Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Основные положения информационной безопасности

Экранирование и компиляции информативных полей

Информативные физические поля — это системы и средства, непосредственно обрабатывающие конфиденциальную информацию. Эти средства и системы часто называют техническими средствами приема, обработки, хранения и передачи информации (ТСПИ).

Функционирование любого технического средства информации связано с протеканием по его токоведушим элементам электрических токов различных частот и образованием разности потенциалов между различными точками его электрической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля, называемые побочными электромагнитными излучениями.

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых имеют место большие напряжения и протекают малые токи, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием электрической составляющей. Преимущественное влияние электрических нолей на элементы электронной аппаратуры наблюдается и в тех случаях, когда эти элементы малочувствительны к магнитной составляющей электромагнитного поля.

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых протекают большие токи и имеют место малые перепады напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием магнитной составляющей. Преимущественное влияние магнитных полей на аппаратуру наблюдается также в случае, если рассматриваемое устройство малочувствительно к электрической составляющей или она много меньше магнитной за счет свойств излучателя.

Переменные электрическое и магнитное поля создаются также в пространстве, окружающем соединительные линии (провода, кабели)

тспи.

Побочные электромагнитные излучения ТСПИ являются причиной возникновения электромагнитных и параметрических каналов утечки информации, а также могут оказаться причиной возникновения наводки информационных сигналов в посторонних токоведущих линиях и конструкциях. Поэтому снижению уровня побочных электромагнитных излучений уделяется большое внимание.

Итак, под экранированием понимается локализация электрического, электромагнитного полей в определенной части пространства и более или менее полное освобождение от него остальной среды.

Экранирование позволяет защитить как радиоэлектронные приборы от воздействия внешних полей, так и локализовать их собственные излучения, препятствуя их появлению в окружающем пространстве.

В результате становится практически невозможным несанкционированный съем информации по техническим каналам (к которым относится канал побочных электромагнитных излучений и наводок, электроакустический канал, радиоканал и т. д.).

Таким образом, экранирование позволяет снизить эффективность использования злоумышленником микрофонов с передачей информации по радиоканалу, высокочастотного «навязывания» и других средств съема информации.

Существуют такие виды экранирования: электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное.

Электростатическое экранирование, по существу, сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования. Применение металлических экранов позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в Е раз, где Е — относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана.

Основной задачей экранирования электрических полей является снижение емкости связи между экранируемыми элементами конструкции. Следовательно, эффективность экранирования определяется в основном отношением емкостей связи между источником и рецептором наводки «до» и «после» установки заземленного экрана. Поэтому любые действия, приводящие к снижению емкости связи, увеличивают эффективность экранирования.

Экранирующее действие металлического листа существенно зависит от качества соединения экрана с корпусом прибора и частей экрана друг с другом. Особенно важно не иметь соединительных проводов между частями экрана и корпусом. В диапазонах метровых и более коротких длин волн соединительные проводники длиной в несколько сантиметров могут резко ухудшить эффективность экранирования. На еще более коротких волнах дециметрового и сантиметрового диапазонов соединительные проводники и шины между экранами недопустимы. Для получения высокой эффективности экранирования электрического поля здесь необходимо применять непосредственное сплошное соединение отдельных частей экрана друг с другом.

В металлическом экране узкие щели и отверстия, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, практически не ухудшают экранирование электрического поля.

С увеличением частоты эффективность экранирования снижается.

Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом:

  • • конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
  • • в области низких частот эффективность электростатического экранирования практически определяется качеством электрического контакта металлического экрана с корпусом устройства и мало зависит от материала экрана и его толщины;
  • • в области высоких частот эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.

Электромагнитное экранирование основано на возникновении вихревых токов, которые ослабляют электромагнитное поле. Эффективность экранирования такого экрана в ближней зоне (зоне индукции) будет неодинакова для составляющих поля. Поэтому, как правило, для ближней зоны следует вычислять эффективность экранирования каждой из компонент поля в отдельности, принимая при этом, что в дальней зоне (зона излучения) эффективности экранирования составляющих окажутся одинаковыми.

Физическая сущность электромагнитного экранирования, рассматриваемая с точки зрения теории электромагнитного поля и теории электрических цепей, сводится к тому, что под действием источника электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной к источнику, возникают заряды, а в его стенках — токи, поля которых во внешнем пространстве по интенсивности близки к полю источника, а по направлению противоположны ему, и поэтому происходит взаимная компенсация полей.

Ниже приведены материалы, используемые при экранировании:

  • • металлические материалы (в том числе сеточные материалы и фольговые материалы);
  • • металлизация поверхностей;
  • • стекла с токопроводящим покрытием;
  • • специальные ткани;
  • • радиопоглощающие материалы;
  • • токопроводящие краски;
  • • электропроводный клей.

В табл. 4.1 приведены значения эффективности экранирования для реальных замкнутых экранов, в децибелах.

