Możliwości odtwarzania danych tekstowych z sygnałów emisji niepożądanych metodą korelacji znakowej standard DVI

Transkrypt

1 The oposed model need some modification to meet a full compatibility with DCF scheme used in 80. networks. LITERATURE [] Aad I., Castelluccia C.: Differentiation mechanisms for IEEE 80., Proc. IEEE Infocom 00, Anchorage, Alaska Ail 00 [] Vaidya NH., Bahl P., Gupa S.: Distributed fair scheduling in a wireless LAN, Proc. Of 6 th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (Mobicom 000), Boston, USA, August 000 [] Veres A., Campbell AT., Barry M., Sun LH.: Supporting service differentiation in wireless packet networks using distributed control, IEEE Journal of selected Areas in Communication (JSAC), Special Issue on Mobility and Resource Management in Next Generation Wireless Systems 00 [4] Pierre Ansel, Qiang Ni, and Thierry Turletti: An Efficient Scheduling Scheme for IEEE 80.e, March 004. Accepted to appear in oceedings of WiOpt (Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks), Cambridge, UK [5] Pierre Ansel, Qiang Ni, and Thierry Turletti: FHCF: A Fair Scheduling Scheme for 80.e WLAN, July 00. INRIA Research Report No. 488 [6] Sigurd Schelstraete: White paper, An Introduction to 80. ac, Quantenna Communications, Inc. September 0 [7] White paper, 80.n imer, AirMagnet, August 008 [8] Dolińska I., Masiukiewicz A.: Internal Grant, Vistula University, Factors determining the throughput in 80.n and ac networks, /0 Ireneusz KUBIAK* Możliwości odtwarzania danych tekstowych z sygnałów emisji niepożądanych metodą korelacji znakowej standard DVI Istotnym elementem każdego obszaru naszego życia jest zachowanie tajemnicy. Z informacjami, które nie powinny być rozpowszechniane, dzielą się z nami nasi bliscy, zyjaciele, a także acownicy czy szefowie. Najczęściej są to informacje słowne. Jednakże niektóre z tych informacji utrwala się zez różnego rodzaju zapisy, używając do tego celu znaków graficznych w postaci rysunków czy też liter. Tego typu zabiegi czynili już nasi zodkowie. Dopóki nie wynaleziono ądu i nie zaczęto wykorzystywać go do zetwarzania informacji, wszelkie tajemnice były zapisywane na papierze. Wcześniej materiałami piśmienniczymi były jednak: kamień, tabliczki gliniane, tabliczki drewniane, papirus, pergamin i ostatecznie papier. Do momentu, gdy do zetwarzania informacji w postaci znaków liter i cyfr nie wykorzystywano ądu, dla ochrony informacji wystarczyło stosowanie metod organizacyjnych na różnym poziomie zaawansowania, a w szczególności ograniczenie liczby osób mających do nich dostęp. Sytuacja diametralnie zmieniła się, kiedy wynaleziono ąd i zaczęto go używać do zetwarzania informacji. Wówczas stosowane metody organizacyjne stały się niewystarczające. Wynalezienie maszyn elektrycznych i zastosowanie ich do zetwarzania informacji spowodowało, że dotychczasowe chronione dane, występujące najczęściej w postaci papierowej, zaczęły zybierać formę elektryczną. Wystarczy wspomnieć dalekopis czy też obecnie powszechnie używane komputery. Postać elektryczna informacji i towarzyszące im sygnały elektryczne są źródłem pola elektromagnetycznego. Pole to zmienia się w takt zmian sygnałów elektrycznych, stanowiących swego rodzaju zakodowaną postać zetwarzanych informacji i rozchodzi się niezauważone w