dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Не так давно публиковалась занимательная работа, в которой исследователи с большого расстояния считывали изображения на мониторах компьютеров, используя телескоп и отражение света от поверхности самых привычных бытовых предметов, типа кофейной чашки, расположенных в той же комнате, где и “атакуемый” монитор. Хитрости с отражениями – это вообще интересно, особенно для радиолокации, где кроме “банальных” “первичных” отражений используются и многократные: они, как и в случае с подсматриванием за монитором, позволяют увидеть объекты, находящиеся не на линии визирования.

Вот, кстати, если разобрать на минимальные логические составляющие задачу наблюдения за окружающей действительностью с помощью электромагнитных полей, то получится, что одна из основ – это измерение неких характеристик полей в данной точке пространства.

Но какую информацию о “реальности вокруг” можно получить, просто проведя единичное измерение поля в единственной точке? Практически никакой, ну разве что убедиться, что некоторое поле есть – не более. Совершенно бесполезная информация. Сама по себе.

Полезность возникает тогда, когда измерение проводится для проверки некоторой гипотезы, а результаты интерпретируются в канве дополнительной “априорной” информации. Судите сами: например, радар лишь проверяет предположение (гипотезу) о том, что в некоторой точке пространства (куда “светит луч”) находится “цель”, а результаты каждого “элементарного точечного” измерения интерпретируются с учётом сведений о ранее отправленном в эфир зондирующем импульсе и, скажем, о положении излучателя в момент отправки этого импульса.

Вообще, оказывается, что чем в большем количестве точек пространства измеряется поле (точность измерений тоже определяюще важна) и чем больше априорной информации о полях/сигналах имеется в распоряжении, тем точнее можно проверять “гипотезы”. (При этом дополнительная информация вполне может компенсировать недостатки измерений.) Воплощением этой давно известной “схемы” является, например, цифровое синтезирование апертуры: в различные моменты времени измеряем поле во множестве точек, получаем “виртуальную антенну”.

Переходим к использованию сложных отражений сигнала в радиолокации, упомянутому в первом абзаце заметки. Ясно, что зондирующий сигнал радара, работающего, например, в городе, отражается железобетонными конструкциями многократно. То есть луч запросто может “светить” “за угол”, потому что многократные отражения происходят от стен зданий, расположенных вдоль улицы за тем самым “углом”. Или можно “посветить” через дверной проём в помещение и вернувшийся обратно сложный сигнал (пусть и слабый) обретёт “частотно/временные” характеристики, определяемые планом помещения и расположением в нём металлических предметов (например, стрелкового оружия).

Хитрость вот в чём: если просто записать этот сложный сигнал с помощью приёмника и попытаться извлечь из него полезную информацию о расположении зданий или кухонных кастрюль внутри них, то ничего не получится. Ведь один и тот же результат “суперпозиции” отражений могут давать самые разные конфигурации отражающих поверхностей – возникает неоднозначность в интерпретации “результатов измерений”.

Но вот если воспользоваться дополнительной информацией, то неоднозначности можно свести к минимуму. Точно известен план улицы, местоположение зданий, можно вычислить положение автомобиля, въехавшего на улицу. При этом, ещё раз напомню, наблюдение радаром ведётся не “в прямой видимости”, приёмом “первичных” отражений, а с помощью анализа многократно отражённого стенами зданий сигнала. Наблюдать вообще можно с соседней улицы. Возможности РЛС многократно расширяются: теперь можно видеть объекты, “напрямую” невидимые.

Дополнительную информацию, позволяющую “убирать неоднозначности”, можно получить из карт местности или из других разведданных. Самое интересное, что можно довольно быстро и, при этом, тщательно измерить текущее состояние “отражений” специальным зондирующим сигналом, записать состояние и в дальнейшем по изменению принимаемого сигнала во времени вычислять местоположение движущихся объектов, особым образом варьируя модуляции зондирующих импульсов (задача упрощается, если такой объект в исследуемом пространстве один). Схема работает потому, что “гладкое” (без, так сказать, телепортаций) перемещение объекта внутри “промеренного 3D-рельефа” вполне позволяет вычислить наиболее вероятную траекторию этого объекта.

