eng
Выпуск #1/2015
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: 5670
В продолжении обзора рассмотрены некоторые элементы оптических кабельных систем с точки зрения каналов возможной утечки информации. Ранее было показано, что мощность сигнала утечки определяется мощностью зондирующего сигнала. Предложено строить защиту конфиденциальности на основе экранирования, фильтрации, зашумления и детектирования паразитных модуляций.
Теги: eavesdropping talks optical cable systems spurious light modulation in optical fiber оптические кабельные системы паразитные модуляции света в оптоволокне подслушивание переговоров
Акустические поля – один из основных источников информации об объекте информатизации в виде конфиденциальных переговоров, побочных звуковых волн, сопровождающих различные процессы. Все это выделяет их на фоне других физических полей как один из основных каналов утечки информации. Обсудим более подробно возникновение паразитных модуляций световых потоков на оптических неоднородностях в кабеле [4]. Звуковая волна – периодический процесс упругих возмущений в среде в диапазоне частот приблизительно от 10 Гц до 20 кГц. В воздухе это упругое сжатие-расширение с длиной волны от 34 м до 1,7 см. За характерную частоту процесса можно принять 1,0 кГц с длиной волны 34,0 см, так что характерную длину однородности поля можно принять как Λ = 17,0 см. В случае оптических волокон большинство оптических неоднородностей обладает значительно меньшими размерами (l << Λ), поэтому процесс взаимодействия можно считать пространственно однородным.
Звуковая волна, оказывая механическое воздействие на волокно, вызывает отклик, который характеризуется упругими свойствами оптического кабеля и дефекта в нем. Обозначим через x некоторую степень свободы внутри дефекта, которая оказывает влияние на коэффициент обратного излучения βr и изменяется при внешнем воздействии акустического поля – акустического давления δp. Изменения давления в волне δp вызывает изменение параметра на δx, а это в свою очередь изменяет мощность обратного излучения на δβr. Глубина модуляции определяется относительными изменениями коэффициента βr , так что
m = δβr / βr = δx / x0,
где x0 – некоторое характерное невозмущенное значение смещения в колебательной системе с линейной зависимостью βr ~ x.
Основное действие акустического поля состоит в механическом воздействии на дефект, его сжатии-расширении изменяющимся давлением воздуха. Дефект как механическая система обладает резонансным откликом на механическое воздействие с набором собственных частот {2πfn} и соответствующих им резонансным частотам. Тогда зависимость глубины модуляции от частоты внешнего воздействия для n-го резонанса будет иметь вид
mn = δ xn / x0 = ( xn / x0 ) · ( fn γ / π ) / ( fn 2 – f 2 + i f γ / π ),
здесь xn = S δ p0 / 4 π M γ fn – амплитуда резонанса на частоте fn при амплитуде акустического давления δp0 для оптического дефекта массой M при площади поперечного сечения S и коэффициенте затухания механических колебаний γ.
Общая глубина модуляции m в виде отклика на широкополосное воздействие акустического поля определяется как среднее квадратичное значение от mn по всему спектру частот, которое зависит от самого воздействия.
Разъемное соединение
В инфраструктуре кабельной сети разъемные соединения обеспечивают развитие информационной системы путем наращивания дополнительных элементов через разъемы и переходники. Это создает дополнительные опасности в утечке речевой информации через паразитные модуляции акустическим полем на разъемах. Акустическая волна, идущая от источника звука, воздействуя на разъем, изменяет расстояние между волокнами, вызывает угловое и радиальное смещения соединяемых волокон. Формирование обратного излучения связано с отражением от тонкого слоя, который образуется при контакте двух волокон (рис.6). Моделью подобной системы является интерферометр Фабри-Перо (Fabry-Perot interferometer) на тонком слое толщиной d и показателем преломления n0. В этом приближении коэффициент обратного излучения определяется формулой Эйри для многолучевой интерференции на отражение (Airy’s Formula):
βr = [ 4R · sin 2 ( Δϕ / 2 ) ] / [ ( 1 – R)2 + 4R · sin 2 ( Δ ϕ / 2 ) ],
где R – коэффициент отражения от границ слоя, Δϕ = ( 4π/λ ) · n0 · d · cos A – разность фаз соседних отраженных лучей, λ – длина волны света, A – угол падения света на слой. В идеальном случае нормального падения ( A = 0 ) на плоскопараллельный слой (без клиновидности) толщиной менее длины волны света ( d << λ ) и малым отражением ( R << 1 ) для показателя преломления n0 = 1,0 (воздушная прослойка) получим
βr ≈ 160 R ( d / λ )2.
