Общие вопросы технической защиты информации

Методы защиты информации от утечки через ПЭМИН

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

Пассивные и активные методы защиты

Защита информации от утечки через ПЭМИН осуществляется с применением пассивных и активных методов и средств.

Пассивные методы защиты информации направлены на:

  • ослабление побочных электромагнитных излучений (информационных сигналов) ОТСС на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
  • ослабление наводок побочных электромагнитных излучений в посторонних проводниках и соединительных линиях, выходящих за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
  • исключение или ослабление просачивания информационных сигналов в цепи электропитания, выходящие за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов.

    • Активные методы защиты информации направлены на:

  • создание маскирующих пространственных электромагнитных помех с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала;
  • создание маскирующих электромагнитных помех в посторонних проводниках и соединительных линиях с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала.
    •

    Рассмотрим более подробно наиболее распространенные методы пассивной и активной защиты от ПЭМИН.

    Экранирование технических средств

    Как известно из предыдущих лекций, при функционировании технических средств обработки, приема, хранения и передачи информации (ТСПИ) создаются побочные токи и поля, которые могут быть использованы злоумышленником для съема информации. Подводя итог, можно сделать вывод, что между двумя токопроводящими элементами могут возникнуть следующие виды связи:

  • через электрическое поле;
  • через магнитное поле;
  • через электромагнитное поле;
  • через соединительные провода.

    • Основной характеристикой поля является его напряженность. Для электрического и магнитного полей в свободном пространстве она обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника сигнала. Напряженность электромагнитного поля обратно пропорциональна первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной или волновой линии с расстоянием падает медленно. Следовательно, на малом расстоянии от источника сигнала имеют место все четыре вида связи. По мере увеличения расстояния сначала исчезают электрическое и магнитное поля, затем - электромагнитное поле и на очень большом расстоянии влияет только связь по проводам и волноводам.

    Одним из наиболее эффективных пассивных методов защиты от ПЭМИ является экранирование. Экранирование - локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

    Различают три вида экранирования:

  • электростатическое;
  • магнитостатическое;
  • электромагнитное.
    •

    Электростатическое экранирование заключается в замыкании электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводе электрических зарядов на землю (на корпус прибора) с помощью контура заземления. Последний должен иметь сопротивление не больше 4 Ом. Применение металлических экранов весьма эффективно и позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При правильном использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника сигнала в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана.

    Эффективность применения экрана во многом зависит от качества соединения корпуса ТСПИ с экраном. Здесь особое значение имеет отсутствие соединительных проводов между частями экрана и корпусом ТСПИ.

    Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом [16.2]:

  • конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
  • в области низких частот (при глубине проникновения (δ) больше толщины (d), т.е. при δ > d) 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 (при d < δ) эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.
    •

    При экранировании магнитных полей различают низкочастотные магнитные поля и высокочастотные. Магнитостатическое экранирование используется для наводок низкой частоты в диапазоне от 0 до 3…10 кГц. Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счет направленности силовых линий вдоль стенок экрана.

    Рассмотрим более подробно принцип магнитостатического экранирования.

    Вокруг элемента (пусть это будет виток) с постоянным током существует магнитное поле напряженностью H0, которое необходимо экранировать. Для этого окружим виток замкнутым экраном, магнитная проницаемость µ которого больше единицы. Экран намагнитится, в результате чего создастся вторичное поле, которое ослабит первичное поле вне экрана. То есть силовые линии поля витка, встречая экран, обладающий меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух, стремятся пройти по стенкам экрана и в меньшем количестве доходят до пространства вне экрана. Такой экран одинаково пригоден для защиты от воздействия магнитного поля и для защиты внешнего пространства от влияния магнитного поля созданного источником внутри экрана (Рисунок 16.1).

    (рис 16.1) Магнитостатическое экранирование

    Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим [16.2]:

  • магнитная проницаемость µ материала экрана должна быть возможно 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.

    Электромагнитное экранирование применяется на высоких частотах. Действие такого экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданными вихревыми токами обратного напряжения. Этот способ экранирования может ослаблять как магнитные, так и электрические поля, поэтому называется электромагнитным.

    Упрощенная физическая сущность электромагнитного экранирования 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 противоположны полям источника и примерно равны ему по интенсивности. Два поля компенсируют друг друга.

    С точки зрения волновых представлений эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания энергии волн в его металлической толще. Отражение электромагнитной энергии обусловлено несоответствием волновых характеристик диэлектрика, в котором расположен экран и материала экрана. Чем больше это несоответствие, чем больше отличаются волновые сопротивления экрана и диэлектрика, тем интенсивнее частичный эффект экранирования определяемый отражением электромагнитных волн[16.4].

    Выбор материала для экрана зависит от многих условий. Металлические материалы выбирают по следующим критериям и условиям:

  • необходимость достижения определенной величины ослабления электромагнитного поля при наличии ограничения размеров экрана и его влияния на объект защиты;
  • устойчивость и прочность металла как материала.
    •

    Среди наиболее распространенных металлов для изготовления экранов можно назвать сталь, медь, алюминий, латунь. Популярность этих материалов в первую очередь обусловлена достаточно высокой эффективностью экранирования. Сталь популярна также вследствие возможности использования сварки при монтаже экрана.

    К недостаткам листовых металлических экранов можно отнести высокую стоимость, большой вес, крупные габариты и сложность монтажа. Этих недостатков лишены металлические сетки. Они легче, проще в изготовлении и размещении, дешевле. Основными параметрами сетки является ее шаг, равный расстоянию между соседними центрами проволоки, радиус проволоки и удельная проводимость материала сетки. К недостаткам металлических сеток относят, прежде всего, высокий износ по сравнению с листовыми экранами.

