Информацонная безопасность датчиков СФЗО

На практике часто приходится решать вопросы о правомерности расположения в ПЗП датчиков охранных и пожарных систем и о согласовании проектной документации на помещения, предназначенные для размещения инфокоммуникационного оборудования. На предпроектном и проектном этапах заказчик и проектировщик выбирают системы кондиционирования, пожарной и охранной сигнализации (ПОС), а специалист по защите КИ должен одобрить их выбор или аргументировать их эквивалентную замену – но для этого надо знать, какими свойствами, с точки защиты КИ, датчики СФЗО обладают.

Нормативные документы предписывают следующее:

- системы ПОС в ПЗП должны строиться только по проводной схеме сбора информации (связь с пультом) и, как правило, размещаться в пределах одной контролируемой зоны;

- в качестве оконечных устройств ПОС в ПЗП разрешается использовать изделия, сертифицированные по требованиям информационной безопасности, или образцы средств, прошедшие специсследования (СИ) и имеющие предписание на эксплуатацию.

Заводы-производители СИ не проводят, поэтому службы безопасности (СБ) заинтересованы в обмене информацией, взаимовыгодных рекомендациях и консультациях в отношении безопасности датчиков ПОС.

Рис. 1. Типовая схема ПОС для ПЗП

Типовая схема системы ПОС показана на рис. 1: здесь датчики КЗ и ХХ отслеживают состояние среды и конструкций, ограждающих ПЗП; шлейфы-кабели (соединительные линии – СЛ) для передачи электрических сигналов от датчиков к промежуточному блоку сбора информации или непосредственно к приемному блоку СФЗО; СЛ для передачи команд на исполнительные устройства системы ПОС. Внутри ПЗП и в контролируемых зонах, таким образом, могут располагаться как датчики, так и СЛ, относящиеся к СФЗО.

Охранные датчики – фиксируют изменения исходных параметров среды и ограждающих конструкций, они реагируют на появление посторонних звуков и предметов, передвижений предметов, нарушение целостности барьеров (световых и инфракрасных лучей, уровней ЭМ поля антенн и т.п.). Нарушение исходного состояния объекта ведет к срабатыванию датчика, которое фиксируется как замкнутый (КЗ) или разомкнутый (ХХ) шлейф со стороны датчика, или более сложный вариант формирования электрического сигнала (ЭС).

Пожарные датчики – фиксируют недопустимое изменение параметров среды: повышение температуры выше критической, задымленность (уменьшение прозрачности) воздуха и т.п. Срабатывание датчика ведет к формированию в нем ЭС по аналогии с предыдущим случаем.

Датчики систем кондиционирования и климат-контроля – постоянно фиксируют изменение заданных параметров среды: температуры и влажности, в рабочем режиме формируют параметрический ЭС, в критических случаях – выдает ЭС тревоги.

С точки зрения защиты КИ, необходимо оценить чувствительность (восприимчивость, приемную способность) датчиков ПОС к акустическим и ЭМ полям, поскольку через них исходные КИ-сигналы в преобразованном виде могут попасть в СЛ, а по ним выйти за пределы ПЗП. К шлейфам, расположенным в ПЗП, предъявляются аналогичные требования.

Уединенные малогабаритные датчики обладают низкой чувствительностью к ЭМ полям, при этом восприимчивость по электрической Е -составляющей определяется емкостью датчика, а по магнитной Н -составляющей – площадью рамки, которую образуют находящиеся внутри него проводники, подсоединенные к шлейфу. Чувствительность датчика к акустическому полю определяется параметрами акустоэлектрического преобразования КИ-сигнала в нем: упругие механические колебания элементов датчика возбуждают на его выходе ЭДС, воздействующую на вход СЛ и т.д. Можно выделить следующие физические явления, приводящие к появлению данной акустоэлектрической ЭДС:

- ЭМ индукция: в катушке индуктивности с сердечником при перемещении витков относительно сердечника возникает индукционный ток – в реле, телефонных капсюлях, микрофонах;

- магнитострикция: деформация магнитного сердечника (особенно разомкнутого) относительно неподвижных витков катушки в магнитострикционных датчиках;

- пьезоэлектрический эффект: на гранях пластины пьезоэлектрика (сегнетоэлектрика), противоположных приложенной механической силе, появляется разность потенциалов – возбуждается ЭДС, что имеет место в пьезоэлектрических устройствах;

- конденсаторный эффект: разность потенциалов между обкладками несимметричного относительно Земли конденсатора с площадью более 10 см² ведет к появлению уравнительных токов между ними, что может быть в антеннах микроволновых датчиков движения;

- изменение сопротивления деформируемой биметаллической пластины: в температурном датчике системы кондиционирования под воздействием звуковой волны;

- изменение переходного сопротивления нормально замкнутого контакта: в герконовых датчиках и вибродатчиках для окон, дверей, форточек;

- полупроводниковые эффекты в сложных датчиках температуры и влажности: под воздействием звуковой волны происходит деформация n-p перехода, приводящая к разбалансировке измерительных мостов в схемах с дифференциальными усилителями.