А глубину модуляции, вызываемой внешним акустическим воздействием, будет определять выражение
m = 2 δd / d0 ≤ 2dm / d0,
где d0 – расстояние между волокнами в невозмущенном состоянии, δd – возмущение и dm~δp0 – резонансное осевое смещение волокон.
В предлагаемой модели не учитываются угловые и радиальные смещения волокон, вносящие дополнительные паразитные модуляции, а также не учитывается угловое расхождение падающего на отражающий слой света. Но принятое приближение позволяет оценить опасность данного канала утечки информации. Во-первых, отметим, что отражение βr зависит от длины волны: это позволяет уменьшением длины волны зондирующего излучения увеличить мощность сигнала утечки (при этом глубина модуляции не изменится). Во-вторых, если принять длину волны зондирующего излучения λ = 1 мм, то резонансное осевое смещение волокон можно оценить как dm << d0 << λ. В самом деле, при акустическом давлении δp0 = 2 · 10–2 Па (уровень давления звука 60 дБ), если принять, что колебательную систему образует волокно длиной порядка l ≈ 0,02 м, плотностью ρ = M / Sl = 2,1 · 103 кг/м3 (плавленый кварц), которая имеет резонансную частоту f0 и γ << f0 (примем γ = f0 / 20π, что соответствует добротности Q = 20π 2), то
dm = C / f02,
где C = Q δp0 / 4π 2 ρ l ≈ 2,4 · 10–3 м·Гц 2 – константа в приближении для данного разъемного соединения. В этом случае для резонансной частоты f0 = 500 Гц получим резонансное осевое смещение волокон dm ≈ 0,01 мм, а глубину модуляции можно оценить m≤20%, если оценить расстояние между волокнами в невозмущенном состоянии d0 ≈ 0,1 мм. При мощности обратно отраженного света 10 · lg ( Pr / 0 ) = –50 дБ для одномодового волокна получим, что мощность оптического сигнала утечки составит 10 · lg ( δPr / P0 ) ≤ –57 дБ, что вполне может быть зарегистрировано. В случае уменьшения оценки расстояния между волокнами в невозмущенном состояния до значения, на порядок меньший (d0 ≈ 0,01 мм, случай хорошей обработки контактирующих поверхностей), мы получим мощность оптического сигнала утечки 10 · lg ( δPr / P0) ≤ –50 дБ при глубине модуляции m ≤ 100%. В случае разъемного соединения многомодовых волокон отражение возрастает на два порядка, тогда глубина модуляции повышается.
В обсуждаемой модели модуляции обратного и проходящего светового потока акустическим полем являются связанными процессами. Рост отражения от контакта ведет к росту потерь на прохождение, так что | δPp | = | δPr |. Следовательно, глубина модуляции прошедшего излучения
m~= ( βr / βp ) m << m.
Видно, что глубина модуляции прошедшего излучения значительно меньше глубины отраженного излучения (т. е. m~<< m). Объяснение кроется в том, что мощность прошедшего контакт излучения значительно выше мощности отраженного излучения, а их изменения по абсолютной величине – одинаковы (т. е. βr << βp). Подобный результат показывает, что рефлектометрические методы формирования канала утечки акустической информации более эффективны по сравнению с регистрацией паразитных модуляций проходящего светового потока.
