УДК 004.056.55

Применение псевдослучайных последовательностей при защите акустической информации

Киселева Мария Петровна – магистрант Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники».

Аннотация: В статье рассматривается применение псевдослучайных последовательностей от утечки акустической речевой информации по техническому каналу, создаваемому методом высокочастотного облучения. Для защиты применяются активные средства защиты. К ним относится генератор шума. Он может быть аналоговым или цифровым. Цифровой шум представляет из себя псевдослучайный процесс. Генератор псевдослучайной последовательности основан на линейных рекуррентных регистрах сдвига и использует М-последовательности с максимально возможным периодом. Стойкость криптоалгоритма цифрового генератора шума зависит от степени случайности выходных последовательностей.

Ключевые слова: высокочастотное облучение, генератор шума, закладное устройство, защита информации, линейный рекуррентный регистр сдвига, псевдослучайная последовательность.

С развитием информационного общества проблема обеспечения безопасности информации выступает на первый план и играет решающую роль в достижении поставленных целей во всех сферах жизнедеятельности человека. В погоне за получением конфиденциальной информации злоумышленники используют различные устройства, которые стремительно развиваются в направлении повышения скрытности и эффективности функционирования. В области информационной безопасности под пристальным вниманием находятся каналы высокочастотного облучения.

Высокочастотное облучение является одним из способов активного перехвата информации, при котором с помощью высокочастотного генератора с направленной антенной, происходит облучение мощным гармоническим сигналом.

Обеспечение защиты вычислительной техники и помещения от высокочастотного облучения является одним из ключевых факторов заинтересованности лиц и организаций, обрабатывающих конфиденциальную информацию. Для перехвата информации используется специальная техника и устройства.

 Среди множества закладных устройств особое место занимают радиопередатчики, управляемые внешним сигналом. Современный технологический и технический процессы позволяют иметь такие закладные устройства, которые не имеют явных демаскирующих признаков и достигают существенных малых размеров. Обнаружить их возможно в основном только во время защищаемых переговоров, то есть когда на закладное устройство подается опорный сигнал.

Защита акустической или речевой информации является важнейшей задачей в общем комплексе мер, принимаемых для обеспечения информационной безопасности. Это связано с тем, что при обсуждении служебных вопросов озвучивается информация ограниченного доступа. В момент первого озвучивания может быть организован перехват этой информации. [4] Объектами технической защиты акустической информации являются государственные учреждения, научно-исследовательские центры, военные и военно-промышленные объекты.

При защите информации от утечки по техническим каналам применяют пассивные и активные средства. Пассивные средства сигналы не излучают, но они ослабляют информационные сигналы, мешая их выделению среди потока на фоне помех. [3] Достичь требуемого уровня защиты информации с помощью пассивных средств не всегда удается,поэтому применяют активные средства, то есть генераторы шума.

Основой любого генератора является источник шума. Существуют аналоговые и цифровые способы получения шумового сигнала. При аналоговом способе получения шумового сигнала источником шума являются шумящие диоды, стабилитроны или резисторы. Однако они имеют ряд недостатков: низкая стабильность параметров, малая мощность шума.

При цифровом способе получения шумового сигнала используется в качестве источника шума генератор псевдослучайной последовательности на основе линейных рекуррентных регистрах сдвига. Важным параметром при анализе генераторов на базе рекуррентных регистров сдвига является линейная сложность. Преимущества цифрового генератора шума в том, что его можно генерировать с заданными параметрами, а также отсутствуют проблемы взаимовлияния и помех.

Процесс псевдослучайности используется в цифровом шуме, так как он похож по свойствам к процессу физических шумов, то есть считается случайным временным процессом. Псевдослучайная последовательность представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. Для ее получения используют M – последовательности.

Генератор псевдослучайной последовательности основан на рекуррентных регистрах сдвига. Регистр сдвига представляет собой последовательность битов, записывается в виде полинома как сумма степеней (формула 1):

h(x)= a_n xⁿ + a_n-1 x^n-1+⋯+ a₁ x¹+ a₀,            (1)

где a_i ={0,1} для i =1…  n, а xⁱ – указывает разряд. [5]

При этом длина периода повторения равна 2ⁿ–1 бит, где n – длина сдвигового регистра. Чтобы период был максимальным, необходимо, чтобы многочлен, который образован из отводной последовательности и константы 1, был примитивен по модулю 2. [2]

Если последовательность имеет максимально возможный период, то это М-последовательность (линейная рекуррентная последовательность максимального периода). Для нее характерна сбалансированность, другими словами количество нулей и единиц в периоде 2ⁿ–1 одинаково. Также на каждом периоде М-последовательности все возможные ненулевые двоичные последовательности длины r появятся только раз. [1]

Из-за этих свойств линейного рекуррентного регистра сдвига может показаться, что на выходе мы получим чисто случайную последовательность, но на самом деле она строго детерминированная. Последовательность имеет начальное заполнение a_i = {0,1} для i = 1 … n и полином обратной связи h(x), таким образом она является псевдослучайной последовательностью.

Следовательно, стойкость криптоалгоритма цифрового генератора шума, использующего такие состояния или последовательности, напрямую зависит от алгоритма генерации случайных чисел и последовательностей, точнее от степени случайности выходных последовательностей.

Случайные последовательности являются актуальной задачей на сегодняшний день, так как они применяются в различных областях, в том числе в обеспечении информационной безопасности.

Список литературы

1. Будько М.Б., Будько М.Ю., Гирик А.В., Грозов В.А. Методы генерации и тестирования случайных последовательностей. – СПб: Университет ИТМО, 2019. – 70 с.
2. Дворянкин С.В., Макаров Ю.К., Хорев А.А. Обоснование критериев эффективности защиты речевой информации от утечки по техническим каналам // Информационно-методический журнал «Защита информации. Инсайд», 2007, №2 (14). С. 18 – 25.
3. Иванюк А.А. Проектирование конфигурационного сдвигового регистра с линейной обратной связью / Информатика, №3/2013.
4. Хорев А.А. Способы и средства защиты информации.- М.: МО РФ, 1998. – 316 с.
5. Слеповичев И.И. Генераторы псевдослучайных чисел: учебное пособие. - Саратов: СГУ, 2017.