在局域网上截获TEMPEST辐射的实验研究

1、在局域网上截获TEMPEST辐射的实验研究在局域网上截获TEMPEST 辐射的实验研究杨文翰，吕英华，张金玲*基金项目：国家自然科学基金(61072136)；高等学校博士学科点专项科研基金(200700130046)作者简介：杨文翰（1983-），男，博士研究生，电磁兼容与计算机电磁辐射信息安全. （北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876）摘要：该文在办公环境中的有线局域网上提取并还原了计算机视频信息，证明了计算机的TEMPEST 信号电磁波会延伸到局域网中传播。并且通过实验证明了网络设备并不能有效阻隔TEMPEST 信号在局域网中的传播。最后，本文提出了从局域网中提取计算机TEMPE

2、ST信息的方法。关键词： Tempest；电磁辐射；局域网；信息安全中图分类号：TP309Experiment research on TEMPEST radiation interceptionin the LANYang Wenhan, Lv Yinghua, ZHANG Jinling(School of Electronic Engineering，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing100876)Abstract: This paper recovered the video information of

3、 computer from Local Area Network in officeenvironment. It proves that TEMPEST information will be coupled to the LAN and transmitted in theLAN. At last, an experiment prove that the network equipment can not effectively block the transmittedof computer TEMPEST signal. And the methods to extract the

4、 computer TEMPEST information fromthe LAN were proposed.Key words: Tempest; electromagnetic radiation; LAN; Information Security0 引言计算机信息泄漏技术TEMPEST（Transmitted Electromagnetic Pulse/Energy Standards&Testing）至今已有50 多年研究历史，研究包括相关的标准、截获设备与防护方法等内容1-8。1985 年，荷兰学者Van Eck W.利用计算机监视器的电磁辐射发射信号再现了视频信息的内容1，证明

5、了计算机视频信息是计算机系统中辐射最强、最容易泄露和复现的信息。剑桥学者Markus G. Kuhn 详细介绍了利用电磁泄漏辐射与光波泄漏还原计算机视频信息的方法3，针对近场耦合，远场辐射以及电源线传导3 种情况阐述了提取泄漏电磁波，还原计算机视频信息的描述和研究成果。既然泄漏的视频信号电磁波能通过有线信道（电源线传导）和无线信道（远场辐射）传播，那么空间的TEMPEST 辐射电磁波也会被导线接收，并在导线中传播；同时导线传播的信号电磁波也会由于导线的天线效应辐射出去。这样，通过传导途径与辐射途径的交互效应，泄漏的视频信号将被传播到更远的距离。正是基于这样的考虑，本文研究了泄漏视频信号电磁波耦

6、合进有线局域网随着网络传输的信号一起传播的可能性，以及从有线局域网中提取计算机视频信息的条件与方法。本文主要研究了以下几个问题：1、计算机视频信号会否耦合进有线局域网？2、计算机视频信号能否在有线局域网中传播？3、网络设备能否阻挡信号在网络中传播？4、怎么从局域网中提取计算机视频信息？1 在局域网中提取计算机视频信号的实验研究计算机视频信息电磁波泄漏途径包括显卡芯片、电路与VGA 接口、电源线、视频电缆以及显示器的传导与辐射发射。首先，在计算机内部，显卡在处理视频信息时会产生电磁耦合并通过主板上的分布电容和公共地进入到网卡上，然后通过网线往外传输到网络上。其次，视频的VGA 接口与视频电缆会通

7、过辐射或者分布电容耦合到网卡的RJ45 接口与网线上。另外，电源线上也存在着泄漏信息5，也会把视频信息耦合到网线上。最后，CRT 显示器作为最大的辐射源，其辐射的电磁信号也会耦合到网线上。由于视频信号电磁波的泄漏途径即包括传导、也包括近场耦合以及远场辐射，所以很难从理论上建模分析局域网对计算机视频泄漏信号的接收。这里用实验的方法研究局域网对泄漏信号的接收。测试方法如图1 所示：用两根5 类的非屏蔽双绞线，分别为8m 长和3m 长，通过交换机（TP-LINK TL-SF1008D）把两台电脑组成一个局域网。这样，辐射计算机距该段网线50cm到7m，该实验用的视频辐射频率主要处在150MHz250

8、MHz，波长为1.2m2m，该段网线上既存在近场的耦合，也存在辐射接收。把两台电脑的IP 地址设为同一网段，并在电脑B 用ping t 命令使两台电脑保持通信。在离交换机3m 处用电流探头测试网线上的共模电流。图 1 从局域网中提取视频信号实验示意图 图 2 网线上共模电流的频谱Fig. 1 Experimental protocol of interception Fig. 2 Spectrum of the received RF signal in LAN图 3 网线上还原的图片 图4 经过交换机后网线上泄漏信号频谱Fig.3 The words image recovered from

9、 LAN Fig.4 Spectrum of the received RF signal after LAN switch图2 中蓝色频谱为测得的网线上的共模电流，从蓝色频谱中可以发现，网线上还耦合进了环境中的无线信号，特别是处于87MHz 到110MHz 之间的调频广播电台耦合到网线上的共模电流在能达到了43dBV 。测试结果表明网线是一个很好的天线，能接收空间上的RF信号。红色频谱为原始视频信号。对比两者，可以发现，在162.7MHz，212.4MHz 以及227.2MHz 处都有明显的视频信号频谱成分，其幅度分别为25.5dBV ，12.2dBV ，11.6dBV 。图3 为利用电流探

10、头测得的网线上共模电流还原出的视频图像。从还原的图片中能隐约分辨出某些大号的文字，小字只能看到其轮廓，但是行与场消隐区都十分明显。综上所述，局域网的电缆有很好的天线效应，可以接收空间中的RF 信号。同时，CRT的视频泄漏信号能通过近场耦合和远场辐射的方式搭载到网线上，并在网线上传播。2 网络设备对网线共模电流的阻隔按图1 的示意图测试网线上经过交换机后的泄漏信号。图4 中蓝色线为网线上泄漏信号的频谱，红色为在交换机前3m 测试的共模信号频谱图。可以发现经过3m 网线以及交换机后的共模信号在162.7MHz 处有一定衰减，而212.4MHz 以及227.2MHz 处的视频信号成分基本没有衰减。图

11、5 为还原的文字信息与图3 所示交换机前截获还原的文字相比，清晰度基本一致。表明了交换机并不能有效阻隔视频信号在局域网上的传播。图 5 经过交换机后网线上还原的图片 图6 局域网提取信息的装备与原理图Fig.5 The words image recovered from LAN after switch Fig.6 Interception equipment3 从局域网提取计算机视频信息方法由于耦合进局域网的计算机视频信号能通过网线、网络设备传播到工作室外，所以可以在工作室外通过以下三种方法从局域网上截取计算机视频信息。1、在另一工作室的网线上直接用电器连接提取网络上的对地共模电流信号。如图6 所示，100Base_T 是4 对双绞线，其中1，2 号与3，6 号线传播的是差分信号，所以本实验室用加法器，把3，6 号线上的电流相加，提取出双绞线上的共模电流。实验证明该方法可以有效的截获还原出计算机视频信息。2、用电流探头（如9123-1N）卡在局域网网线上提取共模电流信号，如本文实验所示。3、由于网线的共模电流会产生二次辐射，还可以在计算机所在工作室外用天线接收网线的二次辐射，从而