otaczającą zestrzeń, rozsyłając zy tym zakodowane w pewien sposób informacje o chronionych * Wojskowy Instytut Łączności, 05-0 Zegrze, ul. Warszawska A, i.kubiak@wil.waw.pl danych. Aby dane te zabezpieczyć, konieczne jest ograniczenie możliwości rozchodzenia się pól elektromagnetycznych, które towarzyszą sygnałom elektrycznym. Istniejącym zagrożeniom starała się sostać nauka i regulacje awne. Podjęto óby badań w celu określenia stopnia zagrożenia występującego zjawiska. Starano się określić, na ile towarzyszące sygnałom elektrycznym pola elektromagnetyczne są groźne ze względu na możliwość utraty chronionych informacji. Występujące zjawisko okazało się bardzo niebezpieczne z tego punktu widzenia. Zaczęto stosować rozwiązania, które obniżały poziomy niebezpiecznych emisji. Jednak urządzenia tego typu były i są nadal bardzo drogie, a niektóre rozwiązania wpływają także na ich ciężar i ograniczenia funkcjonalne. W ochronie informacji zed elektromagnetycznym zenikaniem oponuje się nowe podejście. Tym podejściem są rozwiązania softwarowe, które mają ograniczać możliwości odtworzeniowe zetwarzanych informacji tekstowych. Mają temu zapobiegać zbiory nowych fontów komputerowych zwanych fontami bezpiecznymi. FONTY BEZPIECZNE Postacie znaków fontów bezpiecznych muszą być tak dobrane, aby sygnał emisji ujawniającej, której źródłem są wspomniane fonty, miał jak najmniej cech charakteryzujących poszczególne znaki liter czy też cyfr. Oznacza to, że znaki fontów, jako źródła emisji, muszą być do siebie maksymalnie podobne, ale jednocześnie na tyle rozróżnialne, aby nie utrudniały odczytu informacji nimi pisanych. i takie muszą być pozbawione elementów je identyfikujących (piętna, ziarno, zakończenie, łuk, uszko czy też różnego rodzaju szeryfy). Przykładowe znaki liter fontów bezpiecznych oraz odpowiadające im znaki fontów tradycyjnych (Arial i Times New Roman) zedstawiono na rys.. Są to tzw. dwuelementowe kroje pisma. Oznacza to, że znaki są budowane z linii o różnych szerokościach. Dla zykładu font Arial jest krojem pisma jednoelementowego. 46 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXVII nr /04

2 Obraz ze znakami fontu Arial (rys.a) nie stanowi większych trudności w rozpoznaniu pojedynczych znaków i słów. Większość jednak słów tworzą duże znaki liter fontu, które są bardziej rozpoznawalne. Jednak w typowym tekście pisanym znaki dużych liter są używane sporadycznie początek zdania, nazwy własne itp. Ma to znaczenie szczególnie w zypadku rozpoznawania znaków pisanych fontami bezpiecznymi. Analizując obrazy zedstawione na rys.b i c, można dokonać odczytu niektórych znaków. Dotyczy to jednak, jak wspomniano, dużych liter. Ciąg znaków odpowiadający małym literom nie jest już tak czytelny. Trudności sawia rozpoznanie pojedynczych znaków. Należy Rys.. Przykłady kształtów wybranych znaków fontów bezpiecznych i tradycyjnych OBRAZY UZYSKIWANE Z RZECZYWISTYCH SYGNAŁÓW EMISJI UJAWNIAJĄCYCH Sygnał wideo standardu DVI, jak każdy sygnał elektryczny, staje się źródłem emisji elektromagnetycznych, najczęściej emisji niepożądanych. Gdy cechy tej emisji są skorelowane z sygnałami źródła, mówi się o tzw. emisjach ujawniających. Właśnie takie sygnały podlegały badaniom, a źródłem był sygnał wideo standardu DVI, który odpowiadał za wyświetlanie na monitorze