摘 要: 根據(jù)相關(guān)檢測(cè)法的原理,提出計(jì)算機(jī)視頻信息紅信號(hào)泄漏的鑒別方法。給出標(biāo)準(zhǔn)紅信號(hào)的時(shí)域、頻域" title="頻域">頻域特征,提取其信號(hào)特征量作為計(jì)算機(jī)TEMPEST檢測(cè)時(shí)判別設(shè)備是否存在泄密發(fā)射的判據(jù),并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證方法的有效性。
關(guān)鍵詞: 紅信號(hào) 相關(guān)檢測(cè)法 信號(hào)特征量
紅黑概念是TEMPEST技術(shù)中的一個(gè)重要概念。TEMPEST設(shè)計(jì)的重要一步就是紅黑工程。實(shí)際上,TEMPEST設(shè)計(jì)可以認(rèn)為是基于紅黑工程的EMC設(shè)計(jì)。TEMPEST技術(shù)的重要內(nèi)容之一在于系統(tǒng)中紅、黑信號(hào)的鑒別。而紅信號(hào)泄漏的鑒別則是計(jì)算機(jī)TEMPEST檢測(cè)中確定泄密發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。
1 相關(guān)檢測(cè)法原理
鑒別一個(gè)接收到的信號(hào)是否屬于泄密發(fā)射的紅信號(hào)是一件十分復(fù)雜的工作。相關(guān)檢測(cè)法是針對(duì)計(jì)算機(jī)TEMPEST檢測(cè)提出的鑒別紅信號(hào)泄漏的方法。其原理為:選取便于識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),測(cè)量時(shí)域波形,得到其時(shí)域特征;進(jìn)行Fourier變換轉(zhuǎn)換到頻域,得到其頻域特征,提取標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)域、頻域的信號(hào)特征量作為檢測(cè)紅信號(hào)的判據(jù),當(dāng)接收到設(shè)備輻射信號(hào)的頻譜與判據(jù)相關(guān)性較強(qiáng)時(shí),則可判定接收到的這個(gè)信號(hào)屬于紅信號(hào),該設(shè)備有泄密發(fā)射。
2 計(jì)算機(jī)視頻信息紅黑信號(hào)
截獲信息只是竊取信息的手段,將所截獲的信息進(jìn)行復(fù)現(xiàn)才是目的。從紅黑工程的角度看,被截獲后能夠恢復(fù)出有用信息的信號(hào)就是所謂的“紅信號(hào)”;而被截獲后不能恢復(fù)出有用信息的信號(hào)就是所謂的“黑信號(hào)”。由此可見(jiàn),要研究計(jì)算機(jī)顯示器的有用信息泄漏" title="信息泄漏">信息泄漏,就必須從復(fù)現(xiàn)的角度來(lái)看什么樣的信號(hào)是紅信號(hào),即截獲后可以被復(fù)現(xiàn)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,信息的傳送主要是并行和串行兩種傳送方式。并行傳送的信號(hào)因?yàn)榫哂胁⑿芯€間隔小、信號(hào)同時(shí)發(fā)射、發(fā)射頻率相同或相似的特點(diǎn),所以很難復(fù)現(xiàn)。而串行信號(hào)不具備上述并行信號(hào)的特點(diǎn),可以較為容易地實(shí)現(xiàn)時(shí)分接收、頻分接收和方位接收。因此認(rèn)為串行信號(hào)是紅信號(hào)。
要截獲計(jì)算機(jī)視頻信號(hào),必須要獲得R、G、B三路" title="三路">三路視頻信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)" title="同步信號(hào)">同步信號(hào),而這些信號(hào)都是串行信號(hào)。由于接收機(jī)的行、場(chǎng)同步信號(hào)可以從外部產(chǎn)生(TEMPEST接收機(jī)一般都帶有可調(diào)的同步信號(hào)恢復(fù)電路),所以暫不考慮行、場(chǎng)同步信號(hào),可認(rèn)為它們是黑信號(hào)。對(duì)計(jì)算機(jī)顯示器信息泄漏分析的重點(diǎn)應(yīng)放在R、G、B三路串行視頻信號(hào)上, R、G、B三路視頻信號(hào)就是計(jì)算機(jī)視頻信息中最重要和最典型的紅信號(hào)。本文所要分析和處理的主要是R、G、B三路視頻信號(hào)。
