Метод защищенной передачи информации на основе кодового зашумления в радиоканалах систем управления и обеспечения безопасности движения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.19, кандидат технических наук Ададуров, Александр Сергеевич

• Ададуров, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ададуров, Александр Сергеевич

Введение.

1. Анализ организации связи при управлении движением на железной дороге и принципа защищенной передачи информации по радиоканалам на основе кодового зашумления.

1.1 Общая характеристика системы управления и обеспечения безопасности движения на российских железных дорогах.

1.2 Существующие и перспективные системы связи и передачи информации управления движением на железнодорожном транспорте

1.3 Угрозы информационной безопасности и пути повышения защищенности ответственной информации, передаваемой в системе управления и обеспечения безопасности движения.

1.4 Общая характеристика метода защищенной передачи информации по радиоканалам на основе кодового зашумления.

1.5 Постановка задач исследований.

2. Разработка сценариев организации защищенной радиосвязи в системе управления и обеспечения безопасности движения с обеспечением несимметричного канала утечки.

2.1 Сценарный подход к организации защищенной передачи информации по радиоканалам на основе кодового зашумления.

2.2 Сценарий организации радиосвязи с исключением доступа нарушителя в контролируемую зону и обеспечением несимметричного канала утечки за ее пределами.

2.3 Сценарий организации радиосвязи с обеспечением несимметричного канала утечки за счет постановки маскирующих основной канал передачи информации структурных помех.

2.4 Сценарий организации радиосвязи с фрагментацией сообщений и передачей части фрагментированных сообщений по дополнительному каналу передачи информации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод защищенной передачи информации на основе кодового зашумления в радиоканалах систем управления и обеспечения безопасности движения»

Железные дороги имеют развитую телекоммуникационную инфраструктуру связи, обеспечивающую управление процессом перевозок. В этой инфраструктуре значительная роль принадлежит средствам Системы Управления и Обеспечения Безопасности Движения (СУОБД). Важность выполняемых системой функций определяет многоуровневое построение СУОБД и делает ее одним из ключевых элементов управления движением.

В современных условиях к системам связи на железных дорогах предъявляются жесткие требования по функциональным возможностям и качеству связи, которым могут соответствовать только цифровые системы радиосвязи, позволяющие обеспечить бесперебойную и помехоустойчивую связь с подвижными абонентами. Кроме того, в цифровых системах связи могут быть реализованы современные методы защищенной передачи информации (криптографические и некриптографические), обеспечивающие выполнение требований к информационной безопасности управления тяговым подвижным составом (ТПС). Выполнение этих требований имеет особое значение при передаче ответственной информации (ответственных сообщений) - сообщений и команд управления, непосредственно связанных с управлением железнодорожной автоматикой и обеспечением безопасности движения.

Введение в эксплуатацию систем радиосвязи нового поколения позволяет создать единую сеть подвижной радиосвязи для абонентов различных служб железнодорожного транспорта и реализовать функции автоматического управления движением поездов. Однако в отличие от кабельных каналов радиоканалы с точки зрения условий распространения сигналов являются открытыми. Их электромагнитная доступность увеличивает опасность реализации угроз информационной безопасности при передаче по радиоканалам ответственных сообщений и требует принятия соответствующих мер по обеспечению защищенной передачи информации. Поэтому широкое использование систем радиосвязи в СУОБД должно сопровождаться анализом угроз информационной безопасности и разработкой специальных методов защищенной передачи ответственных сообщений.

Действующие правила организации радиосетей железнодорожного транспорта не содержат конкретных рекомендаций относительно безопасной передачи данных по радиоканалам и задают лишь общие функциональные требования по этому вопросу. Учитывая то обстоятельство, что в последнее время в теории связи все чаще.рассматриваются некриптографические способы защиты информации, в качестве метода защищенной передачи информации по радиоканалам СУОБД в диссертационной работе рассматривается передача информации на основе кодового зашумления каналов. Данный некриптографический метод, основанный на случайном линейном кодировании сообщений с учетом свойств каналов передачи-информации и утечки, был предложен А.Д.Вайнером и в дальнейшем развит им совместно с Л.Ю.Озаровым, а также В.И.Коржиком и В.А.Яковлевым.