    Для экранирования также применяются фольговые материалы. К ним относятся электрически тонкие материалы толщиной 0,01…0,05 мм. Фольговые материалы в основном производятся из диамагнитных материалов – алюминий, латунь, цинк.

    Перспективным направлением в области экранирования является применение токопроводящих красок, так как они дешевые, не требуют работ по монтажу, просты в применении. Токопроводящие краски создаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих составляющих, пластификатора и отвердителя. В качестве токопроводящих пигментов используют коллоидное серебро, графит, сажу, оксиды металлов, порошковую медь, алюминий.

    Токопроводящие краски лишены недостатков листовых экранов и механических решеток, так как достаточно устойчивы в условиях резких климатических изменений и просты в эксплуатации.

    Следует отметить, что экранироваться могут не только отдельные ТСПИ, но и помещения в целом. В неэкранированных помещениях функции экрана частично выполняют железобетонные составляющие в стенах. В окнах и дверях их нет, поэтому они более уязвимы.

    При экранировании помещений используются: листовая сталь толщиной до 2 мм, стальная (медная, латунная) сетка с ячейкой до 2,5 мм. В защищенных помещениях экранируются двери и окна. Окна экранируются сеткой, металлизированными шторами, металлизацией стекол и оклеиванием их токопроводящими пленками. Двери выполняются из стали или покрываются токопроводящими материалами (стальной лист, металлическая сетка). Особое внимание обращается на наличие электрического контакта токопроводящих слоев двери и стен по всему периметру дверного проема. При экранировании полей недопустимо наличие зазоров, щелей в экране. Размер ячейки сетки должен быть не более 0,1 длины волны излучения.

    Степень экранирующего действия типов зданий приведена в таблице 16.1.

    Тип здания Степень экранирования, Дб
    100МГц 500 МГц 1000 МГц
    Оконный проем 30% от площади стены
    Деревянное здание толщина стен 20 см 5...7 7…9 9...11
    Кирпичное здание, толщина стен 1.5 кирпича 13…15 15…17 16...19
    Железобетонное здание, ячейка арматуры 15x15 см и толщиной стен 160 см 20…25 18...19 15...17
    Оконный проем 30% от площади стены, закрытый металлической решеткой с ячейкой 5x5
    Деревянное здание толщина стен 20 см 6…8 10…12 12…14
    Кирпичное здание, толщина стен 1.5 кирпича 17…19 20…22 22…25
    Железобетонное здание, ячейка арматуры 15x15 см и толщиной стен 160 см 28…32 23…27 20…25

    В защищенной ПЭВМ, например, экранируются блоки управления электронно-лучевой трубкой, корпус выполняется из стали или металлизируется изнутри, экран монитора покрывается токопроводящей заземленной пленкой и (или) защищается металлической сеткой.

    Следует отметить, что помимо функции защиты от утечки информации через ПЭМИН, экранирование может снизить вредное воздействие электромагнитного излучения на людей и уровень шумов при работе ТСПИ.

    Заземление

    Экранирование ТСПИ и соединительных цепей эффективно только в случае их правильного заземления. Заземление состоит из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем. Заземлитель – это проводящая часть, которая может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Заземлитель соединен с землей. Защитное действие заземления основано на двух принципах:

  • уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
  • отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом.

    • Существуют различные схемы заземлений, самые распространенные из которых одноточечные, многоточечные и комбинированные (гибридные).

    На рис 16.2 представлена одноточечная последовательная схема заземления.

    (рис 16.2) Одноточечная последовательная схема заземления

    Основным достоинством данного типа заземления является простота. Основным недостатком – появление опасного сигнала ввиду возникновения обратных токов в общем проводе заземляющей цепи.

    Одноточечная параллельная схема заземления лишена данных недостатков (рис 16.3). Тем не менее, количество проводников здесь больше, следовательно, труднее обеспечить требуемый для заземления уровень сопротивления. Более того, между проводниками могут возникать нежелательные связи, которые создают несколько путей заземления для каждого устройства. В результате в системе заземления могут возникнуть уравнительные токи и появиться разность потенциалов между различными устройствами.

    (рис 16.3) Одноточечная параллельная схема заземления

    Многоточечная схема заземления (рис 16.4) практически свободна от недостатков, присущих одноточечной схеме. В данной схеме каждое устройство отдельно заземлено.

    (рис 16.4) Многоточечная схема заземления

    Как правило, одноточечное заземление применяется на низких частотах при небольших размерах заземляемых устройств и маленьких расстояниях между ними. На высоких частотах при больших размерах заземляемых устройств и значительных расстояниях между ними используется многоточечная система заземления. В промежуточных случаях эффективна комбинированная (гибридная) система заземления, представляющая собой различные сочетания одноточечной, многоточечной и плавающей заземляющих систем.

    Ключевой характеристикой заземления является электрическое сопротивление цепи заземления. Сопротивление заземления определяется главным образом сопротивлением растекания тока в земле. Чем ниже сопротивление, тем эффективнее заземление. Величину сопротивления можно снизить за счет уменьшения переходного сопротивления (между заземлителем и землей) путем тщательной очистки поверхности трубы от грязи и ржавчины, подсыпкой в лунку по всей ее высоте поваренной соли и утрамбовкой почвы вокруг каждой трубы.