3 計(jì)算機(jī)視頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)域、頻域特征
目前,計(jì)算機(jī)顯示內(nèi)容涉及信息泄密的主要是文本和圖像,因此從紅黑工程的角度,分析計(jì)算機(jī)顯示典型文本或圖像時(shí)的視頻信號(hào)特征具有重要意義。在同等條件下,當(dāng)計(jì)算機(jī)顯示黑白點(diǎn)陣和H字符時(shí)引起的信息泄漏最為嚴(yán)重。此外黑白點(diǎn)陣和H字符也是研究計(jì)算機(jī)視頻信息泄露時(shí)最典型的準(zhǔn)周期信號(hào)。因此選取二者作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),分析它們?cè)诜直媛蕿?00×600、刷新率為75Hz模式下的時(shí)域、頻域特征。因?yàn)橹伙@示黑白兩種顏色時(shí), R、G、B三路視頻信號(hào)特征完全相同,所以把它們作為一個(gè)整體看待。
3.1 黑白點(diǎn)陣信號(hào)的時(shí)域、頻域特征
3.1.1 黑白點(diǎn)陣信號(hào)的時(shí)域特征
黑白點(diǎn)陣圖即在屏幕上間隔顯示黑白兩種顏色:黑色為低電平,用“0”表示;白色為高電平,用“1”表示。在這種情況下信號(hào)為準(zhǔn)周期信號(hào)(由于存在消隱期),電壓突變最強(qiáng),其輻射強(qiáng)度最大。顯示器在顯示黑白點(diǎn)陣圖時(shí),電子槍通過(guò)“啟”“閉”依次掃過(guò)屏幕上的像素點(diǎn),視頻信號(hào)理想上是一個(gè)脈沖信號(hào),如圖1所示。脈寬τ應(yīng)該等于電子束掃過(guò)相鄰兩個(gè)像素點(diǎn)之間所用的時(shí)間,信號(hào)周期T為兩倍的脈寬,即T=2τ。但是由于理想的脈沖信號(hào)不存在,實(shí)際波形為周期變化的鋸齒波" title="鋸齒波">鋸齒波波形,如圖2所示。
由圖2可以得出:黑白點(diǎn)陣信號(hào)時(shí)域波形為周期變化的鋸齒波;T=40ns,f=25MHz,tr=20.4ns, tf=19.6ns,其中T、f、tr、tf分別為周期、頻率、正、逆程時(shí)間。
3.1.2 黑白點(diǎn)陣信號(hào)的頻域特征
鋸齒波信號(hào)產(chǎn)生的電流隨時(shí)間變化的曲線如圖3所示。
由于鋸齒波形曲線的倒數(shù)為矩形波,根據(jù)Fourier變換的性質(zhì),容易得到鋸齒波電流的Fourier級(jí)數(shù)為:
由黑白點(diǎn)陣信號(hào)的時(shí)域波形和公式(4)可以得到其頻譜,如圖4。
從圖4可以看出,三次諧波幅值最大,占到基波振幅的11.8%;其次是五次諧波,占到基波振幅的2.9%;20次以后的各次諧波基本可以忽略。
3.2 H字符的時(shí)域和頻域特征
3.2.1 H字符的時(shí)域特征
在字符信息的輻射發(fā)射中,豎筆劃的影響最大(信號(hào)突變最明顯),對(duì)于滿(mǎn)屏4號(hào)H字符,其對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形為準(zhǔn)周期信號(hào)(因?yàn)樵谛袌?chǎng)消隱期內(nèi),視頻信號(hào)電壓為零),高電平對(duì)應(yīng)白點(diǎn),低電平對(duì)應(yīng)黑點(diǎn)。H字符對(duì)應(yīng)的視頻信號(hào)理想上應(yīng)該是方波信號(hào),如圖5所示;實(shí)際波形是周期變化的梯形波,如圖6所示。
由圖6可以得出:H字符信號(hào)時(shí)域波形為周期變化的梯形波,T=181ns,f=5.51MHz,tr=31.8ns,tf=31.8ns,其中T、f、tr、tf分別為周期、頻率、正、逆程時(shí)間。
3.2.2 H字符的頻域特征
周期梯形波信號(hào)電流隨時(shí)間變化的曲線如圖7所示。
電流I(t)可由Fourier級(jí)數(shù)表示,即
由H字符時(shí)域波形和公式(4)可以得出其頻譜,如圖8所示。
從圖8可以看出:二次至八次諧波幅值較大,其中二次諧波幅值最大,占到基波幅值的59.1%;三次諧波其次,占到基波幅值的21.9%,9次以后的各諧波基本可以忽略。
