Введение к работе
Актуальность работы. Телекоммуникационные системы (ТКС) являются основой современного информационного общества. Локальные вычислительные сети, Интернет -основа динамичного роста страны. Информационно-телекоммуникационные технологии являются одним из наиболее важных факторов в формировании общества XXI века. Их революционное воздействие касается образа жизни людей, их образования и работы, возникающих при этом общественных отношений, а также взаимодействия правительства и гражданского общества.
В пастоящее время продолжает активно развиваться новый вид информационно-коммуникационных систем - технические средства охраны и телевизионное наблюдение (ТСО-ТН). Такие системы:
проектируются и строятся с жесткой ориентацией на решение специальных функциональных задач по защите объектов или локальных территорий;
ориентируются преимущественно на собственные системы связи и телекоммуникации;
реализуются на базе современного оборудования и новейших технологий;
создаются с учетом обеспечения самых высоких требований по устойчивости к внешним воздействиям.
Однако, практика проектирования и внедрения таких систем сталкивается с рядом трудностей, обусловленных многими факторами, основными из которых являются:
жесткие требования к устойчивости и структурной целостности таких систем, при которых условия, определяющие стойкость в сложной электромагнитной обстановке, носят в основном структурный характер и требуют разработки специальных мер;
необходимость бысгрой адаптации и коррекции структуры системы в условиях резкого изменения спроса и ресурсов в отдельных звеньях;
в ответственных системах, работающих п реальном масштабе времени, необходимо сохранение работоспособности при наличии одного и более отказов;
быстрое моральное старение технической базы ТСО-ТН, приводящее к серьезным доработкам и соответствующим затратам.
Поэтому одной из основных задач становится создание ТСО-ТН, которые обеспечили бы нормальную работу в условиях сложной электромагнитной обстановки.
Особое значение имеют вопросы информационной и функциональной безопасности органов государственной власти и управления. Оборонные сведения, сведения по линии ФСБ и дипломатическая информация имеют высокую классификацию секретности и должны быть защищены от несанкционированного перехвата или преднамеренных деструктивных электромагнитных воздействий. Связь и центры обработки данных, должны отвечать требованиям соответствующих стандартов в области информационной безопасности. В США таким документом является TEMPEST. Основными элементами защиты оборудования в этом случае являются зонирование и экранирование, которые выполняются в специальных технических зданиях (СТЗ) и выделенных помещениях. При их создании выполнение экранов в цикле строительства является одной из основных мер по защите от электромагнитных помех оборудования в целях информационной безопасности.
Преднамеренные электромагнитные воздействия являются новым фактором криминальных и террористических угроз безопасности критически важных объектов государства. Результаты исследований в ведущих странах мира показьшают, что эту угрозу следует оценивать как долговременную, требующую принятия адекватных защитных мер со стороны государства.
В целях выявления, противодействия и минимизации последствий электромагнитных атак в России создается Система национальных стандартов по защите информации от преднамеренного электромагнитного воздействия. В 2007 году в основополагающих стандартах (ГОСТ Р 50922 и ГОСТ Р 51275) введены понятия и определения «защиты информации от преднамеренного силового электромагнитного воздействия». С июля 2008 года введен «ГОСТ Р
52863-2007. Защита информации. Автоматизированные системы в защищенном исполнении. Испытания на устойчивость к преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям.
Общие требования».
Промежуточную позицию между информационной безопасностью и удовлетворением требований ЭМС занимает функциональная безопасность. Уязвимость ТКС в этой сфере исследована недостаточно, что может повлечь нарушеїгае качества функционирования аппаратуры, вплоть до катастрофических последствий. Поэтому, особенно актуальны, на настоящий момент, исследования стойкости и защиты ТКС от воздействия мощных импульсных электромагнитных полей.
Электромагнитная обстановка, при которой функционирует ТКС, наиболее вероятные каналы утечки информации и воздействия на нее определяются объектом, где инсталлирована система. В наиболее ответственных случаях таким объектом выступают «специальные технические здания». Они насыщены системами охраны, автоматики, связи, телекоммуникаций, гарантированного электропитания и являются основной территорией для нанесения атаки на технические средства (ТС).
