Лекция 5 Оптические каналы утечки информации. Материально-вещественный канал утечки информации

Лекция 5 Оптические каналы утечки информации. Материально-вещественный канал утечки информации

Структура и классификация оптических каналов утечки информации

Структура оптического канала утечки информации представлена на рисунке 5.1

Внешний Помеха

источник

сигнала

 

 

Рисунок 5.1 - Структурная схема оптического канала утечки информации

Мощность источника светового сигнала характеризуется величиной светового потока в люменах (лм).

Яркость излучения измеряется в канделах на 1м².

Если объект наблюдается в отраженном свете, то создаваемый световой поток равен произведению освещенности объекта на площадь проекции на плоскость, перпендикулярно направлению наблюдения. Освещённость измеряется в люксах.

Источники оптических сигналов характеризуются следующими показателями:

a) диапазон длин волн 0,4 – 0,76 мкм в видимом диапазоне

a. 0,76 – 14 мкм в ИК диапазоне

b) освещенность объектов наблюдения внешним светом 10^-5 – 10⁵ люкс.

 

Основным и наиболее мощным внешним источником света, освещающим объекты наблюдения в дневное время, является Солнце. При температуре поверхности около 6000^о С Солнце излучает огромное количество энергии в достаточно широкой полосе – от ультрафиолетового до инфракрасного (0,17 – 4 мкм). Максимум солнечного излучения приходиться на 0,47 мкм, в ультрафиолетовой части оно резко убывает, в инфракрасной области зависимость уровня излучения от длины волны регистрируется в виде широкой и пологой кривой.

Освещенность в дневное время земной поверхности Солнцем составляет в зависимости от его высоты, облачности атмосферы 10¹-10⁵лк. С движением Солнца к горизонту Земли, когда зенитное расстояние между ними достигает максимума, освещенность Солнцем уменьшается до 10лк. При этом изменяется спектр солнечного света. Так как при прохождении толщи атмосферы синие и фиолетовые лучи ослабляются сильнее, чем оранжевые и красные, максимум излучения Солнца смещается в красную область цвета. С заходом Солнца за горизонт и наступлением сумерек освещенность убывает вплоть до наступления астрономических сумерек , за которым следует наиболее темное время суток – ночь.

Освещенность в лунную ночь при безоблачном небе, когда так называемую естественную ночную освещенность (ЕНО)создает отраженный от Луны солнечный свет, составляет около 0,3 лк. Величина ЕНО света Луны в течение месяца меняется приблизительно в 100 раз в зависимости от взаимного расположения Луны, Солнца и Земли. Лунный месяц разделяется по уровню освещенности на четыре части, каждая длительностью около недели.

Источниками излучения в безлунную ночь при безоблачном небе, называемого звездным светом, являются солнечный свет, отраженный от планет и туманностей, свет звезд, а также свечение кислорода и азота в верхних слоях атмосферы на высоте 100 – 300 км. Освещенность поверхности Земли звездным светом составляет в среднем 0,001 лк.

В инфракрасном диапазоне мощность излучения объекта зависит от температуры тела или его элементов, мощности падающего на объект света и коэффициента отражения объекта в этом диапазоне. Коэффициент теплового излучения для реальных объектов не постоянен по спектру и определяется в соответствии с законом Кирхгофа отношением спектральной плотности энергетической яркости объекта к спектральной плотности энергетической яркости абсолютно черного тела, которое обладает максимумом энергии теплового излучения по сравнению со всеми другими источниками при той же температуре.

Объекты могут иметь собственные источники тепловой энергии, например, высокотемпературные элементы машин, дизель-электростанции и др., температура которых значительно выше температуры фона. Максимум теплового излучения таких объектов смещается в коротковолновую область, что служит демаскирующим признаком.

Объект наблюдения в оптическом канале утечки информации может рассматриваться одновременно как источник информации и источник сигнала, так как световые лучи, неущие информацию о видовых признаках объекта, представляют собой отраженные объектом лучи внешнего источника или его собственные излучения.

Отраженный от объекта свет содержит информацию о его внешнем виде (видовых признаках), а излучаемый объектом свет - о параметрах излучений (признаках сигналов). Запись информации производится в момент отражения падающего света путем изменения его яркости и спектрального состава. Излучаемый свет содержит информацию об уровне и спектральном составе источников видимого света, а в инфракрасном диапазоне по характеристикам излучений можно также судить о температуре элементов излучения.