Принципы кодового зашумления и возможности его использования для защищенной передачи информации позволяют считать метод кодового зашумления одним из перспективных методов передачи ответственных сообщений в СОУБД. Однако в радиоканалах подвижной радиосвязи далеко не всегда выполняется сформулированное в фундаментальных работах по кодовому зашумлению условие его эффективного использования - наличие несимметричного канала утечки, с помощью которого нарушитель осуществляет несанкционированный доступ к информации, передаваемой по радиоканалу. Отсюда следует актуальность задачи разработки научно обоснованных принципов организации защищенной передачи информации на основе кодового зашумления в радиоканалах СУОБД, а также в других системах радиосвязи железнодорожного транспорта.

Объектом исследования в диссертационной работе является цифровая система радиосвязи, как подсистема СУОБД, с защитой передаваемой информации, а предметом исследования — процесс защищенной передачи информации на основе кодового зашумления в цифровых радиоканалах СУОБД.

Целью исследования является повышение защищенности ответственной информации, передаваемой в СУОБД, на основе принципов кодового зашумления каналов.

Научная задача диссертационной работы состоит в разработке научно-методического аппарата реализации в цифровых системах радиосвязи СУОБД передачи и защиты информации на основе кодового зашумления. С учетом особенностей использования метода кодового зашумления в радиоканалах в работе с единых позиций рассматриваются как системные решения по организации радиосвязи с кодовым зашумлением каналов, так и технические решения по реализации конкретных методов передачи информации на основе кодового зашумления в многоуровневой СУОБД.

При решении поставленной научной задачи в диссертационной работе используются методы теории информации, теории радиосвязи и помехоустойчивого кодирования, системного анализа и защиты информации в телекоммуникационных системах. Частные задачи исследований решаются аналитическими и численными методами с использованием прикладных компьютерных программ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в получении следующих результатов:

1. Обоснован сценарный подход к организации защищенной передачи информации по радиоканалам на основе кодового зашумления и разработаны три сценария организации радиосвязи с ТПС с обеспечением несимметричного канала утечки за счет снижения электромагнитной и информационной доступности передаваемой информации.

2. Разработаны формальные модели совместно функционирующих несимметричных каналов передачи информации и утечки и исследованы показатели защищенности и помехоустойчивости передачи информации на основе кодового зашумления при комбинированном случайном кодировании.

3. Разработан и исследован метод защищенной передачи информации в СУОБД с фрагментированием сообщений и использованием тональных рельсовых цепей в качестве дополнительного канала передачи информации для обеспечения несимметричного канала утечки.

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработанные сценарии организации радиосвязи с ТПС с обеспечением несимметричного канала утечки учитывают особенности функционирования радиоканалов СУОБД и при практической реализации позволяют не-криптогорафическими методами обеспечить передачу ответственных сообщений с необходимым уровнем защиты от перехвата.

2. Разработанный метод защищенной передачи информации с фрагментиро-ванием сообщений и использованием тональных рельсовых цепей в качестве дополнительного канала передачи информации ориентирован на использование в многоуровневой СУОБД и может быть реализован на основе существующих и перспективных систем связи с ТПС.

3. Результаты исследования показателей защищенности и помехоустойчивости передачи информации на основе кодового зашумления и разработанный программный комплекс для анализа условий радиосвязи в зоне обслуживания позволяют научно обоснованно выбрать характеристики радиоканалов СУОБД при технической реализации защищенной передачи информации на основе кодового зашумления.

Достоверность полученных результатов диссертационной работы определяется корректным использованием выбранного математического аппарата, согласием теоретических результатов исследований с выполненными прикладными расчетами для реальных исходных данных, апробированием результатов диссертационных исследований на научных конференциях и их внедрением при разработке перспективных СУОБД,

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации по теме «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность», Ададуров, Александр Сергеевич

Основные результаты и выводы по разделу 5.

1. Разработан алгоритм выбора сценария для обеспечения защищенной передачи ответственной информации по радиоканалам управления в СУОБД. Данный алгоритм предназначен для использования при проектировании средств СОУБД и представляет собой алгоритм рационального выбора одного из трех разработанных сценариев, ориентированных на решение задач передачи ответственных сообщений. Последовательность анализа сценариев выбрана с учетом используемых в них механизмов снижения электромагнитной и информационной доступности, степени их универсальности с точки зрения использования в различных системах радиосвязи, сложности технической реализации и особенностей применения в СОУБД. В рамках сценарного подхода алгоритм может быть развит применительно к решению других прикладных задач организации связи на железной дороге и в других отраслях.