komputerowym znaków liter fontów bezpiecznych i tradycyjnych. Same badania sygnałów emisji ujawniających zeowadzono w układzie zedstawionym na rys.. Rys.. Obrazy uzyskane z sygnałów emisji ujawniających skorelowanych z sygnałami wideo generującymi obrazy zawierające tekst pisany fontem: a) Arial, b) bezpieczny symetryczny i c) bezpieczny niesymetryczny inwersje obrazów Rys.. Układ do pomiaru sygnałów skorelowanych z sygnałem wideo standardu DVI Monitor typu LCD, jak i karta graficzna komputera, acował w trybie graficznym 80 x 04. Rejestrowany sygnał był skorelowany z zetwarzanym obrazem, który zawierał znaki liter fontu Arial oraz fontów bezpiecznych: bezpieczny niesymetryczny i bezpieczny symetryczny. Przykłady odtworzonych obrazów zedstawiono na rys.. PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXVII nr /04 zy tym zaznaczyć, że sygnał emisji ujawniających, dla każdego z rozpatrywanych zypadków, uzyskano w wyniku polepszenia właściwości źródła emisji, jakim był kabel sygnałowy, łączący jednostkę centralną komputera z monitorem. W kablu wowadzono zerwę w ekranie, stwarzając tym samym lepsze warunki do wyomieniowywania energii w postaci fal pola elektromagnetycznego w otaczającą zestrzeń. OBRAZY ZASZUMIONE I METODA KORELACJI ZNAKOWEJ Jak wspomniano wcześniej, obrazy zedstawione na rys. są obrazami odpowiadającymi sygnałom emisji ujawniającej, w których cechy dystynktywne, decydujące o możliwościach identyfikacji elementów graficznych w obrazie, są bardzo wyraźne. Istotnym zagadnieniem jest jednak zypadek, dla którego sygnały takie podlegają działaniu kanału zenikania informacji 47

3 typu omieniowanego, w którym występują środowiskowe zaburzenia elektromagnetyczne w postaci szumów, jak i zaburzeń selektywnych. Wówczas uzyskiwane obrazy, poddawane metodom cyfrowego zetwarzania, nie poawiają ich jakości na tyle, aby można było zeowadzić skuteczną analizę wzrokową. Należy podezeć się analizami wspomaganymi komputerowo, które będą decydować o rozpoznaniu poszukiwanych znaków (rys. 4). Rys. 5. Liczba wartości współczynnika korelacji znakowej zawartych w zyjętych zedziałach jego wartości Rys. 4. Przykładowe postacie znaków małych liter fontu a) Arial, b) Times New Roman, c) bezpieczny symetryczny i d) bezpieczny niesymetryczny odtworzone z zarejestrowanego sygnału emisji ujawniającej inwersje obrazów zaszumienie obrazów może powodować, że wartości współczynnika R Z dla znaków zgodnych mogą być mniejsze, niż dla znaków niezgodnych. Wówczas wartość ogowa R Z może powodować rozpoznanie zadanej liczby poszukiwanych znaków, ale również rozpoznanie niewłaściwych znaków, dla których wartości R Z będą większe od zyjętej wartości R Z. W celu wyznaczenia R Z wykorzystano obrazy zawierające znaki liter poszczególnych fontów, jak to pokazano na rys. 6, dla różnych wartości SNR (0> > > ). Liczba Jedną z metod jest metoda korelacji znakowej. Polega ona na określeniu wartości współczynników korelacji znakowej R Z między znakami wzorców a znakami dla obrazów zaszumionych zgodnie z zależnością: () gdzie: () () (4) oraz 0 j b, 0 i d, b = N a /N w, d = M a /M w, x n,m amplitudy pikseli obrazu analizowanego, y n,m amplitudy pikseli obrazu wzorcowego, M a liczba kolumn obrazu analizowanego, N a liczba wierszy obrazu analizowanego, M w liczba kolumn obrazu