Радары, позволяющие подобным образом смотреть “за угол” в городах, уже заказывает DARPA. Ну и загоризонтная радиолокация уже давно работает на логически схожих принципах. А главная проблема тут кроется в вычислительном моделировании конфигурации электромагнитных полей – требуется мощный компьютер, способный на лету решать непростые системы дифференциальных уравнений. Но вот сейчас как раз очень мощные компьютеры с “высокой степенью параллелизма” стали весьма компактными: в качестве примера годятся игровые приставки.

В продолжение предыдущей заметки. Какими способами можно бороться с активными помехами? Напомню, речь о том случае, когда помехопостановщик, приняв сигнал РЛС, генерирует сложный ответный импульс, характеристики которого специально подобраны, чтобы запутать радар.

Один из способов борьбы, как ни странно, состоит в “запутывании” помехопостановщика. Например, радар излучает зондирующие сигналы на нескольких частотах, а реально для “наблюдения” за целью использует лишь один из диапазонов – то есть, из отражённых сигналов выбирается какой-то один (отражаются целью все переданные сигналы). При этом то, какой из сигналов актуален для радара на заданном промежутке времени, известно только радару.

Получается, что активный помехопостановщик должен принять все сигналы, включая ложные, потратить вычислительные ресурсы на обработку каждого из них и на каждый поставить помеху. Эти задачи сильно нагружают системы помехопостановщика. Тут ещё нужно учитывать, что “раскрытие” каждого из сигналов требует серьёзной вычислительной обработки: нужно определить кодирование, модуляции, режим работы и т.п. Если же ставить помеху только на один из принятых сигналов, то такая помеха скорее всего окажется неэффективной.

(С другой стороны, излучение дополнительных “пустых” сигналов создаёт нагрузку на оборудование радара, требует выделения временных промежутков, меняет всю логику работы РЛС. Особенно проблемным такой подход становится, если в распоряжении РЛС всего один передатчик.)

The Register пишет про итальянских исследователей, которые с помощью лазерного “виброметра” научились читать вводимые на клавиатуре компьютера символы. Кроме того, в этой же статье эти же исследователи “читают” PS/2-клавиатуры через линии электропитания.

В первом случае используется анализ звука, производимого каждым нажатием клавиши пользователем, во втором – анализируют электрические “наводки” в электросети, также связанные со срабатыванием клавиш клавиатуры. Для автоматизации распознавания кодов символов используют специальное ПО, вполне ожидаемо работающее со словарём. Интересно, что атаки реализованы с минимальными затратами, измеряемыми сотнями долларов США.

В общем, технологии становятся всё доступнее и доступнее. В данном случае важнее не дешевизна лазеров и высокочувствительных электроизмерительных приборов, а доступность и дешевизна вычислительной мощности. При этом обе атаки известны очень и очень давно. Например, ещё около сорока лет назад анализ акустических шумов, сопровождавших работу шифровальных машин в посольствах США, позволял (по крайней мере, скажем так, теоретически) вычислять используемые ключи. В качестве приёмников шума могли служить скрытые микрофоны, установленные за пределами “шифровальной комнаты”, но внутри посольства (понятно, что разным помещениям в посольствах назначены разные уровни доступа, поэтому где-то “жучок” может установить “человек с улицы”, скажем, уборщик или курьер). Собственно, акустические и электромагнитные “каналы утечек”, описанные в статье, уже давно вошли в учебники по защите информации, а сложное экранирование помещений, предназначенных для работы с секретной информацией, стало реальностью уже не один десяток лет назад.

Но интерес-то статьи в другом: рядовые пользователи не экранируют свои квартиры (ну, за редким исключением) и используют самые обычные клавиатуры (часто вообще – беспроводные). При этом с помощью клавиатур вводятся и “банковские пароли”, и номера кредитных карт. И вот уже почти настал такой момент, когда на оборудование по дистанционному “съёму информации” с ПК этих пользователей уже не нужно тратить десятки тысяч евро, а достаточно спаять “лазерный микрофон” за $200 и раздобыть не самую мудрёную программу-анализатор. (Да, конечно, как и прежде требуется высококвалифицированный специалист, чтобы всё заработало.)

Вот так. Ждём появления средств защиты для массовых пользователей.

(Между прочим, готовое решение – работает против “виброанализатора”: на клавиатуру достаточно привинтить вибратор, который будет ставить помеху по сложному алгоритму. Вполне годится виброзвонок от мобильного телефона.)

Радикально подешевевшая вычислительная мощность нынче позволяет делать всякие полезные фокусы с фотографиями. Так, по нескольким снимкам, например, научились в автоматическом режиме реконструировать конфигурацию бородок ключа от замка. То есть сфотографировали забытые на столе ключи телевиком с большого расстояния (с нескольких точек), запустили цифровые снимки в специальную программу и – можно изготавливать дубликаты ключей.

Понятно, что если тщательно сфотографировать некоторый трёхмерный объект с нескольких ракурсов, зафиксировав дополнительную информацию (параметры оптики, расположение камеры), то весьма детальную трехмерную модель внешней поверхности этого объекта можно сейчас построить автоматически, с помощью специального ПО. (Точности, кстати, добавляет особое “регулярное” освещение, если оно доступно; в “полевых условиях” можно, скажем, использовать дополнительную специальную вспышку.) Выходит, что сфотографированный на выставке “секретный” истребитель можно по фотографиям превратить в компьютерную модель. Истребители при этом фотографируют не только на выставках, но и прямо на секретных базах.

Очевидное, казалось бы, применение: построим по трёхмерной модели, полученной “из фотографий”, детальную диаграмму ЭПР (эффективная поверхность рассеяния) – это важно для анализа возможностей новой техники. Более того, в добавок к ЭПР, можно попытаться вычислить “радиолокационные сигнатуры“.

Действительно, достижения компьютеростроения и вычислительной физики позволяют многое в отношении электромагнитных полей посчитать. Но вот на практике от “фотографических реконструкций” толку совсем мало. Почему? Да потому, что на характеристики рассеяния электромагнитного излучения на трёхмерном объекте влияет не только форма поверхности, но и материалы, эту поверхность формирующие. Собственно в реальности именно “электромагнитные” характеристики материалов, из которых сделан истребитель, и будут формировать его диаграмму ЭПР.

Если задуматься над физикой распространения электромагнитных волн в разных средах, то становится понятно, что в случае с самолётом определяющее влияние имеют, казалось бы, малозаметные (или вообще не заметные на фотографии) нюансы, типа перехода материала носка крыла в панель обшивки (а тут ещё и разные материалы “даны” одним цветом). Более того, так как электрический заряд от падающей ЭМ-волны разбегается по всему корпусу самолёта (тут можно вспомнить школьный курс физики, про электрические цепи), весьма значительную роль в формировании свойств ЭПР играют внутренние особенности устройства агрегатов самолёта. А их, особенностей этих, вообще на фотографиях внешнего вида не обнаружить.

Так что для вычисления ЭПР придётся собрать гораздо больше информации. И для сбора потребуется уже не простой фотоаппарат, а особенный, специально подготовленный, довольно большой и необычный на вид. Подпустят ли с ним к военной новинке? Это вопрос.

Продолжаем развивать тему сложных радиоэлектронных атак, затронутую в двух заметках ранее (это заметки о “радиоэлектронных вторжениях” и “атаках на вскрытие управления“). Вкратце: речь идёт о том, можно ли не просто ставить “помеху на отказ в обслуживании” комплексу, не просто готовить сложную активную помеху, а вообще дистанционно вмешиваться в управление комплексом, дезинформируя его операторов (понятно, что грубую помеху операторы тут же видят, то есть она сама по себе демаскирует действия атакующей стороны).

Вообще “радиофизические” побочные эффекты работы микроэлектроники постоянно сбрасывают со счетов при рассуждениях о возможностях активной помехопостановки. Но ещё интереснее, что “побочные эффекты” обязательно есть и на другом уровне, на уровне архитектурной реализации используемых протоколов обмена. Сами по себе эти протоколы, может быть, и хорошо защищены, на уровне “чистой математики”, но конкретная инженерная реализация – хромает и создаёт уязвимости.

