Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации, 2005

Рис. 11.9. Классификация способов подавления опасных сигналов

акустоэлектрических преобразователей

налов, используемыми для их подавления, являются частота, ам­ плитуда и местонахождение по отношению к полезному сигналу. Классификация этих способов представлена на рис. 11.9.

Отключение устройств с акустоэлектрическими преобразо­ вателями, создающими опасные сигналы, является наиболее прос­ тым и эффективным способом защиты информации. Необходимо отключать в помещении, в котором ведутся конфиденциальные разговоры, все радиоэлектронные средства и электрические при­ боры, без которых можно обойтись.

Фильтрация опасных сигналов эффективна, если частоты опасных сигналов существенно отличаются от частот полезных сигналов. Например, частота полезного сигнала — сигнала вызова 25 Гц существенно меньше нижней частоты стандартного телефон­ ного канала 300 Гц или частота импульсов управления вторичны­ ми часами единого времени частоты (1 импульс в минуту) — ниж­ ней частоты звукового диапазона. Фильтры низкой частоты с час­ тотой среза выше звукового диапазона обеспечивают защиту ин­ формации в телефонных аппаратах от высокочастотного навязыва­ ния, не пропуская к ним высокочастотные электрические сигналы от генератора, подключенного злоумышленником к соответству­

361

ющей телефонной линии. Полезные сигналы в речевом диапазоне частот проходят через фильтр без заметного ослабления.

Если частоты полезного и опасного сигналов перекрываются, но имеют существенно отличающуюся амплитуду, то применяют метод ограничения малых амплитуд. Для ограничения опасных сигналов используются нелинейные свойства полупроводниковых элементов (диодов, транзисторов, динисторов, тиристоров), кото­ рые имеют для сигналов малой амплитуды (доли мВ) сопротив­ ление, превышающее в десятки и сотни тысяч раз сопротивление сигналам большой амплитуды (десятки В).

Последний из рассматриваемых способов защиты информа­ ции применяется, когда единственным признаком отличия опас­ ных сигналов от полезных является направление их распростра­ нения. Например, полезные сигналы, подаваемые на громкогово­ ритель оповещения, и возникающие в нем опасные сигналы име­ ют близкую по величине амплитуду и одинаковый диапазон час­ тот. Поэтому рассмотренные способы подавления опасных сигна­ лов для него не приемлемы. Задача решается с помощью буферно­ го устройства, включаемого между громкоговорителем и прово­ дами линии трансляции. Буферное устройство в виде нескольких последовательно соединенных эмиттерных повторителей пропус­ кает полезный сигнал от внешнего устройства практически без ос­ лабления, а опасные сигналы от громкоговорителя подавляет.

Активные способы защиты от опасных сигналов предусмат­ ривают генерирование помех в радиодиапазоне для пространс­ твенного зашумления, в звуковом и ультразвуковом — для линей­ ного зашумления.

Вопросы для самопроверки

1.Цель технического закрытия речевой информации в телефон­ ных каналах.

2.Чем отличаются частотные перестановки от временных пере­ становок?

3.Искажения, возникающие при частотных и временных переста­ новках.

4.Параметры речевого сигнала, используемые в вокодерах любых типов.

362

Глава 12. Экранирование побочных излучений и наводок

12.1. Экранирование электромагнитных полей

Для предотвращения утечки информации по радиоэлектрон­ ным техническим каналам утечки информации, вызванных ПЭМИН и радиозакладными устройствами, на опасных направле­ ниях применяют электромагнитные экраны. Физические процессы при экранировании отличаются в зависимости от вида поля и час­ тоты его изменения.

Различают электрические экраны для экранирования элект­ рического поля, магнитные для экранирования магнитного поля

иэлектромагнитные — для экранирования электромагнитного поля. Способность экрана ослаблять энергию полей оценивает­ ся эффективностью экранирования (коэффициентом ослабле­ ния). Если напряженность поля до экрана равна Е0 и Н0, а за экра­ ном — Еэ и Нэ, то Se = Е0 / Еэ и SH= Н0 / Нэ. На практике эффектив­ ность экранирования измеряется в децибелах (дБ) и неперах (Нп): Se(H) = 201g[Eo(Ho) / Е (Н )] [дБ] или S (н) = 1п[Е0(Н0) / Е (Н )] [Нп].

Аналитические зависимости эффективности экранирования определены для идеализированных (гипотетических) моделей эк­ ранов в виде бесконечно плоской однородной токопроводящей по­ верхности, однородной сферической токопроводящей поверхности

иоднородной бесконечно протяженной цилиндрической токопро­ водящей поверхности. Для других вариантов эффективность экра­ нирования определяется с погрешностью, зависящей от степени их подобия гипотетическим.

1.При экранировании электрического поля электроны экрана под действием внешнего электрического поля перераспределяют­ ся таким образом, что на поверхности экрана, обращенной к источ­ нику поля, сосредоточиваются заряды, противоположные по знаку зарядам источника, а на внешней (другой) поверхности экрана кон­ центрируются одинаковые с зарядами источника поля (рис. 12.1).