    Фильтрация опасных сигналов

    Еще одним методом локализации опасных сигналов является фильтрация. Фильтрация применяется к источникам электромагнитных полей и наводок с целью предотвращения распространения опасных сигналов за их пределы. Для фильтрации в цепях питания технических средств применяются разделительные трансформаторы и помехоподавляющие фильтры.

    Разделяющие трансформаторы обеспечивают развязку первичной и вторичной цепей по сигналам наводки. То есть наводки первичной обмотки трансформатора не должны попадать во вторичную. Для уменьшения влияния паразитных индуктивных и емкостных связей между обмотками трансформатора ставят экран. Чаще всего экран представляет собой заземленную прокладку или фольгу, которая укладывается между двумя обмотками трансформатора. Благодаря этому наводки, возникающие в первичной цепи "выбирают" путь с наименьшим сопротивлением. Применение в разделительных трансформаторах экранирования позволяет существенно (более чем на 40 дБ) уменьшить уровень наводок.

    Помехоподавляющие фильтры . К помехоподавляющим фильтрам относятся фильтры нижних и верхних частот, полосовые, заграждающие и т.п. Основное назначение фильтров - пропускать сигналы с частотами, лежащими в заданной полосе частот, и подавлять (ослаблять) сигналы с частотами, лежащими за пределами этой полосы. Для исключения просачивания информационных сигналов в цепи электропитания используются фильтры нижних частот, которые пропускают сигналы с частотами ниже граничной частоты (f ? fгр) и подавляет - с частотами выше граничной частоты.

    Количественно эффективность фильтра можно оценить по тому, насколько он ослабляет опасный сигнал, в соответствии с формулой:

    $$A=20 \cdot lg({\frac {U_1} {U_2}}), Дб$$

    $$U_1$$ - напряжение опасного сигнала на входе фильтра;

    $$U_2$$ - напряжение опасного сигнала на выходе фильтра.

    Основные требования, предъявляемые к защитным фильтрам, заключаются в следующем:

  • величины рабочего напряжения и тока фильтра должны соответствовать напряжению и току фильтруемой цепи;
  • величина ослабления нежелательных сигналов в диапазоне рабочих частот должна быть не менее требуемой;
  • ослабление полезного сигнала в полосе прозрачности фильтра должно быть незначительным;
    •

    К фильтрам цепей питания наряду с перечисленными выше предъявляются следующие дополнительные требования [16.2]:

  • затухание, вносимое такими фильтрами в цепи постоянного тока или переменного тока основной частоты, должно быть минимальным (например, 0,2 дБ и менее) и иметь большое значение (более 60 дБ) в полосе подавления, которая в зависимости от конкретных условий может быть достаточно широкой (до 10 ГГц);
  • сетевые фильтры должны эффективно работать при сильных проходящих токах, высоких напряжениях и высоких уровнях мощности проходящих и задерживаемых электромагнитных колебаний;
  • ограничения, накладываемые на допустимые уровни нелинейных искажений формы напряжения питания при максимальной нагрузке, должны быть достаточно жесткими (например, уровни гармонических составляющих напряжения питания с частотами выше 10 кГц должны быть на 80 дБ ниже уровня основной гармоники).
    •

    На практике между входом и выходом фильтра существует паразитная связь, которая не позволяет получить затухание опасного сигнала более 100 Дб. Если при этом фильтр не экранирован и сигнал подается и снимается с помощью неэкранированных соединений, затухание не превышает 40..60 Дб.

    Конструктивно фильтры подразделяются на:

  • фильтры на элементах с сосредоточенными параметрами (LC- фильтры) - обычно предназначены для работы на частотах до 300 МГц;
  • фильтры с распределенными параметрами (полосковые, коаксиальные или волноводные) - применяются на частотах свыше 1 ГГц;
  • комбинированные - применяются на частотах 300 МГц ... 1 ГГц.
    •

    Среди сетевых помехоподавляющих фильтров, выпускаемых отечественной промышленностью, получили распространение фильтры, параметры которых приведены в таблице 16.2. Эти фильтры представляют собой n-звенные пассивные LC-фильтры, выполненные в герметичных металлических корпусах. Соединение входа-выхода фильтра с электросетью и нагрузкой осуществляется с помощью проходных контактов, состоящих из вывода, запрессованного в изолирующую втулку. Наружные металлические детали фильтра защищены от коррозии гальванопокрытием.

    Наименование фильтра Ток, А (не более) Частотный диапазон, МГц Вносимое затухание, дБ Габаритные размеры, мм Масса, кг (не более)
    ФПБМ-1/2/3 5/10/20 0,01... 10000 60...90 240х75х55 1,8
    ФТМА 0,5 0,01... 1000 25...70 45х40х25 0,1
    ФСГА 6 0,01...500 40...60 180х140х50 1,7
    ФППС 3 0,1... 1000 40...60 62х52х42 0,35
    ФСБШ-2/4/7 1/2/5 0,01...500 15...50 104х90х60 0,6
    ФСШК-1/ФСШК-2 3/6 0,1...1000 40...70 62х52х42 0,25
    ФПБД 15 0,01... 1000 30...60 104х94х52 0,6
    ФСМА 30 0,01...1000 30...60 104х94х52 0,7
    ФСБШ-9 10 0,01... 1000 15...50 104х78х30 0,26

    На рис 16.5 показан внешний вид фильтра ФПБМ-3.

    (рис 16.5) Внешний вид фильтра ФПБМ-3

    Почти все типы фильтров, приведенные в таблице 16.2, рассчитаны на жесткие условия эксплуатации с гарантированным сроком не менее 5 лет со дня изготовления. В отличие от ранее разработанных фильтров (типов ФП, ФПВЧ, ФПС и др.) в этих фильтрах при синтезе их частотных характеристик были использованы паразитные параметры элементов и дроссели на составных магнитопроводах, что позволило значительно улучшить их объемные и весовые характеристики.

