Для цитирования: Титов А.А. Инженерно-техническая защита информации: Учебное пособие для студентов специальностей «Организация и технология защиты информации», "Комплексная защита объектов информатизации» и «Информационная безопасность телекоммуникационных систем». – Томск: Томск.гос.ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2010. – 197 с.
Задача защиты признаковой информации решается, прежде всего, путем
предотвращения обнаружения и распознавания признаков объектов, по кото-
рым можно обнаружить и распознать объекты, т. е. найти эти объекты среди
других объектов, определить их назначение, задачи, функции и характеристи-
ки. Признак объекта, позволяющий обнаруживать и распознавать объект, ко-
торому принадлежит признак, среди других объектов, называется демаскиру-
ющим.
2.1. Классификация демаскирующих признаков объектов защиты
Классификация демаскирующих признаков по различным основаниям
В зависимости от состояния объекта его демаскирующие признаки раз-
деляются на опознавательные признаки и признаки деятельности.
Опознавательные признаки описывают объекты в статическом состоя-
нии: его внешний вид, излучения, физические и химические свойства и др.
Признаки деятельности объектов характеризуют этапы и режимы функцио-
нирования объектов. Например, этапы создания новой продукции включают:
научные исследования, подготовку к производству, изготовление новой про-
дукции, ее испытания и т. д. Признаки деятельности представляют собой по-
следовательность во времени событий или действий составных элементов
рассматриваемого объекта и взаимодействующих с ним объектов, а также
значения статистических характеристик событий и действий. Например, по
активности посещения студентами библиотек и их количеству в читальном
зале можно спрогнозировать время сдачи курсового проекта, зачета или экза-
мена. По активности работы средств радиосвязи войсковой части можно
определить вид их деятельности: повседневная деятельность в местах посто-
янной дислокации, подготовка к передислокации, перемещение, развертыва-
ние в месте новой дислокации.
25
Демаскирующие признаки объекта можно разделить на три группы:
• видовые признаки;
• признаки сигналов;
• признаки веществ.
К видовым признакам относятся форма объекта, его размеры, детали
объекта, тон, цвет и структура его поверхности и др.
Признаки сигналов описывают параметры полей и электрических сиг-
налов, генерируемых объектом: их мощность, частоту, вид (аналоговый, им-
пульсный), ширину спектра и т. д.
Признаки веществ определяют физический и химический состав,
структуру и свойства веществ материального объекта.
Таким образом, совокупность демаскирующих признаков рассмотрен-
ных трех групп представляет собой модель объекта, описывающую его внеш-
ний вид, излучаемые им поля, внутреннюю структуру и химический состав
содержащихся в нем веществ.
Важнейшим показателем признака является его информативность. Ин-
формативность признака оценивается мерой в интервале [0…1], характеризу-
ющей его индивидуальность. Чем признак более индивидуален, т. е. принад-
лежит меньшему числу объектов, тем он более информативен. Величину ин-
формативности можно определить как Ik = (N-Nk)/N, где Nk — количество
объектов, содержащих признак k, из N рассматриваемых. Если признак при-
надлежит одному объекту, то информативность максимальная и приближает-
ся к 1; если признак принадлежит всем объектам выборки, то информатив-
ность нулевая. Информативность конкретного k-го признака можно характе-
ризовать вероятностью Рк обнаружения конкретного объекта по этому при-
знаку среди других рассматриваемых объектов.
Наиболее информативен именной признак, присущий одному конкрет-
ному объекту. Такими признаками являются фамилия, имя, отчество челове-
ка, папиллярный рисунок его пальцев, инвентарный номер прибора или об-
разца мебели. Факты, например, о совпадении папиллярных узоров пальцев
хотя бы двух разных людей не известны.
Информативность остальных демаскирующих признаков, принадлежа-
щих рассматриваемому объекту и называемых прямыми, колеблется в преде-
лах [0…1]. Признаки, непосредственно не принадлежащие объекту, но отра-
жающие его свойства и состояние, называются косвенными. Эти признаки
являются, как правило, результатом взаимодействия рассматриваемого объек-
та с окружающей средой. К ним относятся, например, следы ног или рук че-
ловека, автомобиля и других движущихся объектов. Следы краски или харак-
тер деформации поверхности автомобиля в результате автодорожного проис-
шествия позволяют находить автомобиль, скрывшийся с места происше-
ствия. Информативность косвенных признаков в общем случае ниже инфор-
мативности прямых. Однако если в результате взаимодействия объектов на
одном из них появляются именные признаки другого объекта, то информатив-
ность косвенного признака может приближаться к 1, например, четкие отпе-
чатки пальцев на предметах, следы обуви, протектора шин машины и др.
