Спосіб захисту інформації від несанкціонованого доступу у радіолінію

Способ защиты информации от несанкционированного доступа в радиолинию, включающий поляризационную модуляцию, отличающийся тем, что электромагнитное колебание, в котором заложено передаваемое сообщение посредством любого вида модуляции, подвергают поляризационной модуляции с помощью антенны с управляемой поляризационной характеристикой, которая определенным образом управляет амплитудами ортогональных составляющи х поляризационного эллипса. (19) (21) 95041708 (22) 14.04.1995 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Ільницький Людвиг Якович, Білець Анатолій Іванович, Оніщук Сергій Костянтинович, Сібрук Леонід Вікторович, Любімов Олександр Дмитрович (73) КИЇВСЬКИЙ МІЖН АРОДНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЦИВІЛЬНОЇ АВІАЦІЇ 28173 На фиг. 1 изображен поляризационный эллипс, расположенный в картинной плоскости точки наблюдения. На фиг. 2 изображена антенна линейной поляризации, расположенная произвольным образом в картинной плоскости точки наблюдения. На фиг. 3 изображено устройство для реализации поляризационного способа защиты информации. На фиг. 4.а изображен спектр амплитудномодулированного сигнала. На фиг. 4.б изображен спектр сигнала в режиме радиоперехвата антенной линейной поляриза1 ции в случае, когда W - W c > Dw . 2 На фиг. 4.в изображен спектр сигнала в режиме радиоперехвата антенной линейной поляриза1 ции в случае, когда W + Wc £ Dw . 2 Для обеспечения защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа в радиолинию с помощью поляризационных свойств антенны выполняют ряд последовательных действий: 1) применяют антенну, которая позволяет воздействовать на амплитуды ортогональные составляющие поляризационного эллипса. Здесь может быть применена турникетная антенна, в которой управляя амплитудами токов питания антенны получают воздействие на амплитуды ортогональных составляющи х поляризационного эллипса; 2) подают к передающей антенне высокочастотный сигнал, смодулированный передаваемым сообщением; 3) задают закон изменения амплитуд ортогональных составляющих поляризационного эллипса; 4) изменяют амплитуды ортогональных составляющи х поляризационного эллипса по законам, которые выбраны в пункте 3. Вследствие, чего поляризационная характеристика антенны будет иметь динамический характер. Данный способ реализуется на примере устройства. Устройство содержит: блок управления амплитудой тока питания антенны 1, 2; турникетную антенну 3. Устройство работает следующим образом: 1) сигнал от передатчика, который промодулирован передаваемым сообщением, подают на блоки управления амплитудой тока питания (БУАТП1, БУАТП2). Вы ход БУАТП1 и БУАТП2 подключают соответственно к вибраторам I и II турникетной антенны; 2) на второй вход БУАТП1 и БУАТП2 подают соответственно сигналы – СИГНАЛ1 и СИГНАЛ2, закон изменения которых будет определять закон изменения амплитуд токов питания вибраторов I и IІ. Защита радиолинии с помощью поляризационных свойств антенны основана на поляризационном рассогласовании передающей антенны и антенны ведущей радиоперехват. Поляризационная характеристика передающей антенны носит динамический характер т, е., меняется во времени по специальному закону. В этом случае при несанкционированном приеме электромагнитных волн на любую антенну со статическими поляризационными характеристиками коэффициент поляризационной согласованности будет меняться во времени, что обусловит изменение амплитуды сигнала. Такое изменение сигнала будет эквивалентным балансной модуляции, которая при соответствующем выборе закона изменения поляризационных свойств антенны защитит передаваемую в радиолинию информацию. Поэтому, вопрос защиты информации в радиолинии может быть решен с помощью специальных антенн, поляризационные свойства которых будут меняться по определенной программе. Такая антенна, изменяющая свои поляризационные характеристики с течением времени в произвольной точке пространства в определенный момент времени, излучает электромагнитную волну, в общем случае, имеющую эллиптическую поляризацию. Эллиптическую поляризацию можно рассматривать как результат интерференции двух линейно-поляризованных волн Еq и Еj (фиг. 1), у которых плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, а колебания напряженностей одинаковы по частоте, но сдвинуты по фазе. Мгновенные значения напряженности электрического поля взаимно перпендикулярных компонент в картинной плоскости записываются в виде eq=Eqcoswt, (1) ej=Ejcos(wt+y), где Eq, Ej - амплитуды напряженности электрического поля; y - фазовый сдвиг между векторами напряженностей электрического поля взаимно перпендикулярных компонент. Исключая из выражений (1) функцию coswt, можно путем замены переменных