- •Программно-аппаратная защита речевой информации от утечки по виброакустическому каналу
- •Введение
- •1. Особенности защиты информации от ее утечки по акустическому каналу на объектах информатизации
- •Основные понятия
- •1.2. Источники виброакустических колебаний
- •1.3. Среда распространения виброакустических колебаний
- •1.4. Аппаратура перехвата
- •1.5. Способы защиты информации от утечки по виброакустическому каналу
- •1.6. Проблемы обеспечения безопасности информации от утечки по виброакустическому каналу
- •2. Разработка устройства защиты речевой информации от утечки по виброакустическому каналу с использованием usb технологии
- •2.1. Спецификация usb
- •2.1.1. Общая архитектура usb
- •2.1.2. Принципы передачи данных
- •2.2. Алгоритм работы устройства защиты информации
- •2.3. Аппаратная часть устройства
- •2.4. Программное обеспечение и драйвер устройства
- •2.4.1. Система Plug and Play
- •2.4.2. Модель wdm
- •2.4.3. Разработка программы для микроконтроллера
- •2.4.4. Математическое моделирование процесса виброзашумления
- •2.4.5. Разработка программного обеспечения для компьютера
- •2.4.6. Алгоритм функционирования программной части предлагаемого средства защиты информации
- •3. Анализ эффективности предлагаемого программно-аппаратного устройства защиты речевой информации от утечки по виброакустическому каналу
- •3.1. Оценка результатов обеспечения защиты информации с применением предлагаемого устройства защиты информации
- •3.2. Оценка потенциальных возможностей предлагаемого устройства по эффективности использования частотных характеристик виброакустического канала утечки информации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.2. Алгоритм работы устройства защиты информации
На рис. 2.9 изображена структурная схема предлагаемого устройства защиты информации (ЗИ).
Рис. 2.9. Структурная схема устройства
Программная часть подробно описана в подразделе 2.4, аппаратная – в подразделе 2.3.
2.3. Аппаратная часть устройства
В качестве аппаратного устройства управления потоком данных предлагается использование контроллера фирмы Atmel.
ATMEL содержит полноскоростной USB-модуль, совместимый с техническими требованиями USB версий 1.1 и 2.0. Данный модуль интегрирует USB-трансиверы со стабилизатором напряжения 3,3 В и процессор последовательного интерфейса (SIE) с цифровой схемой ФАПЧ для синтеза частоты 48 МГц. Модуль USB также содержит логику определения USB-события (сброс и приостановка/возобновление), а также буферы FIFO, поддерживающие принудительное управление конечной точкой (EP0) и до 6 универсальными конечными точками (EP1/EP2/EP3/EP4/EP5/EP6) при минимальном программном описании [36].
ATMEL поддерживает функции младших версий и отличается расширением объема флэш-памяти до 32 кБ, внутреннего ОЗУ до 256 байт, 4-уровневой системой прерываний, двумя 16-разрядными таймерами-счетчиками (T0/T1), полнодуплексным УАПП и встроенным генератором.
Кроме того, ATMEL содержит встроенное расширенное ОЗУ размером 1024 байт, двойной указатель данных, 16-разрядный реверсивный таймер (T2), программируемый счетный массив (PCA), до 4 программируемых источников тока для управления светодиодами, программируемый аппаратный сторожевой таймер и схема сброса при подаче питания.
ATMEL имеет два программно выбираемых режима для снижения потребляемой мощности. В режиме холостого хода (idle) работа ЦПУ приостанавливается, но таймеры, последовательные порты и система прерываний остаются в работе. В режиме выключения (power-down) сохраняется содержимое ОЗУ, останавливается синхронизация периферийных устройств, но микроконтроллер сохраняет возможность пробуждения через событие USB или по внешнему прерыванию [36].
Отличительными особенностями данного контроллера являются его следующие характеристики:
1. Ядро (6 тактов на инструкцию):
максимальная частота ядра 40 МГц в режиме X1;
двойной указатель данных;
полнодуплексный улучшенный УАПП( УУАПП);
три 16-разрядных таймера-счетчика: T0, T1 и T2;
256 байт сверхоперативной памяти.
