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가설 설정
- 상호상관함수는 자기상관함수와 비슷한데, 서로 다른 두 대상에 대한 상관관계 값을 계산한다는 점이 다르다. 동일 화면에 대한 다른 프레임의 누설 신호는 그 파형이 매우 흡사하다. 따라서 각 프레임의 누설 신호마다 상호상관관계를 적용하면 모든 프레임을 동기화 할 수 있다.
제안 방법
- LCD 모니터에서 누설되는 전자파를 분석하고 측정하여 화면으로 복원하였다. 비디오 디스플레이 인터페이스와 LCD 모니터를 분석하여 화면 구성 원리를 파악하고, 누설 전자파의 특성을 예측하였다.
- 따라서 본 논문에서는 단순한 RF 계측 장비 구성으로 1 m 이상의 거리에서 LCD 모니터의 누설 전자파를 측정하고, 간단한 신호 처리 기법을 적용하여 화면으로 복원하였다. 누설 신호 측정 대상은 데스크탑 모니터와 랩탑 모니터이며, 그림 1과 같은 템페스트 상황을 구성하여 연구를 진행하였다.
- LCD 모니터에서 누설되는 전자파를 분석하고 측정하여 화면으로 복원하였다. 비디오 디스플레이 인터페이스와 LCD 모니터를 분석하여 화면 구성 원리를 파악하고, 누설 전자파의 특성을 예측하였다. 화면의 누설 정보 탐지 실험을 구성하여 데스크탑과 랩탑 모니터의 누설 전자파를 측정하고, 누설 신호를 수집하였다.
대상 데이터
- 사용된 RF 계측 장비의 특성은 표 3에 정리되어 있다. LCD 모니터의 누설 전자파 측정은 데스크탑과 랩탑 모니터를 대상으로 진행하였다. 실험에 사용된 데스크탑과 랩탑 모니터는 VGA 케이블로 연결하였으며, 화면 해상도와 화면 재생 빈도는 1,280×1,024와 60 Hz로 동일하게 설정하였다.
- LCD 모니터의 누설 전자파는 RF 계측 장비를 이용하여 수집하였다. 누설 전자파를 측정하기 위한 실험 환경은 그림 4와 같이 안테나와 RF 리시버로 구성하였다.
- 따라서 본 논문에서는 단순한 RF 계측 장비 구성으로 1 m 이상의 거리에서 LCD 모니터의 누설 전자파를 측정하고, 간단한 신호 처리 기법을 적용하여 화면으로 복원하였다. 누설 신호 측정 대상은 데스크탑 모니터와 랩탑 모니터이며, 그림 1과 같은 템페스트 상황을 구성하여 연구를 진행하였다.
- LCD 모니터의 누설 전자파는 RF 계측 장비를 이용하여 수집하였다. 누설 전자파를 측정하기 위한 실험 환경은 그림 4와 같이 안테나와 RF 리시버로 구성하였다. 측정에 사용된 안테나는 log-periodic dipole array 안테나이며, 20～3,000 MHz의 넓은 대역폭을 가지고 있다.
- 마지막으로 원 출력 화면과 비교하여 누설 신호의 복원 여부를 판단한다. 본 논문에서 누설 신호 복원 과정에서의 결과들은 1 m 거리에서 측정한 LCD 데스크탑 모니터의 누설 전자파를 대상으로 한 것이다.
- 이 주요 누설 대역들은 2 장에서 언급했던 LCD 모니터의 누설원에 의한 것이며, 대부분 300～500 MHz 사이에 존재한다. 본 연구에서 사용된 데스크탑 모니터의 주요 누설 대역의 중심 주파수는 그림 6에 나타난 것과 같이 411.164 MHz이며, 랩탑 모니터의 경우는 그림 7에 보이는 것과 같이 377.8 MHz이다. 대부분의 누설 신호는 중심 주파수를 기준으로 20 MHz 대역 안에 위치하고 있다.
- 측정에 사용된 LCD 모니터의 특성은 표 4에 나타나 있다. 안테나와 측정 대상 모니터 사이의 거리는 1 m와 3 m로 설정하였으며, 200 ms 동안 누설 신호를 수집하였다. 이 시간 동안에는 60 Hz의 화면 재생 빈도를 갖는 화면에 대해서 최소 10개의 프레임에 대한 신호를 수집할 수 있다.
- 60 MHz는 실험에서 사용된 RF 리시버에서 설정할 수 있는 가장 높은 샘플링 주파수이다. 출력 화면의 해상도와 재생 빈도에 따른 픽셀 주파수가 108 MHz이므로, 최대한 많은 누설 픽셀 신호를 수집하기 위하여 가장 높은 샘플링 주파수를 사용하였다.
