Анализ методов защиты информации передаваемой по ВОЛС

Оглавление

 

Введение

Применение вычислительных средств в системе управления государственных и коммерческих структур требует наличия мощных систем обработки и передачи данных. Решение этой задачи привело к созданию единой инфраструктуры. Ее использование позволило людям, имеющим компьютер и модем, получить доступ к информации крупнейших библиотек и баз данных мира, оперативно выполнять сложнейшие расчеты, быстро обмениваться информацией с другими респондентами сети независимо от расстояния и страны проживания.

Такие системы повлекли ряд проблем, одна из которых - безопасность обработки и передачи данных. В настоящее время над проблемой защищенности передаваемой по сетям информации работает большое количество специалистов практически во всех экономически развитых странах мира. Однако, несмотря на усилия многочисленных организаций, занимающихся защитой информации, обеспечение информационной безопасности продолжает оставаться чрезвычайно острой проблемой.

В настоящее время самой перспективной физической средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния считаются волоконно-оптические линии связи.

В связи с широким распространением оптоволокна в качестве среды передачи актуальной является  проблема его защищенности от несанкционированного съема информации.

Целью курсовой работы является анализ методов защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ особенностей передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи.
2. Анализ угроз информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи.
3. Сравнительный анализ методов защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи.

 

1 Особенности передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи

1.1 Понятие волоконно-оптических линий связи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) – это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». [3]

Оптическое волокно (ОВ) – это основной элемент оптико-волоконных кабелей связи. Все остальные элементы оптического кабеля это средства защиты оптического волокна от агрессивного воздействия внешней среды. Оптические волокна различаются по своим характеристикам и выполняют разные задачи, обеспечивая передачу излучения на различных длинах волн.

Волоконно-оптические линии связи значительно превосходят проводные по таким показателям, как пропускная способность, длина регенерационного участка, а также помехозащищенность. [2]

Понятие ВОЛС является собирательным. 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. [4]

Благодаря физическим свойствам ОВ, существует возможность передавать по ВОЛС информацию с частотой, большей в 100 раз, чем у кабельного телевидения или медного кабеля, а за счет мультиплексирования передача данных выполняется практически с неограниченной скоростью и идет сразу по нескольким каналам параллельно в соответствии с доступными длинами волн. [5]

В таблице 1 представлены преимущества и недостатки ВОЛС.

Таблица 1

Основные 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.

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.

 

 

Продолжение табл. 1

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.

ВОЛС, в силу особенностей распространения электромагнитной энергии в ОВ, обладают повышенной скрытностью. Это объясняется тем, что оптическое излучение, являющее носителем информации, распространяется в ОВ согласно закону полного внутреннего отражения, а за ОВ электромагнитное излучение экспоненциально спадает. [2]

1.2 Принципы передачи информации по ВОЛС

В ВОЛС основной способ передачи информации основан на модуляции интенсивности света. Свет гораздо проще передать на дальние расстояния с меньшими потерями, чем электрический ток, он значительно меньше подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. Оптические линии не являются источниками электрических шумов. Волоконно-оптический кабель представляет собой сложную конструкцию с несколькими слоями покрытия оптического волновода. В окружающем кабель пространстве информативное оптическое излучение практически не создает каких-либо электромагнитных полей диапазона близкого к частоте модуляции

По оптоволокну происходит передача электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн, соответствующего частотам 1014-1015 Гц, что обеспечивает очень высокую пропускную способность и быстродействие.

Высокая помехозащищенность ВОЛС обусловлена тем, что в природе и промышленности фактически отсутствуют источники электрического и магнитного поля напряженности, которые способны изменить условия распространения светового импульса в оптоволокне. Помимо этого чаще всего оптические кабели не содержат металлических элементов, поэтому проблем, связанных с разностью потенциалов этажей и зданий, с блуждающими токами в почве и т. п., не возникает. Волоконно-оптические системы имеют почти полную электрическую изоляцию, не страшатся повышенной влажности, не требуют оборудования, защищающего их от утечек, пробоев и короткого замыкания. Полупроводниковые приемники и передатчики света обладают достаточно высокой стабильностью.

С наименьшими потерями свет распространяется по воздуху и в стекле. Современные волокна имеют затухание, равное 0,2 дБ/км, что дает на длине 100 м затухание 0,02 дБ. На этой же длине современный высококачественный электрический симметричный кабель имеет затухание около 20 дБ, т. е. в 1000 раз большее.