Таблица 4./. Значение эффективности экранирования для реальных замкнутых экранов, дБ

Материал экрана

Диапазон частот, МГц

0,15-3

3-30

30-300

300-3000

3000-10 000

Сталь листовая:

сварка сплошным швом

>100

>100

>100

>100

>100

сварка точечным швом,

шаг 50 мм

70

50

болтовое соединение, шаг 50 мм

75

60

Жесть (фальцем):

пайка непрерывная

100

100

100

100

100

точечная пайка, шаг 50 мм

100

80

60

50

40

без пайки

100

100

60

50

40

Сетка металлическая, ячейка

1 мм

80

60

50

40

25

Фольга, склейка внахлест

100

80

80

70

60

Токопроводящая краска,

/?л = 6 Ом

70

40

30

40

40

Металлизация, расход металла

0,3 кг/м2

100

80

60

50

40

Экранирование смотровых и оконных проемов:

штора или створка из металлической сетки с ячейкой

1 — 1,5 мм

70

60

60

40

40

металлическая сетка с ячейкой до 2 мм

70

60

40

20

стекло с токопроводящей поверхностью

70

30

30

30

К недостаткам электромагнитного экранирования можно отнести громоздкость и, соответственно, высокую стоимость работ. Также эффективность экранирования экспоненциально уменьшается с увеличением частоты, и, учитывая развитие радиоэлектроники, необходимо отметить опасность выхода за границы безопасных частот.

Во избежание этого существуют два решения: увеличение толщины экрана и разработка и применение новых материалов.

Магнитостатическое экранирование используется при необходимости подавить наводки на низких частотах от 0 до 3—10 кГц.

Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим:

  • • магнитная проницаемость материала экрана должна быть более высокой. Для изготовления экранов желательно применять магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллой);
  • • увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования, однако при этом следует принимать во внимание возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам экрана;
  • • стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно линиям магнитной индукции магнитного поля. Их число должно быть минимальным;
  • • заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатического экранирования.

Эффективность магнитостатического экранирования повышается при применении многослойных экранов.

Эффективность магнитного экранирования зависит от частоты и электрических свойств материала экрана. Чем ниже частота, тем слабее действует экран, тем большей толщины приходится его делать для достижения одного и того же экранирующего эффекта. Для высоких частот, начиная с диапазона средних волн, экран из любого металла толщиной 0,5—1,5 мм действует весьма эффективно. При выборе толщины и материала экрана следует учитывать механическую прочность, жесткость, стойкость против коррозии, удобство стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобство пайки, сварки и пр.

Для частот выше 10 МГц медная или серебряная пленка толщиной более 0,1 мм дает значительный экранирующий эффект. Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольгированного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесенным на него медным или серебряным покрытием.

При экранировании магнитного поля заземление экрана не изменяет величины возбуждаемых в экране токов и, следовательно, на эффективность магнитного экранирования не влияет.

На высоких частотах применяется исключительно электромагнитное экранирование. Действие электромагнитного экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданным (благодаря образующимся в толще экрана вихревым токам) полем обратного направления.

Теория и практика показывают, что с точки зрения стоимости материала и простоты изготовления преимущества на стороне экранированного стального помещения. Однако при применении сетчатого экрана могут значительно упроститься вопросы вентиляции и освещения помещения. В связи с этим сетчатые экраны также находят широкое применение.

Вместе с тем соединение оболочки провода с корпусом в одной точке не ослабляет в окружающем пространстве магнитное поле, создаваемое протекающим по проводу током. Для экранирования магнитного поля необходимо создать поле такой же величины и обратного направления. С этой целью нужно весь обратный ток экранируемой цепи направить через экранирующую оплетку провода. Для полного осуществления этого принципа надо, чтобы экранирующая оболочка была единственным путем для протекания обратного тока.

Высокая эффективность экранирования обеспечивается при использовании витой пары, защищенной экранирующей оболочкой.

На низких частотах приходится использовать более сложные схемы экранирования — коаксиальные кабели с двойной оплеткой (три-аксиальные кабели).

На более высоких частотах, когда толщина экрана значительно превышает глубину проникновения поля, необходимость в двойном экранировании отпадает. В этом случае внешняя поверхность играет роль электрического экрана, а по внутренней поверхности протекают обратные токи.

Применение экранирующей оболочки существенно увеличивает емкость между проводом и корпусом, что в большинстве случаев нежелательно. Экранированные провода более громоздки и неудобны при монтаже, требуют предохранения от случайных соединений с посторонними элементами и конструкциями.

Длина экранированного монтажного провода должна быть меньше четверти длины самой короткой волны передаваемого по проводу спектра сигнала. При использовании более длинных участков экранированных проводов необходимо иметь в виду, что в этом случае экранированный провод следует рассматривать как длинную линию, которая во избежание искажений формы передаваемого сигнала должна быть нагружена на сопротивление, равное волновому.

