Создан прибор для исследования утечек информации через побочные электромагнитные излучения

Специалисты лаборатории безопасности информационных и технических систем Саровского физико-технического института — филиала НИЯУ МИФИ — разработали программно-аппаратный комплекс (ПАК), позволяющий проводить полностью автоматизированные эксперименты с каналами утечки информации за счёт побочного электромагнитного излучения (ПЭМИ) графической компоненты средств вычислительной техники.

В современной информационной среде защита данных от несанкционированного доступа остаётся одной из приоритетных задач. Особую сложность представляет защита от утечек по программно-формируемым техническим каналам утечки информации (ПФТКУИ), среди которых каналы за счёт ПЭМИ занимают важное место. В зарубежной литературе исследование таких каналов известно как Soft-TEMPEST.

Как отмечают авторы, подавляющая часть исследований в этой области либо носит теоретический характер, либо при наличии практической направленности не обладает полной автоматизацией процессов кодирования, модуляции, передачи, приёма, демодуляции и декодирования. Зачастую эти процессы требуют использования специальных блоков обработки сигналов и/или специального, свободно не распространяемого программного обеспечения. Предыдущая работа коллектива была сосредоточена преимущественно на стороне передатчика и не обеспечивала автоматического приёма и обработки сигнала — отсюда возникла необходимость в создании комплексного решения.

Разработанный ПАК представляет собой единую систему из четырёх основных модулей:

Кодер — преобразует вводимые оператором символы (цифры) в их ASCII-код с возможным добавлением 7-битной преамбулы; Модулятор и передатчик — реализует два различных метода модуляции ПЭМИ: модуляцию изменением цвета и длительности изображения, а также модуляцию циклом питания монитора. Для каждого метода созданы алгоритмы преобразования кодированных данных в управляющие воздействия; Приёмник и демодулятор — способен работать с внешним анализатором спектра через сетевой интерфейс. Реализован алгоритм детектирования и демодуляции сигнала, основанный на пороговой обработке и измерении длительности сигналов. Приёмник обеспечивает две формы визуализации: график текущей АЧХ с отображением пороговых уровней и спектрограмму; Декодер — преобразует последовательность битов, демодулированную приёмником, в исходную последовательность переданных символов согласно таблице кодировки ASCII.

Все модули интегрированы в единый графический интерфейс, предоставляющий средства для настройки параметров, визуализации данных в реальном времени и управления экспериментом. Предусмотрено сохранение результатов: при каждом запуске приёмника создаётся отдельная папка с временной меткой, куда сохраняются графики АЧХ, спектрограммы, лог работы приёмника, демодулированные битовые последовательности и декодированные символы.

Программное обеспечение разработано на языке Python 3, что обеспечивает кроссплатформенность и доступность для широкого круга пользователей. Использованы библиотеки Tkinter (графический интерфейс), Matplotlib (визуализация спектральных данных), Socket (сетевое взаимодействие с анализатором спектра), Threading (многопоточность для отзывчивости интерфейса), Ctypes (взаимодействие с системными функциями Windows для управления монитором) и NumPy (обработка числовых массивов).

Для работы с анализатором спектра реализован протокол обмена командами SCPI — стандартный протокол для управления измерительными приборами. Связь между приёмником и демодулятором организована через файл, в который приёмник записывает биты, а демодулятор их считывает. Все длительные операции выполняются в отдельных потоках, что позволяет интерфейсу оставаться активным.

Комплекс протестирован с анализатором спектра Rohde & Schwarz FPC 1500. Для работы передатчика требуется компьютер с операционной системой Windows 7 или новее и монитор; приёмник дополнительно требует наличия анализатора спектра с поддержкой протокола SCPI и Ethernet-интерфейса.

В ходе апробации в качестве передаваемой последовательности использовалась одна цифра «5» с добавлением преамбулы. Оператор выбрал передачу при помощи модуляции питанием монитора: питание последовательно отключалось и включалось в соответствии с установленными характеристиками модуляции. В окне приёмника на графике АЧХ и спектрограмме наблюдались периодические изменения уровня сигнала, в статусе появлялись сообщения о демодулированных битах. Декодер успешно восстановил изначально переданную последовательность.

Тестирование подтвердило корректность ASCII-преобразования, генерации управляющих сигналов для обоих методов модуляции, сетевого взаимодействия с анализатором спектра и точность алгоритма демодуляции. Было установлено, что ПАК способен обеспечить точность демодуляции до 100 % в оптимальных условиях.

Научная новизна разработки, по словам авторов, состоит в объединении методов кодирования, модуляции, передачи, приёма, демодуляции и декодирования информации в программно-формируемом техническом канале утечки информации за счёт ПЭМИ графической компоненты технической системы в едином решении с открытым исходным кодом.

Практическая значимость определяется потенциальным использованием комплекса в исследованиях по оценке угроз утечки информации за счёт ПЭМИ, при разработке многоагентной системы защиты информации от утечки по техническим каналам, а также в учебных заведениях для подготовки специалистов по информационной безопасности.

В образовательном процессе комплекс может использоваться для лабораторных работ по демонстрации принципов электромагнитной утечки информации, изучению методов модуляции и демодуляции, освоению работы с анализатором спектра и анализу влияния различных факторов на канал утечки. Для научных исследований ПАК предоставляет инструменты сравнительного анализа эффективности различных методов модуляции, исследования оптимальных параметров передачи, разработки и тестирования новых алгоритмов демодуляции.

Авторский коллектив и направления дальнейших работ

Исследование выполнено коллективом кафедры радиофизики и электроники СарФТИ НИЯУ МИФИ: заведующим лабораторией безопасности информационных и технических систем Борисом Андреевичем Красильниковым, кандидатом технических наук, доцентом Александром Александровичем Евстифеевым, доктором технических наук, заведующим кафедрой Дмитрием Борисовичем Николаевым и старшим преподавателем Андреем Александровичем Казаковым.

Авторы отмечают, что архитектура ПО предусматривает возможность расширения функциональности: модульная структура позволяет относительно просто добавлять новые методы модуляции в передатчике или алгоритмы обработки в приёмнике. Среди направлений дальнейших работ указаны реализация приёмника ПЭМИ на основе SDR, а также реализация передатчика и приёмника акустических и оптических излучений.

Изображение на обложке: разработано Magnific

Источник: Минобрнауки России