Таким образом, оценка эффективности канала утечки акустической информации по глубине модуляции демонстрирует высокую опасность подобного подслушивания переговоров. Надо отметить, что паразитная модуляция имеет значительную шумовую составляющую, которая связана с возможными искажениями вследствие нелинейности процесса, с несколькими механизмами модуляции, с расхождением светового потока, так что сигнал утечки будет характеризоваться значительно меньшей общей эффективностью распознания смысла речи или значения звука.
Сравнение с экспериментом
Экспериментальные исследования глубины модуляции света на оптическом контакте многомодовых волокон, проведенные ранее, подтверждают наши оценки [5]. Исследования проводились на экспериментальной установке (рис.7), состоящей из оптического кросса, в котором размещался SC-SC адаптер многомодовых волокон, источник звука, микрофон контроля уровня звукового давления (sound pressure level, SPL). На SC-SC адаптер поступало стабилизированное лазерное излучение, которое на выходе регистрировалось фотоприемником с селективным нановольтметром или интегрирующим вольтметром. В оптическом кроссе формировалось акустическое поле со спектром белого шума, что позволяло возбуждать все механические резонансы в оптическом контакте многомодовых волокон. Белый шум формировал паразитные модуляции интенсивности света, которые регистрировались фотоприемником. Использование селективного нановольтметра в эксперименте обеспечило спектральные исследования световых модуляций с шириной полосы 25 дБ октавы.
Результаты исследований представлены на графиках спектральной зависимости глубины модуляции (рис.8) на прохождение m~(f) при фиксированных SPL белого шума и зависимости (рис.9) глубины модуляции от уровня звукового давления m~(SPL) для длин волн лазера λ = 850 нм и 632,8 нм. Из первого графика можно получить, что данный SC-SC адаптер имеет глубину модуляции m~≈ 0,9 ppm (1 ppm = 10–6) на резонансной частоте f0 ≈ 3 кГц. Если принять ( βr / βp ) = 40 дБ, что соответствует отношению мощностей отраженного и прошедшего излучения через контакт многомодовых волокон, тогда на резонансной частоте f0 ≈ 3 кГц получим оценку резонансного смещения волокон dm ≈ 0,0003 мм и глубины модуляции m~≈ 0,6 ppm. Это соответствует глубине модуляции отраженного излучения m ≤ 0,6%. При сравнении экспериментального и теоретического значений m~ наблюдаем совпадение порядков. Видимое различие в 1,5 раза, что возможно, связано с неучетом других механизмов паразитных модуляций. Зависимость на втором графике подтверждает существование влияния длины волны зондирующего излучения на глубину модуляции. Также мы наблюдаем насыщение при росте SPL белого шума, что соответствует насыщению механической колебательной системы. Но основной вывод состоит в том, что общая глубина модуляции излучения на прохождение контакта многомодовых волокон (связана с вкладом по всему спектру) на четыре порядка превышает максимальную глубину модуляции на резонансной частоте. Следовательно, при переходе к рефлектометрическому методу регистрации глубина модуляции отраженного излучения может достигать 100%.
Методы защиты акустической информации [4–8]
Защита объекта от утечки акустической информации через волоконно-оптические коммуникации во многом дублирует стандартные методы защиты кабельных систем, но и они имеют свои особенности. Важна структура канала утечки и физические принципы модуляции света.
Структура канала утечки акустической информации
Воздействие акустического поля на волоконно-оптические коммуникации вызывает нежелательную модуляцию световых потоков. Распространяясь по кабельным системам, модуляция выходит далеко за пределы охраняемой зоны, где может быть зарегистрирована нарушителем. Таким образом, конфиденциальная информация, связанная с акустическими полями на объекте информатизации, может оказаться в руках нарушителя. В предлагаемой структуре канала утечки можно выделить три главных элемента:
модуляция света в оптоволокне акустическими полями от источника информации;
распространение сигнала по оптическим кабельным системам за пределы охраняемой зоны;
зондирование и регистрация сигнала утечки нарушителем.
Каждый элемент канала утечки имеет свои слабые и сильные стороны в защите конфиденциальноcти информации. Их знание позволяет построить эффективную защиту. Она основана на следующих требованиях:
минимизация паразитных наводок (модуляций) в оптической кабельной системе;
ограничение выхода сигнала утечки за пределы охраняемой зоны;
предотвращение или выявление нелегального подключения к оптической сети.
