Методы и средства скрытого съема информации в оптических каналах передачи

Волоконно-оптическая связь, получившая развитие после изобретения в 1960 году лазера — высококогерентного источника излучения оптического диапазона, и демонстрации в 1970 году оптических волокон с низкими потерями (20 дБ/км), позволивших осуществлять передачу информации на средние расстояния, на сегодня является основным видом высокоскоростной коммуникаций на длинные и сверхдлинные дистанции. Использование в качестве носителей информации коротких лазерных импульсов инфракрасного диапазона (~200 ТГц) обеспечивает скорость передачи в несколько десятков Гбит/c, что превышает максимальные скорости радиосвязи и связи посредством электрических кабелей. Результатом стало создание трансокеанских и трансконтинентальные линий связи протяженностью в десятки тысяч километров. Следует ожидать, что в ближайшие годы волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) заменят все остальные виды магистральных линий передачи информации. В связи с этим встает вопрос о защищенности ВОЛС.

Оптическое волокно представляет собой диэлектрический слоистый цилиндрический волновод круглого сечения, как правило находящийся внутри защитной оболочки. Показатель преломления сердцевины волокна (n1) больше показателя преломления оболочки (n2). Волноведущие свойства волокна основаны на явлении полного внутреннего отражения. Если угол падения света на границу раздела сердцевина-оболочка (ц1) удовлетворяет условию то свет не может покинуть сердцевину волновода.

Волоконно-оптические линии передачи отличаются высокой защищенностью в виду того, что:

• 1. Электромагнитное поле направляемой волны локализовано вблизи сердцевины волокна на масштабах десятков микрометров, что затрудняет доступ к информации по сравнению с СВЧ волноводами и тем более радиосигналами.
• 2. Повреждение волновода в большинстве случаев приводит обрыву соединения и мгновенному обнаружению несанкционированного доступа
• 3. Компании, занимающиеся волоконно-оптическими линиями передачи, обеспечивают высокую физическую защищенность кабелей. Так например, трансокеанские линии связи на шельфе покрыты толстой металлической оболочкой.
• 4. Оптические каналы связи характеризуются высокой скоростью передачи информации (сотни Гбит/c), что достигается использованием коротких световых импульсов (десятки и сотни пикосекунд). В связи с этим для перехвата информации требуются высокочувствительные и быстрые детекторы, что делает несанкционированный доступ чрезвычайно дорогим.
• 5. В кабеле линии связи обычно находится значительное число отдельных волокон, что приводит к тому, что доступ к каждому из волноводов в отдельности сильно затруднён.
• 6. ВОЛП защищены от помех, создаваемых источниками электромагнитного излучения, стойки к колебаниям температуры и влажности.

Ранее считалось, что ВОЛП обладают повышенной скрытностью, однако всегда существует принципиальная возможность съёма информации, передаваемой по оптическим каналам связи. Тем не менее, существуют методы, потенциально позволяющие осуществить перехват информации. ВОЛС состоят из стационарного оборудования, размещаемого на сертифицированных объектах, и линейного тракта, представляющего собой волоконно-оптические кабели и усилители оптического сигнала, которые устанавливаются каждые 50−80 км. Защита первой составляющей обеспечивается точно так же как и защита любого аналогичного объекта и имеет мало особенностей, в то время как вторую составляющую защитить на всем её протяжении невозможно, ввиду невозможности охватить десятки тысяч километров.

Несмотря на перечисленные преимущества волоконно-оптические кабели имеют инедостатки, одним из которых является возможность утечки информации за счет побочного электромагнитного излучения и наводок как в радиочастотном, так и в оптическом диапазонах.

Для анализа возможных каналов утечки информации рассмотрим простейшую модель волоконно-оптической линии связи:

В качестве излучателя для волоконно-оптической линии связи могут использоваться полупроводниковые устройства двух типов. Устройство простейшего типа — светоизлучающий диод имеет широкую диаграмму направленности излучения и поэтому пригоден для работы с многомодовыми волоконными световодами с большим диаметром сердцевины. Более сложные устройства — полупроводниковые лазеры излучают значительно лучше сколлимированные (параллельные) пучки света и поэтому позволяют вводить сигнал более высокой мощности в многомодовые световоды с малым диаметром сердцевины. В качестве приемника в волоконно-оптической линии связи используются, как правило, фотодиоды.

Утечка информации у излучателя и приемника возможна:

— за счет несогласования геометрических размеров окна (микролинзы) диода или полупроводникового лазера и торца (апертуры) волоконного световода;

— за счет «окон прозрачности» вокруг контактов на подложке, к которым подводится передаваемый или принимаемый сигнал в радиочастотном диапазоне.

Утечка информации может происходить и из самого оптического волокна. В волоконно-оптических кабелях существуют волны трёх типов: направляемые, излучаемые и вытекающие (рис.4).

Направляемые волны — это основной тип волны, распространяющейся по световоду. Излучаемые волны возникают при вводе света в волновод. Здесь определенная часть энергии уже в начале линии излучается в окружающее пространство и не распространяется вдоль световода. Это связано с дополнительными потерями энергии и приводит к возможности приёма излученных в пространство сигналов.

Вытекающие волны частично распространяются вдоль световода, а часть их переходит в оболочку и распространяется в ней или выходит наружу. То есть одна часть лучей, направленных в световод, может распространяться только по его сердечнику (направляемые моды), а другая их часть может распространяться в оболочке световода на сравнительно небольшие расстояния, а затем выйти наружу (вытекаемые моды).

Выпускаемые промышленностью волоконные световоды можно разделить на три типа: многомодовый, маломодовый и одномодовый волоконный световод. Кроме этого, волоконные световоды бывают со ступенчатым и с градиентным показателем преломления. Абсолютно все волоконные световоды обладают затуханием. Затухание света в волоконном световоде обусловлено поглощением и рассеянием в материале, рассеянием, связанным со световодной структурой и потерями на излучение. Рассеяние, связанное со световодной структурой, вызвано большей частью геометрическими неоднородностями поверхности раздела сердцевина — оболочка. Потери на излучение вызваны изгибами световода и при малых радиусах кривизны могут быть значительными. Излучение из волоконного световода достигает особенно больших величин, если при изготовлении оптического кабеля используются световоды без мягкой амортизирующей оболочки. С точки зрения утечки информации наиболее опасными являются «оболочечные» и «вытекающие» моды, так как, имея доступ к данному типу оптического волокна, с помощью высокочувствительных фотоприемных устройств можно принять передаваемый оптический сигнал.

Если в оптическом кабеле существуют нарушения структуры, напряжения, приложенные перпендикулярно оси оптического волокна, то они могут вызвать его изгибы с малым радиусом кривизны. Осевые напряжения могут также приводить к изгибам, если имеются неоднородности структуры, к удлинению световода и росту микротрещин. Напряжение на выпуклостях может привести к изгибу световода и увеличению побочного излучения. Натяжение может также привести к увеличению микротрещин и вызвать изменение показателя преломления, что в свою очередь, может вызвать увеличение побочного излучения с оптического волокна.

Причинами излучения в окружающее пространство (утечка световой информации) в разъёмных соединениях волоконных световодов являются:

• — радиальная несогласованность стыкуемых световодов (рис. 5);
• — угловая несогласованность осей стыкуемых световодов (рис. 6);
• — наличие зазора между торцами стыкуемых световодов (рис. 7);

— наличие непараллельности поверхностей торцов стыкуемых.

световодов (рис. 8);

— разница в диаметрах стыкуемых световодов (рис. 9);

— акустооптический эффект, проявляемый в модуляции светового сигнала за счёт изменения толщины световода под воздействием акустического давления (рис. 10).

связь волокнистый оптический излучение.

Если рассматривать оптический кабель, состоящий из нескольких оптических волокон, по которым передается конфиденциальная информация с разным грифом (уровнем секретности), то возникает еще один канал утечки информации за счет переходного затухания, обусловленного вытекающими модами.