2. Обоснована структура программного комплекса для анализа условий связи в зоне обслуживания и выбора параметров радиоканала передачи информации с ограничением электромагнитной доступности, необходимого для принятия технических решений при практической реализации передачи информации на основе кодового зашумления в СУОБД. Дается описание программной реализации комплекса. Приводятся примеры расчетов, демонстрирующие существенное влияние параметров приемо-передающей аппаратуры используемой законным абонентом и нарушителем, а также местных условий связи на уровень принимаемого сигнала в основном канале передачи информации и канале утечки.

3. Разработанный программный комплекс позволяет, варьируя исходные данные подобрать при проектировании сетей цифровой ТРС такие параметры радиоканалов, при которых обеспечивается условие кодового зашумления и информация, перехваченная нарушителем, будет неполной и недостоверной.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ададуров, Александр Сергеевич, 2010 год

1. Кудрявцев В.А. Управление движением на железнодорожном транспорте. -М.: Маршрут, 2003. 200 с.

2. Кудряшов В.А., Моченов А.Д. Транспортная связь. М.: Маршрут, 2005. - 294 с.

3. Танеев В.И., Пищик Ф.П., Егоренко В.И. Безопасность движения на железнодорожном транспорте. -Мн.: Полымя, 1996. 360 с.

4. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В.В .Сапожников, Вл.В.Сапожников, Х.А.Христов, Д.В.Тавзов. -М.: Транспорт, 1995.-272 с.

5. Концепция развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) / В.И.Талалаев, Е.Н.Розенберг, E.H. Шухина и др. — М: ВНИИАС, 1998.- 163 с.

6. Сороко В.И. Розенберг E.H. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: Кн.2. -М.: НПФ "Планета", 2000. -1008 с.

7. Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»). М.: ОАО «РЖД»,:2007. - 54 с.

8. Скляр Б. Цифровая связь. Технические основы и практическое применение: Пер. с англ. М.: Вильяме, 2004. - 1104 с.

9. Тепляков И.М. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. М.: Радио и связь, 2004. - 328 с.

10. Ю.Инфокоммуникационные сети: архитектура, технологии, стандартизация / Л.Л.Блахнов, В.Г. Игнатенков, В.Е.Кузнецов и др. — М.: Радио и связь, 2004. 208 с.

11. Система автоблокировки с тональными рельсовыми цепями, централизованным размещением аппаратуры и дублирующими каналами передачиинформации микропроцессорная'АБТЦ-М. Руководство по эксплуатации»' / Отчет о НИР. М;: ВНИИАС, 2004 - 67 с.

12. Разработка требований и технологических документов по обеспечению информационной безопасности цифровой технологической радиосети стандарта GSM-R / Отчет о НИР: Этап 1. СПб.: ПГУПС, 2008. - 82 с.

13. Шаманов В.И., Розенберг E.H., Талалаев В.И., Технико-экономическая эффективность многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов. М.: ВНИИАС, 2004 - 12 Ь с.

14. Вериго A.M., Системы радиосвязи на зарубежных железных дорогах // Автоматика, связь, информатика. — 2007. № 5. - С.42-49.

15. Воронин B.C. Интеллектуальные транспортные системы управления // Железнодорожный транспорт. 2009. — №3. - С.40-45.

16. Лисенков В.М. Теория автоматических систем интервального регулирования. -М.: Транспорт, 1987. 150 с.

17. Концепция развития технологической радиосвязи железнодорожного транспорта до 2005 г. М.: ВНИИАС, Департамент информатизации и связи МПС РФ, 1999. - 37 с.

18. Теория* передачи сигналов на железнодорожном^ транспорте // Г.В.Горелов, А.В.Фомин, А.А.Волков и др. М.: Транспорт, 2001. - 415 с.

19. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 224 с.

20. Радиостанция «МОСТ». Руководство по эксплуатации ЦВИЯ.464511.062-РЭ. М.:ИРЗ. - 80 с.

21. Яковлев'BtB., Корниенко * А.А'. Информационная! безопасность и-защита информации^ корпоративных сетях железнодорожного транспорта: М.: УМК МПС РФ, 2002. - 328 с.

