Защита изображения на дисплее ПЭВМ по каналу ПЭМИ

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Защита изображения на дисплее ПЭВМ по каналу ПЭМИ

А.И. Майоров

В современном мире все больше информации обрабатывается с помощью персональных электронно вычислительных машин (далее -- ПЭВМ), во многих ведомствах активно внедряется электронный документооборот. Такое положение вещей обязывает уделять особое внимание защите информации, обрабатываемой на ПЭВМ. Однако, если направление программной защиты компьютеров (антивирусная защита, межсетевые экраны и т.д.) обширно представлено в различного рода литературе, направление технической защиты ПЭВМ, а в частности вопрос утечки информации, обрабатываемой средствами вычислительной техники, по каналам побочных электромагнитных излучений (далее -- ПЭМИ) в открытых источниках освещен крайне скудно. Всеобщее внимание научного сообщества на проблему ПЭМИ обратил ван Эйк в своей статье 1985 года, в которой продемонстрировал, что изображение на экране видеодисплея можно восстановить на расстоянии, используя телевизор, генераторы синхронизирующих импульсов которого были заменены управляемыми вручную генераторами[1].

Практически все электронные устройства обработки и передачи информации генерируют электромагнитные излучения, являющиеся паразитными, т.е. побочными. ПЭМИ ПЭВМ -- нежелательное радиоизлучение, возникающее в результате нелинейных процессов в блоках ПЭВМ. Наибольшую опасность с точки зрения утечки информации представляет излучение видеосистемы персонального компьютера, в состав которой входит монитор и видеоадаптер[2].

В настоящее время в большинстве адаптеров для формирования изображения используется один из 3 стандартов: VGA - передача изображения на монитор с помощью аналогового сигнала, DVI - передача видеоизображения на монитор с помощью цифрового сигнала, HDMI по принципу передачи не отличается от DVI и поддерживает передачу звука.

При выводе реального изображения на экран монитора, сигнал, передаваемый с видеоадаптера на монитор, не является периодическим, и ПЭМИ видеосистемы ПЭВМ анализатором спектра практически не обнаруживается.

Видеосигнал стандарта VGA представляет собой амплитудно-модулированную последовательность видеоимпульсов, амплитуда отдельного импульса определяет яркость подсветки пикселя. В структуру видеосигнала встраиваются импульсы строчной и кадровой синхронизации.

Для анализа спектра видеосигнала воспользуемся формулой огибающей спектра для последовательности прямоугольных видеоимпульсов:

где: -- период повторения видеоимпульсов; fp -- частота следования видеоимпульсов; tи -- длительность импульса; n -- число импульсов. Спектр видеосигнала представлен на рис. 1. Как видно из рисунка 1, пики спектра приходятся на нечетные гармоники 1fр, 3fр, 5fр и т.д.

Как показано в [3], при формировании изображения, содержащего мелкие детали, большая часть спектра видеосигнала будет концентрироваться вокруг частот, кратных fр/2 и, следовательно, наибольший уровень ПЭМИ будет создаваться при формировании наиболее мелких деталей. Исходя из этого, за тестовый режим ПЭВМ в данной работе принят режим, при котором на монитор выводится изображение белого фона с прорисовкой пикселей через один, что соответствует наиболее мелкому изображению

Рисунок 1. Спектр видеосигнала

Измерения ПЭМИ производились в тестовом режиме, описанном выше. Исследования ПЭМИ видеосистемы ПЭВМ Intel с интегрированной видеокартой с интерфейсом VGA проводились в помещении в черте города, с типичным уровнем фоновых шумов при помощи программно-аппаратного комплекса для поиска и измерения побочных электромагнитных излучений и наводок «Навигатор». Для проведения измерений использовалось следующее оборудование: анализатор спектра Agilent E4404B (частотный диапазон 9кГц - 9 ГГц); измерительная антенна широкополосная дипольная АИ 5-0 с

УР-1.6 (частотный диапазон 0.09 - 2000МГц). Были произведены измерения панорам электромагнитной обстановки с выключенным ПЭВМ и с включенным ПЭВМ, находящимся в тестовом режиме. Полоса пропускания приемника была выбрана 30кГц. Для уменьшения уровня шумов в панорамах использовались алгоритмы усреднения (количество усреднений - 9). Поиск ПЭМИ был выполнен вручную аудиовизуальным методом. На рис.2. представлены спектрограммы и осциллограммы сигнала ПЭМИ на 1-й, 3-й, 7-й и 17-й гармониках (на частотах 54, 162, 378 и 918 МГц соответственно). Составляющие сигнала ПЭМИ удалось найти в диапазоне до 918 МГц (17-я гармоника).