4 相關(guān)性檢測(cè)
通過(guò)對(duì)黑白點(diǎn)陣和H字符的時(shí)域、頻域分析,已經(jīng)掌握了其信號(hào)特征,可以作為判別接收到的信號(hào)是否為紅信號(hào)的判據(jù)。使用計(jì)算機(jī)視頻信息泄露接收系統(tǒng)在符合TEMPEST檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)距離處對(duì)顯示器分別顯示黑白點(diǎn)陣和H字符的頻譜進(jìn)行接收,并進(jìn)行相關(guān)性判別。
4.1 基于黑白點(diǎn)陣的相關(guān)性檢測(cè)
當(dāng)顯示器顯示黑白點(diǎn)陣時(shí),接收機(jī)接收到的設(shè)備發(fā)射信號(hào)頻譜如圖9。
信號(hào)頻譜圖中各頻點(diǎn)的值如表1。
與前面分析的黑白點(diǎn)陣信號(hào)時(shí)域、頻域特征加以比較,顯然,圖9中的頻點(diǎn)1即黑白點(diǎn)陣信號(hào)發(fā)射的基波(25MHz);頻點(diǎn)2~6即對(duì)應(yīng)的2~6次諧波;并且三次、五次諧波輻射強(qiáng)度較大。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)法原理,可以得出結(jié)論:接收到的設(shè)備發(fā)射信號(hào)頻譜圖與已知黑白點(diǎn)陣信號(hào)特征量相關(guān)性很強(qiáng),泄漏的信號(hào)為紅信號(hào),設(shè)備存在泄密發(fā)射。
4.2 基于H字符的相關(guān)性檢測(cè)
當(dāng)顯示器顯示H字符時(shí),接收機(jī)接收到的設(shè)備發(fā)射信號(hào)頻譜如圖10。
信號(hào)頻譜圖中各頻點(diǎn)的值如表2。
與已分析的H字符信號(hào)時(shí)域、頻域特征加以比較,可以看出:圖10中的頻點(diǎn)1即H字符信號(hào)發(fā)射的基波頻率(5.51MHz);頻點(diǎn)2~5即對(duì)應(yīng)的2~5次諧波頻率;并且二次、三次諧波輻射強(qiáng)度較大。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)法原理,可以得出結(jié)論:接收到的設(shè)備發(fā)射信號(hào)頻譜圖與已知H字符信號(hào)特征量相關(guān)性很強(qiáng),泄漏的信號(hào)為紅信號(hào),設(shè)備存在泄密發(fā)射。
紅信號(hào)泄漏的鑒別方法是計(jì)算機(jī)TEMPEST設(shè)計(jì)和檢測(cè)領(lǐng)域中的重要課題,基于相關(guān)檢測(cè)法的紅信號(hào)泄漏鑒別研究,不僅為計(jì)算機(jī)TEMPEST檢測(cè)判斷設(shè)備是否存在泄密發(fā)射提供了行之有效的檢測(cè)方法,而且對(duì)于防視頻信息泄露和截獲視頻信息也具有重要的意義。
參考文獻(xiàn)
1 Ott Henry W. Noise Reduction Techniques System. John Wiley &Sons, Inc., 1988
2 John R.Barnes.Electronic System Design: Interface and Noise Control Techniques.
3 C.R.Paul.A comparison of the contributions of common-mode and differential-mode currents in radiation emission,IEEE Trans. On EMC,1989;31(2):189~193
4 Emission Security Countermeasures Reviews.Air Force System Security Memorandum 7011, 1998
5 韓 放. 計(jì)算機(jī)信息電磁泄露與防護(hù).北京:科學(xué)出版社,1993
6 劉恩德.通用加固型計(jì)算機(jī).北京:宇航出版社,1994
7 丁玉美,高西全.數(shù)字信號(hào)處理.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1994