Для уменьшения взаимного влияния монтажных цепей следует выбирать длину монтажных высокочастотных проводов наименьшей, для чего элементы высокочастотных схем, связанные между собой, следует располагать в непосредственной близости, а неэкранирован-ные провода высокочастотных цепей — при пересечении под прямым углом. При параллельном расположении такие провода должны быть максимально удалены друг от друга или разделены экранами, в качестве которых могут быть использованы несущие конструкции электронной аппаратуры (кожух, панель и т. д.).

Кабельные экраны выполняются в форме цилиндра из сплошных оболочек, в виде спирально намотанной на кабель плоской ленты или в виде оплетки из тонкой проволоки. Экраны при этом могут быть однослойными и многослойными комбинированными, изготовленными из свинца, меди, стали, алюминия и их сочетаний (алюминий-свинец, алюминий—сталь, медь—сталь—медь и т. д.).

В кабелях с наружными пластмассовыми оболочками применяют экраны ленточного типа в основном из алюминиевых, медных и стальных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабеля.

В области низких частот корпуса применяемых многоштырьковых низкочастотных разъемов являются экранами и должны иметь надежный электрический контакт с обшей шиной или землей прибора, а зазоры между разъемом и корпусом должны быть закрыты электромагнитными уплотняющими прокладками.

В области высоких частот коаксиальные кабели должны быть согласованы по волновому сопротивлению с используемыми высокочастотными разъемами. При заделке коаксиального кабеля в высокочастотные разъемы жила кабеля не должна иметь натяжения в месте соединения с контактом разъема, а сам кабель должен быть жестко прикреплен к шасси аппаратуры вблизи разъема.

Для эффективного экранирования низкочастотных полей применяются экраны, изготовленные из ферромагнитных материалов с большой относительной магнитной проницаемостью. При наличии такого экрана линии магнитной индукции проходят в основном по его стенкам, которые обладают малым сопротивлением по сравнению с воздушным пространством внутри экрана. Качество экранирования таких полей зависит от магнитной проницаемости экрана и сопротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и меньше в нем стыков и швов, идущих поперек направления линий магнитной индукции.

Наилучшую защиту как от электрического, так и от магнитного полей обеспечивают информационные линии связи типа экранированного бифиляра; трифиляра (трех скрученных вместе проводов, из которых один используется в качестве электрического экрана); триак-сильного кабеля (изолированного коаксиального кабеля; помешенного в электрический экран); экранированного плоского кабеля (плоского многопроводного кабеля, покрытого с одной или обеих сторон медной фольгой).

Для уменьшения магнитной и электрической связи между проводами необходимо уменьшить площадь петли, максимально разнести цепи и максимально уменьшить длину параллельного пробега линий ТСПИ с посторонними проводниками.

При нулевых уровнях сигналов в соединительных линиях ТСПИ между ними и посторонними проводниками должно обеспечиваться переходное затухание не менее 114 дБ. Данное переходное затухание обеспечивается, как правило, при прокладке кабелей ТСПИ на расстоянии не менее 0,1 м от посторонних проводников. При этом допускается прокладка кабелей ТСПИ вплотную с посторонними проводниками при суммарной длине их совместного пробега не более 70 м.

Экранироваться могут не только отдельные блоки (узлы) аппаратуры и их соединительные линии, но и помещения в целом.

В обычных (неэкранированных) помещениях основной экранирующий эффект обеспечивают железобетонные стены домов. Экранирующие свойства дверей и окон хуже. Для повышения экранирующих свойств стен применяются дополнительные средства, в том числе:

  • • токопроводящие лакокрасочные покрытия или обои;
  • • шторы из металлизированной ткани;
  • • металлизированные стекла (например, из двуокиси олова), устанавливаемые в металлические или металлизированные рамы.

В помещении экранируются стены, двери и окна. При закрытии двери должен обеспечиваться надежный электрический контакт со стенками помещения (с дверной рамой) по всему периметру не реже чем через 10—15 мм. Для этого может быть применена пружинная гребенка из фосфористой бронзы, которую укрепляют по всему внутреннему периметру дверной рамы.

Окна должны быть затянуты одним или двумя слоями медной сетки с ячейкой не более 2 мм, причем расстояние между слоями сетки должно быть не менее 50 мм. Оба слоя сетки должны иметь хороший электрический контакт со стенками помещения (с рамой) по всему периметру. Сетки удобнее делать съемными, и металлическое обрамление съемной части также должно иметь пружинящие контакты из фосфористой бронзы. При проведении работ по тщательному экранированию подобного помещения необходимо одновременно обеспечить нормальные условия для работающего в нем человека, прежде всего вентиляцию воздуха.

Конструкция экрана для вентиляционных отверстий зависит от диапазона частот. Для частот менее 1000 МГц применяются сотовые конструкции, закрывающие вентиляционное отверстие, с прямоугольными, круглыми, шестигранными ячейками. Для достижения эффективного экранирования размеры ячеек должны быть менее одной десятой длины волны. При повышении частоты необходимые размеры ячеек могут быть столь малыми, что ухудшается вентиляция.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы