◎北京市保密技術(shù)研究中心◎石軍

信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射給信息安全保密帶來(lái)嚴(yán)重隱患。為應(yīng)對(duì)電磁泄漏信息可識(shí)別復(fù)現(xiàn)，研究了打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏信息重構(gòu)技術(shù)，提出了打印機(jī)電磁泄漏發(fā)射通信系統(tǒng)模型，探討了電磁泄漏信息捕獲的必要條件，據(jù)此，構(gòu)造了電磁泄漏信息捕獲及復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際監(jiān)管工作需要，提出了捕獲信息重構(gòu)算法，針對(duì)某款打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射進(jìn)行了信息復(fù)現(xiàn)測(cè)試，實(shí)際結(jié)果表明所提捕獲信息復(fù)現(xiàn)算法的有效性和可靠性。希望本文研究結(jié)果能對(duì)信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射信息復(fù)現(xiàn)工作具有重要指導(dǎo)意義。

1 前言

信息設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的電磁信息泄漏對(duì)信息安全保密工作帶來(lái)嚴(yán)重威脅[1]，可以說(shuō)每天都在泄密，但是沒(méi)到非解決不可的地步，而且檢查手段技術(shù)水平整體不高，甚至在某些方面還沒(méi)有檢查手段[2]，從某種意義上說(shuō)，電磁信息泄漏屬旁（側(cè)）道攻擊方式。隨著計(jì)算機(jī)及通信、半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息獲取、處理能力越來(lái)越強(qiáng)，信息設(shè)備（打印機(jī)）在正常工作過(guò)程中，由于存在明顯的自然天線效應(yīng)、高低電平跳變等因素，會(huì)產(chǎn)生紅信號(hào)打印信息電磁泄漏發(fā)射輸出，存在被捕獲分析、還原可識(shí)別信息等的可能。目前，基于（激光）打印機(jī)、傳真機(jī)、密碼設(shè)備、復(fù)印機(jī)等信息設(shè)備的電磁泄漏發(fā)射信息復(fù)現(xiàn)方面的研究還比較少，而隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息系統(tǒng)在整個(gè)信息社會(huì)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，辦公自動(dòng)化設(shè)備的電磁泄漏發(fā)射時(shí)常被忽視，因此，研究其電磁泄漏發(fā)射狀況具有重大社會(huì)意義和價(jià)值[3～4]。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 系統(tǒng)模型

從技術(shù)原理來(lái)說(shuō)，電磁泄漏發(fā)射通信系統(tǒng)屬于無(wú)線通信范疇，但又有明顯的不同，電磁泄漏發(fā)射信源編碼、信道編碼等方式是非有意的，具有信號(hào)微弱、隨機(jī)性強(qiáng)、常伴有強(qiáng)信號(hào)干擾、同步困難等特征，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上難以精確建模。電磁泄漏發(fā)射通信系統(tǒng)模型如圖1。

圖1 信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射通信系統(tǒng)

圖1 中，信息源是指正常工作中的信息設(shè)備如計(jì)算機(jī)、打印設(shè)備、傳輸設(shè)備等；發(fā)射天線指的是信息源（類(lèi)似）天線效應(yīng)部件；干擾包括噪聲、其它電磁信息等；接收天線是指具有滿足電磁泄漏發(fā)射一定戰(zhàn)技指標(biāo)的部件；捕獲設(shè)備是指對(duì)接收到的信息進(jìn)行解調(diào)、存儲(chǔ)等處理的部件；復(fù)現(xiàn)設(shè)備功能是對(duì)捕獲設(shè)備獲取的可識(shí)別信息進(jìn)行顯示。

2.2 電磁泄漏發(fā)射信息捕獲的必要條件

信息設(shè)備在正常工作中發(fā)射電磁波是不可避免的自然現(xiàn)象（客觀規(guī)律），其電磁輻射特征符合電磁波理論，在此過(guò)程中，泄漏信息是核心，電磁波是載體，將電磁波理論與信息論相結(jié)合，可建立電磁泄漏發(fā)射信息捕獲模型理論。