26
По времени проявления признаки могут быть:
• постоянными, не изменяющимися или медленно меняющимися в тече-
ние жизненного цикла объекта;
• периодическими, например следы на снегу;
• эпизодическими, проявляющимися при определенных условиях, напри-
мер, случайно появившееся на поверхности объекта пятно краски.
Структуры с наиболее достоверными априорными признаками объекта
называются эталонными, а структуры с полученными в момент наблюдения
и измерения признаками — текущими. Эталонные структуры периодически
корректируются путем замены их недостаточно достоверных признаков более
достоверными и информативными текущими признаками. Например, фото-
графия, в паспорте как эталонная признаковая структура видовых признаков
лица владельца, заменяется на новую при изменении информативных значе-
ний признаков в результате старения, отпускания бороды и усов, вживления
волос на облысевшую часть головы, изменения черт лица после пластической
операции.
2.2. Видовые демаскирующие признаки
Видовые демаскирующие признаки описывают внешний вид объекта.
Они объективно ему присущи, но выявляются в результате анализа внешнего
вида модели объекта – его изображения на экране оптического приемника
(сетчатки глаза человека, фотоснимке, экрана телевизионного приемника,
прибора ночного видения и т. д.). Так как модель в общем случае отличается
от оригинала, то состав и значения видовых демаскирующих признаков зави-
сят не только от объекта, но и от условий наблюдения и характеристик опти-
ческого приемника.
Наибольшее количество информативных видовых демаскирующих при-
знаков добывается при визуально-оптическом наблюдении объектов в види-
мом диапазоне.
Основными видовыми демаскирующими признаками объектов в види-
мом свете являются:
• фотометрические характеристики объектов (световые – освещенность,
яркость и др.)
• геометрические характеристики объектов (форма, размеры объекта,
цвет, освещенность, яркость, структура, рисунок и детали его поверхно-
сти);
• тени, дым, пыль, следы на грунте, снеге, воде;
• взаимное расположение элементов группового (сложного) объекта;
• расположение защищаемого объекта относительно других известных
объектов.
Геометрические и фотометрические характеристики объектов образуют
наиболее устойчивую и информативную информационную структуру, так как
они присущи объекту и относятся к прямым признакам.
27
Размеры объекта наблюдения определяются по максимальному и мини-
мальному линейным размерам, площади и периметру проекции объекта и его
тени на плоскость, перпендикулярную к линии визирования (наблюдения),
высоте объекта и др. Размеры приобретают значение основного демаскирую-
щего признака для объектов примерно одинаковой формы.
Форма — один из основных демаскирующих признаков, прежде всего
искусственных объектов, поскольку для них, как правило, характерны пра-
вильные геометрические формы.
Детали объектов, их количество, характер расположения дают представ-
ление о сложном объекте и позволяют отличить его от подобных по форме
объектов.
Тени объектов возникают в условиях прямого солнечного освещения и
являются важными демаскирующими признаками объекта при наблюдении
его сверху. Некоторые объекты (например, линии электропередачи, антенные
мачты, ограждения и т. д.) часто распознают только по тени. Различают два
вида тени: собственную, от элементов объектов, которая ложится на поверх-
ность самого объекта, и падающую, отбрасываемую объектом на фон. По па-
дающей тени можно обнаружить объект, определить его боковые размеры,
высоту, а также в ряде случаев и форму.
Важнейшим свойством поверхности объекта, определяющим его цвет и
яркость, является коэффициент отражения поверхности для различных длин
волн и частот: в видимом, инфракрасном и радиодиапазоне.
Объекты по-разному отражают падающие на них лучи света. Например,
коэффициент отражения листвы летом в ближнем инфракрасном диапазоне в
3-5 раз выше, чем в видимом, а у бетонных и асфальтовых покрытий отлича-
ются незначительно.
Отражательные свойства объектов описываются коэффициентами
(спектральными и интегральным) и индикатрисой отражения. Индикатриса
отражения характеризует распределение силы отраженного света в про-
странстве. Интегральный коэффициент отражения определяется в результате
усреднения спектральных (на одной длине волны) коэффициентов отражения
в рассматриваемом диапазоне длин волн.
