08 августа 2013
Испытательная лаборатория
К вопросу об измерениях
Часть 1
Как неизменно и неизбежно следует из всего, что было сказано ранее (и в предыдущей серии публикаций, и в многочисленных дискуссиях на профильных форумах, и т.д.) все вопросы контроля защищённости информации основываются на одном – на измерениях.
Если говорить языком более профессиональным, то давайте поговорим об измерениях физических величин. И не просто физических величин, а тех самых, о которых написано в Законе №102-ФЗ от 26 июня 2008 «Об обеспечении единства измерений».
Цитата:
Статья 9. Требования к средствам измерений
1. В сфере государственного регулирования обеспечения единства
измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа,
прошедшие поверку в соответствии с положениями настоящего Федерального
закона, а также обеспечивающие соблюдение установленных законодательством
Российской Федерации об обеспечении единства измерений обязательных
требований, включая обязательные метрологические требования к измерениям,
обязательные метрологические и технические требования к средствам
измерений, и установленных законодательством Российской Федерации о
техническом регулировании обязательных требований. В состав обязательных
требований к средствам измерений в необходимых случаях включаются также
требования к их составным частям, программному обеспечению и условиям
эксплуатации средств измерений. При применении средств измерений должны
соблюдаться обязательные требования к условиям их эксплуатации.
…
Статья 14. Метрологическая экспертиза
…
2. Обязательная метрологическая экспертиза стандартов, продукции,
проектной, конструкторской, технологической документации и других
объектов проводится также в порядке и случаях, предусмотренных
законодательством Российской Федерации. Указанную экспертизу проводят
аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства
измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.
…
И дальше процитируем Приказ ФСТЭК от 26 февраля 2009 года N 65
Цитата:
Утвердить прилагаемый Перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, в части компетенции ФСТЭК России.
…
2. Измерения параметров продукции, используемой в целях защиты сведений, составляющих государственную тайну или относимых к охраняемой в соответствии с законодательством Российской Федерации иной информации ограниченного доступа, а также продукции, сведения о которой составляют государственную тайну, в целях оценки выполнения обязательных требований в области технического регулирования.
Особых комментариев всё процитированное не требует, в общем и целом каждому специалисту и так понятно, что измерять нужно средством измерения, включённым в гос. реестр средств измерений и с не истекшим периодом поверки. Но вот что понимать в данном контексте под средством измерения – об этом поговорить имеет смысл.
В традиционном понимании средство измерения (прибор) – это устройство, предназначенное для измерения одной (или нескольких) физических величин. Причём это «средство» работает как поёт акын – что вижу, о том и пою. В том смысле, что собрался измерять напряжение – получил на выходе вольты. Измеряешь напряжённость поля – получаешь В/м. Любая дальнейшая обработка результатов, их интерпретация (тем более расчёт на основании результатов измерений и неких, совсем других величин), уже за пределами средства измерения.
На сегодняшний день такие средства измерения по-прежнему находят применение. И производятся, и покупаются, и применяются, в том числе и в области ТЗИ.
Однако человек ленив, не склонен к выполнению рутинной работы, да и ему, как говорили мудрые, «свойственно ошибаться». Посему всё большее применение находят измерительные системы (комплексы), во-первых автоматизирующие большую часть именно рутинных (а хорошие системы – и не очень рутинных!) операций и, кроме того, включающих в себя и создание тех или иных тестовых сигналов, и измерение не одной, а нескольких физических величин одновременно, и процедуру вычисления на основании измеренных величин того, что нам, собственно и нужно. Того самого «показателя защищённости», который и является нашей целью.
Появление первых таких систем (комплексов) именно в нашей профессиональной области относится к 2002-2003 годам и прошедшие 10 лет вполне достаточный срок для того, чтобы попытаться «оглянуться» на пройдённый путь и попытаться сформулировать некоторые выводы, тенденции и, возможно, прогнозы.
Первый вопрос, который неизбежно возникал перед разработчиками таких систем был сакраментальный: «Что делать?». Что делать, или «как делать» в том смысле, как строить систему, разрабатывать нужное базовое средство измерения «с нуля» или воспользоваться уже имеющимися на рынке средствами измерения наиболее подходящего типа?
У каждого из этих подходов есть свои «плюсы» и «минусы».