По вполне понятным причинам, примеры давайте возьмём не из области систем ПВО, а из другой области. Так, наработан целый пучок использующих аппаратные особенности работы микропроцессоров атак на реализации RSA, AES и других широко распространённых криптосистем. Это именно атаки на конкретные реализации алгоритмов, использующие, например, анализ характеристик энергопотребления процессора во время работы процедур шифрования/дешифрования или умело эксплуатирующие работу кеша процессора в многопотоковой среде ОС. Грубо говоря, сам криптографический алгоритм весьма стоек (например, RSA с длинным ключом), но во время вычисления шифрованных данных “внешние признаки” работы процессора позволяют атакующему получить важную дополнительную информацию, с помощью которой с небольшими вычислительными ресурсами можно систему взломать.

Другой пример: известна атака на защищённые сети Wi-Fi (Wi-Fi chopchop), которая основана на том эффекте, что многие точки доступа Wi-Fi по-разному отвечают на верный по структуре, но “не авторизованный” пакет, и на пакет с ошибкой в структуре (в атаке используются контрольные суммы). Понятно, что речь о пакетах данных в эфире. Такое поведение устройства позволяет атакующему свободно изменять “по кусочкам” перехваченные пакеты и тестировать изменённые пакеты на “верный/дефектный”, частично раскрывая содержимое трафика, даже не зная ключа доступа (собственно, атака вообще не направлена на ключ, но позволяет читать данные).

Да, рассуждая на затронутую тему, можно заметить, что общедоступные коммуникационные устройства проектируют гражданские инженеры – и это другая ситуация, отличная от разработки военного оборудования. Отчасти это так. Но, с другой стороны, военные системы, во-первых, используют либо те же самые процессоры (см. пример с криптосистемами и процессорами), либо близкородственные процессоры – индустрия тут становится всё более “однородной”. Во-вторых, тот же Wi-Fi вполне себе используется в системах вооружений (там просто немного другой стандарт на защищённость оборудования). Ну и ситуация сильно меняется, если речь – о системах “на экспорт”: всё ж работать с “коммерческим железом” – проще, дешевле, удобнее, а для экспортных систем ограничения специальных военных гос. структур, обусловленные национальной безопасностью, отменяются. А кроме того инженеры-программисты “разных заказчиков” бывают очень схожи.

Так что судите сами, насколько же реальны “вторжения в систему управления комплекса ПВО”.

Про исследование ионосферы с помощью HAARP в блоге Игоря Иванова. Интересно, кстати, что HAARP – станция, излучающая в ионосферу электромагнитное излучение, – содержит реализацию АФАР (Активной Фазированной Антенной Решётки): там все излучатели имеют единое управление фазами, что позволяет “направлять лучи” (фокусировать энергию) в нужные точки пространства. Подумайте сами, как бы без управления фазами подобная антенна, представляющая собой множество излучателей, расположенных на земле, “поворачивалась”?

В продолжение предыдущей заметки по теме, пара моментов. (Напомню, что речь шла о том, можно ли не просто ставить комплексам ПВО активную помеху, но вторгаться в систему внутреннего управления комплекса и активно вмешиваться таким образом в его работу.)

Момент первый: “побочные излучения”. Так, для успешного “внедрения в систему”, хорошо бы знать в каком режиме работает комплекс, что происходит у него внутри в данный момент времени. Известно, что практически всякое электронное устройство при работе излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Радиоэлектроника комплекса ПВО, даже не то чтобы не является исключением, а наоборот – излучает много всякого вокруг. При этом, понятно, часть систем там вообще создана для излучения зондирующих импульсов, а другая часть просто излучает из-за законов физики. Все эти “побочные эффекты” можно принимать из эфира чувствительным оборудованием и анализировать. Часто, приём возможен с большого расстояния.

Тут ещё нужно иметь в виду, что комплексы ПВО, это системы реального времени – они работают по довольно жёстким алгоритмам, привязанным к “временной диаграмме”. Поэтому, определив, в каком режиме находятся системы комплекса в данный момент, можно предсказать, решением каких задач эти системы займутся в следующие секунды. Как раз для определения действующего режима подходит анализ “утечек излучений”.

Более того, многое можно понять уже изучая “штатные” зондирующие импульсы: какие цели сопровождает комплекс, какие собирается обстреливать, сколько именно целей уже на сопровождении и т.д. Понятно, что принимать “штатные” сигналы можно, например, с борта самолёта ДРЛО. Перца в блюдо добавляет то простое рассуждение, что на борту этого самолёта можно принимать не только “прямые сигналы” передатчика радара комплекса, но и множество отражений этих сигналов (в том числе, отражения от целей, от самого комплекса и т.д.). Так что материала для компьютерного анализа много. Результаты анализа позволяют рассчитать “точки входа” для активного вмешательства.