В зависимости от характера поверхности различают направленное
(зеркальное), рассеянное (диффузное) и смешанное отражения. Граница
между ними условная и определяется соотношением величин неровностей
поверхности и длины падающей волны. Поверхность считается гладкой и от-
ражение от нее зеркальное, если отношение среднеквадратичного значения
высоты неровностей h к длине волны λ. менее единицы, шероховатой с диф-
фузным отражением, если более двух. Следовательно, шероховатая поверх-
ность в видимом свете может в ИК-диапазоне выглядеть как гладкая. Диф-
фузное отражение присуще мелкоструктурным элементам, таким как песок,
свежевыпавший снег. Большинство объектов земной поверхности имеют сме-
шанную индикатрису отражения.
28
Яркость объекта, определяемая не только коэффициентами отражения
объекта, но и яркостью внешнего источника освещения, относится к косвен-
ным признакам, таким как дым, пыль, его следы на различных поверхностях.
Любые тела излучают электромагнитные волны в ИК-диапазоне. Ве-
личина энергии, излучаемая любым телом с температурой Т, в соответствии с
формулой Стефана — Больцмана пропорциональна величине Т4. В ближней
(0,75-1,3 мкм) и средней (1,2-3,0 мкм) зонах ИК-излучения мощность тепло-
вого (собственного) излучения объектов значительно меньше мощности отра-
женного от объекта потока солнечной энергии. С переходом в длинноволно-
вую область ИК-диапазона мощность собственного излучения нагретых
Солнцем объектов становится соизмеримой с мощностью отраженной ими
солнечной энергии. Максимум энергии ИК-излучения тел при температуре
воздуха летом находится в диапазоне 3-5 и 8-14 мкм. Чем выше температура
тела, тем больше излучаемая энергия, а ее максимум смещается в сторону бо-
лее коротких волн. Поэтому нагретые тела с помощью соответствующих при-
боров могут наблюдаться в полной, с точки зрения человека-наблюдателя,
темноте.
Зрительный анализатор человека не воспринимает лучи в инфракрасном
диапазоне. Поэтому видовые демаскирующие признаки в этом диапазоне до-
бываются с помощью специальных приборов (ночного видения, тепловизо-
ров), имеющих худшее разрешение, чем глаз человека. Кроме того, видимое
изображение на экранах этих приборов одноцветное. Но изображение в ин-
фракрасном диапазоне может быть получено при малой освещенности объек-
та или даже в полной темноте, а к демаскирующим признакам добавляются
признаки, характеризующие температуру поверхности объекта.
В общем случае к демаскирующим признакам объекта в ИК-диапазоне
относятся:
• геометрические характеристики внешнего вида объекта (форма, разме-
ры, детали поверхности);
• температура поверхности.
В радиодиапазоне наблюдается более сложная картина, чем при отраже-
нии света. Отражательные возможности поверхности в этом диапазоне опре-
деляются, кроме указанных для света, ее электропроводностью и конфигура-
цией относительно направления падающей волны. Большая часть суши отра-
жает электромагнитную волну в радиодиапазоне диффузно, спокойная водная
поверхность — зеркально.
Радиолокационное изображение объектов сложной формы (автомобиль,
самолет и др.) формируется совокупностью отдельных пятен различной ярко-
сти, соответствующих так называемым «блестящим точкам»» объектов, отра-
жающих сигнал в направлении радиолокационной станции (РЛС). «Блестя-
щие точки» на экране локатора создают элементы поверхности объектов, рас-
положенные перпендикулярно направлению облучения, а также элементы
конструкции, которые после переотражений радиоволн внутри конструкции
возвращают их к радиолокатору.
29
Наибольшей отражающей способностью в направлении антенны радио-
локационной станции обладают конструкции в виде 2-4 жестко связанных
между собой взаимно перпендикулярных металлических или металлизиро-
ванных плоскостей. Такие конструкции называются уголковыми радиоотра-
жателями, применяемыми для имитации ложных объектов.
Конкретный вид радиолокационного изображения зависит от положения
объекта относительно направления облучения, так как при изменении ориен-
тации меняется количество и взаимное положение «блестящих точек».