Проблемно – ориентированная разработка всегда удобнее для конструктора. Зачастую – дешевле. Её функциональные возможности строго определены и «заточены» под решение конкретных задач. Ничего лишнего. Но для многих направлений измерений это весьма сложная разработка, требующая очень немалого технологического потенциала от фирмы-разработчика. Кроме того не будем забывать, что это средство измерения. А именно метрологические требования к «железу» такого рода весьма и весьма жёстки. Разработка будет стоить немало…
Применение готового прибора много проще. Надо, по сути, только выбрать из имеющегося то, что предоставляет необходимые метрологические параметры, требуемую систему интерфейсов управления и передачи данных и … всё. Но и тут не без «подводных камней». Универсальные приборы широкого применения (такие, как типовые анализаторы спектра) обладают весьма впечатляющим набором встроенных функций. И, как обычно и выясняется, 90 % этого для работы в системе никак не востребовано. Зато все эти функции очень даже «эффективно» отражены в цене изделия!
Вот и приходится разработчику лавировать между Сциллой и Харибдой… И тогда, в «двухтысячных», чаша весов практически однозначно склонялась в сторону использования готовых средств измерения. Только недавно, фактически на исходе первого десятилетия 21-го века, начали появляться специализированные разработки на базе своего «железа». Пусть не самые сложные технологически (конкурировать на рынке типовых анализаторов спектра с ведущими западными фирмами нам ещё не по силам), и не так много, но тенденция радует :)
Итак – комплексирование готового «железа», связанного как чисто аппаратными, так и программными средствами в единую измерительную систему. Звучит несложно, но именно тут и начинаются реальные различия между изделиями различных производителей.
Методики, в соответствии с которыми должны работать эти системы, для всех одни и те же. Физические величины должны измеряться тоже одинаковые. Но и тут не всё просто…
Здесь, для понимания проблемы, придётся немного углубиться в основы метрологии.
Как постулат, начальную аксиому, примем без доказательств утверждение, что большая часть наших измерений должна выполняться … а в каких условиях? Вот с этого места по-подробнее!
Фактически в подавляющем числе вариантов измерений должны выполнять измерения:
- величины (значения) некого тест-сигнала, искусственно вводимого в некую среду и распространяющегося в ней;
- величины (значения) сигнала, возникающего в измеряемом объекте в процессе его штатного функционирования
В первом случае с некой степенью вероятности можно подобрать величину тест-сигнала такой, чтобы в точке измерения она превышала уровень помех на требуемые, минимум, 10 дБ. Но в остальных случаях варианта 1, и в подавляющем числе случаев варианта 2 значения сигнала весьма близки к уровню помех. Но и тут надо задуматься о том, а что является источником этого уровня помех?
И здесь тоже возможны два варианта:
- уровень помех определяется их внешними источниками;
- уровень помех определяется собственными шумами тракта измерения.
С первым из перечисленных вариантов мы ничего сделать не можем (пока, ниже поговорим и об этом). А вот вариант два вызывает к жизни сакраментальный вопрос из анекдота «А сколько Вам надо?». И ответ на него совсем не однозначен.
По идее ответ на этот вопрос должен был бы содержаться в нормативных материалах. Так ведь нет и нет! Во многих из них (по крайней мере, на сегодняшний день) нет абсолютных цифр, а задано, например, отношение сигнал/шум. Правда с привлечением других НМД удаётся, всё же, перейти к абсолютным цифрам. Но этот переход не радует, потому что выясняется, что измерять надо значения (не во всех, но во многих случаях!), которые измерить крайне сложно ввиду их малости. Вот тут-то и начинает играть свою роль собственные шумы каждого элемента тракта измерения. От микрофона и/или акселерометра до собственно, вольтметра (не будем забывать, что, по сути, практически без исключений, любое применяемое средство измерения есть именно вольтметр, измеряющий напряжение на выходе первичного преобразователя).
