计算机视频信息泄漏中的红信号鉴别研究

摘要：根据相关检测法的原理，提出计算机视频信息红信号泄漏的鉴别方法。给出标准红信号的时域、频域特征，提取其信号特征量作为计算机TEMPEST检测时判别设备是否存在泄密发射的判据，并通过试验证方法的有效性。 关键词：红信号 相关检测法 信号特征量 红黑概念是TEMPEST技术中的一个重要概念。TEMPEST设计的重要一步就是红黑工程。实际上，TEMPEST设计可以认为是基于红黑工程的EMC设计。TEMPEST技术的重要内容之一在于系统中红、黑信号的鉴别。而红信号泄漏的鉴别则是计算机TEMPEST检测中确定泄密发射的关键技术和难点。 1 相关检测法原理 鉴别一个接收的信号是否属于泄密发射的红信号是一件十分复杂的工作。相关检测法是针对计算机TEMPEST检测提出的鉴别红信号泄漏的方法。其原理为：选取便于识别的标准信号，测量时域波形，得到其时域特征；进行Fourier变换转换到频域，得到其频域特征，提取准信号的时域、频域的信号特征量作为检测红信号的判据，当接收到设备辐射信号的频谱与判据相关性较强时，则可判定接收到的这个信号属于红信号，该设备有泄密发射。 2 计算机视频信号红黑信号 截获信息只是窃取信息的手段，将所截获的信息进行复现才是目的。从红黑工程的角度看，被截获后能够恢复出有用信息的信号就是所谓的“红信号”；而被截获后不能恢复出有用信息的信号就是所谓的“黑信号”。由此可见，要研究计算机显示器的有用信息泄漏，就必须从复现的角度来看什么样的信号是红信号，即截获后可以被复现。 计算机系统中，信息的传送主要是并行和串行两种传送方式。并行传送的信号因为具有并行线间隔小、信号同时发射、发射频率相同或相似的特点，所以很难复现。而串行信号不具备上述并行信号的特点，可以较为容易地实现时分接收、频分接收和方位接收。因此认为串行信号是红信号。 要截获计算机视频信号，必须要获得R、G、B三路视频信号和行、场同步信号，而这些信号都是串行信号。由于接收机的行、场同步信号可以从外部产生（TEMPEST接收机一般都带有可调的同步信号恢复电路），所以暂不考虑行、场同步信号，可认为它们是黑信号。对计算机显示器信息泄漏分析的重点应放在R、G、B三路串行视频信号上，R、G、B三路视频信号就是计算机视频信息中最重要和最典型的红信号。本文所要分析和处理的主要是R、G、B三路视频信号。 3 计算机视频标准信号的时域、频域特征 目前，计算机显示内容涉及信息泄密的主要是文本和图像，因此从红黑工程的角度，分析计算机显示典型文本或图像时的视频信号特征具有重要意义。在同等条件下，当计算机显示黑白点阵和H字符时引起的信息泄漏最为严重。此外黑白点阵和H字符也是研究计算机视频信息泄露时最典型的准周期信号。因此选取二者作为标准信号，分析它们在分辨率为800%26;#215;600、刷新率为75Hz模式下的时域、频域特征。因为只显示黑白两种颜色时，R、G、B三路视频信号特征完全相同，所以把它们作为一个整体看待。 3．1 黑白点阵信号的时域、频域特征 3．1．1 黑白点阵信号的时域特征 黑白点阵图即在屏幕上间隔显示黑白两种颜色：黑色为低电平，用“0”表示；白色为高电平，用“1”表示。在这种情况下信号为准周期信号（由于在存消隐期），电压突变最强，其辐射强度最大。显示器在显示黑白点阵图时，电子枪通过“启”“闭”依次扫过屏幕上的像素点，视频信号理想上是一个脉冲信号，如图1所示。脉宽τ应该等于电子束扫过相邻两个像素点之间所用的时间，信号周期T为两倍的脉宽，即T=2τ。但是由于理想的脉冲信号不存在，实际波形为周期变化的锯齿波形，如图2所示。 由图2可以得出：黑白点阵信号时域波形为周期变化的锯齿波；T=40ns,f=25MHz,tr=20.4ns,tf=19.6ns,其中T、f、tr、tf分别为周期、频率、正、逆程时间。 3．1．2 黑白点阵信号的频域特征 锯齿波信号产生的电流随时间变化的曲线如图3所示。 由于锯齿波形曲线的倒数为矩形波，根据Fourier变换的性质，容量得到锯齿波电流的Fourier级数为： fn=(n/T)为I（t）第n次谐波的频率。显然，n次谐波（n≠0）的振幅为： 由黑白点阵信号的时域波形和公式（4）可以得到其频谱，如图4。 从图4可以看出，三次谐波帧值最大，占到基波振幅的11.8%；其次是五次谐波，占到基波振幅的2.9%；20次以后的各次谐波基本可以忽略。 3.2 H字符的时域和频域特征 3．2．1 H字符的时域特征 在字符信息的辐射发射中，竖笔划的影响最大（信号突变最明显），对于满屏4号H字符，其对应的信号波形为准周期信号（因为在行场消隐期内，视频信号电压为零），高电平对应白点，低电平对应黑点。H字符对应的视频信号理想上应该是方波信号，如图5所示；实际波形是周期变化的梯形波，如图6所示。 由图6可以得出：H字符信号时域波形为周期变化的梯形波，T=181ns,f=5.51MHz,tr=31.8ns,tf=31.8ns，其中T、f、tr、tf分别为周期、频率、正、逆程时间。 3．2．2 H字符的频域特征 周期梯形波信号电流随时间变化的曲线如图7所示。 电流I（t）可由Fourier级数表示，即 fn=n/T为I（t）第n次谐波的频率。显然，n次谐波（n≠0）的振幅为： 由H字符时域波形和公式（4）可以得出其频谱，如图8所示。 从图8可以看出：二次至八次谐波幅值较大，其中二次谐波幅值最大，占到基波幅值的59.1%；三次谐波其次，占到基波幅值的21.9%,9次以后的各谐波基本可以忽略。 4 相关性检测 通过对黑白点阵和H字符的时域、频域分析，已经掌握了其信号特征，可以作为判别接收到的信号是否为红信号的判据。使用计算机视频信息泄露接收系统在符合TEMPEST检测标准距离处对显示器分别显示黑白点阵和H字符的频谱进行接收，并进行相关性差别。 4．1 基于黑白点阵的相关性检测 当显示器显示黑白点阵时，接收机接收到的设备发射信号频谱如图9。 信号频谱图中各频点的值如表1。 表1 显示黑白点阵时设备发射信号频谱图中标注各频点的值 频 点 1 2 3 4 5 6 频率（Hz） 24.9M 50.2M 74.4M 99.1M 125.3M 149.0M 与前面分析的黑白点阵信号时域、频域特征加以比较，显然，图9中的频点1即黑白点阵信号发射的基波（25MHz）；频点2～6即对应的2～6次谐波；并且三次、五次谐波辐射强度较大。根据相关检测法原理，可以得出结论：接收到的设备发射信号频谱图与已知黑白点阵信号特征量相关性很强，泄漏的信号为红信号，设备存在泄密发射。 4．2 基于H字符的相关性检测 当显示器显示H字符时，接收机接收到的设备发射信号频谱如图10。 信号频谱图中各频点的值如表2。 表2 显示H字符时设备发射信号频谱图中标注频点的值 频 点 1 2 3 4 4 频率（Hz） 5.5M 11.0M 16.5M 22.0M 27.5M 与已分析的H字符信号时域、频域特征加以比较，可以看出：图10中的频点1即H字符信号发射的基波频率（5.51MHz）；频点2～5即对应的2～5次谐波频率；并且二次、三次谐波辐射强度较大。根据相关检测法原理，可以得出结论：接收到的设备发射信号频谱图与已知H字符信号特片量相关性很强，泄漏的信号为红信号，设备存在泄密发射。 红信号泄漏的鉴别方法是计算机TEMPEST设计和检测领域中的重要课题，基于相关检测法的红信号泄漏鉴别研究，不仅为计算机TEMPEST检测判断设备是否存在泄密发射提供了行之有效的检测方法，而且对于防视频信息泄露和截获视频信息也具有重要的意义。