Информационная защищенность волоконно-оптических линий связи 
Информационная защищенность волоконно-оптических линий связи
Normal;4 КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: «Информационная защищенность волоконно-оптических линий связи» 2008 г. СодержаниеВведение 1. Особенности оптических систем связи 2. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи 3. Доказательства уязвимости ВОЛС 4. Методы защиты информации, передаваемой по ВОЛС 4.1. Физические методы защиты 4.2. Криптографические методы защиты Заключение Список использованной литературы Введение В информационном обществе главным ресурсом является информация. Именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность.
Важно не только произвести большое количество продукции, но произвести нужную продукцию в определённое время. С определёнными затратами и так далее. Поэтому в информационном обществе повышается не только качество потребления, но и качество производства; человек, использующий информационные технологии, имеет лучшие условия труда, труд становится творческим, интеллектуальным и так далее. Информация сегодня стоит дорого и её необходимо охранять. Массовое применение персональных компьютеров, к сожалению, оказалось связанным с появлением самовоспроизводящихся программ-вирусов, препятствующих нормальной работе компьютера, разрушающих файловую структуру дисков и наносящих ущерб хранимой в компьютере информации. Информацией владеют и используют её все люди без исключения. Каждый человек решает для себя, какую информацию ему необходимо получить, какая информация не должна быть доступна другим и т.д. Человеку легко, хранить информацию, которая у него в голове, а как быть, если информация занесена в «мозг машины», к которой имеют доступ многие люди. Для предотвращения потери информации разрабатываются различные механизмы её защиты, которые используются на всех этапах работы с ней. Защищать от повреждений и внешних воздействий надо и устройства, на которых хранится секретная и важная информация, и каналы связи. Повреждения могут быть вызваны поломкой оборудования или канала связи, подделкой или разглашением секретной информации. Внешние воздействия возникают как в результате стихийных бедствий, так и в результате сбоев оборудования или кражи. Для сохранения информации используют различные способы защиты: - безопасность зданий, где хранится секретная информация; - контроль доступа к секретной информации; - разграничение доступа; - дублирование каналов связи и подключение резервных устройств; - криптографические преобразования информации; В настоящее время самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния считается оптическое волокно. В связи с чрезвычайно широким распространением оптоволокна в качестве среды передачи довольно актуальной является проблема его защищенности от несанкционированного съема информации. Целью данной работы является описание основных методов скрытого съема информации и основных способов защиты передаваемой по ВОЛС информации. 1. Особенности оптических систем связиВолоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".В последнее время одним из наиболее перспективных и развивающихся направлений построения сетей связи в мире являются волоконно-оптические линии связи (далее - ВОЛС). В области систем передачи информации с большой информационной емкостью и высокой надежностью работы ВОЛС не имеют конкурентов. Это объясняется тем, что они значительно превосходят проводные по таким показателям, как пропускная способность, длина регенерационного участка, а также помехозащищенность.Считается, что ВОЛС, в силу особенностей распространения электромагнитной энергии в оптическом волокне (далее - ОВ), обладают повышенной скрытностью [3]. Это объясняется тем, что оптическое излучение, являющее носителем информации, распространяется в ОВ согласно закону полного внутреннего отражения, а за ОВ электромагнитное излучение экспоненциально спадает. Понятие ВОЛС является собирательным [4]. Оно включает приемники, передатчики оптического сигнала, оптический тракт, регенераторы и иное оборудование. В связи с этим волоконно-оптическую линию можно разделить на локальные и распределенные участки. Локальные участки, включающие в себя модуляторы, оптические передатчики и приемники, регенераторы, наиболее защищены от несанкционированного съема в виду локализованной области их расположения. Распределенные участки (волоконно-оптические тракты) обладают наибольшей протяженностью и, соответственно, наименьшей защищенностью от несанкционированного съема. В отличие от всех других сред передачи информации, для формирования каналов утечки на участках оптического тракта, как правило, требуют прямого доступа к оптоволокну и специальных мер отвода части излучения из оптоволокна или регистрации прохождения излучения. Таблица 1.1Основные преимущества и недостатки волоконно-оптических линий связи |
Преимущества волоконной оптики | Недостатки волоконной оптики | | Широкополосность ВОЛС оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (F0 = 1014 Гц). Это означает, что по ВОЛС можно передавать информацию со скоростью порядка 1012 бит/с.
