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計算機視頻信息泄漏中的紅信號鑒別研究

2008-10-16
作者:駱紅廷 邱 揚 孫偉國 陳

  摘 要: 根據相關檢測法的原理,提出計算機視頻信息紅信號泄漏的鑒別方法。給出標準紅信號的時域、頻域" title="頻域">頻域特征,提取其信號特征量作為計算機TEMPEST檢測時判別設備是否存在泄密發射的判據,并通過試驗驗證方法的有效性。
  關鍵詞: 紅信號 相關檢測法 信號特征量


  紅黑概念是TEMPEST技術中的一個重要概念。TEMPEST設計的重要一步就是紅黑工程。實際上,TEMPEST設計可以認為是基于紅黑工程的EMC設計。TEMPEST技術的重要內容之一在于系統中紅、黑信號的鑒別。而紅信號泄漏的鑒別則是計算機TEMPEST檢測中確定泄密發射的關鍵技術和難點。
1 相關檢測法原理
  鑒別一個接收到的信號是否屬于泄密發射的紅信號是一件十分復雜的工作。相關檢測法是針對計算機TEMPEST檢測提出的鑒別紅信號泄漏的方法。其原理為:選取便于識別的標準信號,測量時域波形,得到其時域特征;進行Fourier變換轉換到頻域,得到其頻域特征,提取標準信號的時域、頻域的信號特征量作為檢測紅信號的判據,當接收到設備輻射信號的頻譜與判據相關性較強時,則可判定接收到的這個信號屬于紅信號,該設備有泄密發射。
2 計算機視頻信息紅黑信號
  截獲信息只是竊取信息的手段,將所截獲的信息進行復現才是目的。從紅黑工程的角度看,被截獲后能夠恢復出有用信息的信號就是所謂的“紅信號”;而被截獲后不能恢復出有用信息的信號就是所謂的“黑信號”。由此可見,要研究計算機顯示器的有用信息泄漏" title="信息泄漏">信息泄漏,就必須從復現的角度來看什么樣的信號是紅信號,即截獲后可以被復現。
  計算機系統中,信息的傳送主要是并行和串行兩種傳送方式。并行傳送的信號因為具有并行線間隔小、信號同時發射、發射頻率相同或相似的特點,所以很難復現。而串行信號不具備上述并行信號的特點,可以較為容易地實現時分接收、頻分接收和方位接收。因此認為串行信號是紅信號。
  要截獲計算機視頻信號,必須要獲得R、G、B三路" title="三路">三路視頻信號和行、場同步信號" title="同步信號">同步信號,而這些信號都是串行信號。由于接收機的行、場同步信號可以從外部產生(TEMPEST接收機一般都帶有可調的同步信號恢復電路),所以暫不考慮行、場同步信號,可認為它們是黑信號。對計算機顯示器信息泄漏分析的重點應放在R、G、B三路串行視頻信號上, R、G、B三路視頻信號就是計算機視頻信息中最重要和最典型的紅信號。本文所要分析和處理的主要是R、G、B三路視頻信號。
3 計算機視頻標準信號的時域、頻域特征
  目前,計算機顯示內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,分析計算機顯示典型文本或圖像時的視頻信號特征具有重要意義。在同等條件下,當計算機顯示黑白點陣和H字符時引起的信息泄漏最為嚴重。此外黑白點陣和H字符也是研究計算機視頻信息泄露時最典型的準周期信號。因此選取二者作為標準信號,分析它們在分辨率為800×600、刷新率為75Hz模式下的時域、頻域特征。因為只顯示黑白兩種顏色時, R、G、B三路視頻信號特征完全相同,所以把它們作為一個整體看待。
3.1 黑白點陣信號的時域、頻域特征
3.1.1 黑白點陣信號的時域特征

  黑白點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。在這種情況下信號為準周期信號(由于存在消隱期),電壓突變最強,其輻射強度最大。顯示器在顯示黑白點陣圖時,電子槍通過“啟”“閉”依次掃過屏幕上的像素點,視頻信號理想上是一個脈沖信號,如圖1所示。脈寬τ應該等于電子束掃過相鄰兩個像素點之間所用的時間,信號周期T為兩倍的脈寬,即T=2τ。但是由于理想的脈沖信號不存在,實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:黑白點陣信號時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、逆程時間。
3.1.2 黑白點陣信號的頻域特征
  鋸齒波信號產生的電流隨時間變化的曲線如圖3所示。


  由于鋸齒波形曲線的倒數為矩形波,根據Fourier變換的性質,容易得到鋸齒波電流的Fourier級數為:

  由黑白點陣信號的時域波形和公式(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字符的時域和頻域特征
3.2.1 H字符的時域特征

  在字符信息的輻射發射中,豎筆劃的影響最大(信號突變最明顯),對于滿屏4號H字符,其對應的信號波形為準周期信號(因為在行場消隱期內,視頻信號電壓為零),高電平對應白點,低電平對應黑點。H字符對應的視頻信號理想上應該是方波信號,如圖5所示;實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字符信號時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、逆程時間。
3.2.2 H字符的頻域特征
  周期梯形波信號電流隨時間變化的曲線如圖7所示。


  電流I(t)可由Fourier級數表示,即

  
  由H字符時域波形和公式(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 相關性檢測
  通過對黑白點陣和H字符的時域、頻域分析,已經掌握了其信號特征,可以作為判別接收到的信號是否為紅信號的判據。使用計算機視頻信息泄露接收系統在符合TEMPEST檢測標準距離處對顯示器分別顯示黑白點陣和H字符的頻譜進行接收,并進行相關性判別。
4.1 基于黑白點陣的相關性檢測
  當顯示器顯示黑白點陣時,接收機接收到的設備發射信號頻譜如圖9。


  信號頻譜圖中各頻點的值如表1。


  與前面分析的黑白點陣信號時域、頻域特征加以比較,顯然,圖9中的頻點1即黑白點陣信號發射的基波(25MHz);頻點2~6即對應的2~6次諧波;并且三次、五次諧波輻射強度較大。根據相關檢測法原理,可以得出結論:接收到的設備發射信號頻譜圖與已知黑白點陣信號特征量相關性很強,泄漏的信號為紅信號,設備存在泄密發射。
4.2 基于H字符的相關性檢測
  當顯示器顯示H字符時,接收機接收到的設備發射信號頻譜如圖10。


  信號頻譜圖中各頻點的值如表2。


  與已分析的H字符信號時域、頻域特征加以比較,可以看出:圖10中的頻點1即H字符信號發射的基波頻率(5.51MHz);頻點2~5即對應的2~5次諧波頻率;并且二次、三次諧波輻射強度較大。根據相關檢測法原理,可以得出結論:接收到的設備發射信號頻譜圖與已知H字符信號特征量相關性很強,泄漏的信號為紅信號,設備存在泄密發射。
  紅信號泄漏的鑒別方法是計算機TEMPEST設計和檢測領域中的重要課題,基于相關檢測法的紅信號泄漏鑒別研究,不僅為計算機TEMPEST檢測判斷設備是否存在泄密發射提供了行之有效的檢測方法,而且對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
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