Для этих целей можно использовать методы экранирования кабельной системы от внешних физических воздействий и полей; фильтрация и зашумление сигнала утечки; детектирование паразитных модуляций и попыток зондирования.
Дальнейшее обсуждение методов защиты строится для оптических кабельных систем связи. Объясняется это тем, что данные системы наиболее распространены и более часто встречаются по сравнению с волоконно-оптическими измерительными системами, системами безопасности и интерфейсами. Но приводимые рассуждения остаются в силе для всех видов применения оптического кабеля.
Акустическая экранировка оптического кабеля
Акустическая экранировка оптического кабеля – это звукоизоляция, ослабление акустического контакта внешнего акустического поля с оптическим кабелем путем использования звукопоглощающих/отражающих материалов, применением оптического кабеля высокого качества, удалением кабеля от источника звука. Монтаж структурированной кабельной системы в офисе и здании производится с использованием кабельных коробов, лотков, коммутационных кроссов, терминальных элементов и т. д., где в оптическом кабеле образуются все типы неоднородностей. Основная причина их появления неизбежна и связана с конструкцией сети. А другая причина может быть создана путем различных воздействий нарушителем временно (на необходимый период, по завершению которого оптическая однородность быстро восстанавливается). Именно поэтому акустическое экранирование не эффективно без постоянного контроля за состоянием структурированной кабельной системы. Основные рекомендации для экранирования состоят в следующем: вблизи источников конфиденциальной речевой информации качество кабеля должно быть наивысшим; топология сети включает минимальное число изгибов с максимально большим радиусом; все коммутационные элементы удалены, в противном случае на них должны быть установлены заглушки с акустическим экранированием.
Фильтрация и зашумление сигнала утечки информации [6, 7]
Метод подразумевает отсечение паразитных модуляций и добавление к полезному сигналу шума с помощью специального оборудования. Данный метод относится к активным методам, и, как правило, требует прямого включения в оптическую сеть промежуточного активного оборудования, что противоречит концепции технологии пассивных оптических сетей. В некоторых случаях устройство защиты может не входить в состав оптической сети непосредственно, например, когда зашумление производится путем прямого воздействия внешнего шумового физического поля на сам кабель. В этом случае воздействие включается только в требуемые моменты времени и с требуемой мощностью. Отличительной особенностью фильтрации является возможность ее применения для любой сети, в том числе и с неизвестной реакцией на паразитные модуляции.
Обнаружение паразитных наводок (модуляций) и зондирующих излучений [4, 8]
Защита акустической информации от утечек по оптической кабельной сети при паразитных акустических модуляциях света может быть построена на выявлении угрозы. Любая угроза утечки информации связана с двумя факторами: во-первых, наличием эффективной паразитной модуляции в области, где она исключается; во-вторых, наличием зондирующих излучений. Первая особенность указывает на саму возможность такой утечки, вторая – на реализацию угрозы. Особенностью утечки речевой информации является тот факт, что источник утечки, как правило, находится вблизи терминального сетевого оборудования. Это позволяет совместить трансивер с устройством защиты, когда в терминальном трансивере производится анализ световых потоков в сети и по фактам наличия паразитной модуляции и зондирующих излучений делается вывод о появлении угрозы подслушивания.
Заключение
В работе обсуждаются физические принципы паразитных модуляций света в оптоволокне внешними физическими полями и акустической волной в частности. Оценка возможной глубины модуляции сигнала утечки акустической информации при отражении от разъемного соединения показывает значительную опасность подслушивания через волоконно-оптические коммуникации. Из методов защиты выделяется детектирование угрозы подслушивания по мониторингу световых потоков в оптическом кабеле.
Литература
Grishachev V. V. Detecting threats of acoustic information leakage through fiber optic communication. – Journal of Information Security, 2012, v.3, p.149–155. doi.org/10.4236/jis.2012.32017.
