Обеспечение целостности сигналов УПС при воздействии импульсных атак
Егорова Н.А., Кашаев Е.Д.
Егорова Н.А., Кашаев Е.Д., E-mail: kashaev@beda.stup.ac.ru Пензенский государственный университет
С позиций обеспечения информационной безопасности подвижных
автоматизированных систем (АС) каналы связи являются самым уязвимым
компонентом. В каналах АС на информационный сигнал могут воздействовать
как преднамеренные, так и непреднамеренные атаки. Непреднамеренные атаки
могут быть мультипликативного и аддитивного характера. Для защиты
сигналов в полосовом тракте приемного УПС от аддитивных импульсных атак
широко используется метод ограничения амплитуды сигнала, а для защиты от
мультипликативных атак предложен метод восстановления текущей формы
сигнала в полосовом тракте [1],
который расширяет возможности защиты сигналов от импульсных атак. Целью
данной работы является исследование возможностей повышения целостности
сигналов УПС при воздействии непреднамеренных импульсных атак на основе
сочетания защитных операций восстановления формы информационного сигнала и
ограничения его амплитуды. Рассмотрим действие непреднамеренных
импульсных атак в канале тональной частоты (ТЧ), декаметровом радиоканале
(ДРК) и в комбинированном канале связи "канал ТЧ - ДРК". Назовем
импульсным дальним атакующим сигналом (ДАС) сигнал, который формируется в
соединительной линии на передающей стороне канала ТЧ или на таком
расстоянии от приемной радиостанции, при котором проявляется
многолучевость ДРК. Импульсным ближним атакующим сигналом (БАС) назовем
сигнал, формируемый в соединительной линии на приемной стороне канала ТЧ
или на таком расстоянии до приемной радиостанции, на котором можно не
учитывать многолучевость ДРК. В данной работе для защиты от ДАС функция
ограничения амплитуды сигнала выполнялась после устройства восстановления
формы сигнала, а для защиты от БАС - до устройства восстановления. В свою
очередь при исследовании защищенности от БАС операция ограничения
выполнялась как после входного полосового фильтра УПС, так и до него. В
качестве критерия эффективности защитных функций по обеспечению
целостности сигналов в полосовом тракте УПС использовалась вероятность
ошибочного принятого детектором двоичного символа. Исследования
проводились путем статистического исследования имитационных моделей канала
ТЧ, ДРК и источника импульсного атакующего сигнала. В модели канала ТЧ
количество переприемных участков (ППУ) изменялось от 1 до 12, скорость -
от 300 бит/с до 2400 бит/c. В модели декаметрового радиоканала
использовались следующие параметры: число лучей от 2 до 5, задержка между
первым и последними лучами от 1 мс до 6 мс. В качестве модели источника
атак использовалась модель источника импульсов с нормальным распределением
амплитуд; с равновероятным появлением импульса на длительности атакуемой
посылки; с интервалом атак, превышающим длительность импульсного отклика
канала связи. Результаты экспериментальных исследований приведены на
рисунках 1..3 и в таблицах 1...8. На рисунках 1 и 2 приведены зависимости
вероятности ошибки Рош при воздействии БАС в канале ДРК. Кривые
1...3 на рисунках 1 и 2 соответствуют скорости 600 бит/с, кривые 4...6 -
скорости 1200 бит/с. Кривые 1 и 4 соответствуют случаю, когда ограничение
не производится, кривые 2 и 5 - производится ограничение после входного
фильтра УПС, кривые 3 и 6 - производится ограничение после входного
фильтра радиостанции.
Рисунок 1 - Зависимость вероятности ошибки
Рош в двухлучевом канале ДРК от отношения уровня сигнала к
уровню БАС Uc/Uп.
Таблица 1
Uc/Uп
1
0,5
0,2
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
0
0
1,2Ч10-3
5,3Ч10-3
1,3Ч10-2
3,3Ч10-2
7,4Ч10-2
с огр.
0
0
0
4Ч10-4
1,8Ч10-3
5,2Ч10-3
7,7Ч10-3
Таблица 2
Uc/Uп
1
0,5
0,2
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
0
0
2,4Ч10-3
1,2Ч10-2
2Ч10-2
4,8Ч10-2
9,1Ч10-2
с огр.
0
0
1Ч10-4
1,5Ч10-3
4,3Ч10-3
8,6Ч10-3
8,9Ч10-3
Рисунок 2 - Зависимость вероятности ошибки
Рош в трехлучевом канале ДРК от отношения уровня сигнала к
уровню БАС Uc/Uп.
На рисунке 3
приведены зависимости вероятности ошибки Рош при воздействии
ДАС в канале ТЧ.
Рисунок 3 - Зависимость вероятности ошибки
Рош в канале ТЧ (12 ППУ) от отношения уровня сигнала к уровню
ДАС Uc/Uп.
Кривые 1 и 2 на рисунке 3
соответствуют скорости 600 бит/с, кривые 3 и 4 - скорости 1200 бит/с.
Кривые 1 и 3 соответствуют случаю, когда ограничение не производится,
кривые 2 и 4 - производится ограничение после устройства защиты. В
таблице 1 приведена зависимость вероятности ошибки Рош в канале
ТЧ (12 ППУ) от отношения уровня сигнала к уровню БАС
Uc/Uп при скорости 600 бит/с. В таблице 2
приведена зависимость вероятности ошибки Рош в канале ТЧ (12
ППУ) от отношения уровня сигнала к уровню БАС Uc/Uп
при скорости 1200 бит/с. В таблице 3 приведена зависимость вероятности
ошибки Рош в канале ДРК от значения порога Uпор
ограничения после входного фильтра УПС при отношении
Uc/Uп=0,1 при различной скорости при воздействии
БАС.
Таблица 3
Uпор
двухлучевой канал
трехлучевой канал
600 бит/с
1200 бит/с
600 бит/с
1200 бит/с
0,5
6Ч10-4
4Ч10-3
4,4Ч10-3
3,8Ч10-3
1
1,2Ч10-3
4,6Ч10-3
0
8Ч10-4
1,5
9Ч10-4
4Ч10-3
1Ч10-4
2Ч10-4
2
5Ч10-4
4,6Ч10-3
0
0
2,5
7Ч10-4
6,8Ч10-3
0
0
В таблице 4 приведена зависимость
вероятности ошибки Рош в канале ДРК от значения порога Uпор
ограничения после входного фильтра радиостанции при отношении
Uc/Uп=0,1 при различной скорости при воздействии
БАС.
Таблица 4
Uпор
двухлучевой канал
трехлучевой канал
600 бит/с
1200 бит/с
600 бит/с
1200 бит/с
0,5
7Ч10-4
4,7Ч10-3
1,3Ч10-3
3Ч10-4
1
4Ч10-4
2,5Ч10-3
1Ч10-4
0
1,5
1Ч10-4
3Ч10-3
0
0
2
0
1,8Ч10-3
0
0
2,5
0
1,6Ч10-3
0
0
В таблице 5 приведена зависимость
вероятности ошибки Рош в двухлучевом ДРК от отношения уровня
сигнала к уровню ДАС Uc/Uп при скорости 1200 бит/с.
ДАС распространялся по двухлучевому каналу.
Таблица 5
Uc/Uп
1
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
0
4,1Ч10-3
1,2Ч10-2
3,1Ч10-2
6,1Ч10-2
с огр.
0
3Ч10-3
5,6Ч10-3
9,9Ч10-3
2,7Ч10-2
В таблице
6 приведена зависимость вероятности ошибки Рош в двухлучевом
ДРК от отношения уровня сигнала к уровню ДАС Uc/Uп
при скорости 1200 бит/с. ДАС распространялся по трехлучевому каналу.
Таблица 6
Uc/Uп
1
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
4Ч10-4
3,6Ч10-2
6,2Ч10-2
1,4Ч10-1
2,0Ч10-1
с огр.
0
2,0Ч10-2
4,5Ч10-2
8,5Ч10-2
1,4Ч10-1
В таблице
7 приведена зависимость вероятности ошибки Рош в двухлучевом
ДРК от отношения уровня сигнала к уровню ДАС Uc/Uп
при скорости 600 бит/с. ДАС распространялся по двухлучевому каналу.
Таблица 7
Uc/Uп
1
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
0
4Ч10-3
1Ч10-2
2Ч10-2
2,9Ч10-2
с огр.
0
1,5Ч10-3
5,4Ч10-3
9,2Ч10-3
1,4Ч10-2
В таблице
8 приведена зависимость вероятности ошибки Рош в двухлучевом
ДРК от отношения уровня сигнала к уровню ДАС Uc/Uп
при скорости 600 бит/с. ДАС распространялся по трехлучевому каналу.
Таблица 8
Uc/Uп
1
0,1
0,05
0,02
0,01
без огр.
0
1,4Ч10-2
3,3Ч10-2
8,8Ч10-2
1,4Ч10-1
с огр.
0
7,2Ч10-3
2,1Ч10-2
5,8Ч10-2
9,7Ч10-2
На
основании экспериментальных исследований можно сделать следующие
выводы:
введение защитной функции восстановления формы сигнала в полосовом
тракте создает условия для защиты от импульсных атакующих ДАС;
защита от импульсных ДАС с помощью операции ограничения амплитуды
после устройства восстановления повышает защищенность в 2-3 раза;
защита от импульсных БАС с помощью операции ограничения амплитуды
сигнала повышает защищенность в 5-7 раз при ограничении после входного
фильтра УПС и в 6-10 раз при ограничении перед входным фильтром УПС.
ЛИТЕРАТУРА:
Н.А. Егорова, Кашаев Е.Д. О качестве восстановления формы сигнала в
комбинированном канале связи. Деп. в ВИНИТИ 26.02.01, №485-В2001.
Комментарии: 0
