Введение
В современном мире ни у кого не возникает сомнений в том, что необходимо защищать информацию. Злоумышленники стараются перехватить сведения, составляющие коммерческую тайну предприятия, чтобы перенять какие-то ноу-хау или воспользоваться клиентской базой фирмы-конкурента, сведения, составляющие государственную тайну, распространение которых может нанести ущерб безопасности государства, но принести прибыль преступнику, персональные данные, которые можно использовать против какого-то человека. Информация, которую могут перехватить, может быть представлена в любом виде, в том числе и в акустическом (например, при переговорах на конфиденциальные темы).
Существует множество способов перехвата информации, включая те, где не требуется использование специальной техники (непреднамеренное прослушивание), и те, где применяются дорогие лазерные системы акустической разведки или технические средства разведки побочных электромагнитных излучений. Одним из оптимальных и относительно недорогих методов перехвата информации является внедрение в помещения и на объекты информатизации закладных устройств — технических средств, скрытно устанавливаемых на объекте с целью несанкционированного получения информации [1].
Для того чтобы обезопасить себя от утечки информации из-за внедренных закладных устройств, использующих для передачи перехваченной информации радиоканал, используются детекторы (индикаторы) поля. Если источниками радиоизлучений являются средства беспроводного доступа, то средство поиска и выявления таких закладных устройств называется детектором сигналов средств беспроводного доступа.
Актуальность рассматриваемой темы не вызывает сомнения. На современном рынке представлено множество различных видов детекторов поля от различных фирм-производителей. Однако многие люди, использующие детекторы сигналов средств беспроводного доступа при поисковых мероприятиях, не знают, по какому принципу работают эти устройства. Понимание физических основ, на которых базируется действие детекторов, позволит гораздо эффективнее применять эти устройства на практике. С этой целью в среде моделирования National Instruments Multisim 11.0 была разработана схема модели детектора, которая может быть использована для изучения принципов работы устройства.
Назначение детекторов сигналов средств беспроводного доступа
Для передачи перехваченной информации закладные устройства могут использовать как различные проводные линии (передача информации по сети электропитания, по телефонной линии, по специально проложенной проводной линии), так и передачу по радиоканалам [1]. Наиболее оптимальным и часто используемым способом передачи перехваченной информации закладными устройствами является именно передача по радиоканалу из-за отсутствия явных демаскирующих признаков, которые можно обнаружить визуально. Таким образом, такие закладные устройства можно считать средствами беспроводного доступа.
Закладные устройства могут передавать информацию как по известным и широко используемым стандартам сотовой связи и беспроводного доступа (таким как DECT, GSM, Wi-Fi), так и по собственным технологиям изготовителя конкретного закладного устройства. В статье рассматриваются только средства беспроводного доступа, поэтому будем считать, что закладные устройства работают в диапазоне частот от 450 МГц до 2500 МГц.
К средствам поиска средств беспроводного доступа относятся сканерные приемники, интерсепторы, радиочастотомеры, анализаторы спектра, программно-аппаратные и специальные комплексы радиоконтроля, нелинейные локаторы [1]. Также одними из важнейших приборов при проведении поисковых мероприятий являются детекторы (индикаторы) электромагнитного поля.
Индикаторы электромагнитного поля служат для выявления закладных устройств, использующих для передачи информации радиоканал [2], то есть, говоря иными словами, они обнаруживают средства беспроводного доступа. Поэтому можно сказать, что в таком случае индикаторы поля являются детекторами сигналов средств беспроводного доступа.
Свое основное применение детекторы сигналов средств беспроводного доступа нашли в разнообразных проверках помещений с целью выявления закладных устройств. Особенно успешно детекторы используются для проведения внеплановых поисковых мероприятий, когда время проверки ограничено [3].