Очень малое затухание ВОЛС светового сигнала в волокне, что позволяет строить ВОЛС длиной до 100 км и более без регенерации сигналов.
Устойчивость ВОЛС к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем, электрического оборудования (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) и погодных условий.
Высокая защищенность ВОЛС от несанкционированного доступа - информацию, передающуюся по волоконно-оптическим линиям связи, практически нельзя перехватить неразрушающим способом.
Электробезопасность ВОЛС Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает взрыво- и пожаробезопасность сети, что особенно актуально на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
Невысокая стоимость ВОЛС - волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.
Долговечность ВОЛС - срок службы составляет не менее 25 лет. | Относительно высокая стоимость активных элементов ВОЛС, преобразующих электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы.
Относительно высокая стоимость сварки оптических волокон - для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями. | | |
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации. Основные электронные компоненты системы оптической связи изображены на табл. 1.1. Табл. 1.1. |
Электрический сигнал | Оптический интерфейс | Электрический сигнал | | транcивер => E/0 | Х---х---х---х---Х Х - оптический соединитель --- - синтетический кабель х - места сварки | Трансивер 0/E => | | |
2. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связиИзначально ВОЛС имеют более высокую степень защищенности информации от несанкционированного доступа, чем какие-либо другие линии связи [4]. Это связано с физическими принципами передачи информации, которые основываются на модуляции света, распространяющегося в оптическом волноводе. Электромагнитное излучение оптического диапазона выходит за пределы волокна на расстояния не более длины волны (менее 2 мкм) при ненарушенном канале связи, поэтому в окружающем волновод пространстве отсутствуют поля на оптических частотах несущие информацию.В современных ВОЛС основной способ передачи информации основан на модуляции интенсивности света. Это наиболее простой способ передачи информации по ВОЛС, поэтому каналы утечки информации напрямую связаны с интенсивностью светового потока. Волоконно-оптический кабель представляет собой сложную конструкцию с несколькими слоями покрытия оптического волновода. Параметры его таковы, что в окружающем кабель пространстве информативное оптическое излучение практически не создает каких-либо электромагнитных полей диапазона близкого к частоте модуляции. Вследствие этого для формирования канала утечки информации требуется физический контакт с оптическим каналом передачи информации - оптоволокном. Это требование является одним из главных факторов защищенности информации в волоконно-оптических системах передачи. В дальнейшем мы будем обсуждать только формирование каналов утечки информации, основанное на оптическом контакте с оптоволокном без нарушения канала связи. Также не обсуждаются возможности утечки информации на элементах волоконно-оптической линии связи в местах соединения, разветвления, ретрансляции и других, которые находятся под контролем специальных средств.Формирование каналов утечки информации из ВОЛС можно разделить на три типа, которые связанны с возможными особенностями распространения света в волоконно-оптических линиях связи [4].1. Нарушение полного внутреннего отраженияПервый способ несанкционированного доступа связан с отводом части светового потока из оптического волновода при нарушении полного внутреннего отражения. В идеальном случае свет не выходит из оптического волокна вследствие полного внутреннего отражения на его границах. Любые отклонения в распространении света приводят к выходу части излучения из волновода, которое образует канал утечки информации. Варианты формирования каналов утечки информации из ВОЛС при нарушении полного внутреннего отражения можно разделить по виду воздействия на оптоволокно:- механическое воздействие;Простейший пример механического воздействия на волокно - изгиб. При изгибе волокна локальная концентрация механических напряжений вызывает уменьшение угла падения света на границе, который может оказаться меньше предельного угла, и как следствие - нарушение полного внутреннего отражения, то есть часть светового потока выходит из оптоволокна.