22. Корниенко A.A., Еремеев М.А., Ададуров С.Е. Средства защиты информации на, железнодорожном транспорте: Криптографические методы и средства. — М: Маршрут, 2006. — 256 с.

23. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах обработки данных. Кн. 1,2. М.: Энергоатомиздат, 1994; Кн. 1- 400с., Кн.2 - 175 с.

24. Д.П.Зегжда, А'.М.Ивашко Как построить защищенную, информационную-систему (2тома) Под научной редакцией П.Д. Зегжды шВ.В. Платонова СПб.: НПО "Мир и<семья-95", 1997 -312 с.

25. Яковлев В.А, Защита* информации на основе кодового зашумления. Теория кодового зашумления. — СПб.: ВКАС, 1993 — 245 с.

26. Криптографические методы защиты информации / А.А.Корниенко, Г.Н.Мальцев, М.А.Еремеев, С.В.Штанько: СПб.: BKA, 2008. - 151 с.

27. Царегородцев А. В., Кислицын А. С. Основы синтеза защищенных телекоммуникационных систем: — М.: Радиотехника, 2006. —265 с.

28. Шнаер. Б. Прикладная криптография: Пер. с англ. М.: Изд-во «Триумф», 2002.-816 с.

29. Молдовян A.A., Молдовян А.Н. Криптография. СПб.: Изд-во «Лань», 2001.-224 с.

30. Осмоловский С. А. Стохастические методы защиты информации. М.: Радио и связь, 2002. - 320 с.

31. Максименко В.Н., Кудин A.B., Ледовской А.И. Безопасность и качество услуг сотовой подвижной связи М.: Горячая линия—Телеком, 2007—244с.35.3юко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. — М: Связь, 1972.-360 с

32. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И.Тузов, В.А.Сивов; В.И.Прытков и др. М.: Радио и связь, 1985. -256 с.

33. WynerA.D. The Wire-Tap Channel // Bell System Techn. J. 1975. - V.54, №8.- P.1355-1387.

34. Wyner A., Ozarov L. Wire-tap Channel II // AT&T Bell Lab. Tech. J. 1984. -V.63, №10. -P.2135-2157.

35. Коржик В.И., Яковлев В А. Неасимптотические оценки эффективности кодового зашумления одного канала // Проблемы, передачи информации. 1981. - Т. 17, № 4. - С.11-18.

36. Коржик В.И., Яковлев В.А. Пропускная способность канала связи с внутренним случайньш кодированием // Проблемы передачи информации. -1992. Т.28, Ш 4: - С.24-34:

37. Вернер М. Основы кодирования: Пер с нем.- М.: Техносфера, 2008.-288 с.

38. Теория передачи сигналов / А.Г.Зюко. Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Финк. М.: Радио и связь, 1986. - 384 с.

39. Савельев М.Ф. Оценка вероятности успешного перехвата в каналах с кодовым зашумлением // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. — 2003. — №2. — С.35-42.

40. Ю.В. Косолапов. О применении схемы Озарова-Вайнера для защиты информации в беспроводных многоканальных системах передачи данных // Информационное противодействие угрозам терроризма: Научно-практический журнал. 2007. — № 10. — С. 111-120.

41. PopovskiP., Simeone О. Wireless Secrecy in Cellular Systems-with Infrastructure-Aided Coopération // IEEE Trans. Information Forensics and Security. -2009. V.4, №2. - P.242-256.

42. Maurer U., Wolf S. Secret-key agreement over unauthenticated public channels. Part I: Définitions and a completeness resuit // IEEE Trans. Inf. Theory. -2993. V.49, №4: - P.822-831.

43. Ададуров А.С., Совершенствование механизмов, защиты информации в системах технологической радиосвязи. // Железнодорожный транспорт. 2009. -№8.-С.59-63.

44. Ададуров А.С., Способ защиты информации и повышения помехоустойчивости» в радиоканалах управления тяговым подвижным составом. // Вестник ВНИИЖТ. М.: Интертекст, 2009. - №2. - С.32-36.

45. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг:.задачи, методы, средства. М: Горячая линия-Телеком, 2006. — 492 с.

46. Теоретические основы радиоэлектронной разведки / А.И.КУприянов, П.Б.Петренко, М.П.Сычев. М.: Изд-во МГТУ, 2010. - 381 с.