    Следует отметить, что требования к помехоподавляющим фильтрам регулируются законодательством, в частности ГОСТ 13661-92 и РД 11 0956-96.

    Указанные в таблице 16.2 фильтры прошли специальные исследования в соответствии с регламентирующими документами Гостехкомиссии России и могут быть использованы в помещениях, где циркулирует секретная информация в речевой форме, и установлены технические устройства, обрабатывающие секретную информацию.

    Подводя итог, можно сделать вывод о том, что основными характеристиками помехоподавляющего фильтра являются рабочий диапазон частот, ток и величина нагрузки. При выборе фильтра потребитель должен также учитывать условия эксплуатации фильтра, так как от этого зависит не только его работоспособность, но и требуемые объемные и весовые характеристики.

    Зашумление

    Пассивные методы защиты, рассмотренные ранее, рассчитаны на снижение уровня сигнал/шум на границе контролируемой зоны. Иногда, несмотря на применение фильтров и экранирования, данное отношение превышает установленный допустимый уровень. В этом случае применяются активные методы защиты, основанные на создании помех для технических средств злоумышленника с целью уменьшения отношения сигнал/шум на входе его приемной аппаратуры.

    Для исключения перехвата ПЭМИН по электромагнитному каналу используется пространственное зашумление, а для исключения съема наводок информационных сигналов с посторонних проводников и соединительных линий вспомогательных технических средств обработки, передачи и хранения информации - линейное зашумление.

    К системе пространственного зашумления, применяемой для создания маскирующих электромагнитных помех, предъявляются следующие требования:

  • система должна создавать электромагнитные помехи в диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
  • создаваемые помехи не должны иметь регулярной структуры;
  • уровень создаваемых помех (как по электрической, так и по магнитной составляющей поля) должен обеспечить отношение с/ш на границе контролируемой зоны меньше допустимого значения во всем диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
  • система должна создавать помехи как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией (поэтому выбору антенн для генераторов помех уделяется особое внимание);
  • на границе контролируемой зоны уровень помех, создаваемых системой пространственного зашумления, не должен превышать требуемых норм по электромагнитной совместимости.
    •

    Пространственное зашумление считается успешным, если отношение сигнал/шум на границе контролируемой зоны не превышает установленного значения. Это допустимое значение рассчитывается по специальным методикам для каждой частоты ПЭМИ средства обработки, передачи и хранения защищаемой информации.

    В системах пространственного зашумления наиболее широко используются "синфазные помехи" и "белый шум". Первые применяются преимущественно для защиты ПЭВМ. В "синфазных помехах" в качестве сигнала зашумления используются импульсы со случайной амплитудой, синхронизированные с импульсами защищаемого информационного сигнала. Таким образом генерируются, так называемые, имитационные помехи, по спектральному составу похожие на защищаемые сигналы.

    "Белый шум" представляет собой широкополосный сигнал с равномерным энергетическим спектром во всем рабочем диапазоне частот. Уровень мощности такого сигнала существенно превышает уровень мощности ПЭМИ. "Белый шум" применяется для защиты многих устройств, в частности, электронно-вычислительной техники, систем внутреннего телевидения и т.п.

    Генераторы шума выполняются в виде отдельного блока с питанием от сети или в виде отдельной платы, вставляемой в свободный слот компьютера.

    Основные характеристики генераторов шума для пространственного зашумления представлены в таблице 16.3.

    Характеристика Тип (модель)
    ГШ-1000 ГШ-К-1000 Смог Гном-3
    Диапазон частот, МГц 0,1 ... 1000 0,1 ... 1000 0,00005 ... 1000 0,01 ... 1000
    Спектральная плотность мощности шума, дБ 40 ... 75 40 ... 75 55 ... 80 45 ... 75
    Вид антенны Рамочная жесткая Рамочная мягкая Подставки под монитор и принтер Рамочная гибкая
    Конструктивное исполнение Переносной Бескорпусной, вставляется в слот ПЭВМ Бескорпусной, вставляется в слот ПЭВМ Стационарный

    Диапазон рабочих частот генераторов шума от 0,01 ... 0,1 до 1000 МГц. При мощности излучения около 20 Вт обеспечивается спектральная плотность помехи 40 ... 80 дБ [16.1].

    Системы линейного зашумления применяются для маскировки наведенных опасных сигналов в посторонних проводниках и соединительных линиях ВТСС, выходящих за пределы контролируемой зоны.

    Система линейного зашумления в общем случае состоит из генератора шумового сигнала, который формирует шумовое маскирующее напряжение с заданными характеристиками. Генератор шума подключается к линии, которую необходимо "зашумить". Характеристики некоторых генераторов шума, используемых в системах линейного зашумления, представлены в таблице 16.4.

    Характеристика Тип (модель)
    Гром-ЗИ-4 Гном-2С
    Диапазон частот, МГц 20 ... 1000 0,01 ... 1000
    Спектральная плотность мощности шума, дБ 40 ... 90 50 ... 80
    Вид антенны Телескопическая Рамочная
    Конструктивное исполнение Переносной Стационарный

    Применение генераторов шума для защиты информации от утечки через ПЭМИН, помимо выполнения своей основной функции, может внести помехи легитимным радиоэлектронным устройствам (например, системам телевидения, радио и т.п.). Поэтому при выборе и покупке активного средства защиты следует обращать внимание на его соответствие требованиям обеспечения электромагнитной совместимости.

