Патент на изобретение №2353057

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МАСКИРУЮЩИХ ПРЯМОШУМОВЫХ ПОМЕХ

(57) Реферат:

Способ оценки качества маскирующих прямошумовых помех относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств защиты информации в вычислительных сетях. Технический результат – повышение точности оценки качества маскирующей прямошумовой помехи. Сущность изобретения заключается в приеме маскирующей прямошумовой помехи, преобразовании ее в электрический сигнал, осуществлении дискретизации по времени отсчетов мгновенных значений электрического сигнала, измерении для дискретных моментов времени уровней напряжения электрического сигнала, построении гистограммы закона распределения мгновенных значений напряжения электрического сигнала и вычислении энтропийного коэффициента качества мгновенных значений напряжения электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала и отличается от известных способов тем, что дополнительно принятую маскирующую прямошумовую помеху демодулируют по амплитуде, преобразуют ее в напряжение амплитуды электрического сигнала, осуществляют дискретизацию по времени отсчетов напряжения амплитуды электрического сигнала, измеряют для дискретных моментов времени уровни напряжения амплитуды электрического сигнала, строят гистограмму закона распределений значений напряжения амплитуды электрического сигнала, вычисляют энтропийный коэффициент качества значений напряжений амплитуды электрического сигнала относительно эталонного релеевского закона распределения значений напряжений амплитуды электрического сигнала, а энтропийный коэффициент качества маскирующей прямошумовой помехи определяют как произведение энтропийных коэффициентов качества мгновенных значений напряжения электрического сигнала и значения напряжения амплитуды электрического сигнала. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств защиты информации в вычислительных сетях.

Уровень техники

Известны способы оценки качества маскирующих прямошумовых помех (далее по тексту описания – маскирующих помех), создаваемых для защиты побочных электромагнитных излучений средств вычислительной техники и средств передачи информации по каналам связи в вычислительных сетях (см., например, [1] стр.3-5, [2, 3] стр.9-11, [4] стр.229-246, [5]).

В известных способах для оценки качества маскирующих помех используют энтропийный коэффициент [1]. При этом определяют эталонные статистические характеристики мгновенных значений маскирующих помех для нормального закона распределения, при которых достигается максимальный маскирующий эффект, а затем определяют энтропийный коэффициент качества для реальной излученной маскирующей помехи, статистические характеристики которой отклоняются от эталонных [1-3].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [1-3]. Способ заключается в том, что принимают маскирующую помеху, преобразуют ее в электрический сигнал, осуществляют дискретизацию отсчетов мгновенных значений электрического сигнала, измеряют для всех дискретных моментов времени уровни напряжений u_i электрического сигнала, строят гистограмму закона распределения мгновенных значений напряжения электрического сигнала p_i(u_i) , вычисляют с использованием гистограммы средневзвешенное значение u_ср напряжения электрического сигнала по формуле

,

вычисляют с использованием гистограммы среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала по формуле

,

вычисляют с использованием гистограммы энтропию Н закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле

,

вычисляют энтропийный коэффициент качества ^М мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле

,

используют полученное значение ^М энтропийного коэффициента качества мгновенных значений напряжений электрического сигнала для оценки качества маскирующих помех.

Описанный способ-прототип имеет существенный недостаток. При наличии спектральных составляющих в маскирующей помехе имеет место большая погрешность при определении энтропийного коэффициента качества этой маскирующей помехи, поскольку в этом случае закон распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала будет мало отличаться от нормального закона распределения. В то же время наличие спектральных составляющих в маскирующей помехе резко снижает ее качество, поскольку значительная часть энергии маскирующей помехи будет сосредоточена в спектральных составляющих, которые не обладают маскирующими свойствами и которые могут быть скомпенсированы при приеме или удалены режекторными фильтрами.

Таким образом, в изобретении решается проблема повышения точности оценки качества маскирующих помех.

