внутренние оптические неоднородности (рис.2) оптического волокна, связанные с существующими дефектами, допущенными при производстве волокна и кабеля, при монтаже кабельной инфраструктуры и последующей эксплуатации. К ним относятся внутренние дефекты в виде локальных рассеивающих центров, внутренних трещин, внутренних напряжений, неидеальность формы волокна и т. д. Отличительной особенностью данного типа неоднородностей является их зависимость от качества используемого кабеля, качества монтажа и эксплуатации.
Инфраструктурные оптические неоднородности и дефекты (рис.3) связаны с выбором топологии и конструкцией кабельной системы. К ним относятся коммутационные узлы, разъемные и сварные соединения, угловые изгибы и скрутки кабеля, монтажные крепления кабеля и кабельных коробов и т. д. Каждый из элементов характеризуется собственным обратным излучением и потерями на прохождение света, которые существенно зависят от используемых технологий изготовления и установки, размещения, монтажа кабеля.
Индуцированные оптические неоднородности и дефекты (рис.4) вызваны непостоянными внешними воздействиями и полями, которые имеют естественное или искусственное происхождение. Их можно разделить на два вида – механические воздействия на оптический кабель и воздействие внешних физических полей. К первым относятся различные изгибы, растяжения-сжатия, скручивание. Таким воздействиям может быть подвержен кабель с целью повышения чувствительности к внешним информативным полям. Ко вторым относятся акустические поля, постоянные электромагнитные поля, тепловое воздействие, радиация и др. Надо отметить, что одновременное действие двух полей, одно из которых несет информативный сигнал, создает ситуацию, когда первое воздействие инициирует рост обратного излучения, а второе – его модулирует. Оба поля могут иметь одну природу, но быть разделенными по какому-либо параметру, например частоте. Это позволяет разделить два воздействия и выделить информативный сигнал из общего сигнала утечки.
Параметры неоднородностей и физического поля в канале утечки информации
Сигнал утечки информации в канале утечки формируется физическим полем и воздействием, которое является информативным (рис.5). Физическое поле характеризуется некоторым силовым параметром G, имеющим постоянную составляющую G0 = <G> и переменную составляющую δG, такую, что <δG> = 0. Таким образом, физическое поле можно представить в виде G = G0 + δG, которое содержит информативный сигнал с глубиной модуляции
g = δG / G0.
Характерный размер однородности поля обозначим через Λ.
Геометрические параметры оптической неоднородности в волокне описываются характерным размером l и длиной волокна в нем L. Соотношение между ними: l ≤ L. Например, длина скрученного волокна много меньше его диаметра. Важное значение имеет соотношение между характерными размерами неоднородности волокна и однородности поля: l ≤ Λ, в этом случае можно считать, что весь дефект находится под однородным воздействием физического поля и пренебречь интерференционными процессами между различными частями волокна.
Оптические характеристики неоднородности волокна проявляются в уменьшении мощности проходящего излучения и формировании обратного излучения, которые даются коэффициентом потерь
βp = Pp / P0
и коэффициентом обратного излучения
βr = Pr / P0.
Здесь, P0 – мощность зондирующего излучения, Pp – мощность излучения, прошедшего неоднородность, Pr – излучение рассеянное/отраженное/переизлученное в направлении, обратном зондирующему. Из общих преставлений понятно, что полные потери включают потери на формирование обратного излучения, так что βp (βr) > βr. В случае малых вариаций потерь можно утверждать, что
δβp ~ δβr.
Это важный вывод, так как в некоторых случаях позволяет провести замену анализа обратных излучений анализом мощности потерь, а это значительно упрощает процедуру вычисления.
Внешнее переменное воздействие физического поля δG с глубиной модуляции g вызывает изменение мощности обратного излучения δPr с глубиной модуляции
m = δPr / Pr = δβr / βr.
Таким образом, оптическая неоднородность может характеризоваться абсолютной чувствительностью (δ Pr / δ G) или нормированной чувствительностью
η = m / g.
Мощность обратного излучения является сигналом утечки информации, так как оно переносит конфиденциальную информацию о процессах вблизи от оптического кабеля. Абсолютное значение модулированной части обратного излучения, исходя из введенных определений, выражается формулой
δPr = ( P0 · βr · η ) · g.
Видно, что мощность сигнала утечки определяется мощностью зондирующего сигнала. Справедливо также утверждение, что возвращающаяся часть излучения полностью зависит от свойств оптической неоднородности. В некоторых случаях эта зависимость становится нелинейной, например для бриллюэновской рефлектометрии, но в любом случае – это основной параметр для формирования сигнала утечки. В формуле второй сомножитель определяется свойствами дефекта, а третий зависит от модуляционных параметров исследуемого участка кабеля, его чувствительности к внешнему полю. Их значение может быть увеличено путем дополнительного воздействия или подбором параметров зондирующего излучения, наиболее чувствительного к данному типу наводки.
Аналогично можно ввести глубину модуляции потерь прошедшего излучения:
m~= δPp / Pp = δβp / βp,
которая, в общем случае, будет пропорциональна глубине модуляции обратного излучения m.
Продолжение следует...
Литература
1.Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. – М.: Техносфера, 2003.
2.Волоконно-оптические датчики/Под ред. Э. Удда – М.: Техносфера, 2008.
3.Листвин А. В., Листвин В. Н. Рефлектометрия оптических волокон. – М.: ЛЕСАРарт, 2005.
Отзывы читателей