    Страницы:

    Пассивные и активные методы защиты

    Защита информации от утечки через ПЭМИН осуществляется с применением пассивных и активных методов и средств.

    Пассивные методы защиты информации направлены на:

  • ослабление побочных электромагнитных излучений (информационных сигналов) ОТСС на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
  • ослабление наводок побочных электромагнитных излучений в посторонних проводниках и соединительных линиях, выходящих за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
  • исключение или ослабление просачивания информационных сигналов в цепи электропитания, выходящие за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов.

    • Активные методы защиты информации направлены на:

  • создание маскирующих пространственных электромагнитных помех с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала;
  • создание маскирующих электромагнитных помех в посторонних проводниках и соединительных линиях с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала.
    •

    Рассмотрим более подробно наиболее распространенные методы пассивной и активной защиты от ПЭМИН.

    Экранирование технических средств

    Как известно из предыдущих лекций, при функционировании технических средств обработки, приема, хранения и передачи информации (ТСПИ) создаются побочные токи и поля, которые могут быть использованы злоумышленником для съема информации. Подводя итог, можно сделать вывод, что между двумя токопроводящими элементами могут возникнуть следующие виды связи:

  • через электрическое поле;
  • через магнитное поле;
  • через электромагнитное поле;
  • через соединительные провода.

    • Основной характеристикой поля является его напряженность. Для электрического и магнитного полей в свободном пространстве она обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника сигнала. Напряженность электромагнитного поля обратно пропорциональна первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной или волновой линии с расстоянием падает медленно. Следовательно, на малом расстоянии от источника сигнала имеют место все четыре вида связи. По мере увеличения расстояния сначала исчезают электрическое и магнитное поля, затем - электромагнитное поле и на очень большом расстоянии влияет только связь по проводам и волноводам.

    Одним из наиболее эффективных пассивных методов защиты от ПЭМИ является экранирование. Экранирование - локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

    Различают три вида экранирования:

  • электростатическое;
  • магнитостатическое;
  • электромагнитное.
    •

    Электростатическое экранирование заключается в замыкании электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводе электрических зарядов на землю (на корпус прибора) с помощью контура заземления. Последний должен иметь сопротивление не больше 4 Ом. Применение металлических экранов весьма эффективно и позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При правильном использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника сигнала в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана.

    Эффективность применения экрана во многом зависит от качества соединения корпуса ТСПИ с экраном. Здесь особое значение имеет отсутствие соединительных проводов между частями экрана и корпусом ТСПИ.

    Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом [16.2]:

  • конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
  • в области низких частот (при глубине проникновения (δ) больше толщины (d), т.е. при δ > d) 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 (при d < δ) эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.
    •

    При экранировании магнитных полей различают низкочастотные магнитные поля и высокочастотные. Магнитостатическое экранирование используется для наводок низкой частоты в диапазоне от 0 до 3…10 кГц. Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счет направленности силовых линий вдоль стенок экрана.

    Рассмотрим более подробно принцип магнитостатического экранирования.

    Вокруг элемента (пусть это будет виток) с постоянным током существует магнитное поле напряженностью H0, которое необходимо экранировать. Для этого окружим виток замкнутым экраном, магнитная проницаемость µ которого больше единицы. Экран намагнитится, в результате чего создастся вторичное поле, которое ослабит первичное поле вне экрана. То есть силовые линии поля витка, встречая экран, обладающий меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух, стремятся пройти по стенкам экрана и в меньшем количестве доходят до пространства вне экрана. Такой экран одинаково пригоден для защиты от воздействия магнитного поля и для защиты внешнего пространства от влияния магнитного поля созданного источником внутри экрана (Рисунок 16.1).

    (рис 16.1) Магнитостатическое экранирование

    Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим [16.2]:

  • магнитная проницаемость µ материала экрана должна быть возможно 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.

    Электромагнитное экранирование применяется на высоких частотах. Действие такого экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданными вихревыми токами обратного напряжения. Этот способ экранирования может ослаблять как магнитные, так и электрические поля, поэтому называется электромагнитным.

    Упрощенная физическая сущность электромагнитного экранирования 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 противоположны полям источника и примерно равны ему по интенсивности. Два поля компенсируют друг друга.

    С точки зрения волновых представлений эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания энергии волн в его металлической толще. Отражение электромагнитной энергии обусловлено несоответствием волновых характеристик диэлектрика, в котором расположен экран и материала экрана. Чем больше это несоответствие, чем больше отличаются волновые сопротивления экрана и диэлектрика, тем интенсивнее частичный эффект экранирования определяемый отражением электромагнитных волн[16.4].

    Выбор материала для экрана зависит от многих условий. Металлические материалы выбирают по следующим критериям и условиям:

  • необходимость достижения определенной величины ослабления электромагнитного поля при наличии ограничения размеров экрана и его влияния на объект защиты;
  • устойчивость и прочность металла как материала.
    •

    Среди наиболее распространенных металлов для изготовления экранов можно назвать сталь, медь, алюминий, латунь. Популярность этих материалов в первую очередь обусловлена достаточно высокой эффективностью экранирования. Сталь популярна также вследствие возможности использования сварки при монтаже экрана.

    К недостаткам листовых металлических экранов можно отнести высокую стоимость, большой вес, крупные габариты и сложность монтажа. Этих недостатков лишены металлические сетки. Они легче, проще в изготовлении и размещении, дешевле. Основными параметрами сетки является ее шаг, равный расстоянию между соседними центрами проволоки, радиус проволоки и удельная проводимость материала сетки. К недостаткам металлических сеток относят, прежде всего, высокий износ по сравнению с листовыми экранами.