Положительные заряды на рис. 12.1 создают вторичное элек­ трическое поле, близкое по напряженности к первичному. С це­ лью исключения вторичного поля, создаваемого зарядами на вне­ шней поверхности экрана, экран заземляется и его заряды компен­

364

сируются зарядами земли. Экран приобретает потенциал, близкий потенциалу земли, а электрическое поле за экраном существенно уменьшается. Полностью устранить поле за экраном не удается изза неполной компенсации зарядов на его внешней стороне вследс­ твие ненулевых значений сопротивления в экране и цепях заземле­ ния, а также из-за распространения силовых линий вне границ эк­ рана.

©+ Внешняя сторона

©+ поверхности экрана

©

Рис. 12.1. Экранирование электрического поля

Эффективность экранирования зависит от электропроводнос­ ти экрана и сопротивления заземления. Чем выше проводимость экрана и цепей заземления, тем выше эффективность электричес­ кого экранирования. Толщина экрана и его магнитные свойства на эффективность экранирования практически не влияют.

го поля в токопроводящей среде экрана индукционных вихре­ вых токов, создающих вторичное магнитное поле, силовые ли­ нии которого противоположны магнитным силовым первично­ го поля.

Магнитное сопротивление пропорционально длине магнитных силовых линий и обратно пропорционально площади поперечного сечения рассматриваемого участка и величине магнитной прони­

365

цаемости среды (материала), в которой распространяются магнит­ ные силовые линии. При втягивании магнитных силовых линий в экран уменьшается их напряженность за экраном. В результате этого повышается коэффициент экранирования.

При воздействии на экран переменного магнитного поля в ма­ териале экрана возникают также ЭДС, создающие в материале эк­ рана вихревые токи в виде множества замкнутых колец. Кольцевые вихревые токи создают вторичные магнитные поля, которые вы­ тесняют основное и препятствует его проникновению вглубь ме­ талла экрана. Экранирующий эффект вихревых токов тем выше, чем выше частота поля и больше сила вихревых токов.

Коэффициент экранирования магнитной составляющей поля представляет собой сумму коэффициентов экранирования, обус­ ловленного рассмотренными физическими явлениями. Но доля слагаемых зависит от частоты колебаний поля. При f = 0 экрани­ рование обеспечивается только за счет шунтирования магнитно­ го поля средой экрана. Но с повышением частоты поля все сильнее проявляется влияние на эффективность экранирования вторично­ го поля, обусловленного вихревыми токами в поверхности экрана. Чем выше частота, тем больше влияние на эффективность экрани­ рования вихревых токов.

В силу разного влияния рассмотренных физических явлений магнитного экранирования отличаются требования к экранам на низких и высоких частотах. На низких частотах (приблизительно до единиц кГц), когда преобладает влияние первого явления, эф­ фективность экранирования зависит в основном от магнитной про­ ницаемости материала экрана и его толщины. Чем больше значе­ ния этих характеристик, тем выше эффективность магнитного эк­ ранирования. Для экрана, например, в виде куба эффективность магнитного экрана можно оценить по формуле:

SH~ 1 - [id/D,

где d — толщина стенок экрана; D — размер стороны экрана куби­ ческой формы.

Эффективность экранирования за счет вихревых токов зави­ сит от их силы, на величину которой влияет электрическая про­

366

видимость экрана. В свою очередь это сопротивление прямо про­ порционально электрическому сопротивлению материала экрана и обратно пропорционально его толщине. Однако по мере повыше­ ния частоты поля толщина материала экрана, в которой протека­ ют вихревые токи уменьшаются из-за так называемого поверхнос­ тного или скин-эффекта. Сущность его обусловлена тем, что вне­ шнее (первичное) магнитное поле ослабевает по мере углубления в материал экрана, так как ему противостоит возрастающее вторич­ ное магнитное поле вихревых токов. Напряженность переменно- I о магнитного поля уменьшается по мере проникновения его в ме- I алл экрана на глубину х от его поверхности по экспоненциально­ му закону:

Нх = Н0 ехр ( х / ст),

Где ст — эквивалентная глубина проникновения, соответствующая ослаблению напряженности магнитного поля в 2,72 раза и вычис­ ляемая по формуле:

I де р — удельное электрическое сопротивление материала экрана в ( )м • мм2/м; f — частота магнитного поля в Гц; ц — относительная магнитная проницаемость материала экрана.

Уменьшение эквивалентной глубины проникновения при увеннчении ц обусловлено тем, что ферромагнитные материалы «втя- I ивают» силовые магнитные линии первичного поля, в результа- и- чего повышаются концентрация магнитных силовых линий и, ( педовательно, напряженность магнитного поля внутри материа­ ла жрана. В результате этого повышаются уровни индуцируемых Инем зарядов, следствием чего является увеличение значений вих­ ревых токов и напряженности вторичного магнитного поля. Таким образом, глубина проникновения тем меньше, чем выше частота поля, удельная магнитная проницаемость и электрическая прово­ димость металла экрана.