wzorcowego, N w liczba wierszy obrazu wzorcowego, i numer kolumny tekstu obrazu korelacji, m numer kolumny obrazu wzorcowego, j numer wiersza tekstu obrazu korelacji, n numer wiersza obrazu wzorcowego, dla których stosunek SNR jest mniejszy od zera. Następnie należy określić wartość ogową R Z, dla której zostanie spełniony odpowiedni warunek, np. rozpoznania odpowiedniej liczby znaków liter na poziomie ufności 0,9. Warto zauważyć, że w zypadku obrazów niezaszumionych, kiedy wartości współczynnika korelacji znakowej między poszczególnymi znakami nieznacznie się różnią (rys. 5), Rys. 6. Obrazy zawierające znaki liter ( każdego typu znaku) w celu określenia wartości R Z, a) i c) SNR 0, b) i d) SNR DVI DVI 48 PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXVII nr /04

4 każdego znaku zawarta w obrazie była równa. Oznacza to, że dla zyjętego poziomu ufności równego 0,9 należy zyjąć takie R Z, które zapewni rozpoznanie zynajmniej 8 danych znaków (tabele ). Tabela. Wartości ogowe współczynnika korelacji znakowej liczone dla znaków fontów bezpiecznych w zależności od wartości SNR symetryczny niesymetryczny ZNAKOWA STOPA BŁĘDÓW (ZSB) Jednym z parametrów, określających odporność fontów komputerowych na oces infiltracji elektromagnetycznej, jest wartość znakowej stopy błędów dla zadanego poziomu ufności. Wartość parametru pokazuje, jak dużo może być popełnianych błędów w ocesie rozpoznawania znaku. Błędne decyzje to nie tylko źle rozpoznany znak. To również nierozpoznanie znaku, mimo że on występuje w analizowanym obrazie. Wartość ZSB można określić na podstawie zależności: a 0,0 0,6 0, 0,6 0, 0,6 b 0,9 0,4 0,8 0,8 0, 0,6 c 0,5 0,8 0,5 0,7 0, 0,09 d 0,6 0,9 0, 0,4 0,0 0, e 0,9 0,4 0,0 0,4 0,9 0, g 0, 0,6 0, 0, 0,5 0,09 h 0, 0,7 0, 0, 0,8 0, i 0,0 0,7 0, 0,4 0,0 0,7 k 0,6 0,8 0, 0,0 0, 0,7 l 0, 0,7 0, 0,8 0, 0,7 m 0,8 0, 0,6 0,5 0,0 0, n 0,6 0,4 0,0 0,5 0,9 0, o 0,4 0,9 0, 0,0 0,7 0, p 0,9 0,5 0,09 0,5 0, 0,5 r 0, 0,9 0,7 0,6 0,0 0,4 s 0,7 0,5 0,0 0, 0,9 0, t 0,0 0,5 0,0 0, 0,8 0, u 0, 0,8 0, 0,9 0,6 0, w 0,7 0,9 0, 0,6 0,8 0, Tabela. Wartości ogowe współczynnika korelacji znakowej liczone dla znaków fontów tradycyjnych w zależności od wartości SNR Font Arial Font Times New Roman a 0,6 0, 0,6 0,0 0,5 0, b 0,5 0,9 0,5 0,4 0,9 0,4 c 0,4 0,9 0, 0,8 0,6 0, d 0,7 0, 0,6 0,7 0, 0,6 e 0,5 0,9 0, 0,0 0,7 0, g 0,4 0,8 0,4 0,5 0,0 0,5 h 0, 0,7 0, 0,4 0,8 0,4 i 0,9 0,5 0, 0,7 0,5 0, k 0,5 0,0 0,4 0, 0,7 0, l 0, 0,8 0, 0,9 0,7 0, m 0,0 0, 0,7 0,6 0, 0,5 n 0,4 0,8 0, 0, 0,6 0, o 0, 0,6 0, 0,9 0,6 0,0 p 0, 0,7 0, 0, 0,6 0, r 0,8 0,6 0, 0,8 0,4 0, s 0, 0,9 0, 0,9 0,6 0, t 0, 0,8 0, 0,9 0,6 0, u 0,5 0,9 0,5 0,4 0,8 0, w 0,4 0,6 0, 0, 0,8 0, y 0,8 0, 0,0 0,9 0,7 0, z 0,0 0,7 0, 0,9 0,4 0,09 gdzie: u liczba danego znaku występującego w analizowanym obrazie (dla rozpatrywanych zypadków u = ), m liczba znaków błędnie rozpoznanych, n liczba znaków poawnie rozpoznanych, k liczba znaków nierozpoznanych, a poszukiwanych (k = u n), q liczba wszystkich znaków występujących w obrazie (w analizowanych zypadkach q = 660), której wartość wost będzie charakteryzować odporność danego fontu komputerowego na rozpoznanie znaków metodą korelacji znakowej. Otrzymane wartości ZSB dla poszczególnych znaków fontów komputerowych zamieszczono w tabelach 4. Tabela. Wartości znakowej stopy błędów (. 