Отражательная способность объекта в радиодиапазоне характеризу-
ется эффективной поверхностью (площадью) рассеяния (ЭПР).
Эффективная площадь рассеяния – способность объекта отражать
электромагнитные волны. Физический смысл термина — площадь поверхно-
сти, расположенной перпендикулярно направлению сигнала облучающей
РЛС, мощность отражённого сигнала от этой поверхности равна мощности
сигнала отражённого от объекта. Величина имеет размерность площади и из-
меряется обычно в квадратных метрах.
Примеры для сравнения:
* Бомбардировщик В-52 имеет ЭПР равную 40 м².
* Обычный истребитель — 6 м².
* Бомбардировщик B-2B (построенный с использованием технологии стелс)
— 0,75 м².
* Ударный самолёт F-117A (построенный с использованием технологии
стелс) — 0,01÷0,025 м².
* Птица в полёте — 0,01 м².
* Человек — ~0,8 м².
К основным видовым демаскирующим признакам объектов радиоло-
кационного наблюдения относятся:
• эффективная поверхность рассеяния;
• геометрические и яркостные характеристики (форма, размеры, яркость);
• электропроводность поверхности.
Видовые демаскирующие признаки в радиодиапазоне добываются также
с помощью тепловой радиолокации, приемники которой способны принимать
сигналы собственных электромагнитных излучений и формировать на их
основе изображения объектов. Так как возможности радиолокаторов, в осо-
бенности тепловых, весьма ограничены по разрешению, то в радиодиапазоне
выявляется меньший, чем в видимом диапазоне набор демаскирующих при-
знаков.
Таким образом, максимальное количество признаков внешнего вида
объектов добывают в видимом оптическом диапазоне фотоприемники с высо-
ким разрешением, к которым в первую очередь относятся глаз человека и
фотопленка.
Разрешение изображения цифрового фотоаппарата определяется разре-
шением его светоэлектрического преобразователя и в настоящее время со-
ставляет 20…30 млн. пикселей. Это гораздо меньше разрешающей способно-
30
сти лучших пленочных фотоаппаратов (200 млн. пикселей) или разрешающей
способности до 500 лин./мм.
Следовательно, видовые демаскирующие признаки объектов образуют
признаковые структуры, отличающиеся в различных диапазонах длин элек-
тромагнитных волн. Эти свойства видовых демаскирующих признаков ис-
пользуются при комплексном добывании информации и их необходимо учи-
тывать при организации защиты.
2.3. Демаскирующие признаки сигналов
По существу сигнал представляет распространяющийся в пространстве носитель с информацией, содержащейся в значениях его физических параметров. К сигналам относятся: собственные (обусловленные тепловым движением электронов, радиоактивные) излучения объектов, отраженные от объектов поля и волны, и созданные человеком электромагнитные поля и электрический ток от источников сигналов.
Различие сигналов по форме. К аналоговым сигналам относятся сиг-
налы, уровень (амплитуда) которых может принимать произвольные значения
в определенном для сигнала интервале.
Амплитуда простого и достаточно распространенного в природе гармо-
нического сигнала изменяется по синусоидальному закону:
U(t) = U0 sin(wt) , w = 2p f – круговая частота.
Частота f измеряется в Гц и называется линейной.
Большинство аналоговых сигналов имеют более сложную форму. Перио-
дические (повторяющиеся через время Тп — период) сигналы произвольной
формы могут быть представлены в соответствии с формулой Фурье в виде
суммы гармонических колебаний:
å
=
= + j
N
k 1
U(t) U0 Ukcos(kω1t - k )
31
где U0 — постоянная составляющая сигнала; Uк — амплитуда к-й гармо-
ники сигнала (к = 1, 2, ..., N); kw1, и j k — частота и фаза к-й гармоники сиг-
нала; w 1 = 2π Tп — частота 1-й гармоники.
Параметры ряда Фурье вычисляются по соответствующим формулам,
например. Ряд Фурье представляет собой математическую модель периодиче-
ского сигнала, так же как любой цвет может быть разложен на составляющие
красного, зеленого и синего цветов. Совокупность гармонических (спектраль-
ных) составляющих сигнала образует его спектр.
Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризует энергию
соответствующей гармоники основной частоты сигнала. Чем выше скорость
изменения амплитуды сигнала, тем больше в его спектре высокочастотных
гармоник. Разность между максимальной и минимальной частотами спектра
сигнала, между которыми сосредоточена основная часть, например 95% энер-
гии, называется шириной спектра Df .