Проектные решения в области информационной и функциональной безопасности должны приниматься с учетом действующей нормативно-технической документации, а в области электромагнитной совместимости (ЭМС) с учетом стандартов по электромагнитному
импульсу (ЭМИ).
Анализ литературных источников показывает, что вопросам информационной безопасности для компьютерных систем уделялось и уделяется значительное внимание. Широко известны работы российских специалистов Барсукова B.C., Петрова В.А., Петракова А.В., Ярочкина В.И., Батурина Ю.М., Жодзинского A.M., Герасименко В.А., Мйроничева С.Ю., Сюнтюренко О.В., Степанова П.В., Царегородцева А.В., Акбашева Б.Б., Богданова В., Жуковского М.И., Ларионова С, Гизатуллина З.М., Гайнутдинова P.P., Гизатуллина Р-М.и др. Практические рекомендации по защите от несанкционированного доступа и смежным вопросам для средств вычислительной техники даны в материалах Гостехкомиссии (ФСТЭК России), а организационно-технические вопросы компьютерной безопасности в США изложены в «Оранжевой книге» и в стандарте TEMPEST.
В этих работах охвачены все аспекты обеспечения информационной безопасности: от работы с персоналом до технических аспектов, включая описания соответствующей аппаратуры. Но, как правило, приведенные материалы носят характер законченных решений и не затрагивают электромагнитную обстановку СТЗ при мощных электромагнитных воздействиях на объект. Это не позволяет разрабатывать опережающие технические решения на серьезном теоретическом фундаменте с учетом современных технологий.
Значительный опыт теоретического решения вопросов взаимодействия электромагнитных полей с конструкциями электронных средств накоплен в области ЭМС. Методы и технические решения, эффективно применяемые для обеспечения ЭМС, могут быть успешно использованы для снижения уязвимости телекоммуникационных систем.
По мере роста быстродействия ТС, требования к электрическим параметрам систем и помехозащищённости устройств ужесточались, что заставляло проводить более детальный анализ, основанный на более совершенных математических моделях. В решение задач проектирования линий связи для ТКС, конструирования электронной аппаратуры и оценке стойкости систем к мощным электромагнитным воздействиям внесли большой вклад советские и российские ученые: Балюк Н.В., Мырова Л.О., Кечиев Л.Н., Соколов А. А., Сахаров К.Ю., Сухоруков С.А., Михеев О.В., Туркии В.А., Кириллов В.Ю., Фоминич Э.Н., Тухас В.А., Комягин СИ., Крохалев Д.И., Костромююв A.M., Чермошенцев С.Ф., Файзулаев Б.Ы., Чурин Ю А Корнев А.Н., Ольшевский А.Н., Михайлов В.А., и др. и цикл исследований, выполненных в ФГУ 12 ЦНИИ МО, ВИТУ, ФГУП «МНИРТИ», ФГУП «ВНИИОФИ», МИЭМ, НИИ «АРГОН», МАИ, КГТУ, ФГУП «ЦенгрИнформ», ФГУП «СН1Ю «Элерон», ЗАО «СтилСофт».
Анализ состояния исследований за рубежом, проведенный автором, свидетельствует, что научные организации США, Франции, Германии, Индии, Японии, Китая и др. стран уделяют
этому вопросу большое внимание: имеются модели взаимодействия ЭМИ с техническими средствами и методы расчета, доведенные до машинных программ (применительно к кабельным линиям, системам связи различных гражданских объектов). Международная электротехническая комиссия (МЭК) разработала с 1993 но 2011 гг. 18 стандартов по ЭМИ и планирует в период с 2012 по 2016 гг. приступить к разработке еще 12 новых стандартов в области мошных электромагнитных воздействий.
Таким образом актуальность работы определяется:
необходимостью создания и совершенствования ТСО, соответствующих современным требованиям к стойкости и устойчивости их в условиях воздействия мощных ЭМИ;
слабой теоретической и экспериментальной изученностью воздействия наносекундных электромагнитных нолей на ТСО и ее элементы;
отсутствием рекомендаций по техническим средствам защиты оборудования ТСО от сверхкоротких электромагнитных импульсов (СК ЭМИ).