Гришачев В. В., Косенко О. А. Практическая оценка эффективности канала утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации. – Вопросы защиты информации, 2010, № 2, c.18–25.
Патент 2 416 167 РФ. Способ и устройство активной защиты конфиденциальной речевой информации от утечки по акусто-опто-волоконному каналу на основе внешнего оптического зашумления / В.В.Гришачев, Д.Б. Халяпин, Н.А.Шевченко.
Патент 2 416 166 РФ. Способы и устройства активной защиты речевой информации от прослушивания по акусто-опто-волоконному каналу утечки / В.В.Гришачев, Д.Б. Халяпин, Н.А.Шевченко.
Патент 2 428 798 РФ. Волоконно-оптический детектор угроз утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации / В.В.Гришачев.
Звуковая волна, оказывая механическое воздействие на волокно, вызывает отклик, который характеризуется упругими свойствами оптического кабеля и дефекта в нем. Обозначим через x некоторую степень свободы внутри дефекта, которая оказывает влияние на коэффициент обратного излучения βr и изменяется при внешнем воздействии акустического поля – акустического давления δp. Изменения давления в волне δp вызывает изменение параметра на δx, а это в свою очередь изменяет мощность обратного излучения на δβr. Глубина модуляции определяется относительными изменениями коэффициента βr , так что
m = δβr / βr = δx / x0,
где x0 – некоторое характерное невозмущенное значение смещения в колебательной системе с линейной зависимостью βr ~ x.
Основное действие акустического поля состоит в механическом воздействии на дефект, его сжатии-расширении изменяющимся давлением воздуха. Дефект как механическая система обладает резонансным откликом на механическое воздействие с набором собственных частот {2πfn} и соответствующих им резонансным частотам. Тогда зависимость глубины модуляции от частоты внешнего воздействия для n-го резонанса будет иметь вид
mn = δ xn / x0 = ( xn / x0 ) · ( fn γ / π ) / ( fn 2 – f 2 + i f γ / π ),
здесь xn = S δ p0 / 4 π M γ fn – амплитуда резонанса на частоте fn при амплитуде акустического давления δp0 для оптического дефекта массой M при площади поперечного сечения S и коэффициенте затухания механических колебаний γ.
Общая глубина модуляции m в виде отклика на широкополосное воздействие акустического поля определяется как среднее квадратичное значение от mn по всему спектру частот, которое зависит от самого воздействия.
Разъемное соединение
В инфраструктуре кабельной сети разъемные соединения обеспечивают развитие информационной системы путем наращивания дополнительных элементов через разъемы и переходники. Это создает дополнительные опасности в утечке речевой информации через паразитные модуляции акустическим полем на разъемах. Акустическая волна, идущая от источника звука, воздействуя на разъем, изменяет расстояние между волокнами, вызывает угловое и радиальное смещения соединяемых волокон. Формирование обратного излучения связано с отражением от тонкого слоя, который образуется при контакте двух волокон (рис.6). Моделью подобной системы является интерферометр Фабри-Перо (Fabry-Perot interferometer) на тонком слое толщиной d и показателем преломления n0. В этом приближении коэффициент обратного излучения определяется формулой Эйри для многолучевой интерференции на отражение (Airy’s Formula):
βr = [ 4R · sin 2 ( Δϕ / 2 ) ] / [ ( 1 – R)2 + 4R · sin 2 ( Δ ϕ / 2 ) ],
где R – коэффициент отражения от границ слоя, Δϕ = ( 4π/λ ) · n0 · d · cos A – разность фаз соседних отраженных лучей, λ – длина волны света, A – угол падения света на слой. В идеальном случае нормального падения ( A = 0 ) на плоскопараллельный слой (без клиновидности) толщиной менее длины волны света ( d << λ ) и малым отражением ( R << 1 ) для показателя преломления n0 = 1,0 (воздушная прослойка) получим
βr ≈ 160 R ( d / λ )2.
А глубину модуляции, вызываемой внешним акустическим воздействием, будет определять выражение
m = 2 δd / d0 ≤ 2dm / d0,
где d0 – расстояние между волокнами в невозмущенном состоянии, δd – возмущение и dm~δp0 – резонансное осевое смещение волокон.