Частоты составляющих спектра непериодического аналогового сигнала
непрерывно меняются. При наблюдении спектра такого сигнала на экране
анализатора спектра положение и уровень различных спектральных состав-
ляющих непрерывно изменяются и спектр выглядит как сплошной.
В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигнала меняется
его энергия или мощность, пропорциональная квадрату амплитуды. В зависи-
мости от времени измерения энергии сигнала различают среднюю и мгно-
венную мощность. Десятичный логарифм отношения максимальной мгно-
венной мощности сигнала к минимальной называется динамическим диапа-
зоном сигнала. Динамический диапазон речи диктора радио и телевидения
составляет 25-30 дБ, вокального ансамбля — 45-65 дБ, а симфонического ор-
кестра достигает 70-95 дБ.
Аналоговый сигнал описывается набором параметров, являющихся его
признаками. К ним относятся:
• частота или диапазон частот;
• амплитуда или мощность сигнала;
• фаза сигнала;
• длительность сигнала;
• вид модуляции;
• ширина спектра сигнала;
• динамический диапазон сигнала.
У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определен-
ный набор значений. Наиболее широко применяется двоичный (бинарный)
дискретный сигнал: в ЭВМ, в телеграфии, при передаче данных. Информаци-
онные сигналы, циркулирующие в ЭВМ IBM PC, имеют два уровня ампли-
туды: низкий (L-уровень — 0 В) и высокий (Н-уровень — 5 В).
Дискретный сигнал характеризуется следующими параметрами:
• амплитудой А или мощностью Р,
• длительностью импульса t и ,
• периодом повторения Тп или частотой fn = 1/Тп повторения импульсов
(для периодических дискретных сигналов),
• шириной спектра сигнала Df ,
• скважностью импульсов a = Тп/ t и .
Спектр дискретного периодического сигнала содержит бесконечное ко-
личество убывающих по амплитуде гармоник.
Учитывая, что большая часть энергии сигнала сосредоточена в области
частот 0-1/ tи , ширина спектра бинарного периодического сигнала приблизи-
тельно оценивается по формуле: D f = 1 t и .
Различие сигналов по физической природе. Сигналы могут быть
- акустическими,
- электрическими,
- магнитными,
- электромагнитными (в радиодиапазоне — радиосигналы),
- корпускулярными (в виде потоков элементарных частиц)
- вещественными, например, пахучие добавки в газ подают сигнал
об его утечке.
33
Различие сигналов по виду передаваемой информации. Сигналы де-
лятся на:
- речевые,
- телеграфные,
- телекодовые,
- факсимильные,
- телевизионные,
- о радиоактивных излучениях
- условные.
Телеграфные и телекодовые сигналы используются для передачи буквен-
но-цифровой информации с низкой и высокой скоростью соответственно.
Факсимильные и телевизионные сигналы обеспечивают передачу неподвиж-
ных и подвижных изображений. Сигналы радиоактивных излучений являют-
ся демаскирующими признаками радиоактивных веществ. Условные сигналы
несут информацию, содержание которой предварительно определено между
ее источником и получателем, например горшок с цветком на подоконнике в
литературных произведениях о разведчиках — о провале явки.
Вид информации, содержащейся в сигнале, изменяет его демаскирую-
щие признаки: форму, ширину спектра, частотный и динамический диапазон.
Например, стандартный речевой сигнал, передаваемый по телефонной линии,
имеет ширину спектра 300-3400 Гц, звуковой — 16-20000 Гц, телевизионный
— 6-8 МГц и т. д. Произведение спектра сигнала на его длительность: В =
D f × Tc . называется базой сигнала. Если В < 1, то сигнал узкополосный, при
В > 1 — сигнал широкополосный.
Различие сигналов по времени проявления сигналы могут быть:
- регулярными, время появления, которых получателю информации
известно, например сигналы точного времени,
- случайные, когда это время неизвестно.
Статистические характеристики проявления случайных сигналов во вре-
мени могут представлять собой достаточно информативные демаскирующие
признаки источников, прежде всего, об их принадлежности и режимах функ-
ционирования. Например, появление в помещении радиосигнала во время ве-
дения в нем разговоров может с достаточно высокой вероятностью служить
демаскирующим признаком закладного устройства с акустическим автома-
том.