Принципы построения и функционирования детекторов сигналов средств беспроводного доступа
Типовой детектор сигналов средств беспроводного доступа состоит из слабонаправленной антенны линейной поляризации, полосового фильтра или фильтра высоких частот, широкополосного усилителя высокой частоты, амплитудного детектора, порогового устройства и индикатора уровня сигнала [4].
Фильтры служат для сужения частотного диапазона, в котором ведется поиск предполагаемых закладных устройств, что способствует уменьшению мощности помех на входе детектора сигналов средств беспроводного доступа [3].
Пороговое устройство детектора сигналов средств беспроводного доступа сравнивает уровень сигнала закладного устройства на выходе детектора с пороговым и срабатывает при его превышении. Поэтому необходимо со всей ответственностью подойти к выбору порогового значения, так как зачастую именно от этого зависит эффективность проводимых поисковых мероприятий.
В индикаторах поля порог может устанавливаться вручную или автоматически. Необходимо установить порог таким образом, чтобы прибор не реагировал на естественные фоновые излучения, возникающие из-за работы различных электронных устройств, установленных в помещении или около него. Однако значение порогового уровня не должно сильно превышать фоновый уровень, тогда индикатор поля будет обладать максимальной обнаружительной способностью [3].
Среди индикаторов уровня сигнала наиболее популярными среди современных моделей детекторов поля являются световые и жидкокристаллические индикаторы.
Световые индикаторы обычно представляют собой линейку из нескольких светодиодов (4–12 штук). При повышении уровня входного сигнала на известную величину загорается следующий светодиод в соответствии с логарифмической или линейной шкалой. Также может меняться яркость свечения светодиодов при изменении уровня сигнала. Жидкокристаллический индикатор отображает относительный уровень сигнала либо на сегментной линейке, либо в цифровом виде [2].
Некоторые детекторы поля могут содержать специальный блок с амплитудным детектором, усилителем низкой частоты и громкоговорителем (динамиком), то есть существует возможность прослушивать детектированный сигнал [5]. Однако из-за того, что сигнал зашифровывается в средствах беспроводного доступа по соответствующим стандартам алгоритмам, в рассматриваемом случае прослушать речевую информацию нельзя. Таким образом, динамик, встроенный в детектор сигналов средств беспроводного доступа, необходим не для воспроизведения перехваченной речевой информации, а для осуществления одного из методов поиска закладных устройств — метода «акустической завязки». Эффект «акустической завязки» основывается на наличии паразитной амплитудной модуляции сигнала закладного устройства, а суть ее состоит в следующем: излучение, модулированное информационным акустическим сигналом, принимается антенной детектора сигналов средств беспроводного доступа, после чего детектируется, усиливается и поступает на вход громкоговорителя. Тогда между динамиком и микрофоном закладного устройства образуется положительная обратная акустическая связь. Если приблизить детектор поля достаточно близко к излучающему средству беспроводного доступа, то низкочастотный усилитель детектора самовозбуждается и в динамике появляется характерный свист. По наличию этого специфичного звука оператор делает вывод, что закладное устройство находится рядом с индикатором поля [4].
Принцип действия детектора сигналов средств беспроводного доступа основывается на интегральном методе измерения уровня электромагнитного поля в точке их расположения, и на этой основе — в определении точки абсолютного максимума уровня излучения в помещении [2].
Рассмотрим принцип функционирования типового детектора поля. Наведенный в антенне сигнал поступает на широкополосный усилитель через фильтр высокой частоты. Затем сигнал поступает на амплитудный детектор, в простейшем случае представляющий собой выпрямитель на диодах. При этом фильтруются высокочастотные составляющие сигнала, а низкочастотные поступают на усилитель постоянного тока. Коэффициент усиления в большинстве известных индикаторов поля регулируется с помощью переменного резистора в цепи отрицательной обратной связи. С выхода усилителя сигнал поступает на устройство, отвечающее за индикацию уровня сигнала, и на звуковой генератор. Таким образом, прибор регистрирует интегральный уровень электромагнитных излучений в месте приема. В случае превышения текущего уровня напряженности сигнала заранее установленного с помощью регулятора чувствительности порогового значения, срабатывает световая или звуковая сигнализация. Тональность звукового сигнала повышается при увеличении уровня входного сигнала. Также многие детекторы сигналов средств беспроводного доступа позволяют осуществлять возможность наблюдения относительного уровня входного сигнала на стрелочном, жидкокристаллическом или световом индикаторе [2].