設(shè)Y為捕獲設(shè)備接收信號(hào)功率，電磁泄漏發(fā)射信號(hào)發(fā)射功率為SR，衰減率為α（0≤α≤1），經(jīng)泄漏途徑衰減為，則電磁泄漏發(fā)射紅信號(hào)接收功率=(1-α)SR,W為電磁泄漏發(fā)射紅信號(hào)頻帶，N為噪聲信號(hào)功率，SNR為信噪比，C為有擾連續(xù)信道容量，在這種平均功率受限的條件下，則：

設(shè)電磁泄漏發(fā)射的主要頻帶為Bece，紅信號(hào)速率為SRinfo，捕獲設(shè)備靈敏度為Seth，信號(hào)處理頻帶為Brec，則電磁泄漏發(fā)射信息捕獲的必要條件以下：

總之，捕獲設(shè)備應(yīng)滿足高靈敏度、大信息處理帶寬等特征。

圖2 信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射捕獲系統(tǒng)功能框圖

圖3 打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射諧波頻域測(cè)試圖

3 打印機(jī)電磁泄漏發(fā)射信息捕獲與復(fù)現(xiàn)

3.1 電磁泄漏發(fā)射捕獲系統(tǒng)[5]

圖2中，各監(jiān)測(cè)、測(cè)向、分析處理單元模塊分別主要完成指定頻域內(nèi)全景電磁信號(hào)監(jiān)測(cè)與顯示、定頻信號(hào)方位測(cè)定、定頻信號(hào)特征參數(shù)識(shí)別等功能。GPS處理單元模塊主要提供經(jīng)緯度定位、時(shí)間基準(zhǔn)等功能。在捕獲系統(tǒng)監(jiān)測(cè)頻段范圍內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測(cè)指令，射頻切換單元選通監(jiān)測(cè)天線，將接收到的無(wú)線信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)輸入到檢測(cè)處理模塊下變頻為中頻信號(hào)輸出，經(jīng)抗混疊濾波器處理后，進(jìn)行高速數(shù)字化A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，再經(jīng)DSP處理實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、數(shù)字濾波及FFT變換等，得到數(shù)字IQ信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理軟件，完成接收信號(hào)頻率、電平、帶寬等參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)聽(tīng)、快速掃描檢測(cè)等功能。

3.2 打印機(jī)電磁泄漏發(fā)射諧波頻域測(cè)試[6]

對(duì)某一型號(hào)品牌正常工作的打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射測(cè)試結(jié)果如圖3所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該打印機(jī)設(shè)備在正常工作時(shí)，存在打印信息泄漏情況。

3.3 打印機(jī)電磁泄漏發(fā)射可識(shí)別信息復(fù)現(xiàn)

圖3 打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射諧波頻域測(cè)試圖

圖4 打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射可識(shí)別信息復(fù)現(xiàn)功能框圖

圖5 字符“博”捕獲波形

圖6 字符“撞”捕獲波形

打印機(jī)電磁泄漏發(fā)射可識(shí)別信息復(fù)現(xiàn)具體平臺(tái)部署系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4。

鑒于農(nóng)作物害蟲(chóng)種類(lèi)繁多，其形態(tài)、習(xí)性都會(huì)隨著環(huán)境不斷改變，識(shí)別模型也需要根據(jù)實(shí)際情況不斷完善。在這種形勢(shì)下，構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的害蟲(chóng)圖像識(shí)別模型，并從樣本和算法兩方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)田間復(fù)雜環(huán)境下害蟲(chóng)自動(dòng)識(shí)別的發(fā)展趨勢(shì)。將深度學(xué)習(xí)技術(shù)與傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)田間農(nóng)作物害蟲(chóng)自動(dòng)化、智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)信息融入到農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)當(dāng)中，構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息化服務(wù)平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)。

3.3.1 時(shí)域波形

分別打印輸出字符“博”、“撞”時(shí)，捕獲波形

由于不同的字符（漢字）編碼方式不同，有電磁場(chǎng)相關(guān)理論可知，在字符編碼信號(hào)電平跳變處產(chǎn)生無(wú)線泄漏耦合發(fā)射信號(hào)特征也不同，波形表現(xiàn)僅有下降沿或上升沿，因此，字符編碼集合到字符泄漏發(fā)射信號(hào)編碼集合法則是一一映射關(guān)系，根據(jù)字符泄漏信號(hào)的不同基本特征，就可以總結(jié)規(guī)律設(shè)計(jì)出捕獲信號(hào)復(fù)現(xiàn)算法。