    Для экранирования также применяются фольговые материалы. К ним относятся электрически тонкие материалы толщиной 0,01…0,05 мм. Фольговые материалы в основном производятся из диамагнитных материалов – алюминий, латунь, цинк.

    Перспективным направлением в области экранирования является применение токопроводящих красок, так как они дешевые, не требуют работ по монтажу, просты в применении. Токопроводящие краски создаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих составляющих, пластификатора и отвердителя. В качестве токопроводящих пигментов используют коллоидное серебро, графит, сажу, оксиды металлов, порошковую медь, алюминий.

    Токопроводящие краски лишены недостатков листовых экранов и механических решеток, так как достаточно устойчивы в условиях резких климатических изменений и просты в эксплуатации.

    Следует отметить, что экранироваться могут не только отдельные ТСПИ, но и помещения в целом. В неэкранированных помещениях функции экрана частично выполняют железобетонные составляющие в стенах. В окнах и дверях их нет, поэтому они более уязвимы.

    При экранировании помещений используются: листовая сталь толщиной до 2 мм, стальная (медная, латунная) сетка с ячейкой до 2,5 мм. В защищенных помещениях экранируются двери и окна. Окна экранируются сеткой, металлизированными шторами, металлизацией стекол и оклеиванием их токопроводящими пленками. Двери выполняются из стали или покрываются токопроводящими материалами (стальной лист, металлическая сетка). Особое внимание обращается на наличие электрического контакта токопроводящих слоев двери и стен по всему периметру дверного проема. При экранировании полей недопустимо наличие зазоров, щелей в экране. Размер ячейки сетки должен быть не более 0,1 длины волны излучения.

    Степень экранирующего действия типов зданий приведена в таблице 16.1.

    Тип здания Степень экранирования, Дб
    100МГц 500 МГц 1000 МГц
    Оконный проем 30% от площади стены
    Деревянное здание толщина стен 20 см 5...7 7…9 9...11
    Кирпичное здание, толщина стен 1.5 кирпича 13…15 15…17 16...19
    Железобетонное здание, ячейка арматуры 15x15 см и толщиной стен 160 см 20…25 18...19 15...17
    Оконный проем 30% от площади стены, закрытый металлической решеткой с ячейкой 5x5
    Деревянное здание толщина стен 20 см 6…8 10…12 12…14
    Кирпичное здание, толщина стен 1.5 кирпича 17…19 20…22 22…25
    Железобетонное здание, ячейка арматуры 15x15 см и толщиной стен 160 см 28…32 23…27 20…25

    В защищенной ПЭВМ, например, экранируются блоки управления электронно-лучевой трубкой, корпус выполняется из стали или металлизируется изнутри, экран монитора покрывается токопроводящей заземленной пленкой и (или) защищается металлической сеткой.

    Следует отметить, что помимо функции защиты от утечки информации через ПЭМИН, экранирование может снизить вредное воздействие электромагнитного излучения на людей и уровень шумов при работе ТСПИ.

    Заземление

    Экранирование ТСПИ и соединительных цепей эффективно только в случае их правильного заземления. Заземление состоит из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем. Заземлитель – это проводящая часть, которая может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Заземлитель соединен с землей. Защитное действие заземления основано на двух принципах:

  • уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
  • отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом.

    • Существуют различные схемы заземлений, самые распространенные из которых одноточечные, многоточечные и комбинированные (гибридные).

    На рис 16.2 представлена одноточечная последовательная схема заземления.

    (рис 16.2) Одноточечная последовательная схема заземления

    Основным достоинством данного типа заземления является простота. Основным недостатком – появление опасного сигнала ввиду возникновения обратных токов в общем проводе заземляющей цепи.

    Одноточечная параллельная схема заземления лишена данных недостатков (рис 16.3). Тем не менее, количество проводников здесь больше, следовательно, труднее обеспечить требуемый для заземления уровень сопротивления. Более того, между проводниками могут возникать нежелательные связи, которые создают несколько путей заземления для каждого устройства. В результате в системе заземления могут возникнуть уравнительные токи и появиться разность потенциалов между различными устройствами.

    (рис 16.3) Одноточечная параллельная схема заземления

    Многоточечная схема заземления (рис 16.4) практически свободна от недостатков, присущих одноточечной схеме. В данной схеме каждое устройство отдельно заземлено.

    (рис 16.4) Многоточечная схема заземления

    Как правило, одноточечное заземление применяется на низких частотах при небольших размерах заземляемых устройств и маленьких расстояниях между ними. На высоких частотах при больших размерах заземляемых устройств и значительных расстояниях между ними используется многоточечная система заземления. В промежуточных случаях эффективна комбинированная (гибридная) система заземления, представляющая собой различные сочетания одноточечной, многоточечной и плавающей заземляющих систем.

    Ключевой характеристикой заземления является электрическое сопротивление цепи заземления. Сопротивление заземления определяется главным образом сопротивлением растекания тока в земле. Чем ниже сопротивление, тем эффективнее заземление. Величину сопротивления можно снизить за счет уменьшения переходного сопротивления (между заземлителем и землей) путем тщательной очистки поверхности трубы от грязи и ржавчины, подсыпкой в лунку по всей ее высоте поваренной соли и утрамбовкой почвы вокруг каждой трубы.

    Фильтрация опасных сигналов

    Еще одним методом локализации опасных сигналов является фильтрация. Фильтрация применяется к источникам электромагнитных полей и наводок с целью предотвращения распространения опасных сигналов за их пределы. Для фильтрации в цепях питания технических средств применяются разделительные трансформаторы и помехоподавляющие фильтры.