Таким образом, возникает одна из главных дилем для разработчика – проектировать измерительную систему надо исходя из необходимости минимального уровня собственных шумов тракта измерения. Прибавьте к этому ещё и требования к динамическому диапазону и ряд иных, тоже существенных, но понятных только тем, кто очень «в теме». А это всегда недёшево. Как пример, анализатор спектра «бюджетного» уровня с отношением сигнал/шум в тракте не хуже -160 дБм стоит порядка 370-380 т. р. А измерительный приёмник с уровнем шумов в три раза меньше и рядом дополнительных преимуществ (на самом деле – почти уникальных) «дотягивает» до 1,4 миллиона. Вот цена возможностей прибора…
Единственный разумный выход из положения в отсутствии однозначных требований к реальной чувствительности средств измерений (да и потом, когда они появятся – тоже) это предлагать пользователю и бюджетные системы и сложные, с большими возможностями.
Будем считать, что с этим вопросом разобрались. Поговорим теперь о другом и не менее важном. Какую систему проектировать? С точки зрения её функциональных возможностей? Только исполняющую некий минимальный набор задач, предусмотренных действующими методиками или достаточно гибкий, настраиваемый инструмент для пытливого исследователя? Вопрос совсем не лишний… Есть сторонники и «телеги», пусть и с «нейтронным приводом». Есть и сторонники именно инструмента исследователя.
Мы, в своё время, решили этот вопрос для себя не теоретически, а в реальной практике. Работая с собственной системой «Сигурд», кочуя с ней с объекта на объект, мы всё время выдавали задания нашим разработчикам, добавить ту или иную функцию. Свою лепту внесли и многочисленные пользователи наших систем, мнение и предложения которых всегда принимались во внимание. Посему мы, естественным путём, пришли к универсальному решению – наша система (прежде всего именно «Сигурд») стала именно многофункциональным инструментом. Но получила и несколько основных режимов работы – профилей, уровней использования. Можно применять «на конвейере», как «телегу». Быстро, с минимумом настроек, простенько, для стандартной, типовой работы (режим «Оператор»). Можно увеличить количество доступных настроек системы для более углублённого анализа (режим «Опытный оператор»). И можно включить всю «мощность» системы, воспользоваться всеми её возможностями (режим «Эксперт»). Тем более, что на цене изделия это никак не сказывается ;)
Вернёмся немного в самое начало и рассмотрим в чём же ещё плюсы и минусы измерительных систем по сравнению с некими наборами отдельно взятых средств измерений.
И тот, и другой вариант позволяет решить подавляющее большинство встречающихся на практике задач специальных исследований.
Для решения больших объёмов измерительных задач (выполнения больших объёмов СИ), особенно «на выезде», автоматизированные системы, несомненно, удобнее, технологичнее и производительнее. К тому же они, выполняя большую часть операций без участия оператора, позволяют уменьшить количество обслуживающего персонала и обеспечить параллельно выполнение специальных исследований по разным направлениям. Разумеется, этот персонал должен иметь соответствующую подготовку и владеть средствами измерения в полной мере.
Для лабораторных СИ, особенно «инновационных», проводимых впервые (для объектов, оценка защищённости которых ещё не выполнялась), эффективность «конструктора» из отдельных средств измерений может оказаться и выше. Если его «сборкой» под конкретную измерительную задачу занимается истинный профессионал, «съевший не одну собаку» в вопросах измерений вообще и измерений в области ТЗИ – в частности. Впрочем, частенько и автоматизированная система, если она грамотно спроектирована такими же профессионалами, во многих случаях сработает не хуже. Оценим объём задач, которые типовым оборудование не решить в принципе для обычного лицензиата в не более, чем 1-2%, а для аккредитованой испытательной лаборатории (сертификационные испытания средств защиты, например) в 5-7 %. Где-то близкие объёмы «нетиповых» задач могут возникнуть и у разработчиков средств защиты (для собственной оценки перед сертификационными испытаниями).
И необходимо упомянуть ещё об одном «минусе» собственного «конструктора», собираемого из того, что есть. У такого «средства измерения» нет и не может быть официализации в соответствии с требованиями 102-ФЗ. Если что – единственная (вполне официальная!) возможность вписывать в Протокол каждое из входящих в общий тракт измерений прибор со своим Свидетельством о поверке. Ну и отстаивать, в случае чего, перед представителями регулятора, свою правоту. Если же для измерений применена система, зарегистрированная как тип средства измерения и имеющая соответствующие сертификаты ФСТЭК, то таких вопросов просто не возникает.
О других, весьма существенных свойствах и возможностях автоматизированных измерительных систем поговорим в следующей публикации.
Продолжение следует