0 - ) dla znaków fontów bezpiecznych w zależności od symetryczny niesymetryczny a b 5 58 c d e g h i k l m n o p r s t u w y z * * * Fonty bezpieczne są opozycją nowego podejścia do ochrony informacji zed elektromagnetycznym zenikaniem. Dotychczas stosowane metody w postaci rozwiązań organizacyjnych, a zede wszystkim technicznych, powodują ograniczenia w zakresie funkcjonalnym wykorzystywanych urządzeń, zwanych urządzeniami klasy TEMPEST. Rozwiązania w postaci fontów o specjalnych kształtach mogą wpłynąć na rozwój nowych technologii w zakresie ochrony informacji i wyeliminować dotychczasowe niedogodności, jakie mają wspomniane urządzenia, a także wpłynąć na obniżenie kosztów. (5) PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXVII nr /04 49

5 Tabela 4. Wartości znakowej stopy błędów (. 0 - ) dla znaków fontów tradycyjnych w zależności od Font Arial Font Times New Roman a b c d e g 5 h 5 5 i k l m n o p r s 5 t u w 5 y z Kształty znaków fontów bezpiecznych spełniają jedno z najważniejszych założeń, jakie im stawiano. Jest nim maksymalizacja stopnia podobieństwa. Analizując rys. 5, można zauważyć, że liczba znaków, dla których współczynnik korelacji znakowej osiąga znaczne wartości, jest zdecydowanie większa dla fontów bezpiecznych niż tradycyjnych. Ma to ogromny wpływ na możliwości rozpoznawania znaków w obrazach, które uzyskuje się z zarejestrowanych sygnałów emisji ujawniających. Dane zawarte w tabeli oraz tabeli 4 pokazują wyraźnie wyższość w tym zakresie fontów bezpiecznych nad tradycyjnymi. Błędy popełniane zy rozpoznawaniu znaków dla fontów bezpiecznych dla wielu znaków są większe od Takie wartości ZSB dla znaków fontów tradycyjnych nie są zyjmowane. Na wartość tak znaczących błędów wpływają zede wszystkim fałszywe decyzje związane z nieawidłowym rozpoznaniem poszukiwanego znaku. LITERATURA [] Kubiak I.: Metody analizy i cyfrowego zetwarzania obrazów w ocesie infiltracji elektromagnetycznej, Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej 0, ISBN (monografia) [] Kubiak I., Przybysz A., Musiał S., Grzesiak K.: Elektromagnetyczne bezpieczeństwo informacji, Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej 009, ISBN (monografia) [] Kubiak I., Przybysz A., Musiał S., Grzesiak K.: Generator rastra w ocesie infiltracji elektromagnetycznej, Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej 0, ISBN (monografia) [4] Tomasz P. Zieliński: Cyfrowe zetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, WKŁ, 009 [5] Hong Zeng: Dual image ocessing algorithms and parameter optimization, Seventh International Conference on Natural Computation (ICNC), Shanghai 0, Conference materials volume, ISSN [6] Sohi D.S.: Application to enhance the teaching and understanding of basic image ocessing techniques, Southeastcon 000, Naswille, ISBN [7] Mitra S.K.: Image ocessing using quadratic volterra filters, 5th International Conference on Computers and Devices for Communication (CODEC), Kolkata 0, ISBN [8] Grzesiak K., Przybysz A.: Emission security of laser inters, MCC 00: Military Communications and Information Systems Conference, Wrocław 00 Przypominamy o zamówieniu PRENUMERATY Przeglądu Telekomunikacyjnego i Wiadomości Telekomunikacyjnych na rok PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY ROCZNIK LXXXVII nr /04