Момент второй: почему нужно строить хитрые атаки на вскрытие внутреннего управления и на, вероятно, частичный перехват этого управления, вместо того, чтобы поставить более простую помеху, приводящую к “распаду функций” комплекса (радары не передают целеуказаний, КП отключен от пусковых установок и т.п)? Вот почему: хитрая “хакерская” атака служит для эффективной дезинформации противника, не раскрывая при этом намерений атакующей стороны, а простой вывод систем из строя сразу демаскирует и атаку и намерения.

Вот.

Можно ли средствами РЭБ не просто “поставить помеху”, а вмешаться в управление комплексом ПВО? И не использовать при этом аппаратные закладки? Вопреки ожиданиям, вполне возможно, по крайней мере в теории, не очень уж далёкой от практики. Правда, потребуются суперсовременные средства РЭБ (авиационного базирования), мощные вычислители и инструменты проведения “сетевой атаки”, связывающие несколько узлов (разведчиков и, собственно, атакующих) в единую систему.

Дело вот в чём: комплекс ПВО для внутренней связи (а там есть командный пункт, пусковые установки, радары и т.д.) может использовать радиоэфир. Например, УКВ. Авиационной системой можно внутренний сигнал комплекса принимать с большого расстояния (главное, чтобы антенна имелась подходящая). Принятый сигнал можно исследовать и “раскрыть”, если шифрование не используется или используется нестойкое шифрование (“нестойкости”, кстати, так же можно создать средствами радиотехнической разведки, но это отдельная тема).

Теперь, с помощью мониторинга “открытых” внутренних каналов связи комплекса, можно построить сложную активную помеху, то есть с помощью мощного передатчика и направленной антенны (а вернее сказать, с помощью нескольких передатчиков) создавать на приёмниках комплекса ложные сигналы, имитируя, например, работу командного пункта или встраивая “поддельные координаты” в данные целеуказания, ну или ещё какие-нибудь хитрости придумать.

Работает ли это уже на практике? Ну вот можно предположить, что что-то подобное использует Израиль.

Кстати, важный аспект, в смысле помехопостановки и использования всяческих ложных целей, – вычислительная мощность компьютеров, и, кроме того, оптимальные алгоритмы.

Например, комплекс ПВО: тут требуется вычислять параметры цели, сопровождать её перемещение (а это означает, что необходимо записывать данные о скорости цели, аппроксимировать траекторию и т.п.). Теперь предположим, что одну реальную цель сопровождает множество ложных. Достаточно большое количество более или менее хитрых ложных целей будет перегружать вычислительную систему комплекса уже задачей распознавания того, что эти цели ложные (даже, если комплекс научили их распознавать). Конечно, совсем простые “обманки” не помогут: можно так настроить радар, что сигналы от них будут отсеиваться ещё на самых ранних этапах обработки. Но, как говорится, беспилотники в помощь.

Другой пример: перспективные спутниковые системы слежения за передвижением объектов на больших территориях. Для чего такие системы мониторинга строятся? Вовсе не для изучения миграций тюленей или круторогих северных оленей. Строятся они для оперативного мониторинга перемещения мобильных ракетных комплексов (с МБР, конечно). Тут куда как более серьёзные требования к вычислительным системам – требуются суперкомпьютеры.

Почему? Потому что, понятно, для маскировки комплексов используются нетривиальные методы, и для того, чтобы в данный момент времени хорошо знать вероятное положение комплекса, нужно уметь выделять возможные районы его нахождения (комплексы пока что не телепортируются), предвычислять возможные маршруты, распознавать “ложные объекты” (в случае со спутниковой группировкой, мониторящей поверхность Земли, “ложные цели” создаются, например, атмосферными эффектами) и считать другие хитрые вещи.

При этом точность определения местоположения мобильного объекта целиком и полностью зависит от “глубины” и непрерывности записанной в базах данных “истории” этого объекта перемещений (вчера, два дня назад, месяц назад и т.д.). А ещё нужно сводить воедино сведения от разных датчиков и спутников, учитывать прогнозы (и погоды, и перемещений).