Доступ к оптическим волокнам кабеля для улучшения условий приема информации в оптическом диапазоне частот возможен за счет:

— механического воздействия;

— химического воздействия;

— воздействия облучения жесткими лучами.

К волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) возможно контактное и бесконтактное подключение. Для контактного подключения удаляют защитные слои кабеля, изгибают оптический кабель на определенный угол и присоединяют оптоэлектронный преобразователь (рис. 11). Часть оптического излучения попадает на оптоэлектронный преобразователь. При таком подключении к ВОЛС обнаружить утечку информации за счёт ослабления мощности излучения бывает очень трудно, так как при существующих приёмных устройствах несанкционированного съёма информации достаточно отобрать всего 0,001% передаваемой мощности, чтобы подслушать переговоры, а дополнительные потери при изгибе кабеля составляют всего 0,01−1 дБ в зависимости от степени изгиба.

Для бесконтактного подключения к ВОЛС (рис. 12) в качестве элемента съёма светового сигнала используется стеклянная трубка с изогнутым концом, заполненная жидкостью с высоким показателем преломления и жестко фиксированная на оптическом кабеле, с которого предварительно снята защитная оболочка. На изогнутом конце трубки устанавливается объектив, фокусирующий световой поток на фотоприёмник, электрический сигнал с которого подаётся на усилитель сигналов.

По типу волоконно-оптического оборудования и конструктивным особенностям прокладки кабеля в помещениях все каналы утечки можно разделить на три типа:

— механические контакты и соединения оптического волокна;

— свободные участки волоконно-оптического кабеля с уплотнительными элементами;

— места крепления волоконно-оптического кабеля к элементам несущих конструкций здания.

Механические контакты и соединения оптического волокна. Волоконно-оптическое оборудование включает большой набор различного вида коннекторов, розеток, переходников, разветвителей, аттенюаторов, муфт, шнуров, сборок и других элементов, которые обеспечивают удобную прокладку и монтаж волоконно-оптических сетей. Одним из важных элементов являются коннекторы, с помощью которых осуществляется механическое соединение оптических волокон с высокой эффективностью без их сварки. Конструкция коннектора включает втулку по размеру волокна, в которую вставляются волокна с обработанными концами. При воздействии звука на соединение происходят различного типа колебания, влияющие на прохождение света через соединение и формирующие канал утечки. Злоумышленник может увеличить глубину модуляции светового потока звуком путем внесения в конструкцию соединения эластичных элементов. Например, поместить между волокнами тонкую эластичную прокладку; сместить контакт по оси или поперёк волокон; специально обработать концы соединяемых волокон и произвести другие действия, увеличивающие упругие свойства соединения.

Свободные участки волоконно-оптического кабеля с уплотнительными элементами. В волоконно-оптических сетях для соединения компьютеров используют оптические кабели, содержащие от одного или двух волокон и более в сборках в зависимости от решаемых задач. Оптические волокна в кабеле защищают от внешнего воздействия специальные наполнители и кожух (внешняя оболочка), которые значительно уменьшают влияние вибраций и звука. Злоумышленник может повысить чувствительность волокна к звуковым колебаниям путём внесения под внешнюю оболочку кабеля специальных твердых включений, а также специальных зажимов кабеля и других приспособлений, обеспечивающих акустический контакт оптического волокна с окружающей воздушной средой. Причём формирование акустического контакта может быть произведено в любом месте оптического кабеля, а размер области контакта может не превышать нескольких миллиметров. Обнаружение подобных изменений в кабеле затруднено, так как оно может выглядеть как естественное состояние кабеля.

Места крепления волоконно-оптического кабеля к элементам несущих конструкций здания. Любые фиксированные контакты оптического кабеля с конструкцией здания и коробками для соединения волокон являются ещё одним местом, потенциально опасным для формирования канала утечки. В кабельных коробках для прокладки оптических кабелей легко обеспечить скрытный акустический контакт с ее поверхностью. Они являются мембраной с большой поверхностью и обеспечивают хороший акустический контакт, как с волокном, так и с окружающим воздухом.