объединить оба эти равенства в каноническое уравнение эллипса. Поляризационный эллипс характеризуется параметрами: угол наклона большой оси эллипса относительно оси q 2m cos y (2) tg2 g = , m2 - 1 где E m= q, Ej коэффициент эллиптичности æ 1ö m sin2 g - sin2g cos y + ç ÷ cos2 g èmø (3) Kэ = ± . æ 1ö m cos2 g + sin2g cos y + ç ÷ sin2 g èmø В изобретении предлагается для управления поляризационной характеристикой антенны, управлять параметром m по определенному закону. При этом предлагается y принять равным нулю (y=0). Так как m=Eq/Ej, то изменяя Еq и Еj в отдельности или одновременно можно менять m. Амплитуды напряженностей поля Еq и Еj запишем в следующем виде Eq=EmK1 , (4) Ej=EmK2, где 2 28173 Em - максимальное значение напряженности электрического поля; K1, K 2 - регулировочные коэффициенты. Следовательно, задавая законы изменения коэффициентов K1 и K2 можно управлять значением параметра m. Для упрощения записи математических выражений примем, что сигнал1=cosWt=K1, а сигнал2= =sinWt=K2 (фиг. 3). Тогда выражение (1), с учетом (4) и y=0 запишется Известно, что спектр стандартного сигнала содержит гармоники w-Ωс, w и w+Ωс (фиг. 4,а). Подставив (8) в (7), и, приняв æ=0, получим 1 Um(1+McosΩct)[cos(wt-Ωt)+cos(wt+Ωt)]= 2 U = m [cos(wt-Ωt)+cos(wt+Ωt)+McosΩct´ 2 ´cos(wt-Ωt)+McosΩctcos(wt+Ωt)]= U = m [cos(wt-Ωt)+cos(wt+Ωt)+ 2 M M + cos(wt-Ωt-Ωct)+ cos(wt-Ωt+Ωct)+ 2 2 M M (9) + cos(wt+Ωt-Ωct)+ cos(wt+Ωt+Ωct)]. 2 2 UA= eq=EmcosWtcoswt, (5) ej=EmsinWtcoswt. Здесь W - круговая частота модулирующего колебания (управляющего сигнала). С учетом выбранных K1 и K 2, параметр m становится равным E E K m = q = m 1 = ctg Wt. Ej Em K 2 С другой стороны, так как фазовый сдвиг по высокой частоте y=0, то из (2) находим m=ctgg. В итоге получаем, что g=Wt. Это последнее выражение можно рассматривать как линейное изменение угла наклона плоскости поляризации относительно оси q со скоростью W, либо можно рассматривать как вращающуюся поляризацию с частотой W. Таким образом, показана возможность управления поляризационной характеристикой антенны путем изменения регулировочных коэффициентов К1 и К2. Покажем маскировку передаваемой информации за счет управления поляризационными свойствами антенны. Для этого рассмотрим режим перехвата информации. Предположим, что несанкционированный доступ в радиолинию осуществляется с помощью антенны линейной поляризации - симметричного вибратора (фиг. 2). При расположении вибратора в картинной плоскости, Э.Д.С. на его зажимах определяется через действующую длин у антенны, угол æ и напряженность поля (5). U A = le q cosæ+ lej sinæ. В спектре напряжения (9) будем иметь следующие частоты гармоники w-Ω-Ωc, w-Ω, w-Ω+Ωc, w+Ω-Ωc, w+Ω, w+Ω+Ωc. Если выбрать частоту управляющего сигнала Ω так, чтобы 1 Ω-Ωc> Dw, 2 где Dw - полоса пропускания приемника, то в полосу пропускания приемника не попадет ни одна спектральная составляющая выражения (9), что равносильно отсутствию сигнала на выходе приемника (фиг. 4,б). Это режим вытеснения информационного сигнала за пределы полосы пропускания приемника. В случае, когда 1 Ω+Ωc£ Dw, 2 на выходе приемника вместо трех спектральных составляющих появится шесть гармоник, что приведет к существенным амплитудным искажениям сигнала (фиг. 4,а). Такой способ маскировки сигнала в радиолинии будем называть амплитудным, так как он связан с воздействием на амплитуды взаимно перпендикулярных компонент поляризационного эллипса еq и еj. Для приема сигнала без искажений необходимо обеспечить полное поляризационное согласование передающей и приемной антенн. Для этого необходимо, чтобы поляризационные свойства приемной антенны изменялись синхронно с поляризационными свойствами передающей антенны. Применив приемную антенну конструктивно аналогичную передающей антенне, обеспечивается прием сигнала без искажений. Подставив значения eq и ej, находим (6) UA=Um(t)cos(Ωt-æ)coswt. Используя элементарные тригонометрические преобразования, получим 1 (7) UA= Um(t)[cos(wt-Ωt+æ)+cos(wt+Ωt-æ)]. 2 Формулы (6) и (7) описывают маскировку информационного сигнала. Предположим, что в радиолинии с помощью амплитудной модуляции передается низкочастотный гармонический сигнал с частотой Ωc Um(t)=Um(1+McosΩct), (8) где М - глубина амплитудной модуляции. Источники информации 1. К.Г. Г усев, А.Д. Филатов, А.П. Сополев. Поляризационная модуляция. – М.: Сов. радио, 1974. – 288 с. 2. Защита от радиопомех / Под ред. Максимова. – М.: Сов. радио, 1976. – 496 с. 3 28173 Фиг. 1 Фиг. 2 4 28173 Фиг. 3 Спектр амплитудно-модулированного сигнала Фиг. 4,а Спектр сигнала в режиме радиоперехвата при условии Ω-Ωc> 1 Dw 2 Фиг. 4,б Спектр сигнала в режиме радиоперехвата при условии Ω+Ωc£ Фиг. 4,в 5 1 Dw 2 28173 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6