В предлагаемой модели не учитываются угловые и радиальные смещения волокон, вносящие дополнительные паразитные модуляции, а также не учитывается угловое расхождение падающего на отражающий слой света. Но принятое приближение позволяет оценить опасность данного канала утечки информации. Во-первых, отметим, что отражение βr зависит от длины волны: это позволяет уменьшением длины волны зондирующего излучения увеличить мощность сигнала утечки (при этом глубина модуляции не изменится). Во-вторых, если принять длину волны зондирующего излучения λ = 1 мм, то резонансное осевое смещение волокон можно оценить как dm << d0 << λ. В самом деле, при акустическом давлении δp0 = 2 · 10–2 Па (уровень давления звука 60 дБ), если принять, что колебательную систему образует волокно длиной порядка l ≈ 0,02 м, плотностью ρ = M / Sl = 2,1 · 103 кг/м3 (плавленый кварц), которая имеет резонансную частоту f0 и γ << f0 (примем γ = f0 / 20π, что соответствует добротности Q = 20π 2), то
dm = C / f02,
где C = Q δp0 / 4π 2 ρ l ≈ 2,4 · 10–3 м·Гц 2 – константа в приближении для данного разъемного соединения. В этом случае для резонансной частоты f0 = 500 Гц получим резонансное осевое смещение волокон dm ≈ 0,01 мм, а глубину модуляции можно оценить m≤20%, если оценить расстояние между волокнами в невозмущенном состоянии d0 ≈ 0,1 мм. При мощности обратно отраженного света 10 · lg ( Pr / 0 ) = –50 дБ для одномодового волокна получим, что мощность оптического сигнала утечки составит 10 · lg ( δPr / P0 ) ≤ –57 дБ, что вполне может быть зарегистрировано. В случае уменьшения оценки расстояния между волокнами в невозмущенном состояния до значения, на порядок меньший (d0 ≈ 0,01 мм, случай хорошей обработки контактирующих поверхностей), мы получим мощность оптического сигнала утечки 10 · lg ( δPr / P0) ≤ –50 дБ при глубине модуляции m ≤ 100%. В случае разъемного соединения многомодовых волокон отражение возрастает на два порядка, тогда глубина модуляции повышается.
В обсуждаемой модели модуляции обратного и проходящего светового потока акустическим полем являются связанными процессами. Рост отражения от контакта ведет к росту потерь на прохождение, так что | δPp | = | δPr |. Следовательно, глубина модуляции прошедшего излучения
m~= ( βr / βp ) m << m.
Видно, что глубина модуляции прошедшего излучения значительно меньше глубины отраженного излучения (т. е. m~<< m). Объяснение кроется в том, что мощность прошедшего контакт излучения значительно выше мощности отраженного излучения, а их изменения по абсолютной величине – одинаковы (т. е. βr << βp). Подобный результат показывает, что рефлектометрические методы формирования канала утечки акустической информации более эффективны по сравнению с регистрацией паразитных модуляций проходящего светового потока.
Таким образом, оценка эффективности канала утечки акустической информации по глубине модуляции демонстрирует высокую опасность подобного подслушивания переговоров. Надо отметить, что паразитная модуляция имеет значительную шумовую составляющую, которая связана с возможными искажениями вследствие нелинейности процесса, с несколькими механизмами модуляции, с расхождением светового потока, так что сигнал утечки будет характеризоваться значительно меньшей общей эффективностью распознания смысла речи или значения звука.
Сравнение с экспериментом
Экспериментальные исследования глубины модуляции света на оптическом контакте многомодовых волокон, проведенные ранее, подтверждают наши оценки [5]. Исследования проводились на экспериментальной установке (рис.7), состоящей из оптического кросса, в котором размещался SC-SC адаптер многомодовых волокон, источник звука, микрофон контроля уровня звукового давления (sound pressure level, SPL). На SC-SC адаптер поступало стабилизированное лазерное излучение, которое на выходе регистрировалось фотоприемником с селективным нановольтметром или интегрирующим вольтметром. В оптическом кроссе формировалось акустическое поле со спектром белого шума, что позволяло возбуждать все механические резонансы в оптическом контакте многомодовых волокон. Белый шум формировал паразитные модуляции интенсивности света, которые регистрировались фотоприемником. Использование селективного нановольтметра в эксперименте обеспечило спектральные исследования световых модуляций с шириной полосы 25 дБ октавы.
