Ищук Максим Валерьевич Исследование проводных линий связи в защищенных каналах передачи информации

Введение

21 век – век информационных технологий. Во главе мира государство, у которого наилучшие разработки в области информационных технологий. Самое дорогое и главное – это информация. И главной задачей становиться – скрыть тайну. В то же время у другой стороны главная задача – несанкционированный съем информации. И тут существует множество способов завладения информацией. В данной работе будут рассмотрены способы борьбы с несанкционированным съемом информации по техническим каналам. А именно по побочным электромагнитным излучениям и наводкам. Главный способ борьбы – экранирование проводных линий связи.

Цель данной магистерской работы

Отличительной особенностью радиолиний является распространение электромагнитных волн в свободном (естественном) пространстве (космос, воздух, земля, вода и т. д.). Дальность РЛ может простираться от нескольких сотен метров, как, например, при первой радиопередаче, осуществленной великим русским ученым А. С. Поповым в 1895 г., до сотен миллионов километров—расстояния между автоматическими космическими аппаратами и земными станциями.

Отличительной особенностью направляющих линий связи является то, что распространение сигналов в них от одного абонента (станции, устройства, элемента схемы и т. д.) к другому осуществляется только по специально созданным цепям и трактам ЛС, образующим направляющие системы, предназначенные для передачи электромагнитных сигналов в заданном направлении с должными качеством и надежностью.Вышеуказанные особенности РЛ и ЛС определяют их основные свойства и области применения. Так, РЛ используются для осуществления связи на различные расстояния, часто между абонентами, находящимися в движущемся относительно друг друга состоянии. Характер распространения электромагнитных сигналов в различных средах в первую очередь зависит от частоты радиосигнала (несущей частоты). В соответствии с этим различают следующие типовые диапазоны длин волн и радиочастот:

Сверхдлинные волны (СДВ)   Длинные волны (ДВ)   Средние волны (СВ)   Короткие волны (КВ)   Ультракороткие волны (УКВ)   Дециметровые волны (ДЦМ)   Сантиметровые волны (СМ)   Миллиметровые волны (ММ)   Оптический диапазон

100... 10 км (3...30 кГц)   10 ... 1 км (30 ... 300 кГц)   1,0... 0,1 км (0,3... 3 МГц)   100... 10 м (3...30 МГц)   10 ... 1 м (30 ... 300 МГц)   1 ... 0,1 м (0,3 ... 3 ГГц)   10... 1 см (3...30 ГГц)   10... 1 мм (30... 300 ГГц)   10... 0,1 мкм

Кроме указанных выше достоинств радиолиний, определяемых возможностью установления связи на огромные расстояния с подвижными объектами, отметим еще высокую скорость установления связи, а также возможность обеспечения передачи массовым средствам информации (радиовещание и телевидение) с неограниченным числом слушателей и зрителей.
Основными недостатками РЛ (радиосвязи) являются:

• зависимость качества связи от состояния;
• среды передачи и сторонних электромагнитных полей;
• низкая скорость; недостаточно высокая электромагнитная совместимость в диапазоне метровых волн и выше;
• сложность аппаратуры передатчика и приемника;
• узкополосность систем передачи, особенно на длинных волнах и выше.

Цель магистерской работы максимально эффективно использовать проводные линии связи в защищенных каналах передачи информации, постараться минимизировать недостатки. Основной задачей является разработать новую систему защиты проводных линий, с целью минимизации возможности хищения информации.

Актуальность

В наше время проводные линии связи ( а именно можно рассмотреть волокнооптические линии связи) получили широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства (связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.). Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40% в год. С их помощью решаются такие задачи, как:

• объединение локальных сетей подразделений. Это позволяет значительно ускорить обмен информацией, а значит сделать бизнес более эффектиным; сократить количество управляющих серверных станций, и, соответственно, необходимое для их обслуживания количество персонала; уменьшить число копий однотипных программ за счет установки одной сетевой версии (программы управления предприятием (ERP-системы), материального учета (MRP-системы), бухгалтерия (1C), Консультант плюс и т.п.), то есть сэкономить деньги на их покупку для каждого компьютера.
• перевод телефонии на оптические каналы связи. При таком подходе во всех офисах телефонные аппараты могут получить внутренний номер, в результате будет достигнута экономия за счет снижения внешнего телефонного трафика.
• скоростной доступ к Интернету по отдельной линии связи. Существенно повышает безопасность работы сети, обеспечивает высокую скорость и уменьшает трудозатраты по разделению внутренних и внешних информационных потоков.

Защищенные каналы связи используют проводные линии связи. Данная работа рассматривает возможные причины утечки информации из проводных линий связи по техническим каналам. Главный упор делается на побочные электромагнитные излучения и наводки. Будут рассмотрены способы борьбы с утечками. Считаю, что в век информационных технологий, когда самое ценной в мире это информация, способы борьбы на одном из этапов передачи являются очень актуальными. Данная тема интересна и государству (Государственной службе специальной связи Украины) и частным лицам. К частным лицам можно отнести любые организации, в документообороте которых может содержаться информация, которая содержит тайну.