На высоких частотах эффективность магнитного экранирова­ ния в дБ экраном толщиной d в мм можно определить, подставив в

367

SH= 20 lg (Hx / H0)выражение для Hx. В результате такой подстано] ки и преобразования легко получить, что

Однако это выражение может использоваться для приближен ной оценки эффективности экранирования при условии, что значе ние d соизмеримо с ст. Если d » ст, то из-за поверхностного эффект увеличение d слабо влияет на эффективность экранирования, та] как вторичное магнитное поле создают вихревые токи в поверх ностном слое экрана.

Следовательно, для обеспечения эффективного магнитноп экранирования на высоких частотах следует для экранов исполь зовать материалы с наибольшим отношением ц / р, учитывая npi этом, что с повышением f сопротивление из-за поверхностного эф фекта возрастает в экспоненциальной зависимости. На высоки: частотах глубина проникновения может быть столь малой, а со противление столь велико, что применение материалов с высоко! магнитной проницательностью, например пермаллоя, становит ся нецелесообразным. Для f > 10 МГц значительный экранирую щий эффект обеспечивает медный экран толщиной всего 0,1 мм Для экранирования магнитных полей высокочастотных контуро! усилителей промежуточной частоты бытовых радио- и телевизи онных приемников широко применяют алюминиевые экраны, ко торые незначительно уступают меди по удельному электрическом] сопротивлению, но существенно их легче. Для высоких частот тол щина экрана определяется в основном требованиями к прочност! конструкции.

Кроме того, на эффективность магнитных экранов влияет кон струкция самого экрана. Она не должна содержать участков с от верстиями, прорезями, швов на пути магнитных силовых линий i вихревых токов, создающих им дополнительное сопротивление.

Так как магнитное экранирование обеспечивается за счет то ков, а не зарядов, магнитные экраны не нуждаются в заземлении.

3. Физические процессы при электромагнитном экранирова нии рассматриваются на модели, представленной на рис. 12.2.

368

Падающая электромагнитная

волна

Рис. 12.2. Электромагнитное экранирование

Электромагнитное экранирование обеспечивается за счет от­ ражения части от экрана и поглощения части, проникшей в экран электромагнитного поля. Следовательно, эффективность экрани-

экранирования за счет отражения электромагнитной волны от поверхности экрана; S3 погл = ^ S3 погл. —эффективность экраниро-

V i

вания за счет поглощения электромагнитной волны в экране. Эффективность экранирования в дБ за счет отражения элект­

ромагнитного поля рассчитывается по формуле:

151 - lOlgffip.

э, отр

Величина эффективности экранирования в дБ за счет поглоще­ ния в экране толщиной d мм оценивается по формуле:

S ~ 0,0173d.

Последнее выражение совпадает с приблизительной форму­ лой, определяющей эффективность магнитного экранирования за счет вторичного поля. Это подтверждает утверждение, что погло­ щение электромагнитного поля обусловлено, прежде всего, поте­ рями энергии вихревых токов в материале экрана.

Как следует из приведенных формул, в зависимости от часто ты, показателей магнитных и электрических свойств материала эк рана влияние отражения и поглощения на разных частотах сущест венно отличается. На низких частотах наибольший вклад в эффек тивность экранирования вносит отражение от экрана электромаг нитной волны, на высоких — ее поглощение в экране. Доля эти) составляющих в суммарной величине эффективности электромаг нитного экранирования одинаковая для немагнитных (ц ~ 1) экра нов на частотах в сотни кГц (для меди — 500 кГц), для магнитны? (ц » 1) — на частотах в доли и единицы кГц, например для пер маллоя — 200 Гц. Магнитные материалы обеспечивают лучше* экранирование электромагнитной волны за счет поглощения, а не магнитные, но с малым значением удельного сопротивления — з; счет отражения.

Кроме того, учитывая, что электромагнитная волна содер жит электрическую и магнитную составляющие, то при электро магнитном экранировании проявляются явления, характерные дл? электрического и магнитного экранирования.

Следовательно, на низких частотах материал для экрана дол­ жен быть толстым, иметь высокие значения магнитной проница­ емости и электропроводности. На высоких частотах экран долже! иметь малые значения электрического сопротивления, а требова­ ния к его толщине и магнитной проницаемости материала сущест­ венно снижаются. Для обеспечения экранирования электрическо* составляющей электромагнитный экран надо заземлять.

12.2. Экранирование электрических проводов

Экранированием проводов решаются 2 задачи:

•уменьшение наводок на выходящие за пределы контролируе­ мой зоны провода от электромагнитных излучений основных * вспомогательных технических средств и систем;

•снижение уровня электромагнитных излучений проводов ин­ формационных линий основных и вспомогательных техничес­ ких средств и систем.

Физические основы экранирования с целью снижения пара­

зитных наводок на провода рассмотрены в предыдущем парагра­

370