Раскрытие изобретения

Решение проблемы достигается тем, что в известном способе оценки качества маскирующих прямошумовых помех, заключающимся в том, что принимают маскирующую прямошумовую помеху, преобразуют ее в электрический сигнал, осуществляют дискретизацию отсчетов мгновенных значений электрического сигнала, измеряют для всех дискретных моментов времени t_f уровни напряжений электрического сигнала, строят гистограмму закона распределения мгновенных значений электрического сигнала р_i(u_i) , вычисляют с использованием гистограммы средневзвешенное значение u_ср напряжения электрического сигнала по формуле

,

вычисляют с использованием гистограммы среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала по формуле

,

вычисляют с использованием гистограммы энтропию Н закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле

,

вычисляют энтропийный коэффициент качества ^М мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле

,

согласно изобретению дополнительно осуществляют амплитудную демодуляцию принятой маскирующей прямошумовой помехи, преобразуют демодулированную помеху в напряжение амплитуды электрического сигнала, измеряют для всех дискретных значений времени уровень напряжения амплитуды электрического сигнала, строят гистограмму закона распределений значений напряжения амплитуды электрического сигнала рассчитывают с использованием гистограммы второй момент закона распределения значений напряжения амплитуды электрического сигнала по формуле

,

рассчитывают с использованием гистограммы математическое ожидание m натурального логарифма значений напряжения амплитуды электрического сигнала по формуле

,

вычисляют с использованием гистограммы энтропию Н⁰ закона распределения значений напряжений амплитуды электрического сигнала по формуле

,

вычисляют энтропию Н^p эталонного релеевского закона распределения по формуле

,

где – параметр релеевского закона распределения;

c=0,577 – постоянная Эйлера,

вычисляют энтропийный коэффициент качества ⁰ амплитуды электрического сигнала по формуле

вычисляют энтропийный коэффициент качества маскирующего шума по формуле

=^М·⁰,

используют полученное значение энтропийного коэффициента качества для оценки качества маскирующего шума.

Эти отличительные по сравнению с прототипом признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “новизна”.

В предлагаемом способе оценки качества маскирующей помехи перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую точность оценки качества маскирующей помехи, так как в этом случае учитывают влияние гармонических составляющих в спектре излученной маскирующей помехи на энтропийный коэффициент качества этой помехи. Для этого используют эталонные статистические характеристики амплитуды помехи, при которых достигается максимальный маскирующий эффект.

Поскольку закон распределения амплитуды маскирующей помехи имеет жесткую функциональную связь с энергетическим спектром этой помехи, то появление в ней гармонических составляющих, а также малейшее отклонение спектра помехи от эталонного, приводит к изменению закона распределения амплитуды этой помехи. Эталонный закон распределения амплитуды маскирующей помехи является релеевский, поскольку в этом случае достигается максимальный маскирующий эффект, так как он соответствует стационарному случайному процессу, у которого мгновенные значения случайной величины подчинены нормальному закону распределения, а значения амплитуды случайной величины подчинены релеевскому закону распределения.

Поскольку эталонный закон распределения мгновенных значений маскирующей прямошумовой помехи является нормальным, то в качестве ограничения для сравниваемых законов распределения рассматривают только дисперсию. В этом случае максимальной энтропией будет обладать нормальный закон распределения по отношению ко всем другим законам распределения [4].

Поскольку эталонный закон распределения амплитуды маскирующей помехи является релеевским, то в этом случае в качестве ограничения для сравниваемых законов распределения рассматривают второй момент закона распределения и математическое ожидание логарифма случайной величины, так как в этом случае максимальной энтропией будет обладать релеевский закон распределения по отношению ко всем другим законам распределения, в том числе и по отношению к нормальному закону распределения [4, 5].

Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к существенному увеличению точности при оценке качества маскирующего шума, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Описание изобретения сопровождается чертежом, где обозначено:

блок 1 – источник маскирующей прямошумовой помехи;

блок 2 – измерительный приемник с амплитудным демодулятором;

блоки 3, 4 – измеритель корреляционных характеристик типа Х6-4;

блок 5 – персональный компьютер.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ оценки качества маскирующей помехи опробован в лабораторных условиях. Изготовлен опытный образец устройства для реализации данного способа. Кроме того, данный способ может быть реализован с использованием устройств, представленных на чертеже.