Структурная схема разработанного детектора сигналов средств беспроводного доступа
Для непосредственно проектирования детектора сигналов средств беспроводного доступа необходимо выделить основные структурные блоки, из которых будет состоять устройство, то есть разработать его структурную схему.
Так как устройство проектируется в среде Multisim, сразу необходимо оговориться о некоторых ограничениях, возникающих в связи с этим. В данной среде моделирования не существует никаких антенн, поэтому ее следует заменить генератором амплитудно-модулированного синусоидального напряжения. Также в открытой базе электрических элементов отсутствуют отечественные элементы, поэтому при проектировании они были заменены на зарубежные аналоги, представленные в среде Multisim. Так как проектирование устройства происходит в среде моделирования, то операционные усилители, используемые в схеме, были заменены виртуальными.
Итак, основываясь на теоретических данных о принципах построения детектора сигналов средств беспроводного доступа, в состав устройства предлагается включить следующие основные структурные блоки:
- антенна (генератор сигналов);
- фильтр высоких частот;
- усилитель высоких частот;
- амплитудный детектор;
- усилитель постоянного тока;
- пороговое устройство;
- устройство индикации.
Структурная схема устройства изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема модели детектора сигналов средств беспроводного доступа
В детекторах сигналов средств беспроводного доступа обычно используются фильтры верхних частот. Они необходимы для подавления частот сигнала ниже определенной частоты — частоты среза. Благодаря таким фильтрам, во-первых, уменьшается уровень низкочастотных сигналов, которые, как правило, составляют фоновое радиоизлучение, в том числе, от бытовой техники. Во-вторых, не пропускаются на детектор сигналы с частотами, которые ниже частот, на которых осуществляют передачу радиосигнала средства беспроводного доступа. Таким образом, детектор поля не выполняет ненужную работу не в своем частотном диапазоне. Разработанный фильтр высоких частот будет подавлять сигналы частот до 450 МГц.
В случае если чувствительность детектора сигналов средств беспроводного доступа не будет удовлетворять заданным требованиям, то за антенной и фильтром высоких частот можно подключить широкополосный высокочастотный усилитель. Усилитель высокой частоты служит для усиления колебаний высокой частоты, которые были получены в антенне под действием радиоволн, и, как следствие, для повышения избирательности устройства. В качестве усилительных элементов очень часто используются различные транзисторы. Отрицательные обратные связи обеспечивают более стабильную работу усилителя высоких частот, а также уменьшают частотные и нелинейные искажения радиосигнала.
Амплитудный детектор, или демодулятор, предназначен для отделения полезного сигнала от несущей составляющей: из суммы гармонических колебаний высоких (несущей и боковых) частот получаются низкочастотные составляющие модулирующего сигнала, соответствующие огибающей принимаемого сигнала.
Усилители постоянного тока являются видом электронных усилителей, у которых в диапазон рабочих частот входит нулевая частота, то есть, постоянный ток. Обычно усилители постоянного тока основываются на операционных усилителях [6]. Сам операционный усилитель — это тот же усилитель постоянного тока, однако со значительно большим коэффициентом усиления постоянного напряжения и с большим входным сопротивлением.
Пороговое устройство детектора сигналов средств беспроводного доступа сравнивает уровень сигнала закладного устройства на выходе детектора с пороговым и срабатывает при его превышении. В качестве порогового устройства в разработанном устройстве применяются компараторы — электронные устройства, основным назначением которых является сравнение нескольких (двух или более) электрических величин [6].