Впрочем, вычислительные мощности и дисковое пространство для долговременного хранения данных теперь сильно подешевели.

В продолжение темы про связь с подводными лодками: вот Raytheon готовит к принятию на вооружение в 2009-м году специальные буи, позволяющие передавать текстовые сообщения подводным лодкам. Как известно, ключевое преимущество подводной лодки – скрытность. Обмен информацией может эту скрытность нарушить. Речь вообще не о том, чтобы что-то излучать “в эфир” с подводной лодки. На практике, даже короткое подвсплытие для приёма радиограммы может обнаружить подводный крейсер. Кроме того, всплытие для организации сеанса связи требует согласованного графика, и передать сообщение в произвольный момент времени не получится, так как лодка не может дежурить на поверхности. В упомянутой выше заметке, кстати, рассказано про хитрую радиосвязь, позволяющую отчасти решить проблему передачи “экстренных сигналов” на лодку в любой момент времени.

Другое решение для организации эффективной односторонней коммуникации – те самые специальные буи. Скрытность положения лодки тут обеспечивается таким образом. Например, буй сбрасывают с самолёта в океан в районе, где может пройти лодка, далее буй принимает сообщение для лодки (по радио, скажем) и ретранслирует его акустическим сигналом. Сигнал принимается лодкой, находящейся на достаточном расстоянии от буя, поэтому точное положение лодки сеанс связи наблюдателю не выдаёт.

Интересное развитие, которое, собственно, предлагает Raytheon: буй можно выбрасывать с самой подводной лодки, идущей в подводном положении. В таком случае, буй сперва отстаёт от лодки, оставаясь погруженным, сохраняя молчание. И лишь отпустив корабль-носитель на достаточное расстояние, буй всплывает, поднимает антенны, принимает и передаёт на лодку сообщения. Буи можно выпускать периодически, постоянно оставаясь на связи.

Внешний вид – на картинке:

(Источник – Raytheon.)

Дальнейшее развитие темы вполне понятно: появление сетей из автономных подводных роботов, транслирующих сообщения для подлодок. Собственно, их сейчас и проектируют.

Как-то я уже писал о троянских микросхемах, которые сразу производятся с хитрыми “жучками” внутри. Пока что не все понимают, как с такими микросхемами бороться, ну кроме как производить всё своими силами под строгим контролем.

Но вот оказывается, что строгий контроль может не помочь, потому что “жучки” будут приползать в критически важную технику сами. Ведь не зря же конструируют микророботов – это сейчас суперпопулярное направление в робототехнике, и главные научно-прикладные интересы сосредоточены именно здесь, а не в проектировании каких-нибудь там робогрузовиков поля боя огромных.

Жучки научатся пролезать в самые миниатюрные отверстия и щели, а потом встраиваться в электронную технику. Собственно, в теории понятно, как научить мелкого жучка находить нужную микросхему и разбираться с тем, “какой провод куда идёт” в незнакомом устройстве. Да, трудно снабдить одного мелкого робота мощным бортовым компьютером. Но такие роботы будут действовать группой, образующей “локальную сеть”, поэтому мощности компьютеров каждого – суммируются. (Микроскопические средства связи уже есть, кстати.)

Главная проблема всё та же: нет компактных источников питания нужной ёмкости. Микророботов придётся научить находить питание самостоятельно. Да, если речь идёт о городе, то можно подзаряжаться в поле разных электроприборов. Или просто к розетке подключаться. В случае с броском к комплексу ПВО, развёрнутому где-то в лесу, с розетками будут проблемы. Поэтому робожуки будут действовать на подножном корму. Буквально. Изучение механизмов “искусственного пищеварения” – другая важнейшая тема исследований, которую охотно финансируют, и именно по причине возможных околовоенных применений, а не из каких-то там ещё интересов.

Понятно, что мелкие роботы могут прибывать в район применения на борту носителя. Тут хорошим решением являются природные птицы. Впрочем, скорее всего используют небольшие дирижабли.

Добравшись до объекта назначения, механический жук превращается в “жучок” и ждёт указаний для того, чтобы вмешаться в работу электронных систем нужным образом. В принципе, это уже всё придумали фантасты. Остаётся придумать способы борьбы с такими жуками-диверсантами времён кибервойны.