Маскирующую помеху формируют в блоке 1 и излучают в окружающее пространство. В блоке 2 принятую помеху на промежуточной частоте преобразуют в электрический сигнал, который подают на первый измеритель корреляционных характеристик типа Х6-4 (блок 3). Одновременно в блоке 2 принятую помеху демодулируют по амплитуде и преобразуют в напряжение амплитуды электрического сигнала, которое подают на второй измеритель корреляционных характеристик типа Х6-4 (блок 4). В блоке 3 осуществляют дискретизацию по времени электрического сигнала, измерение уровней сигнала для дискретных моментов времени и построение гистограммы плотности вероятности распределения значений электрического сигнала. Построенную гистограмму вводят в персональный компьютер (блок 5). В блоке 4 осуществляют дискретизацию по времени напряжения амплитуды электрического сигнала, измерение уровней напряжения амплитуды электрического сигнала для дискретных моментов времени и построение гистограммы плотности вероятности распределения значений напряжения амплитуды электрического сигнала. Построенную гистограмму вводят в персональный компьютер (блок 5). В блоке 5 с использованием построенной гистограммы плотности вероятности распределения значений электрического сигнала вычисляют средневзвешенное значение напряжения электрического сигнала, среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала, энтропию закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала и энтропийный коэффициент качества мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала, а с использованием гистограммы плотности вероятности распределения значений напряжения амплитуды электрического сигнала вычисляют второй момент закона распределения значений напряжения амплитуды электрического сигнала, математическое ожидание натурального логарифма значений напряжения амплитуды электрического сигнала, энтропию закона распределения значений напряжений амплитуды электрического сигнала, энтропию эталонного релеевского закона распределения амплитуды электрического сигнала, энтропийный коэффициент качества напряжения амплитуды электрического сигнала, а затем вычисляют энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи, который используют для оценки качества этой помехи.

В соответствии с представленным описанием была проведена оценка энтропийного коэффициента качества маскирующей помехи, представляющего собой чисто гармоническое колебание. При использовании прототипа для оценки качества такой маскирующей помехи получено значение энтропийного коэффициента, равное 0,51. При использовании предлагаемого способа для оценки качества маскирующей прямошумовой помехи получено значение энтропийного коэффициента, равное 0,01. Теоретическое значение энтропийного коэффициента качества маскирующей помехи в этом случае равно 0.

Таким образом, предложенный способ позволяет существенно повысить точность оценки качества маскирующей помехи по отношению к прототипу, особенно тогда, когда в спектре маскирующей помехи имеются гармонические составляющие, поскольку статистические характеристики амплитуды маскирующей помехи в этом случае подчинены не релеевскому закону, а закону Раиса.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.

Источники информации

1. Пятачков А.Г. Защита информации, обрабатываемой вычислительной техникой, от утечки по техническим каналам. – М.: Факел, 2007. – 195 с.

2. ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения. – М.: Издательство стандартов, 2002. – 30 с.

3. Федоров М.В. Метод идентификации форм распределений малых выборок. – М.: Рос.хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева), 2002, 3. – 3 с.

4. Розенберг В.Л. Радиотехнические методы измерения параметров процессов и систем. – М.: Стандартиздат, 1970. – 308 с.

5. Мирский Г.Л. Радиоэлектронные измерения. – М.: Энергия, 1969. – 367 с.

Формула изобретения

Способ оценки качества маскирующих прямошумовых помех, заключающийся в том, что принимают маскирующую прямошумовую помеху, преобразуют ее в электрический сигнал, осуществляют дискретизацию отсчетов мгновенных значений электрического сигнала, измеряют для всех дискретных моментов времени t_j () уровни напряжений электрического сигнала, строят гистограмму закона распределений мгновенных значений напряжения электрического сигнала p_i(u_i) (), вычисляют с использованием гистограммы средневзвешенное значение и напряжения электрического сигнала по формуле

вычисляют с использованием гистограммы среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала по формуле

вычисляют с использованием гистограммы энтропию Н закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле

вычисляют энтропийный коэффициент качества ^M мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжения электрического сигнала по формуле

отличающийся тем, что дополнительно осуществляют амплитудную демодуляцию принятой маскирующей прямошумовой помехи, преобразуют демодулированную помеху в напряжение амплитуды электрического сигнала, измеряют для всех дискретных значений времени уровень напряжения амплитуды электрического сигнала, строят гистограмму закона распределений значений напряжения амплитуды электрического сигнала (), рассчитывают с использованием гистограммы второй момент закона распределения значений напряжения амплитуды электрического сигнала по формуле

рассчитывают с использованием гистограммы математическое ожидание m натурального логарифма значений напряжения амплитуды электрического сигнала по формуле

вычисляют с использованием гистограммы энтропию Н⁰ закона распределения значений напряжений амплитуды электрического сигнала по формуле

вычисляют энтропию Н^p эталонного релеевского закона распределения по формуле

где – параметр релеевского закона распределения;
с=0,577 – постоянная Эйлера,
вычисляют энтропийный коэффициент качества ⁰ амплитуды электрического сигнала по формуле

вычисляют энтропийный коэффициент качества маскирующего шума по формуле
=^M·⁰,
используют полученное значение энтропийного коэффициента качества для оценки качества маскирующего шума.

РИСУНКИ