    Разделяющие трансформаторы обеспечивают развязку первичной и вторичной цепей по сигналам наводки. То есть наводки первичной обмотки трансформатора не должны попадать во вторичную. Для уменьшения влияния паразитных индуктивных и емкостных связей между обмотками трансформатора ставят экран. Чаще всего экран представляет собой заземленную прокладку или фольгу, которая укладывается между двумя обмотками трансформатора. Благодаря этому наводки, возникающие в первичной цепи "выбирают" путь с наименьшим сопротивлением. Применение в разделительных трансформаторах экранирования позволяет существенно (более чем на 40 дБ) уменьшить уровень наводок.

    Помехоподавляющие фильтры . К помехоподавляющим фильтрам относятся фильтры нижних и верхних частот, полосовые, заграждающие и т.п. Основное назначение фильтров - пропускать сигналы с частотами, лежащими в заданной полосе частот, и подавлять (ослаблять) сигналы с частотами, лежащими за пределами этой полосы. Для исключения просачивания информационных сигналов в цепи электропитания используются фильтры нижних частот, которые пропускают сигналы с частотами ниже граничной частоты (f ? fгр) и подавляет - с частотами выше граничной частоты.

    Количественно эффективность фильтра можно оценить по тому, насколько он ослабляет опасный сигнал, в соответствии с формулой:

    $$A=20 \cdot lg({\frac {U_1} {U_2}}), Дб$$

    $$U_1$$ - напряжение опасного сигнала на входе фильтра;

    $$U_2$$ - напряжение опасного сигнала на выходе фильтра.

    Основные требования, предъявляемые к защитным фильтрам, заключаются в следующем:

  • величины рабочего напряжения и тока фильтра должны соответствовать напряжению и току фильтруемой цепи;
  • величина ослабления нежелательных сигналов в диапазоне рабочих частот должна быть не менее требуемой;
  • ослабление полезного сигнала в полосе прозрачности фильтра должно быть незначительным;
    •

    К фильтрам цепей питания наряду с перечисленными выше предъявляются следующие дополнительные требования [16.2]:

  • затухание, вносимое такими фильтрами в цепи постоянного тока или переменного тока основной частоты, должно быть минимальным (например, 0,2 дБ и менее) и иметь большое значение (более 60 дБ) в полосе подавления, которая в зависимости от конкретных условий может быть достаточно широкой (до 10 ГГц);
  • сетевые фильтры должны эффективно работать при сильных проходящих токах, высоких напряжениях и высоких уровнях мощности проходящих и задерживаемых электромагнитных колебаний;
  • ограничения, накладываемые на допустимые уровни нелинейных искажений формы напряжения питания при максимальной нагрузке, должны быть достаточно жесткими (например, уровни гармонических составляющих напряжения питания с частотами выше 10 кГц должны быть на 80 дБ ниже уровня основной гармоники).
    •

    На практике между входом и выходом фильтра существует паразитная связь, которая не позволяет получить затухание опасного сигнала более 100 Дб. Если при этом фильтр не экранирован и сигнал подается и снимается с помощью неэкранированных соединений, затухание не превышает 40..60 Дб.

    Конструктивно фильтры подразделяются на:

  • фильтры на элементах с сосредоточенными параметрами (LC- фильтры) - обычно предназначены для работы на частотах до 300 МГц;
  • фильтры с распределенными параметрами (полосковые, коаксиальные или волноводные) - применяются на частотах свыше 1 ГГц;
  • комбинированные - применяются на частотах 300 МГц ... 1 ГГц.
    •

    Среди сетевых помехоподавляющих фильтров, выпускаемых отечественной промышленностью, получили распространение фильтры, параметры которых приведены в таблице 16.2. Эти фильтры представляют собой n-звенные пассивные LC-фильтры, выполненные в герметичных металлических корпусах. Соединение входа-выхода фильтра с электросетью и нагрузкой осуществляется с помощью проходных контактов, состоящих из вывода, запрессованного в изолирующую втулку. Наружные металлические детали фильтра защищены от коррозии гальванопокрытием.

    Наименование фильтра Ток, А (не более) Частотный диапазон, МГц Вносимое затухание, дБ Габаритные размеры, мм Масса, кг (не более)
    ФПБМ-1/2/3 5/10/20 0,01... 10000 60...90 240х75х55 1,8
    ФТМА 0,5 0,01... 1000 25...70 45х40х25 0,1
    ФСГА 6 0,01...500 40...60 180х140х50 1,7
    ФППС 3 0,1... 1000 40...60 62х52х42 0,35
    ФСБШ-2/4/7 1/2/5 0,01...500 15...50 104х90х60 0,6
    ФСШК-1/ФСШК-2 3/6 0,1...1000 40...70 62х52х42 0,25
    ФПБД 15 0,01... 1000 30...60 104х94х52 0,6
    ФСМА 30 0,01...1000 30...60 104х94х52 0,7
    ФСБШ-9 10 0,01... 1000 15...50 104х78х30 0,26

    На рис 16.5 показан внешний вид фильтра ФПБМ-3.

    (рис 16.5) Внешний вид фильтра ФПБМ-3

    Почти все типы фильтров, приведенные в таблице 16.2, рассчитаны на жесткие условия эксплуатации с гарантированным сроком не менее 5 лет со дня изготовления. В отличие от ранее разработанных фильтров (типов ФП, ФПВЧ, ФПС и др.) в этих фильтрах при синтезе их частотных характеристик были использованы паразитные параметры элементов и дроссели на составных магнитопроводах, что позволило значительно улучшить их объемные и весовые характеристики.