Максимальный радиус изгиба R, при котором наблюдается побочное излучение в точке изгиба световода с диаметром сердцевины d, связанное с нарушением полнового внутреннего отражения, определяется выражением:R d n2 , (2.1) n1 - n2здесь n1, n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки световода.Оценка радиуса изгиба для многомодового волокна с диаметром сердцевины d = 50 мкм и оптической оболочки D = 125 мкм (n1 =1,481, n2 = 1,476) показывает, что при R ? 3,5 см начинает наблюдаться сильное прохождение излучения в точке изгиба (до 80% значения интенсивности основного светового потока в оптоволокне). Надо отметить, что при оценке изгиба не учитывалось форма светового потока, цилиндрическая форма преломляющей поверхности и другие эффекты, изменяющие показатель преломления оптоволокна, например, фотоупругий эффект. Их вклад значительно меньше.Кроме рассмотренного случая изгиба волокна, нарушение полного внутреннего отражения при механическом воздействии возможно и при локальном давлении на оптоволокно, что вызывает неконтролируемое рассеяние (в отличие от изгиба) в точке деформации.- акустическое воздействие;Акустическое воздействие на оптическое волокно также изменяет угол падения. При этом в сердцевине оптоволокна создается дифракционная решетка периодического изменения показателя преломления, которая вызвана воздействием звуковой волны. Электромагнитная волна отклоняется от своего первоначального направления, и часть её выходит за пределы канала распространения. Физическое явление, с помощью которого возможно решить поставленную задачу, является дифракция Брэгга на высокочастотном звуке (f > 10 МГц), длина волны L которого удовлетворяет условию:L____> 1, (2.2)2где l - длина волны электромагнитного излучения, L - ширина области распространения звуковой волны, Л - длина волны действующего звукового излучения. Деформации, создаваемые упругой волной, формируют периодическое изменение показателя преломления внутри оптоволокна, которое для света является дифракционной решеткой .Максимальный угол отклонения единственного наблюдаемого дифракционного максимума равен двум углам Брэгга (2QB). Частота отклоненной электромагнитной волны приблизительно равна частоте основного информационного потока. Вычисления показывают, что для многомодового оптоволокна с параметрами (d/D)=(50/125) при акустическом воздействии с длиной волны звука Л = 10 мкм и длине взаимодействия L = 10-3 м максимальный угол отклонения от первоначального направления распространения составляет 5 градусов. Даже при невысоких интенсивностях звуковой волны выводимое электромагнитное излучение достаточно велико для регистрации его современными фотоприемниками. При фиксированной интенсивности звука, путем изменения области озвучивания L можно добиться максимального значения интенсивности в дифракционном максимуме, тем самым увеличить интенсивность света отводимого в канал утечки.- оптическое туннелирование света, т.е. приведение в оптический контакт с волокном другого оптического волокна с показателем преломления равным или большим основного, что приводит к “захвату” части информационного светового потока без обратного рассеянного излучения;Явление оптического туннелирования состоит в прохождении оптического излучения из среды показателем преломления n1 через слой с показателем преломления n2 меньшим n1 в среду с показателем преломления n3 при углах падения больших угла полного внутреннего отражения. На принципах оптического теннелирования в интегральной и волоконной оптике создаются такие устройства как оптический ответвитель, оптофоны, волоконно-оптические датчики физических величин.Формирование канала утечки оптическим туннелированием; n1, n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки оптоволокна, n3 - показатель преломления дополнительного оптоволокна.Интенсивность излучения переходящего в дополнительный волновод определяется выражением:I = I0 sin 2 (k . S), (2.3)где k - коэффициент связи оптических волокон, S - длина оптического контакта двух волокон. Максимум значения коэффициента связи достигается при нулевом расстоянии между оболочкой и дополнительным оптоволокном (l=0) и показателе преломления дополнительного волокна n3 = n1.
Страницы: 1, 2
|
|