Именно все это и определило актуальность, важность и практическую значимость решаемой в диссертации научно-технической задачи - разработка методов оценки устойчивости, стойкости и функциональной безопасности ТСО в условиях воздействия преднамеренных сверхкоротких электромагнитных полей.
Объектами исследования в работе выбраны ТСО, разработанные для СТЗ, которые сегодня вообще не исследованы на воздействие сверхкоротких импульсных электромагнитных полей наносекундного диапазона. Выбранные ТСО являются наиболее перспективными для использования в комплексах СТЗ при решении задач управлепия и контроля.
Цель и задачи работы. Для обеспечения требований стойкости ТСО-ТН СТЗ, к мошным электромагнитным воздействиям и оптимизации затрат на их проектирование, строительство и функционирование в течение всего срока эксплуатации необходимы научно обоснованные требования по параметрам внешних электромагнитных полей. Это позволит провести экспериментальные исследования по оценке устойчивости ТСО-ТН и разработать научно-обоснованные рекомендации по формированию внутренней электромагнитной обстановки, обеспечивающей выполнение обязательных требований стандартов в области ЭМС и защиты информации.
Можно отметить в настоящее время отсутствие комплексных технических решений по повышению информационной и функциональной безопасности при атаках электромагнитного характера на ТСО-ТН СТЗ. Данная работа призвана восполнить отмеченный пробел.
Таким образом, можно определить основное направление исследований в диссертационной работе - сформулировать, теоретически и экспериментально обосновать новые научно-технические положения, направленные на решение задачи снижения уязвимости ТСО-ТН к атакам электромагнитного характера и обеспечение функциональной безопасности телекоммуникационной инфраструктуры СТЗ, работающей в сложной электромагнитной обстановке.
Основной целью диссертационной работы является разработка научно-методического аппарата и методов экспериментальных исследований устойчивости, стойкости в функциональной безопасности технических средств охраны СТЗ в условиях воздействия преднамеренных мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
анализ состояния исследований в области развития телекоммуникационных технологий, как объектов электромагнитных атак;
обоснование требований к ТСО-ТН СТЗ как составной части иерархической структуры электромагнитной зашиты объектов при мощных электромагнитных воздействиях;
разработка экспериментальных методов оценки воздействия мощных электромагнитных импульсов на технические средства ТСО-ТН СТЗ;
разработка методики комплексного решения задач информационной и функциональной безопасности ТСО-ТН в структуре СТЗ и реализация ее в виде рекомендаций по проектированию систем безопасности;
. разработка программы обеспечения стойкости, функциональной безопасности и рекомендаций по защите ТСО от воздействия СК ЭМИ.
Методы исследований.
При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, принципы математического моделирования и теория электромагнитного поля.
На защиту выносятся:
-
Требования к ТСО при мощных электромагнитных воздействиях.
-
Методики испытаний современных ТСО в условиях воздействия сверхкоротких импульсных электромагнитных полей.
-
Результаты экспериментальных исследований воздействия мощных СК ЭМИ на ТСО с учетом их конструктивных особенностей.
Алгоритм и рекомендации по проектированию и обеспечению функциональной безопасности и стойкости ТСО.
Научная новизна.
К основным новым научным результатам, которые получены лично автором, включенным в диссертацию и представляемых к защите, относятся:
обоснование требований к системам ТСО СТЗ, как составной части иерархической структуры электромагнитной защиты объектов информатизации, применение которых позволило существенно сократить объем экспериментальных исследований воздействия СК ЭМИ на ТКС и разработку рекомендаций по защите;
результаты экспериментальных исследований воздействия мощных электромагнитных полей на телекоммуникационные и охранные системы СТЗ, полученных на основе проверки соответствия требованиям стандартов по устойчивости, стойкости и принятой модели воздействия;
разработка алгоритма и рекомендаций по проектированию платформ безопасности ТСО в инфраструктуре СТЗ при воздействии преднамеренных мощных импульсных электромагнитных полей.