- 템페스트에 대한 연구는 반 에크 방사 현상의 발견 이후로 대부분이 모니터와 키보드와 같은 컴퓨터 주변기기에 대해서 이루어지고 있다. 특히 모니터는 컴퓨터의 대표적인 출력 장치로서 템페스트 연구의 주요 대상으로 채택되었다. 과거에는 CRT(Cathode Ray Tube) 모니터를 주로 사용했었기 때문에 이에 대한 누설 전자파 분석 연구가 이루어졌으며, 전자적인 측면뿐만 아니라, 광학적인 측면에서도 정보 누설 현상이 분석되었다[3].
- 화면을 출력하는 LCD 모니터는 메인보드와 디스플레이 패널로 구성된다. 모니터의 메인보드는 컴퓨터에서 전송된 비디오 출력 신호를 수신한 후, 화면 출력 포맷에 맞게 변환하는 역할을 하며, 디스플레이 패널은 변환된 비디오 신호를 출력하는 역할을 한다.
- 비디오 디스플레이 인터페이스와 LCD 모니터를 분석하여 화면 구성 원리를 파악하고, 누설 전자파의 특성을 예측하였다. 화면의 누설 정보 탐지 실험을 구성하여 데스크탑과 랩탑 모니터의 누설 전자파를 측정하고, 누설 신호를 수집하였다. 수집한 누설 신호에 다양한 신호 처리 기법을 적용하여 화면으로 복원하였다.
이론/모형
- 따라서 여러 개의 프레임에 대한 누설 신호를 중첩하게 되면 임의의 시간 위치에 있는 잡음 신호나 상대적으로 왜곡되어 있는 누설 신호를 보완하여 화면의 가독성을 향상시킬 수 있다. 이 경우에 각 프레임에 대한 누설 신호의 타이밍을 맞추는 것이 중요한데, 본 연구에서는 상호상관(cross-correlation) 함수를 적용하여 이를 해결하였다. 상호상관함수는 자기상관함수와 비슷한데, 서로 다른 두 대상에 대한 상관관계 값을 계산한다는 점이 다르다.
성능/효과
- 마찬가지로 동일한 신호 처리 과정을 적용하였으며, 데스크탑 모니터의 결과보다 훨씬 더 선명한 화면을 복원하였다. 따라서 데스크탑과 랩탑 모니터 모두 3 m 이내의 거리에서 누설 신호 복원이 가능함을 확인하였다.
- 수집한 누설 신호에 다양한 신호 처리 기법을 적용하여 화면으로 복원하였다. 이를 통해 LCD 모니터의 누설 전자파를 통한 정보 누설의 위험성을 실제 누설 전자파의 측정과 신호처리 및 화면 복원을 통해 실험적으로 증명하였다.
- 이전 연구에 비해 본 연구에서 3 m 이내의 먼 거리에서 누설 전자파 복원이 가능했던 이유는 지향성이 높은 log-periodic antenna를 사용하고, RF 수신기를 이용하여 누설 신호를 수집하며, 다양한 신호 처리 기법을 통해 신호 대 잡음비를 향상시켰기 때문이다. 특히 RF 수신기를 통한 누설 신호 수집 및 기저 대역으로의 변환은 오실로스코프를 사용하는 것에 비해 더 적은 메모리로 더 많은 데이터를 다룰 수 있어서 빠른 시간 내에 안정적인 신호처리를 가능하게 하였다.
- 그림 9에는 저역 통과 필터링을 적용한 결과를 양의 주파수 대역에 대해서 주파수 스펙트럼을 통해 비교한 그래프를 나타내었다. 필터링된 누설 신호는 수집된 누설 신호에 비해 잡음 대역의 레벨이 낮으며, 신호 대역과 잡음 대역의 차이는 평균적으로 약 50 dB 이상이다. 따라서 저역 통과 필터링을 통해 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)가 향상됨을 알 수 있다.
후속연구
- 또한, 본 연구의 결과는 군사적 측면에서 활용이 가능할 것으로 예상되며, 특히 전자전에서의 상대방의 정보 탈취 등에 용이할 것으로 예상된다. 또한, 누설 전자파 신호 복원 원리를 역으로 이용하여 추가적인 정보 탈취 방어 수단에 대해 연구할 수 있을 것으로 예상된다. 특히 이 기술은 화면의 구성 정보를 모르는 상태에서도 복원이 가능하다는 점에 있어서 높은 활용성을 가질 수 있다.
- 본 연구는 해외에 비해 국내에서는 다소 미진하였던 TEMPEST에 대한 연구를 수행했다는 측면에서 학술적인 의미를 갖는다. 또한, 본 연구의 결과는 군사적 측면에서 활용이 가능할 것으로 예상되며, 특히 전자전에서의 상대방의 정보 탈취 등에 용이할 것으로 예상된다. 또한, 누설 전자파 신호 복원 원리를 역으로 이용하여 추가적인 정보 탈취 방어 수단에 대해 연구할 수 있을 것으로 예상된다.
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