Рисунок 2. Результаты поиска ПЭМИ

По рисунку 2 видно, что ПЭМИ принятые от монитора с интерфейсом VGA имеют форму аналогового телевизионного сигнала. Рассмотрим подробнее видеоинтерфейс VGA применительно к тематике ПЭМИ. VGA (англ. Video Graphics Array) -- компонентный видеоинтерфейс, используемый в мониторах и видеоадаптерах. Выпущен IBM в 1987 году. Видеоадаптер VGA использует аналоговый сигнал для передачи цветовой информации. VGA со временем был замещен различными расширениями к VGA, известными как «Super VGA» (SVGA). В настоящее время термин VGA используется для обозначения 15-контактного разъёма VGA для передачи аналоговых видеосигналов при различных разрешениях. Рассмотрим подробнее назначение контактов в интерфейсе VGA [4]. Данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Основная информация передается по каналам красного, зеленого и синего цветов. Сигнал в этих линиях является аналоговым и изменятся в диапазоне 0… 0,7 В по закону изменения яркости цвета. Напряжению в 0 В соответствует минимальная яркость, напряжению в 0,7 В -- максимальная яркость. Сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации служат для построения растра изображения и являются двухуровневыми.

Согласно [5], источником информативных ПЭМИ являются синфазные и дифференциальные токи, возникающие в этих каналах. Следовательно, уменьшив токи в линиях связи возможно уменьшить уровень ПЭМИ. Поскольку сигналы синхронизации имеют фиксированные уровни, без аппаратной доработки уменьшить уровень ПЭМИ от них не представляется возможным. Однако, можно уменьшить напряжение в каналах цветности (красном, зеленом и синем). Также, исходя из анализа информации, находящейся в открытом доступе [1,6], предполагается, что восстановить сигнал, каждого из канала цветности в отдельности не представляется возможным. Средствами технической разведки перехватывается черно-белое изображение, яркость в котором является суммарной яркостью трех каналов цветности.

Для затруднения перехвата текстовой информации с монитора атакуемого ПЭВМ необходимо уменьшить разницу напряжений каналов цветности фона и текста•?U. Для этого можно уменьшить яркость фона и увеличить яркость текста, тем самым уменьшить ?U и, следовательно, затруднить распознавание текста. Однако, чем меньше•?U, тем сложнее будет исполнителю работать с текстом. Зависимость в этом случае линейная. При стандартном режиме набора (просмотра) документа (белый фон, черный текст) разница напряжений фона и текста в каждом из цветовых каналов равна 0,7 В, примем это за начальный отсчет и обозначим ?Uн. На рисунке 3 представлены скриншоты экрана при различной разности напряжений фона и текста: а) 0,6?Uн; б) 0,4?Uн; в) 0,2?Uн; г)0,1?Uн.

Рисунок 3. Скриншоты экрана при различных ?U

Как видно из рисунка 3, текст на экране монитора становится практически нечитаемым при уменьшении ?U в 10 раз.

Человеческий глаз воспринимает цвет, используя для зрения комбинацию из клеток-палочек и клеток-колбочек. В каждом глазе есть три типа колбочек, каждый из которых более чувствителен к коротким, средним или длинным световым волнам. Комбинация сигналов, возможных во всех трёх колбочках, описывает диапазон цвета, который мы можем видеть своими глазами. Рисунок 4 иллюстрирует относительную чувствительность каждого типа колбочек ко всему видимому спектру приблизительно от 400 до 700 нм[7].

Рисунок 4. Относительная чувствительность каждого типа колбочек к видимому спектру

Из рисунка 4 видно, что человеческое восприятие цвета максимально чувствительно к свету в жёлто-зелёном диапазоне спектра. Используя это свойство человеческого глаза, авторы предприняли попытку подобрать такое сочетание цветов фона и текста в желто-зелёной гамме, удовлетворяющее двум условиям: текст должен иметь хорошую различимость с фоном на дисплее исполнителя и сумма напряжений цветовых каналов фона равна сумме напряжений цветовых каналов текста. Четыре варианта таких сочетаний представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Скриншоты экрана при различных цветовых сочетаниях фона и шрифта

спектр видеосигнал цветовой

Как видно из рисунка 7, текст в вариантах б), в) и г) вполне различим и читаем, однако за счет того, что сумма напряжений в цветовых каналах при передаче фона и текста остается неизменной, задача распознавания текста злоумышленником в перехваченном изображении становится затруднительной.

Предложенный в работе метод защиты информации не требует аппаратной части и может быть реализован программно путем интеграции в какой-либо программный продукт как дополнительное средство защиты.

Список литературы

Kuhn M.G. Electromagnetic eavesdropping risks of flat-panel displays [Electronic resource] -- Mode of access: https://www.cl.cam.ac.uk/~mgk25/pet2004-fpd.pdf. - Date of access: 01.04.2018

Крылова С.Л. Исследование побочных электромагнитных излучений видеосистемы ПЭВМ в учебной лаборатории информационной безопасности [Электронный ресурс] -- Режим доступа: https://www.sworld.com.ua/konfer35/597.pdf -- Дата доступа 11.04.2018

Филиппович А.Г. Побочные электромагнитные излучения видеотракта ПЭВМ. / А.Г. Филиппович // Управление защитой информации. -- 2008 -- Том№12 №1 -- С.92 -- 97.

Engdahl T. VGA analogue display connector [Electronic resource] -- Mode of access: http://www.epanorama.net/documents/pc/vga_bd15.html. - Date of access: 15.04.2018

Васечкин Е. А., Таранов А. Б., Модель сигналов побочных электромагнитных излучений видеоинтерфейсов / Е. А. Васечкин, А. Б. Таранов // Труды СПИИРАН -- 2016, № 47 -- С.46-64

Размещено на Allbest.ru