47. Нёкалин А.А., Заряев А.В., Скрыль С.В., Защита информации! в системах мобильной связи^ Учебное пособие для! вузов; Mf: Горячая линия Телеком, 2005.- 172 с.

48. Popovski P., YomorH: Wireless Network Coding by Amplify-and-Forward for Bi-directionaliTraffic Flows // IEEE Communications-Eetters.- 2007'." — V.56;,. №1!.- P 2203-221-5;

49. Боговик А.В., Игнатов В.В., Эффективность системы подвижной связи и методы ее оценки. — СПб.:ВАС, 2006.

50. Абилов А.В., Сети связи и системы коммутации: Учебное пособие для'вузов. М:: Радио и связь, 2004. - 288 с.

51. Яковлев В.А., Коржик В.И., Синюк А. Д., Протокол выработки ключа в канале с помехами // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. — 2000. — № 1. С.52- 63.

52. Ададуров А.С., Попов П.А., Общие принципы работы системы ITARUS-АТС // Автоматика, связь, информатика. № 7. — М.: Парадиз, 2010. С.9-11'.

53. Коржик В.И., Финк JI.M., Щелкунов К.И. Расчет ■ помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. М.: Радио и связь, 1981-231 с.

54. Галкин В.А. Цифровая мобильная- радиосвязь. — М.: Горячая линия-Телеком; 2007. 432 с.

55. Leung- Yan-Cheong S.К. On a Special Class of Wiretap Channels // IEEE Trans. Inform. Theory. 1977. -У.23, -P.625-627.

56. Popovski P., De Carvalho E. Spectrally-Efficient Wireless Relaying based on Superposition Coding // Proc. 65th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Spring 2007). Dublin, 2007. - P.2081-2098.

57. Leung-Yan-Cheong S.K. Hellman M.E. Gaussian wire-tap channel // IEEE Trans. Inf. Theory. 1978. -, V.24, №4. -P.451-456.

58. Мальцев Г.Н., Ададуров A.C., Имитационное моделирование итеративного декодирования турбо-кодов // Сборник докладов, научной сессии ГУАП. 4.2. СПб.: ГУАП, 2009. - С.17-19.

59. Витерби А.Д., Омура Дж.К. Принципы цифровой связи и кодирования: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1982. - 536 с

60. Кириленко, А.Г. Рельсовые цепи тональной частоты ТРЦЗ — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. 38 с.

61. Тарасов Е.М. Инвариантные системы: контроля?состояний; рельсовых линий. Самара: Изд-во СамЕАПС, 2002. - 134 с.

62. Федоров Н;Е. Современные системы; автоблокировки; с тональными рельсовыми цепями. — Самара: СамГАПС, 2004. — 132с.

63. Теег Е., Баумгатнер ПЕ, Машек У. Сравнение систем? сигнализации? для высокоскоростногодвижения// ЖелезныеДорогиМира,— 2006. — № 10: — С.65-73.

64. Зорин В .И., Рамбовская И. В., Ковалев И.П. Система управления ш обеспечения? безопасности движения поездов ITARUS-ATC // Автоматика, связь, информатика: — 20101 — №4: — С. №13:,

65. Коржик В .И., Финк JI;M. Помехоустойчивое кодирование дискретных сообщений в каналах со случайной структурой. — М.: Связь, 1975. 272 с.

66. Ясько С.А. Принципы построения и функционирования информационных систем;.- СПб.: РЕЕМУ, 2005: 88;с.8Г.Теорияг электрической- связш / А.Г.Зюко. Д.Д,Кловский, В.И.Коржик, М.В.1Тазаров. М.: Радио и связь, 1998. - 432 с.

67. Васильев Ф.П. Численные методы решения;; экстремальных задач. — Mí: Наукам.1988: 415 с.

68. Иванова Г.С. Основы программирования. -М:::ИздтВО>МЕТУ, 2009- 416 с.,

69. Питерсон У. Коды- исправляющие ошибки: Пер:,с англ.-Mi:.Мир; 1964'. -500 с.

70. Еаллагер Р: Теория1 информации*и- надежная <связь:;,Пер• с англ. M«::Cobï радио, 1974.-720 с.

71. Микони C.B. Теория и практика рационального выбора. М.: Маршрут, 2004. - 463 с.

72. Хомоненко А.Д., Ададуров С.Е., Работа с базами данных в С++ Builder. СПб: БХВ-Петербург, 2006. -475 с.