Результаты исследований представлены на графиках спектральной зависимости глубины модуляции (рис.8) на прохождение m~(f) при фиксированных SPL белого шума и зависимости (рис.9) глубины модуляции от уровня звукового давления m~(SPL) для длин волн лазера λ = 850 нм и 632,8 нм. Из первого графика можно получить, что данный SC-SC адаптер имеет глубину модуляции m~≈ 0,9 ppm (1 ppm = 10–6) на резонансной частоте f0 ≈ 3 кГц. Если принять ( βr / βp ) = 40 дБ, что соответствует отношению мощностей отраженного и прошедшего излучения через контакт многомодовых волокон, тогда на резонансной частоте f0 ≈ 3 кГц получим оценку резонансного смещения волокон dm ≈ 0,0003 мм и глубины модуляции m~≈ 0,6 ppm. Это соответствует глубине модуляции отраженного излучения m ≤ 0,6%. При сравнении экспериментального и теоретического значений m~ наблюдаем совпадение порядков. Видимое различие в 1,5 раза, что возможно, связано с неучетом других механизмов паразитных модуляций. Зависимость на втором графике подтверждает существование влияния длины волны зондирующего излучения на глубину модуляции. Также мы наблюдаем насыщение при росте SPL белого шума, что соответствует насыщению механической колебательной системы. Но основной вывод состоит в том, что общая глубина модуляции излучения на прохождение контакта многомодовых волокон (связана с вкладом по всему спектру) на четыре порядка превышает максимальную глубину модуляции на резонансной частоте. Следовательно, при переходе к рефлектометрическому методу регистрации глубина модуляции отраженного излучения может достигать 100%.
Методы защиты акустической информации [4–8]
Защита объекта от утечки акустической информации через волоконно-оптические коммуникации во многом дублирует стандартные методы защиты кабельных систем, но и они имеют свои особенности. Важна структура канала утечки и физические принципы модуляции света.
Структура канала утечки акустической информации
Воздействие акустического поля на волоконно-оптические коммуникации вызывает нежелательную модуляцию световых потоков. Распространяясь по кабельным системам, модуляция выходит далеко за пределы охраняемой зоны, где может быть зарегистрирована нарушителем. Таким образом, конфиденциальная информация, связанная с акустическими полями на объекте информатизации, может оказаться в руках нарушителя. В предлагаемой структуре канала утечки можно выделить три главных элемента:
модуляция света в оптоволокне акустическими полями от источника информации;
распространение сигнала по оптическим кабельным системам за пределы охраняемой зоны;
зондирование и регистрация сигнала утечки нарушителем.
Каждый элемент канала утечки имеет свои слабые и сильные стороны в защите конфиденциальноcти информации. Их знание позволяет построить эффективную защиту. Она основана на следующих требованиях:
минимизация паразитных наводок (модуляций) в оптической кабельной системе;
ограничение выхода сигнала утечки за пределы охраняемой зоны;
предотвращение или выявление нелегального подключения к оптической сети.
Для этих целей можно использовать методы экранирования кабельной системы от внешних физических воздействий и полей; фильтрация и зашумление сигнала утечки; детектирование паразитных модуляций и попыток зондирования.
Дальнейшее обсуждение методов защиты строится для оптических кабельных систем связи. Объясняется это тем, что данные системы наиболее распространены и более часто встречаются по сравнению с волоконно-оптическими измерительными системами, системами безопасности и интерфейсами. Но приводимые рассуждения остаются в силе для всех видов применения оптического кабеля.