Материалы, представленные в диссертации, характеризуются общей направленностью разработок. Они содержат совокупность новых научных обобщений и отвечают задачам современного развития теории и практики в области обеспечения информащюниои и функциональной безопасности техническими средствами. Конкретно:
разработаны методики проведения испытаний ТСО в условиях воздействия СК ЭМИ;
получены новые экспериментальные данные по критическим уровням устойчивости и стойкости ТСО к воздействию СК ЭМИ, которые позволяют определять возможность применения периферийных устройств зарубежных производителей на различных объектах;
разработаны научно-обоснованные мероприятия по повышению стойкости и функциональной безопасности ТСО к намеренным силовым электромагнитным воздействиям.
Практическая значимость.
Практическими результатами диссертационной работы являются:
предложения по совершенствованию системы защиты ТСО от деструктивных
электромагнитных воздействий;
методики испытаний и особенности функционирования систем контроля доступа, видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации при воздействии мощных импульсных электромагнитных полей;
алгоритм и методики проектирования платформ безопасности, предназначенных для инженерной деятельности и совершенствования учебного процесса в пузах;
результаты экспериментальных исследований воздействия импульсных электромагнитных полей на ТСО, позволяющие определять пороговые уровни полей и режимы работы излучателей СК ЭМИ, вызывающие сбои и нарушения функционирования ТСО;
. практические рекомендации по защите ТСО от ЭМИ наносекундного диапазона на основе применения внешних средств обнаружения СК ЭМИ, позволяющие обеспечить качество функционирования ТСО в условиях воздействия преднамеренных электромагнитных полей.
Достоверность научных положепий и выводов подтверждается:
корректностью использования математического аппарата;
. согласованностью полученных априорных результатов с экспериментальными данными;
сравнением полученных данных с результатами других исследований;
апробацией и публикациями основных результатов исследований;
результатами внедрения разработанных методов и рекомендаций в практику.
Реализация результатов. Результаты диссертационной работы внедрены и нашли практическое использование на ряде предприятий и организаций: Московский государственный институт электроники и математики (МИЭМ), Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА); ЗАО «ACT», ФГУП «Проектный институт» ФСБ России, ФГУП «ЦентрИнформ», ФГУП «Атэкс» ФСО России, ЗАО «РНГ», ЗАО «Орбита». ОАО «ИркутскГипродорНИЙ». ЗАО «Стилсофт».
Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе в МИЭМ и МИРЭА.
На их основе для подготовки студентов и магистров иа кафедре РТУ и С доработаны курсы
«Основы проектирования РЭА», «Радиотехнические средства защиты информации»,
«Электромагнитная совместимость», «Инженерно-технические методы обеспечения
информационной безопасности» (кафедра МОСО и У), дисциплины по кафедре
«Информационная безопасность». и
Научные результаты работы использованы для написания учебных пособии, методических указаний для конструкторского практикума, курсового и дипломного проектировании для студентов направления 210200, а также при написании методических
пособий.
Основные теоретические и практические результаты диссертации реализованы при непосредственном участии автора при разработке унифицированных ТСО и использовались при выполнении НИР по тематическому плану.
Разработанные методики, программы, технические решения использовались при разработке стойких к воздействию ЭМИ ряда ТСО, а также при разработке технических заданий на создание ТСО нового поколения. Использование результатов данной работы позволило повысить показатели стойкости ТСО к воздействию мощных ЭМИ на этапах проектирования и разработки перспективных комплексов.
В деле имеются акты о внедрении полученных автором результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и симпозиумах, в том числе: Всесоюзная школа семинар молодых ученых и специалистов по вопросам проектирования и внедрения в народное хозяйство автоматизированных систем управления и обработки информации, «Электромагнитная совместимость и интеллектуальные здания». Москва, 2010 г.;
Международный симпозиум по ЭМС и электромагнитной экологии ЭМС-20П, Санкт-Петербург, 2011; научно-практические конференции МИЭМ 2010-2011 г.; на 8 международной научно-практической конференции «ИННОВАЦИИ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ И КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» в г.Сочи, 2011г; закрытые научно-технические советы ряда федеральных служб и ведомств, 2009-2010 гг., а также на научных семинарах кафедры РТУ и С МИЭМ.
Публикации.
По теме диссертации автором опубликовано 14 научных работ, в том числе 9 статей в журнале ТЭМС, включенного в перечень рецензируемых журналов и изданий ВАК РФ.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 158 страницах текста, содержит 38 рисунков, 14 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по диссертации, списка литературы (143 наименования).