Освещенность некоторых объектов наблюдения на улице и в помещении указана в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Освещенность некоторых объектов наблюдения на улице и в помещении

Объект наблюдения на улице	Е, лк	Объект наблюдения в помещении	Е, лк
Яркий солнечный Свет	104 - 105	Офис	200 – 500
Пасмурный день	102 – 103	Магазин	75 – 300
Сумерки	1 - 10	Коридор	75 – 200
Полная луна	0,1 - 1	Производственные помещения для: - грубой работы; - работы средней сложности; - тонкой работы; - очень тонкой работы	40 – 100 80 – 300 150 – 1000 300 – 5000
Пасмурная ночь	0,1 – 0,01	Жилые помещения	40 - 150
Безлунная ясная Ночь	10-3 – 10-2	Переходы и лестницы	15 – 30
Безлунная пасмурная ночь	10-5 – 10-4	Заводские дворы ночью	3 - 15

В видимом диапазоне мощность излучения определяется в подавляющем большинстве случаев мощностью отраженного света и содержащихся в объекте искусственных источников света. Например, габариты автомобиля в ночное время обозначаются включенными фонарями красного цвета, укрепленными по краям автомобиля. Собственные электромагнитные излучения в видимом диапазоне объект наблюдения или его элементы излучают при высокой температуре. В ближней (0.76-3 мкм) и средней (3-6 мкм) диапазонах ИК-излучения объектов значительно меньше мощности отраженного от объекта потока солнечной энергии. Однако с переходом в длинноволновую область ИК-излучения мощность теплового излучения объектов может превышать мощность отраженной солнечной энергии.

Среду распространенияв оптическом канале утечки информации образует:

a) безвоздушное пространство;

b) атмосфера;

c) вода;

d) оптические волокна.

Оптический канал утечки информации, среда распростране­ния которого содержит участки безвоздушного пространства, воз­никает при наблюдении за наземными объектами с космических аппаратов. Граница между космическим пространством и атмос­ферой достаточно условна. В приземном космическом пространс­тве на высоте 100-200 км существуют еще остатки газов, тормозя­щие низкоорбитальные космические аппараты.

Сложный состав атмосферы вызывает неравномерность (изре-занность) ее амплитудно-частотной характеристики как среды рас­пространения. Участки в ней с малым затуханием называются окнами прозрачности. Диапазон зрения человека соответствует одному из наиболее широких и благоприятному для зрения окну прозрачности, что подтверждает земное происхождение человека.

В общем случае прозрачность атмосферы зависит от соотно­шения длины проходящего сквозь нее света и размеров взвешен--ных в атмосфере частиц. Если размеры частиц соизмеримы с дли­ной волны света (больше половины длины волны) или больше, то пропускание значительно ухудшается. Поэтому уровень пропуска­ния меняется в зависимости от длины световой волны.

Прозрачность атмосферы среды распространения света оцени­вается метеорологической дальностью видимости. Метеорологическая видимость даже в окнах прозрачности зависит от нали­чия в атмосфере взвешенных частиц пыли и влаги, образующих: мглу и туман, капелек кристаллов воды в виде дождя и снега, а также аэрозолей и дымов, содержащих твердые частицы. Все это вызывает замутнение атмосферы и ухудшает видимость. Под ме­теорологической дальностью видимости понимается предельно большое расстояние, начиная с которого при данной прозрачности атмосферы в светлое время суток абсолютно черный предмет с уг­ловыми размерами 20'х 20' сливается с фоном у горизонта и стано­вится невидимым. Значения метеорологической дальности види­мости, видимости в баллах визуальной оценки замутненности ат­мосферы приведены в таблице 5.2

Таблица 5.2 - Значения метеорологической дальности види­мости, видимости в баллах визуальной оценки замутненности ат­мосферы

Мётеорологичес-кая дальность ви­димости, км	Оценка видимости, баллы	Визуальная оценка замутненности атмосферы
Менее 0,05		Очень сильный туман
0,05-0,2		Сильный туман
0,2-0,5		Умеренный туман
0,5-1,0		Слабый туман
1,0-2,0		Очень сильная дымка (очень плохая видимость)
2,0 – 4,0		Сильная дымка (плохая видимость)
4,0-10,0		Умеренная дымка (посредственная видимость)
10,0-20,0		Слабая дымка (удовлетворительная видимость)
20,0-50,0		Хорошая видимость
Более 50,0		Исключительно хорошая видимость
Более 200		Чистый воздух

Показатели метеорологической дальности атмосферы в конк­ретном районе регулярно определяются на станциях метеорологи­ческой службы и в метрах или в баллах передаются радиостанци­ями пользователям этой информации, в том числе водителям авто­транспорта.