    Следует отметить, что требования к помехоподавляющим фильтрам регулируются законодательством, в частности ГОСТ 13661-92 и РД 11 0956-96.

    Указанные в таблице 16.2 фильтры прошли специальные исследования в соответствии с регламентирующими документами Гостехкомиссии России и могут быть использованы в помещениях, где циркулирует секретная информация в речевой форме, и установлены технические устройства, обрабатывающие секретную информацию.

    Подводя итог, можно сделать вывод о том, что основными характеристиками помехоподавляющего фильтра являются рабочий диапазон частот, ток и величина нагрузки. При выборе фильтра потребитель должен также учитывать условия эксплуатации фильтра, так как от этого зависит не только его работоспособность, но и требуемые объемные и весовые характеристики.

    Зашумление

    Пассивные методы защиты, рассмотренные ранее, рассчитаны на снижение уровня сигнал/шум на границе контролируемой зоны. Иногда, несмотря на применение фильтров и экранирования, данное отношение превышает установленный допустимый уровень. В этом случае применяются активные методы защиты, основанные на создании помех для технических средств злоумышленника с целью уменьшения отношения сигнал/шум на входе его приемной аппаратуры.

    Для исключения перехвата ПЭМИН по электромагнитному каналу используется пространственное зашумление, а для исключения съема наводок информационных сигналов с посторонних проводников и соединительных линий вспомогательных технических средств обработки, передачи и хранения информации - линейное зашумление.

    К системе пространственного зашумления, применяемой для создания маскирующих электромагнитных помех, предъявляются следующие требования:

  • система должна создавать электромагнитные помехи в диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
  • создаваемые помехи не должны иметь регулярной структуры;
  • уровень создаваемых помех (как по электрической, так и по магнитной составляющей поля) должен обеспечить отношение с/ш на границе контролируемой зоны меньше допустимого значения во всем диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;
  • система должна создавать помехи как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией (поэтому выбору антенн для генераторов помех уделяется особое внимание);
  • на границе контролируемой зоны уровень помех, создаваемых системой пространственного зашумления, не должен превышать требуемых норм по электромагнитной совместимости.
    •

    Пространственное зашумление считается успешным, если отношение сигнал/шум на границе контролируемой зоны не превышает установленного значения. Это допустимое значение рассчитывается по специальным методикам для каждой частоты ПЭМИ средства обработки, передачи и хранения защищаемой информации.

    В системах пространственного зашумления наиболее широко используются "синфазные помехи" и "белый шум". Первые применяются преимущественно для защиты ПЭВМ. В "синфазных помехах" в качестве сигнала зашумления используются импульсы со случайной амплитудой, синхронизированные с импульсами защищаемого информационного сигнала. Таким образом генерируются, так называемые, имитационные помехи, по спектральному составу похожие на защищаемые сигналы.

    "Белый шум" представляет собой широкополосный сигнал с равномерным энергетическим спектром во всем рабочем диапазоне частот. Уровень мощности такого сигнала существенно превышает уровень мощности ПЭМИ. "Белый шум" применяется для защиты многих устройств, в частности, электронно-вычислительной техники, систем внутреннего телевидения и т.п.

    Генераторы шума выполняются в виде отдельного блока с питанием от сети или в виде отдельной платы, вставляемой в свободный слот компьютера.

    Основные характеристики генераторов шума для пространственного зашумления представлены в таблице 16.3.

    Характеристика Тип (модель)
    ГШ-1000 ГШ-К-1000 Смог Гном-3
    Диапазон частот, МГц 0,1 ... 1000 0,1 ... 1000 0,00005 ... 1000 0,01 ... 1000
    Спектральная плотность мощности шума, дБ 40 ... 75 40 ... 75 55 ... 80 45 ... 75
    Вид антенны Рамочная жесткая Рамочная мягкая Подставки под монитор и принтер Рамочная гибкая
    Конструктивное исполнение Переносной Бескорпусной, вставляется в слот ПЭВМ Бескорпусной, вставляется в слот ПЭВМ Стационарный

    Диапазон рабочих частот генераторов шума от 0,01 ... 0,1 до 1000 МГц. При мощности излучения около 20 Вт обеспечивается спектральная плотность помехи 40 ... 80 дБ [16.1].

    Системы линейного зашумления применяются для маскировки наведенных опасных сигналов в посторонних проводниках и соединительных линиях ВТСС, выходящих за пределы контролируемой зоны.

    Система линейного зашумления в общем случае состоит из генератора шумового сигнала, который формирует шумовое маскирующее напряжение с заданными характеристиками. Генератор шума подключается к линии, которую необходимо "зашумить". Характеристики некоторых генераторов шума, используемых в системах линейного зашумления, представлены в таблице 16.4.

    Характеристика Тип (модель)
    Гром-ЗИ-4 Гном-2С
    Диапазон частот, МГц 20 ... 1000 0,01 ... 1000
    Спектральная плотность мощности шума, дБ 40 ... 90 50 ... 80
    Вид антенны Телескопическая Рамочная
    Конструктивное исполнение Переносной Стационарный

    Применение генераторов шума для защиты информации от утечки через ПЭМИН, помимо выполнения своей основной функции, может внести помехи легитимным радиоэлектронным устройствам (например, системам телевидения, радио и т.п.). Поэтому при выборе и покупке активного средства защиты следует обращать внимание на его соответствие требованиям обеспечения электромагнитной совместимости.

    Предыдущее занятие Следующее занятие
    Вернуться к учебному плану
    ^