В качестве порогового устройства компаратор может применяться таким образом: если входной контролируемый сигнал, приходящий на один из входов компаратора, по своей величине будет превышать опорный (заданный) сигнал, подающийся на другой вход устройства, то компаратор сработает, и загорятся светодиоды.
Принципиальная электрическая схема разработанного детектора сигналов средств беспроводного доступа
На основе полученной ранее структурной схемы детектора сигналов средств беспроводного доступа была спроектирована принципиальная электрическая схема устройства, представленная на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема детектора сигналов средств беспроводного доступа
Под цифрой 1 на рисунке изображен генератор амплитудно-модулированного синусоидального напряжения. С него через фильтр высокой частоты (цифра 2) сигналы поступают на вход усилителя высокой частоты [7], изображенного под цифрой 3. С нагрузки усилителя высоких частот высокочастотное напряжение через конденсатор С3 поступает на амплитудный детектор, показанный на рисунке под цифрой 4. Амплитудный детектор основан на двух диодах и операционном усилителе [8].
После детектирования на выходе амплитудного демодулятора остались только низкочастотные составляющие сигнала. Они поступают на усилитель постоянного тока, изображенного под цифрой 5. Действия усилителя постоянного тока основаны на работе двух операционных усилителях U1A и U1B [9]. С выхода первого операционного усилителя постоянное напряжение поступает на генератор звуковой частоты [9], показанного под цифрой 7, а также идет на вход второго операционного усилителя U1B.
С выхода усилителя постоянного тока поступает постоянное напряжение на входы компараторов порогового устройства. Компараторы сравнивают напряжение с выхода усилителя постоянного тока, поступившее на неинвертирующий вход операционного усилителя, с опорным напряжением, пришедшим на инвертирующий вход. Если значение первого напряжения меньше значения опорного напряжения, то порог не превышен и светодиоды не загораются. В другом случае компаратор срабатывает и светодиоды загораются. Под цифрой 6 на рисунке изображены пороговое устройство и устройство индикации, представляющее собой линейную светоизлучающую шкалу из 8 светодиодов [9]. Чем выше уровень сигнала на входе детектора сигналов средств беспроводного доступа, тем больше светодиодов включено.
К дополнительным функциям устройства можно отнести реализацию индикатора разряда батареи, изображенного на рисунке под цифрой 8 [9]. При уменьшении напряжения источника питания включается светодиод LED10, который сигнализирует о том, что батарея разряжена.
Заключение
В результате была разработана принципиальная электрическая схема детектора сигналов средств беспроводного доступа в среде моделирования National Instruments Multisim 11.0, представленная на рисунке 2. Эта модель устройства может послужить для изучения основных принципов работы устройства.
Литература:
1. Хорев А.А Классификация методов и средств поиска электронных устройств перехвата информации // Спецтехника и связь. — 2007. — № 6.– С.52–60.
2. Хорев А. А. Поиск электронных устройств перехвата информации с использованием индикаторов электромагнитного поля. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=960&lvl=04.01.01.
3. Лобашев А. К., Лосев Л. С. Современное состояние и тактические возможности применения индикаторов электромагнитных излучений // Специальная техника. — 2004. — № 6. — С. 36–45.
4. Бузов Г. А., Калинин С. В., Кондратьев А. В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учебное пособие. — М.: Горячая линия — Телеком, 2005. — 416 с.: ил.
5. Хорев А. А. Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации. — М.: МО РФ, 1998. — 224 с.
6. Шустов М. А. Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб: Наука и техника, 2013. — 352 с.
7. Корякин-Черняк С. Л. Как собрать шпионские штучки своими руками. СПб.: Наука и техника, 2010. — 223 с.
8. Детекторы сигналов с амплитудной модуляцией. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.club155.ru/detectors-am
9. Андрианов В. И., Бородин В. А., Соколов А. В. «Шпионские штучки» и устройства для защиты объектов и информации. Справочное пособие. — СПб.: Лань, 1996. — 272 с.