Акустическая экранировка оптического кабеля
Акустическая экранировка оптического кабеля – это звукоизоляция, ослабление акустического контакта внешнего акустического поля с оптическим кабелем путем использования звукопоглощающих/отражающих материалов, применением оптического кабеля высокого качества, удалением кабеля от источника звука. Монтаж структурированной кабельной системы в офисе и здании производится с использованием кабельных коробов, лотков, коммутационных кроссов, терминальных элементов и т. д., где в оптическом кабеле образуются все типы неоднородностей. Основная причина их появления неизбежна и связана с конструкцией сети. А другая причина может быть создана путем различных воздействий нарушителем временно (на необходимый период, по завершению которого оптическая однородность быстро восстанавливается). Именно поэтому акустическое экранирование не эффективно без постоянного контроля за состоянием структурированной кабельной системы. Основные рекомендации для экранирования состоят в следующем: вблизи источников конфиденциальной речевой информации качество кабеля должно быть наивысшим; топология сети включает минимальное число изгибов с максимально большим радиусом; все коммутационные элементы удалены, в противном случае на них должны быть установлены заглушки с акустическим экранированием.
Фильтрация и зашумление сигнала утечки информации [6, 7]
Метод подразумевает отсечение паразитных модуляций и добавление к полезному сигналу шума с помощью специального оборудования. Данный метод относится к активным методам, и, как правило, требует прямого включения в оптическую сеть промежуточного активного оборудования, что противоречит концепции технологии пассивных оптических сетей. В некоторых случаях устройство защиты может не входить в состав оптической сети непосредственно, например, когда зашумление производится путем прямого воздействия внешнего шумового физического поля на сам кабель. В этом случае воздействие включается только в требуемые моменты времени и с требуемой мощностью. Отличительной особенностью фильтрации является возможность ее применения для любой сети, в том числе и с неизвестной реакцией на паразитные модуляции.
Обнаружение паразитных наводок (модуляций) и зондирующих излучений [4, 8]
Защита акустической информации от утечек по оптической кабельной сети при паразитных акустических модуляциях света может быть построена на выявлении угрозы. Любая угроза утечки информации связана с двумя факторами: во-первых, наличием эффективной паразитной модуляции в области, где она исключается; во-вторых, наличием зондирующих излучений. Первая особенность указывает на саму возможность такой утечки, вторая – на реализацию угрозы. Особенностью утечки речевой информации является тот факт, что источник утечки, как правило, находится вблизи терминального сетевого оборудования. Это позволяет совместить трансивер с устройством защиты, когда в терминальном трансивере производится анализ световых потоков в сети и по фактам наличия паразитной модуляции и зондирующих излучений делается вывод о появлении угрозы подслушивания.
Заключение
В работе обсуждаются физические принципы паразитных модуляций света в оптоволокне внешними физическими полями и акустической волной в частности. Оценка возможной глубины модуляции сигнала утечки акустической информации при отражении от разъемного соединения показывает значительную опасность подслушивания через волоконно-оптические коммуникации. Из методов защиты выделяется детектирование угрозы подслушивания по мониторингу световых потоков в оптическом кабеле.
Литература
Grishachev V. V. Detecting threats of acoustic information leakage through fiber optic communication. – Journal of Information Security, 2012, v.3, p.149–155. doi.org/10.4236/jis.2012.32017.
Гришачев В. В., Косенко О. А. Практическая оценка эффективности канала утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации. – Вопросы защиты информации, 2010, № 2, c.18–25.
Патент 2 416 167 РФ. Способ и устройство активной защиты конфиденциальной речевой информации от утечки по акусто-опто-волоконному каналу на основе внешнего оптического зашумления / В.В.Гришачев, Д.Б. Халяпин, Н.А.Шевченко.
Патент 2 416 166 РФ. Способы и устройства активной защиты речевой информации от прослушивания по акусто-опто-волоконному каналу утечки / В.В.Гришачев, Д.Б. Халяпин, Н.А.Шевченко.
Патент 2 428 798 РФ. Волоконно-оптический детектор угроз утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации / В.В.Гришачев.
Отзывы читателей