Съем информации о техническим каналам
(анимация: объем - 70,2 КБ; размер - 585х506; задержка между последним и первым кадрами - 4550 мс; количество циклов повторения - 5; количество кадров - 13)

Планируемые результаты

В данной магистерской работе планируется провести исследования по существующим на данный момент способам борьбы с утечками информации по техническим каналам. Также планируется разработка новых методов с целью повышения защищенности передаваемой информации. Подробно планируется рассмотреть способы экранирования проводных линий связи и разработка улучшенного метода экранирования.

История развития проводных линий связи

Линии (каналы) связи обеспечивают передачу и распространение сигналов от передатчика к приемнику. По физической природе передаваемых сигналов различают электрические (проводные и радио), акустические и оптические каналы связи. Древнейшими каналами связи являются акустические и оптические.

Для передачи информации использовался звук - барабанов и колоколов. Человеческая речь также передается по акустическому каналу связи, ограниченному пределом слышимости. Принцип передачи информации голосом на большие расстояния использовался еще до новой эры. У персидского царя Кира (VI век до н. э.) состояло для этой цели на службе 30000 человек, именуемых царскими ушами. Они располагались на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости друг друга и передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. За один день известия по такому акустическому телефону проходили расстояние тридцатидневного перехода.

Сигнальные костры - это древнейший оптический канал связи.

В наше время наибольшее распространение получили электрические каналы связи. Это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Различают каналы электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, телемеханические, передачи данных и т. д. Составной частью каналов связи являются линии связи - проводные и беспроводные (радиосвязь). В свою очередь проводная связь может осуществляться по электрическому кабелю и по оптоволоконной линии. А радиосвязь осуществляется по ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-диапазонам без применения ретрансляторов, по спутниковым каналам с применением космических ретрансляторов, по радиорелейным линиям с применением наземных ретрансляторов и по сотовой связи с использованием сети наземных базовых радиостанций.

Проводные линии связи

Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные.

Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Санкт-Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный резиной. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй подводная кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.

В 1882-1884 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной скруткой. В 1900-1902 гг. дальность передачи телеграфной и телефонной связи была увеличена в несколько раз.

Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. - освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В.И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва-Петроград.

В 1930-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. Стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Они используются для передачи телевизионных сигналов высокой частоты, а также для междугородней и международной телефонной связи. Одним проводом в коаксиальном кабеле служит медная или алюминиевая трубка (или оплетка), а другим - вложенная в нее центральная медная жила. Они изолированы друг от друга и имеют одну общую ось. Такой кабель имеет малые потери, почти не излучает электромагнитных волн и поэтому не создает помех. Изобретателем коаксиального кабеля является сотрудник всемирно известной фирмы Bell Telephone Laboratories Cергей Aлександрович Щелкунов - эмигрант из Советской России. Первый в мире коаксиальный кабель был проложен в 1936 г. на экспериментальной линии Нью-Йорк-Филадельфия. По кабелю одновременно передавались 224 телефонных разговора.

Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.

Факсимильная связь

Факсимильная (или фототелеграфная) связь - это электрический способ передачи графической информации - неподвижного изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т.п. Осуществляется при помощи факсимильных аппаратов: телефаксов и каналов электросвязи (главным образом телефонных).

Первый телефакс был запатентован в 1843 году шотландским изобретателем Александром Бэйном. Его записывающий телеграф работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черно-белые изображения, без полутонов.

Джованни Касселли в 1855 году изобрел аппарат пантелеграф (Pantelegraph), который обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лионом. Позднее к ним присоединились и многие другие города. К 30-м гг. XX века системы на основных принципах Александра Бэйна и Джованни Касселли уже широко использовались в офисах издательств (для передачи свежих выпусков газет), государственных служб (для передачи срочных документов), служб защиты правопорядка (для передачи фотографий и других графических материалов). Для передачи документов применялись аналоговые технологии, которые не могли обеспечить высокого качества графических изображений. И только внедрение цифровых технологий в начале 80-х годов XX века позволило обеспечить высокое качество не только текстовых материалов, но и графических изображений при передаче по телефонным каналам связи.

Оптоволоконные линии связи

В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность. Всех этих недостатков лишены оптоволоконные линии - вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам (оптическому волокну).

Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Оно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния - широко распространенного и недорогого материала, в отличие от меди. Оптическое волокно очень компактное и легкое, оно имеет диаметр всего около 100 мкм.

История развития оптоволоконных линий связи началась в 1965-1967 гг., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи информации. С 1970 г. активно проводились работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии оптоволоконной связи. К началу 1980-х годов такие системы связи были разработаны и испытаны. Основными сферами применения таких систем стали телефонная сеть, кабельное телевидение, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.

Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. В начале XXI века внедряется уже 4-е поколение этой аппаратуры. В настоящее время быстрыми темпами развиваются системы дальней оптической связи на расстояния в многие тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Eвропа, Тихоокеанская линия США-Гавайские острова-Япония. Ведутся работы по завершению строительства глобального оптоволоконного кольца связи Япония-Сингапур-Индия-Саудовская Аравия-Египет-Италия.