Так как параметры источников сигналов и среды распростра­нения зависят от значений спектральных характеристик носителя информации, то протяженность оптического канала утечки ее в ви­димом и ИК-диапазонах может существенно различаться.

Однако в общем случае потенциальные оптические каналы утечки информации имеют достаточно устойчивые признаки. Типовые варианты оптических каналов утечки информации приведены в таблице 5.3

Таблица 5.3- Типовые варианты оптических каналов утечки информации

Объект наблюдения	Среда распространения	Оптический приемник
Документ, продук ция в помещении	Воздух Воздух + стекло окна	Глаза человека + бинокль, фотоаппарат
Продукция во дворе, на машине, на платформе	Воздух Атмосфера + безвоз-душное пространство	То же Фото, ИК, телевизионная аппаратура на КА
Человек в помеще-нии, во дворе, на улице	Воздух Воздух + стекло	Глаза человека + би-нокль, фото-, кино-, телевизионная аппаратура

 

 

 

До недавнего времени атмосфера и безвоздушное пространство были единственной средой распространения световых волн. С разработкой волоконно-оптической технологии появились направляющие линии связи в оптическом диапазоне, которые в силу больших их преимуществ по отношению к традиционным электрическим проводникам рассматриваются как более совершенная физическая среда для передачи больших объемов информации. Линии связи, использующие оптическое волокно – волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), устойчивы к внешним помехам, имеют малое затухание, долговечны, обеспечивают значительно большую безопасность передаваемой по волокну информации.

Волокно представляет собой нить диаметром около 100 мкм, изготовленную из кварца на основе двуокиси кремния. Волокно состоит из сердцевины (световодной жилы) и оболочки из оптически менее плотного кварца. Значения показателей преломления (отношений скорости света в вакууме к скорости распространения света в среде) жилы и оболочки выбираются такими, чтобы обеспечить полное отражение света, распространяющегося по световодной жиле, от границы между жилой и оболочкой. Предельный угол полного отражения света (угол падения света на границу раздела среды, при равенстве и превышении которого наблюдается полное отражение от него) определяется из соотношения α=arcsin(n_ж / n_o), где n_ж и n_o – показатели преломления жилы и оболочки (рисунок 5.2)

n_ж

n_o

 

α

 

Рисунок 5.2 - Распространение света в оптическом волокне

Волокно, у которого сердцевина имеет постоянный показатель преломления света, называется ступенчатым.Если показатель преломления жилы меняется, то волокно называется градиентным.

Для передачи оптических сигналов применяются два вида волокна: одномодовоеи многомодовое.В одномодовом волок­не световодная жила имеет диаметр порядка 8-10 мкм, по кото­рой может распространяться один луч (одна мода) (рисунок 5.3 а)). В многомодовом волокне диаметр световодной жилы составляет 50-60 мкм, что делает возможным распространение в нем большо­го числа лучей (рисунок 5.3 б)).

 

Световой луч 1

Световой

луч

 

а) Световой луч 2 б)

Рисунок 5.3 - Одномодовые и многомодовые оптические волокна

 

Оптическое волокно как среда распространения оптического
канала утечки,информации характеризуется двумя основными па­
раметрами: затуханиеми дисперсией.Затухание определяет потери света в результате его поглощения и рассеяния и измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Потери на поглощение зави­сят от чистоты материала и длины волны света, а потери на рассеяние — от неоднородности показателя преломления. Кварц, так же как и воздух, имеет неравномерную амплитудно-частотную характеристику, с окнами прозрачности. Повышенная прозрачность кварца наблюдается в диапазонах 0,85 мкм, 1,3 мкм, 1,55 мкм и др. Поэтому в качестве носителя информации применяется свет в этих диапазонах. Лучшие образцы волокна имеют затухание порядка 0,15-0,2 дБ/км, разрабатываются еще более «прозрачные» волок­на с теоретическими значениями затухания порядка 0,02 дБ/км для
волны длиной 2,5 мкм. При таком затухании сигнала могут передаваться на расстояние в сотни км без ретрансляции (регенерации), что существенно превышает длину аналогичных линий связи на электрических проводах.