По ВОЛС невозможно передать напряжение питания для устройств, работающих по технологии PoE, для ВОЛС применяется сложное и дорогое активное оптоэлектронное оборудование, технология производства оптических кабелей и трансиверов сложнее и дороже. При работе с ВОЛС необходимо принимать во внимание старение оптоволокна под действием влаги и жесткого гамма-излучения. [6]

Таблица 2

Основные электронные компоненты системы оптической связи

Электрический сигнал	Оптический интерфейс	Электрический сигнал
Трансивер =>              E/0	Х---х---х---х---Х Х - оптический соединитель --- - синтетический кабель х -  места сварки	Трансивер 0/E               =>

В волоконно-оптических кабельных системах сигналы передаются несущей оптического (обычно ближнего инфракрасного) диапазона волн по световодам из сверхчистого кварцевого стекла. Структурная схема волоконно-оптической линии связи приведена на рисунке 1. Оптический передатчик и оптический приемник выделены пунктирной линией. В точке 1 световой сигнал возникает, в точке 2 световой сигнал исчезает. При этом передатчик и приемник объединяют конструктивно в одно устройство – приемопередатчик или трансивер, имеющий два оптических адаптера для присоединения двух оптоволокон. Именно поэтому сетевая карточка компьютера имеет на выходе адаптер для двух оптоволокон: по одному свет входит в карточку, по другому выходит из нее.

Рис. 1 Структурная схема ВОЛС

На схеме обозначены: ИИ – источник информации; ПК – преобразователь кода; И – излучатель света; СУ – согласующее устройство (оптическое); К – коннектор оптический; ВОК – волоконно-оптический кабель; ОМ – оптическая муфта кабеля; ФД – фотодиод; РС – регенератор сигала; ПИ – приемник информации.

Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая её, интерпретирует свет как информацию.

Электрический сигнал поступает на вход оптического передатчика, который обеспечивает преобразование входного электрического (цифрового или аналогового) сигнала в выходной световой (цифровой или аналоговый) сигнал и модулирует интенсивность выходного сигнала излучателя.

Оптический сигнал распространяется по волоконному световоду и поступает на вход оптического приемника, который осуществляет его демодуляцию и восстанавливает исходный электрический сигнал. [6]

Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга, то может дополнительно потребоваться одно или несколько промежуточных регенерационных устройств для усиления ослабевающего в процессе распространения оптического сигнала, а также для восстановления фронтов импульсов. В качестве таких устройств используются повторители и оптические усилители. Повторитель состоит из оптического приемника, электрического усилителя и оптического передатчика. Оптический усилитель не осуществляет оптоэлектронного преобразования, как это делает повторитель или регенератор. Он, используя специальные активные среды и лазеры накачки, непосредственно усиливает проходящий оптический сигнал, благодаря индуцированному излучению. [8]

Для обеспечения нормальной эксплуатации оптический передатчик и приемник снабжаются розетками оптических разъемов.

Расстояния между трансиверами на оптической линии находятся в обратно пропорциональной зависимости от скорости передачи информации.

На рисунке 2 приведена зависимость расстояния, на которое передается информация от скорости ее передачи при использовании кабеля с потерями 2,7 дБ/км и светоизлучающего диода с длиной волны излучения 0,84 мкм и спектральной шириной линии 0,03 мкм: 1 – световод со ступенчатым профилем; 2 – световод с градиентным профилем.

Уменьшение затухания в кабеле и усовершенствование системы ввода приводит к увеличению длины передачи. Необходимо правильное соединение фотоприемника со световодом, сводящее до минимума потери на отражение, например с использованием «просветляющего» слоя между торцом светодиода и окном фотоприемника. [6]

 

Рис. 2 Зависимость расстояния от скорости передачи

2 Способы несанкционированного доступа к информации, передаваемой по ВОЛС

2.1 Сущность проблемы и задачи защиты информации

Широкое применение телекоммуникационных систем (ТКС) для передачи информации привело к обострению проблемы защиты информации, циркулирующей в ТКС, от несанкционированного доступа (НСД). Защита информации в ТКС обладает рядом специфических особенностей, связанных с тем, что информация не является жёстко связанной с носителем, может легко и быстро копироваться и передаваться по каналам связи. Известно очень большое число угроз информации, которые могут быть реализованы как со стороны внешних нарушителей, так и со стороны внутренних нарушителей. [9]

В области защиты информации наиболее актуальными являются три группы проблем [10]: