Оценка уровня пэми
Оценка уровня ПЭМИ средств цифровой электронной техники может производиться с точки зрения соответствия этих уровней следующим нормам и требованиям:
санитарно-гигиенические нормы (ГОСТ 12.1.006-84);
нормы электромагнитной совместимости (ЭМС);
нормы и требования по ЗИ об утечке через ПЭМИ.
В зависимости от того, соответствие каким нормам требуется установить, используются те или иные приборы, методы и методики проведения измерений.
Следует заметить, что нормы на уровни ЭМИ с точки зрения ЭМС существенно (на несколько порядков) строже санитарно-гигиенических норм. Очевидно, что нормы, методики и приборы, используемые в системе обеспечения безопасности жизнедеятельности, не могут быть использованы при решении задач ЗИ.
Уровни ПЭМИ цифровой электронной техники с точки зрения ЭМС регламентированы целым рядом международных и отечественных стандартов (публикации CISPR — специального международного комитета по радиопомехам, ГОСТ 29216-91) устанавливает следующие нормы напряженности поля радиопомех от оборудования информационной техники (табл. 11.1).
Таблица 11.1. Нормы напряженности поля радиопомех
Полоса частот, МГц |
Квазипиковые нормы, ДБ миВ/м (миВ/м) |
30–230 |
30 (31,6) |
230–1000 |
37 (70,8) |
Уровни напряженности поля излучаемых помех нормируются на расстоянии 10 или 30 м от источника помех в зависимости от того, где будет эксплуатироваться оборудование (в жилых помещениях или в условиях промышленных предприятий).
Приведенные допускаемые уровни излучения достаточны для перехвата ЭМИ на значительном расстоянии. Кроме того, в диапазоне частот 0,15–30 МГц нормируются только уровни напряжения помех на сетевых зажимах оборудования и не нормируется напряженность поля радиопомех. Данные нормы при серийном выпуске выполняются с какой-то вероятностью.
Таким образом, соответствие ПЭМИ средств цифровой электронной техники нормам на ЭМС не может быть гарантией сохранения конфиденциальности информации, обрабатываемой с помощью этих средств.
Однако высокая степень стандартизации методик и аппаратуры измерения уровня ЭМИ при решении задач оценки ЭМС делает возможным (с учетом некоторых особенностей) использование их при решении задач ЗИ. Остановимся на характеристиках используемой измерительной аппаратуры:
диапазон рабочих частот — 9 МГц – 1000 МГц;
возможность изменения полосы пропускания;
наличие детекторов квазипикового, пикового, среднего и среднеквадратического значений;
возможность слухового контроля сигнала, имеющего амплитудную и частотную модуляцию;
наличие выхода промежуточной частоты и выхода на осциллограф;
наличие комплекта стандартных калибровочных антенн.
Приборы, используемые на практике для определения ЭМС, перечислены в табл. 11.2.
Таблица 11.2. Приборы, используемые для определения ЭМС
Прибор |
Диапазон рабочих частот, МГц |
Производитель |
SMV-8 |
26–1000 |
Messelecktronik, Германия |
SMV-11 |
0,009–30 |
— " — |
SMV-41 |
0,009–1000 |
— " — |
“Элмас” |
30–1300 |
ПО “Вектор”, С.–Петербург |
ESH-2 |
0,009–30 |
RHODE & SHWARZ, ФРГ |
ESV |
20–1000 |
— " — |
ESH-3 |
0,009–30 |
— " — |
ESVP |
20–1300 |
— " — |
Современные измерительные приемники (ЭЛМАС, ESH-3, ESVP, SMV-41) автоматизированы и оборудованы интерфейсами по стандарту IEEE-488, что представляет возможность управлять режимами работы приемника с помощью внешней ЭВМ, а передавать измеренные значения на внешнюю ЭВМ для их обработки.
Кроме перечисленных в табл. 11.2 приборов, для измерения побочных ЭМИ средств цифровой электронной техники могут быть использованы анализаторы спектра в комплекте с измерительными антеннами (табл. 11.3).
Таблица 11.3. Анализаторы спектра
Прибор |
Диапазон рабочих частот, МГц |
Диапазон измерения |
Производитель |
СЧ-82 |
3 · 10-4 – 1500 |
1 миВ – 3 В |
СНГ |
СКЧ-84 |
3 · 10-5 – 110 |
70 нВ – 2,2 В |
— " — |
СЧ-85 |
1 · 10-4 – 39,6 · 103 |
1 миВ – 3 В 10-16 – 10-2 Вт |
— " — |
РСКЧ-86 |
25 – 1500 |
40 нВ – 2,8 В 3 10-17 – 1 Вт |
— " — |
РСКЧ-87 |
1000 – 4000 |
10-12 – 0,1 Вт |
— " — |
РСКЧ-90 |
1000 – 17440 |
10-12 – 0,1 Вт |
— " — |
НР8568В |
1 · 10-4 – 1500 |
10-16 – 1 Вт |
Hewlett-Packard, США |
Окончание таблицы 11.3
Прибор |
Диапазон рабочих частот, МГц |
Диапазон измерения |
Производитель |
НР71100А |
1 · 10-4 – 2900 |
10-16 – 1 Вт |
— " — |
НР8566 В |
1 · 10-4 – 22000 |
10-16 – 1 Вт |
— " — |
2756Р |
1 · 10-2 – 3,25 · 103 |
10-16 – 1 Вт |
Tektronix, США |
2380-2383 |
1 · 10-4 – 4200 |
10-18 – 1 Вт |
Marconi Instruments, Англия |
FSA |
1 · 10-4 – 2000 |
10-17 – 1 Вт |
RHODE & SHWARZ, ФРГ |
FSB |
1 · 10-4 – 5000 |
10-17 – 1 Вт |
— " — |
Современные анализаторы спектра со встроенными микропроцессорами позволяют анализировать различные параметры сигналов. Имеется возможность объединения анализатора спектра с помощью интерфейса с другими измерительными приборами и внешней ЭВМ в автоматизированные измерительные системы.
В процессе обработки могут выполняться следующие функции: поиск экстремальных значений сигнала; отбор сигналов, уровень которых превосходит заданный сдвиг по оси частот для оптимальной регистрации сигнала. Встроенный микропроцессор обеспечивает обработку амплитудно-частотных спектров, а также оптимизацию времени измерения и разрешающей способности для рассматриваемого интервала частот.
В отличие от задач ЭМС, где требуется определить максимальный уровень излучения в заданном диапазоне частот, при решении задач ЗИ требуется определить уровень излучения в широком диапазоне частот, соответствующем информативному сигналу. Поэтому оценка уровня излучений при решении задач ЗИ должна начинаться с анализа технической документации и отбора электрических цепей, по которым можно передавать информацию с ограниченным доступом. Необходимо провести анализ и определить характеристики опасных сигналов:
используемый код: последовательный, параллельный;
периодическое повторение сигнала: есть, нет;
временные характеристики сигнала;
спектральные характеристики сигнала.
После этого можно приступать непосредственно к определению уровней информативных ПЭМИ. Здесь используются следующие методы: метод оценочных расчетов, метод принудительной (искусственной) активизации; метод эквивалентного приемника.
Метод оценочных расчетов
Определяются элементы конструкции оборудования, в которых циркулируют опасные сигналы, составляются модели, производится оценочный расчет уровня излучений. Этот метод хорошо реализуется при наличии программного обеспечения для ЭВМ в виде экспертной системы, содержащей банк моделей излучателей.
Метод принудительной активизации
Активизируется (программно или аппаратно) канал (одна опасная цепь) эталонным сигналом, который позволяет идентифицировать излучения, и измеряются уровни возникающих ПЭМИ. Для измерений в данном методе могут быть использованы измерительные приемники и анализаторы спектра.
Метод эквивалентного приемника
Синтезируется приемник для восстановления информации, содержащейся в ПЭМИ. После калибровки такой приемник может быть использован для измерения уровней информационных излучений.
Каждый из методов обладает своими достоинствами и недостатками. В настоящее время наиболее приемлемым для практики методом оценки уровней информативных ПЭМИ представляется метод принудительной активизации.
Методы измерения уровня ПЭМИ
При проведении специальных исследований необходимо измерять уровень ПЭМИ и рассчитать радиус зоны R2, характеризующий минимальное расстояние от технических средств, на границе и за пределами которого отношение сигнал/шум не превышает нормированного значения (рис. 11.3). В общем случае это расстояние может находиться в ближней, промежуточной или дальней (волновой) зоне.
В пределах каждой из зон затухание электромагнитной волны описывается различными аналитическими зависимостями. Для получения объективной величины следует правильно определять границы зон.
В настоящее время границы зон определяются условно, без достаточного математического или электродинамического обоснования. Так в качестве границы ближней зоны некоторые авторы принимают величину λ/2π, а дальней — λ. В ряде случаев ошибочно принимается, что в промежуточной зоне напряженность электрического поля обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника побочных излучений. Таким образом, при расчете радиуса R2 допускаются методические погрешности, что недопустимо при организации защиты информации ограниченного распространения от утечки за счет побочных электромагнитных излучений. Для многих технических средств обработки информации (ПЭВМ и др.) характерна большая величина амплитуды напряжения опасного сигнала и малая величина амплитуды тока. Такие источники относятся к электрическим излучателям.
Рис. 11.3. Определение радиуса зоны R2
Технические средства обработки информации полагаем точечным электрическим излучателем, поскольку его размеры существенно меньше расстояния до точки возможного перехвата информации. Представим техническое средство обработки информации в виде диполя, размещенного в точке О сферической системы координат, как показано на рис. 11.4.
Математические выражения для определения параметров поля источников ПЭМИ можно получить из классической теории технической электродинамики, используя выражение для векторного потенциала. Известно, что векторы напряженности магнитного Н и электрического Е полей связаны с векторным потенциалом зависимостями:
H = rotA , E = rot rotA
Здесь
A = ,
где — абсолютная комплексная диэлектрическая проницаемость;
— абсолютная магнитная проницаемость среды; I — ток в проводнике; l — длина проводника; r — расстояние от излучателя до измерительной антенны (точка наблюдения); k — волновое число.
Рис. 11.4. Модель излучателя электромагнитного поля
Разложим векторный потенциал на радиальную (A), угломестную (A) и азимутальную (A) составляющие:
A = I l cos, A = – I l sin, A = 0
В сферической системе координат составляющие вектора напряженности электрического поля описываются следующими выражениями:
E = –i e cos (11.1)
E = –i e sin (11.2)
E = 0
Вектор напряженности электрического поля имеет вид E = rE + E. Силовые лини вектора E лежат в меридиональных плоскостях. Составляющая E достигает максимального значения при = /2 в экваториальной плоскости и равна нулю на оси диполя. Поэтому измерения ПЭМИ необходимо осуществлять в направлении максимального излучения технического средства при = /2. Составляющая E пропорциональна cos и достигает максимума на оси диполя, а в экваториальной плоскости равна нулю.
С учетом волнового сопротивления среды без потерь
= , скорости распространения
= и длины волны = ,
выражение (11.2) для E можно представить в виде:
E = I l (11.3)
При измерении напряженности электрической составляющей поля с помощью селективных микровольтметров используется режим пикового или квазипикового детектирования. В этом случае амплитуда напряженности электрической составляющей поля может быть выражена следующим образом:
E = , где (11.4)
E= , E = , E =
Пространство вокруг точечного излучателя условно разделяется на три зоны — ближнюю промежуточную и дальнюю. Характер зависимости амплитуды электрической составляющей от дальности зависит от того, в какой зоне расположена точка наблюдения.
Рассмотрим зависимости амплитуды электрической составляющей в ближней, промежуточной и дальней зонах.