3.3.2 捕獲數(shù)據(jù)還原算法設(shè)計(jì)

根據(jù)捕獲信息現(xiàn)場(chǎng)電磁工作環(huán)境，為提高捕獲數(shù)據(jù)信噪比有效增益，需先經(jīng)過(guò)（各類(lèi)）信號(hào)濾波降噪處理后，再通過(guò)整形及有效的門(mén)限判決等算法即可復(fù)現(xiàn)可識(shí)別信息。

隨著大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的到來(lái)，僅靠人工方式獲取信息已遠(yuǎn)不能滿足信息化監(jiān)管工作需要，基于此，設(shè)計(jì)了捕獲數(shù)據(jù)解碼算法。捕獲信息解碼算法描述：首先，建立字符識(shí)別庫(kù)及需檢索關(guān)鍵詞庫(kù)；其次，設(shè)置捕獲信號(hào)需檢索的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)；最后，計(jì)算檢索信號(hào)在需檢索信號(hào)起止區(qū)間做滑動(dòng)窗滑動(dòng)等長(zhǎng)區(qū)間匹配度，再進(jìn)行字符識(shí)別庫(kù)比較，即可復(fù)現(xiàn)捕獲信號(hào)。

設(shè)捕獲信號(hào)

檢索信息信號(hào)

對(duì)于長(zhǎng)度為m的碼組，互相關(guān)函數(shù)

則需解碼序列區(qū)間分別為：

式中滿足以下不等式

3.3.3 信息復(fù)現(xiàn)

設(shè)打印輸出信息如下：

3月36日上午，博鰲亞洲論壇2019年年會(huì)召開(kāi)首次新聞發(fā)布會(huì)，今年來(lái)自亞洲和世界各地的與會(huì)代表將在50多場(chǎng)圓桌會(huì)和對(duì)話會(huì)中充分交流，論壇也將繼續(xù)秉持開(kāi)放包容的辦會(huì)理念，鼓勵(lì)不同觀點(diǎn)的碰撞。

捕獲打印信息波形如圖7。

設(shè)置捕獲信息起止點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)間段信息解碼如圖8。

若捕獲信息量大，可通過(guò)編程直接把復(fù)現(xiàn)的可識(shí)別信息直接寫(xiě)入文件的方式來(lái)處理，如圖9，以提高信息的可利用率。

在實(shí)際監(jiān)管工作中，需注意以下幾點(diǎn)：

圖7 打印輸出信息時(shí)域波形

圖8 設(shè)置起止點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)間段捕獲信息可識(shí)別解碼

圖9 寫(xiě)入文件的可識(shí)別復(fù)現(xiàn)信息

1.根據(jù)工作需要，檢索一次可并行配置多個(gè)候選關(guān)鍵詞，以提高工作效率。

2.根據(jù)需要，可并行設(shè)置多個(gè)捕獲信息起始點(diǎn)、終止點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)間段，以提高工作效率。

3.起止點(diǎn)捕獲數(shù)據(jù)區(qū)間段設(shè)置需有效銜接。

4.在捕獲信息幀結(jié)構(gòu)一定的情況下，n、m取值應(yīng)滿足解碼設(shè)備運(yùn)算要求。

5.可分別實(shí)施實(shí)時(shí)在線或離線工作機(jī)制。

4 結(jié)論

信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射是信息安全重要研究?jī)?nèi)容之一。文中對(duì)某型號(hào)打印機(jī)設(shè)備電磁泄漏發(fā)射信息捕獲與復(fù)現(xiàn)進(jìn)行了一系列探討，基于信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射機(jī)理及信息論相關(guān)知識(shí)，構(gòu)建了電磁信息泄漏捕獲系統(tǒng)平臺(tái)；基于保密監(jiān)管工作實(shí)際需求，編制了字符（漢字）電磁泄漏編碼知識(shí)庫(kù)，提出了電磁信息泄漏復(fù)現(xiàn)算法，解決了捕獲信息可識(shí)別解碼同步問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提信息復(fù)現(xiàn)算法的可行性。后續(xù)重要工作之一是研究識(shí)別區(qū)分不同信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射信息特征，提高信息復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的普適性。