2. 32-кБ встроенной флэш-памяти с внутрисхемным программированием через USB или УАПП
3. 4 кБ ЭППЗУ для загрузочного сектора (3 кБ) и данных (1 кБ)
4. Встроенное расширенное ОЗУ (XRAM): 1024 байт
5. Модуль USB с прерыванием на завершение передачи:
Конечная точка 0 для управления передачей : 32 байтный буфер FIFO;
6 программируемых конечных точек с направлениями ввода и вывода и с режимами передачи: массовый, прерывающийся и изохронный.
6. Конечные точки 1, 2, 3: 32-байтный буфер FIFO
7. Конечные точки 4, 5: размер буфера FIFO 2 x 64-байта с двойной буферизацией (режим Ping-pong)
8. Конечная точка 6: 2 x 512-байтный буфер FIFO с двойной буферизацией ( режим Ping-pong):
Прерывания по приостановке/возобновлению;
Сброс при подаче питания и сброс USB шины;
Генерация 48 МГц схемой ФАПЧ для полноскоростного функционирования шины;
Разъединение USB шины по запросу микроконтроллера.
9. 5 канальный программируемый счетный массив (PCA) с 16-разрядным счетчиком, быстродействующим выходом, сравнением/захватом фронтов, функциями ШИМ и сторожевого таймера
10. Программируемый сторожевой таймер (однократно разрешает после сброса): от 50 мс 6 с при 4 МГц
11. Интерфейс подключения клавиатуры с генерацией прерывания на порте P1 (8 разрядов)
12. SPI интерфейс (режим главный/подчиненный)
13. 34 линии ввода-вывода
14. 4 вывода для подключения светодиода с программируемым источником тока : 2-6-10 мА типично
15. 4-уровневая система прерываний с приоритетами (11 источников)
16. Режимы холостого хода и экономичный
17. Встроенный генератор 0…32 МГц с аналоговой схемой ФАПЧ для синтеза 48 МГц
18. Стабилизатор напряжения и выход опорного источника : 3.3В/4 мА
19. Низкий диапазон напряжения источника питания:
3.0В…3.6В;
Максимальный рабочий ток 30 мА (при 40 МГц);
В экономичном режиме потребление 100 мкА.
20. Коммерческий и промышленный температурные диапазоны
21. Корпуса: PLCC52, VQFP64, MLF48, SO28
Структура микроконтроллера представлена на рис. 2.10. Структурная схема USB-модуля в микроконтроллере ATMEL представлена на рис. 2.11. Расположение выводов контроллера показана на рис. 2.12.
SHAPE \* MERGEFORMAT
Р ис. 2.11. Структурная схема USB-модуля в микроконтроллере ATMEL
Рис. 2.12. Расположение выводов ATMEL
ATMEL содержит специальный аппаратный модуль, который позволяет ему обеспечивать обмен данными по USB. Для этого необходимы опорные синхроимпульсы с частотой 48 МГц, которые вырабатываются контроллером синхронизации. Эти синхроимпульсы используются для формирования тактовых импульсов с частотой 12 МГц из принятого дифференциального потока данных USB и передачи данных на высокой скорости, соответствующей требованиям к USB устройствам. Формирование синхроимпульсов выполняется цифровой системой ФАПЧ [36].
Блок автоматов последовательного интерфейса (SIE) выполняет NRZI кодирование и декодирование, вставку бита, формирование битов проверки на четность (CRC кодирование и декодирование) и последовательно-параллельное преобразование данных.
Описание светодиодов, перемычек и кнопок
Светодиод VD1 показывает подключен ли интерфейс RS232, VD3 и VD4 служат для индикации обмена данными по линиям Rx и Tx RS232 интерфейса, VD5 – индикатор питания. Перемычка P1 соединяет кнопку с линией PSEN либо с линией KINO, P2 – отключает сигнал VREF от USB – это необходимо для того, чтобы при подключенном USB кабеля к плате, отключить постоянное напряжение 3,3В, тогда операционная система воспримет это действие как отключение устройства от USB. Кнопка К1 - кнопка сигнала внешнего прерывания INT0, К2 – нажимается перед подключением платы к USB порту компьютера, позволяет войти в режим In-System программирование, К3 - кнопка сброса.
Для обеспечения необходимого для зашумления значения напряжения сигнала на выходе микроконтроллера требуется подключить усилитель сигнала. Используется традиционная схема усилителя на биполярном транзисторе, работающем в ключевом режиме, включенным по схеме с общим эмиттером. Напряжение, подаваемое на базу транзистора, определяется стабилитроном VD1. Резисторы R1, R2, R3 ограничивают ток через стабилитрон VD1 и транзистор VT1.