Так как лазер, который используется в качестве источника све-та для оптических каналов связи, излучает не идеальное монохромное колебание, а некоторый спектр длин волн, то спектральные составляющие оптического сигнала распространяются по светопроводу с разными фазовыми скоростями, которые зависят от показа­теля, преломления. В результате этого происходит разброс_:— дисперсиямоментов прихода в точку приема спектральных состав­ляющих сигнала. Она приводит к искажению (расширению) формы сигнала при его распространении в волокне, что ограничивает дальность передачи и верхнее значение частоты спектра сигнала. Дисперсия волокна оценивается величиной увеличения длитель­ности оптического сигнала Δτ или эквивалентной полосы частоты пропускания Δf в МГц на один км длины. При этом Δτ ≈ 1 / Δf.

Волокна объединяют в волоконно-оптические кабели, покрытые защитной оболочкой. По условиям эксплуатации кабели подраз­деляются намонтажные, станционные, зоновыеи магистраль­ные.Кабели первых двух типов используются внутри зданий и со­оружений. Зоновые и магистральные кабели прокладываются в ко­лодцах кабельных коммуникаций, в грунтах, на опорах, под водой.

Малые размеры жилы световолокна и необходимость обеспе­чения центрирования жил и параллельности поверхностей торцов волокон при их соединении создают определенные трудности при коммутации и ремонте ВОЛС по сравнению с электрическими про­водами. Для соединения волокон с приемно-передающей аппарату­рой используются коннекторы(соединители) различных типов с накидной гайкой и защелками-фиксаторами. Затухание оптическо­го сигнала в коннекторах составляет доли дБ. Волокна сращивают­ся путем сварки, механического соединения с помощью специаль­ных пластиковых устройств — «сплайсов», представляющих со­единения в прецизионной втулке с гелем, оптические свойства ко­торого совпадают с оптическими свинствами волокна.

Хотя возможность утечки информации из волоконно-оптического кабеля существенно ниже, чем из электрического, но при опре­деленных условиях такая утечка возможна. Для съема информации теоретически можно разрушить защитную оболочку кабеля, най­ти нужное оптическое волокно, прижать фотодетектор приемника к очищенной площадке волокна и изогнуть волокно на угол, при котором не обеспечивается полное отражение оптического луча внутри волокна и часть световой энергии попадает на фотодетектор приемника. Практически информацию из оптического волокна
добывают в местах соединения кабеля с техническими средствами или участков, кабеля друг с другом. Во-первых, в местах соединения трудно исключить излучение света в окружающее пространство из-за смещения соединяемых волокон, наличия зазора между ними, непараллельности торцевых поверхностей волокон, углового рассогласования осей волокон и различия в их диаметрах. Во-вторых, в этих местах реален доступ к волоконно-оптическому кабелю и оперативная замена штатных коннекторов на коннекторы с отводом части световой энергии к фотодетектору оптического при­емника злоумышленника.

В качестве оптических приемников оптических каналов утечки информации используются:

a) оптические приборы, расширяющие возможности зрения на­блюдателя (бинокли, зрительные трубы, специальные телескопы и др.);

b) фото- и киноаппараты, видеокамеры, консервирующие наблю­даемое изображение;

c) телевизионные камеры, позволяющие передавать движущееся изображение на сколь угодно большое расстояние;

d) приборы ночного видения, преобразующие невидимое глазом инфракрасное изображение в видимое;

e) тепловизоры, позволяющие наблюдать объект в свете его собственного теплового излучения.

Материально – вещественный канал утечки информации

Основными источниками информации вещественного канала утечки информации являются следующие: a) черновики различных документов и макеты материалов, узлов, блоков,… b) отходы делопроизводства и издательской деятельности в организации, в том числе использованная копировальная…