В России компания «ТрансТелеКом» создала оптоволоконную сеть связи протяженностью более 50000 км (рис. 4.1). Она проложена вдоль железных дорог страны, имеет более 900 узлов доступа в 71 из 89 регионов России и дублирована спутниковыми каналами связи. В результате к концу 2001 года вступила в строй единая магистральная цифровая сеть связи. Она обеспечивает услуги междугородней и международной телефонной связи, Интернет, видеоконференции, видео, кабельное телевидение в 71 из 89 регионов России, где проживает 85-90% населения. Диапазон ее услуг: от простейшего речевого обмена и электронной почты до комбинированных (видео + голос + данные). Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:

Рис. 4.1. Оптоволоконная сеть Транстелеком

• очень высокая скорость передачи информации (на расстояние более 100 км без ретрансляторов);
• защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа;
• высокая устойчивость к электромагнитным помехам;
• стойкость к агрессивным средам;
• возможность передавать по одному волокну одновременно до 10 миллионов телефонных разговоров и одного миллиона видеосигналов;
• гибкость волокон;
• малые размеры и масса;
• искро-, взрыво- и пожаробезопасность;
• простота монтажа и укладки;
• низкая себестоимость;
• высокая долговечность оптических волокон - до 25 лет.

В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет. Подводные кабели связи существуют уже более 150 лет. В 1851 году инженер Брет проложил первый подводный кабель через Ла-Манш, соединив таким образом телеграфной связью Англию с континентальной Европой. Это стало возможным благодаря применению гуттаперчи - вещества, которое способно изолировать в воде провода, несущие ток.

В 1857-1858 гг. американский бизнесмен Сайрус Филд разработал проект сообщения Европы с Северной Америкой с помощью телеграфного кабеля и осуществил его прокладку по дну Атлантического океана. Несмотря на огромные технические и финансовые трудности, после ряда неудач телеграфная линия с 1866 г. начала устойчиво работать. Скорость передачи информации составляла всего 17 слов в минуту. В 1956 году был проложен первый телефонный коаксиальный кабель, а в последующие годы - еще несколько, с большей пропускной емкостью, чтобы удовлетворить потребности в передаче информации между Европой и Америкой.

Наконец в 1988-1989 гг. были установлены первые оптоволоконные системы - трансатлантическая и транстихоокеанская, со скоростью передачи информации по паре световодов 280 Мбит/с; при этом в качестве ретрансляторов использовались электронные усилители. Постепенно скорость увеличилась до 2,5 Гбит/с, а вместо электронных ретрансляторов стали применяться более совершенные эрбиевые волоконные усилители (эрбий - редкоземельный химический элемент). В 1990-е годы проложено более 350 000 км оптического кабеля, он связывает более 70 стран мира.

Средства и методы передачи в сетях ЭВМ

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель витая пара, коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.
В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:

• проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;
• кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели «витая пара», коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;
• беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям «простой старой телефонной линии» (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные каналы связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара(twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа звезда. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля «витая пара» можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа «общая шина». Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой. Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

В данной магистерской работе планируется провести исследования по существующим на данный момент способам борьбы с утечками информации по техническим каналам. Также планируется разработка новых методов с целью повышения защищенности передаваемой информации. Подробно планируется рассмотреть способы экранирования проводных линий связи и разработка улучшенного метода экранирования.

Выводы

Защита информации – одна из самых актуальных проблем в наше время. Не зря родилась поговорка « Кто владеет информацией – тот владеет миром » . В магистерской работе будет проведено исследование по излучениям кабелей и проводов в защищенных каналах передачи информации. Съем информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам является основным способом кражи информации. И один из самых незащищенных участков – это линии передачи информации. Основной задачей работы является разработка более совершенного способа экранирования проводных линий связи.

Литература

1. Калашников А.М., Степук А.В. Колебательные системы. // Курс учебного пособия «Основы радиотехники и радиолокации» : К, 1986. – 386 стр.
2. Сайт «Википедия» - Электронный ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Оптоволокно
3. Сайт «Sapr RU» - [электронный ресурс]: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=6645&iid=272
4. Official FCC Bulletin 70, "Millimeter Wave Propagation" http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/Documents/bulletins/oet70/oet70a.pdf, PDF, 1.7M).
5. Молдовян А.А. Криптография: скоростные шифры. СПб.: БХВ-Петербург, 2002, 496 с.
6. 6. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 2 – Радиосвязь / Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н.,. Шувалов В.П; под ред. профессора В.П. Шувалова. – М.: Горячаяя линия-Телеком, 2004. – 672 с.
7. Хорев А.А. Защита информации от утечки по техническим каналам. – К.: Лебедь, 2003. – 289 с.
8. Хорев А.А Способы и средства защиты информации. – К.: Лебедь, 2004. – 324 с.
9. А.А. Торокин Инженерно-техническая защита информации. – М.: Гелиос АРБ, 2005. 560 с. 10. Электронная библиотека ВИНИТИ [Электронный ресурс] : http://www.viniti.ru/cgi-bin/nti/nti.pl?action=search&query=%F8