4.3.4 Вимірювання електромагнітного поля
Дослідження ПЕМВН вимагає широкого спектру знань загального характеру: приймального, антенно-фідерного устаткування, проведення антенних вимірювань, робіт по верифікації сигналів тощо.
Дослідження захищеності інформації виконується у два етапи. На першому етапі визначаються частоти інформаційних складових ПЕМВ технічного засобу. На другому етапі вимірюються інтенсивності знайдених складових та розраховується результуючий показник захищеності [Тупота].
Для пошуку інформаційних складових ПЕМВ окремі вузли технічного засобу по черзі переводять у тестовий режим роботи. У тестовому режимі сигналам блоків надають вигляд послідовності пачок імпульсів, що забезпечують концентрацію потужності сигналів у вузьких смугах частот та полегшують виявлення спектральних складових ПЕМВ.
Показником захищеності служить відношення Δ середньо квадратичних значень інформативного сигналу Ес та шуму Еш. Це відношення не повинно перевищувати, визначеного нормативними документами максимально допустимого відношення інформативного сигналу та завади δ, за якого ще не можливо розкрити захищену інформацію.
. (4.1)
У випадку, коли реальне відношення Δ перевищує допустиме δ, для забезпечення захищеності інформації може бути використана система активного зашумлення.
Вимірювати напруженість поля в проблематиці ТЗІ потрібно при виявленні технічних каналів витоку інформації та проведенні спеціальних досліджень за рахунок акустоелектричних перетворень (ВЧ і НЧ), за рахунок ВЧ накачування і за рахунок ВЧ відбиття. Причому необхідно як зміряти сам сигнал, так і виявити (зміряти) параметри його можливої паразитної модуляції мовою з украй низькими значеннями коефіцієнта (індексу) модуляції. Це викликає необхідність високої реальної чутливості тракту вимірювання та дуже низьких рівнів власних шумів, включаючи низькі фазові шуми.
У більшості випадків вимірювати доводиться не електромагнітне поле, а якесь поле, у якого існують електричний і магнітний компоненти. Для класичного електромагнітного, описуваного вектором Умова-Пойтінга, коефіцієнт пропорційності між середньоквадратичними значеннями цих компонент. Розмірність цього коефіцієнта – «Ом», тобто це одиниці опору) у вакуумі рівного 377 Ом. В повітрі – трохи (неістотно) менше, в іншому діелектрику – менше, пропорційно відносній діелектричній проникності цього діелектрика. Все це вірно для «дальньої зони» випромінювання. А переважна частина наших вимірювань виконується в «ближній» або «проміжній» зонах від випромінювача. А в них, в зоні індукції, вищенаведені співвідношення порушуються. Саме тому вимірювати доводиться кожну з компонент роздільно.
Як основний засіб вимірювання застосовуються вимірник напруженості поля. Таким вимірником є «зв’язка» антени (відповідно, електричної та/або магнітної) і селективного вольтметра. Селективним вольтметром може бути вольтметр, вимірювальний приймач або аналізатор спектру. Шкала істинного вимірника напруженості поля оцифрована в абсолютних або відносних одиницях напруженості поля – В/м і А/м (з урахуванням коефіцієнта передачі – «діючої висоти» первинного перетворювача).
Вимірювання напруженості поля в проблематиці ТЗІ необхідно виконувати в діапазоні від десятків Гц до десятків ГГц. Одним приладом це виконувати неможливо. Тому, звичайно, розглядають НЧ («мовний», від десятків Гц до десятків кГц) і ВЧ.
Для проведення антенних вимірювань існує декілька типів вимірювальних приладів: селективні вольтметри, вимірювальні приймачі, аналізатори спектру.
Селективні вольтметри (нановольтметри) ідеально підходять для вимірювань напруженості електричного і магнітного поля. Але, вони не мають візуальних органів відображення картини панорами досліджуваного діапазону частот і тому не витримують конкуренції з їх імпортними побратимами - вимірювальними приймачами як по ергономічних показниках, так і по продуктивності.
Вимірювальні приймачі поєднують в собі кращі риси селективних вольтметрів і аналізаторів спектру (візуальне представлення панорами аналізованого діапазону частот). Але, на жаль, це дуже дороге задоволення.
Аналізатори спектру по функціональних можливостях сміливо конкурують з вимірювальними приймачами, але ряд метрологічних характеристик у них гірші. Зате їх ціна в 4-5 разів нижча за ціну аналогічного вимірювального приймача.
Все дуже просто. Будь-хто збільшення якості вимірювань спричиняє за собою збільшення вартості засобів вимірювань. Якщо Ваша задача вимагає характеристик вимірювального приймача, наприклад, для дослідження апаратури в захищеному виконанні (не плутати апаратуру, яка спочатку проектувалася для вищого класу захисту з екранованою і допрацьованою апаратурою), то, безумовно, Вам доведеться піти на додаткові витрати і придбати СМВ або вимірювальний приймач.
Але не можна проводити вимірювання відкаліброваними і допрацьованими зв’язними приймачами Ніхто і ніколи не зможе гарантувати, що приймач вимірюватиме правильно за годину, тиждень, місяць, рік після проведення калібрування (а так само при зміні температури, вологості, умов експлуатації або після перевезення) тому, що для них не проводилися теоретичні розрахунки по стабільності параметрів, що впливають на метрологічні характеристики і не проводилися їх випробування відповідно до методик проведення випробувань.
Антени. Для вимірювання напруженості електричного поля в діапазоні частот від Гц до 1 ГГц застосовуються симетричні диполі та їх різні модифікації й комбінації. На частотах до 30 Мгц раніше застосовувалися штирьові антени. Вони вимірювали тільки вертикальну складову електричної компоненти поля. На вищих частотах, звичайно, застосовуються рупорні антени.
Для вимірювання магнітної компоненти в діапазоні частот від десятків Гц до першої сотні Мгц застосовуються екрановані рамки і їх модифікації. Якщо в антену вбудований підсилювальний пристрій, то така антена іменується активною.
Враховуючи величезний частотний діапазон, наведений вище, перекрити його однією антеною неможливо. Чим більш широкосмугова антена – тим менш вона чутлива. Це правило виключень не має. Серйозною вимогою до антен є обмеження їх габаритів. Відповідно до вимог методики розмір рамки для диполя не повинен перевищувати 50 см. А в низькочастотному діапазоні чутливість антени прямо пропорційна саме цьому параметру.
Якщо вимірювання напруженості поля ведеться в процесі вимірювань акустоелектричних перетворень ВЧ нав’язування або ВЧ відбиття, то антена опиняється в акустичному полі тест-сигналу. Отже, вона не повинна «мікрофонити», у тому числі і у вигляді паразитної модуляції сигналу, що приймається.
Пасивні антени, які можна застосовувати, за необхідності, і як випромінюючі. Активні антени характеризуються широким діапазоном частот вимірювань і підвищеним рівнем шуму в порівнянні з пасивними антенами. Широкий діапазон робочих частот (наприклад, від 50кГц до 1 ГГц) істотно скорочує час проведення спецдосліджень і здешевлює апаратуру, що використовується. Рівень власних шумів складає, як правило, – 30…+10 дБ). Для проведення спецдосліджень високого класу захищеної апаратури краще використовувати набір вузькосмугових пасивних антен.
За украй рідкісними виключеннями всі антени мають типовий 50-омний вихід, без яких-небудь проблем підключаються до входів типових приймачів чи аналізаторів.
Те ж відноситься і до кабелів. Вельми важливо погонне загасання, особливо на частотах понад 1 ГГц. Еластичність і ступінь екранування кабелю теж найважливіші параметри. Причому ці два параметри, як правило, взаємозалежні і «протилежні». Потрібні, як правило, кабелі з подвійною опліткою (високий ступінь екранування), фторопластовим діелектриком та провідниками лише з міді. Провідники бажано з посрібленням
Додаткові вимоги до вимірювального устаткування пред’являє необхідність виконання вимірювань реального загасання електромагнітного сигналу (функція, аналогічна вимірюванням загасання в лініях). Для виконання таких вимірювань необхідне джерело тест-сигналу. Таким джерелом, звичайно, є перебудовуваний генератор синусоїдального коливання потужності, порядка 1-10 Вт і випромінюючі магнітна й електрична антени.
Найбільше поширення при контролі ПЕМВН набули комплекс «Навігатор», «Легенда» і система «Сигурд». Остання з 2010 року офіційно «узята на озброєння» ФСТЕК Росії. В Україні використовується універсальний вітчизняний виріб АКОР-3МК.
Вибір комплексу основних і допоміжних засобів вимірювань для виконання спеціальних досліджень і оцінки захищеності об’єктів інформатизації задача дуже багатопланова. Кількість чинників, які необхідно врахувати, дуже значна, а ціна прорахунків вельми висока. Вирішувати ці питання треба дуже серйозно.
Достатньо часто виникає необхідність неселективного вимірювань напруги змінного струму. Тобто необхідний вольтметр загального вживання. Багаторічна практика показала, що для цих цілей успішно використовуються моделі В3-38 або В3-57. Останній дещо більш чутливий, а перший - більш універсальний (амперметр, омметр тощо). Постійно необхідний універсальний мультиметр (вольтметр, амперметр, омметр і т.д.). Не перешкодить цифровий частотомір з функцією вимірювання тривалості імпульсів, наприклад недорога портативна модель GFC 8131H фірми GW INSTEK.
Абсолютно необхідний пристойний осцилограф. Для цілей візуалізації сигналів, причому в діапазоні до 50 Мгц підійде практично будь-яка модель. Набагато корисніше обирати двохканальну модель. А ось для того, щоб побачити і оцінити параметри сигналу (перш за все тривалість імпульсу і тактову частоту) в інтерфейсі DVI необхідний осцилограф з верхньою частотою до 4 - 6 ГГц, з додатковими опціями (вхідний пробник, спеціалізоване ПЗ).
При вимірюваннях в лініях силового електроживлення необхідні спеціалізовані пробники, в схемі яких передбачено придушення як основної частоти електромережі (50 Гц), так і її найближчих гармонік. На жаль, це устаткування доводиться виготовляти самим.