Опыт проведения СИ показывает, в частности, следующее:

- практически не обладают акустоэлектрическим эффектом и могут применяться в ПЗП без ограничений представленные сегодня на рынке дымовые датчики, контактные легкоплавкие датчики, контактные герконовые датчики, нормально замкнутые наружным цилиндрическим магнитом;

- нежелательно применять в ПЗП контактные герконовые датчики, где замкнутый контакт удерживается расположенным рядом постоянным магнитом, так как при вибрации под воздействием акустического КИ-сигнала изменяется переходное сопротивление контакта и т.д.

Датчики пожарной сигнализации, не подверженные воздействию акустического поля исходного КИ-сигнала и не представляющие угрозы для информационной безопасности ПЗП:

- тепловые датчики в виде двух пружинистых электродов, соединенных между собой легкоплавким сплавом, при заданной высокой температуре контакт прерывается и датчик из состояния КЗ переходит в состояние ХХ;

- дымовые оптические датчики, где источник излучает свет в сторону фотоприемника, в котором при появлении дыма формируется ЭС;

- температурные герконовые датчики с нормально замкнутым контактом, где цилиндрический магнит зафиксирован легкоплавким веществом – при критической температуре магнит смещается и происходит изменение состояния датчика от КЗ к ХХ.

Датчики охранной сигнализации по отношению к воздействию акустического поля являются более вариативными:

- герконовые датчики с нормально замкнутым контактом, где магнит закреплен на открываемой части окна, двери или форточки: переходное сопротивление контакта подвержено воздействию акустического КИ-сигнала (в полосе частот порядка 30 Гц разборчивость речи достигает 30%), поэтому датчик нуждается в блокировке конденсатором 0, 1 мкФ;

- шлейфы из фольги для сигнализации на разрыв петли акустическому воздействию не подвержены и угрозы для информационной безопасности ПЗП не представляют;

- датчики контроля целостности стекол: схема датчика содержит микрофон, реагирующий на звук разбитого стекла, и реле с «сухими контактами», конструктивно защищенные от влияния акустического поля (в рабочее время датчик отключен), контролю и защите от перехвата КИ подлежит цепь электропитания датчика;

- доплеровские датчики движения (СВЧ и инфракрасные, в рабочее время отключены) конструктивно защищены от влияния акустического поля, цепи электропитания автономные и без трансформаторов;

- лазерные и инфракрасные датчики подвержены акустическому влиянию, но в рабочее время они отключены, и угрозы для информационной безопасности ПЗП не представляют.

Шлейфы при неправильном исполнении могут сделать систему ПОС чувствительной как к электрической Е -составляющей, так и к магнитной Н -составляющей ЭМ поля. Последовательное (петлевое, кольцевое) подключение герконовых датчиков к приемному блоку СФЗО по схеме, показанной на рис. 2, создает приемную антенну-рамку, подверженную воздействию всех ЭМ сигналов, существующих в ПЗП, в том числе КИ сигналов.

Рис. 2. Последовательный вариант подключения герконовых датчиков

к шлейфу в СФЗО (петлевое, кольцевое соединение датчиков)

При параллельном (магистральном, шлейфовом) подключении датчиков, показанном на рис. 3, действующие площади аналогичных рамок на два-три порядка уменьшаются, а применение в качестве шлейфа витой пары с шагом порядка 2 см в заземленном у приемного блока замкнутом экране снижает «антенный эффект» шлейфа практически до нуля.

Рис. 3. Параллельный вариант подключения герконовых датчиков

к шлейфу в СФЗО (магистральное, шлейфовое соединение датчиков)

В более сложных случаях датчики подключаются к приемному блоку СФЗО через концентраторы, причем помимо схем на рис. 1-2, здесь могут быть использованы схемы радиального (лучевого) и древовидного соединения датчиков и концентраторов.

Методика анализа неизвестного датчика включает следующие этапы.

1. Изучение технической документации и общих описаний СФЗО и датчиков с целью определить физический механизм и принцип работы каждого датчика, если такой информации нет, поиск аналогов с примерно таким же функциональным назначением.

2. По предполагаемому механизму и принципу работы каждого датчика или его аналога необходимо определить вид и параметры ЭС, на который реагирует приемный блок: в каком формате работает СФЗО с датчиком, аналоговом или цифровом, как выглядит на осциллограмме и какой имеет частотный спектр.

3. На основании полученных исходных данных выдвигается гипотеза о том, как функционально построена схема датчика, какие элементы могут быть у него внутри – с учетом этого перепроверяется и уточняется информация п.п. 1-2.

4. Делается предположительный вывод о том, какие преобразователи КИ находятся внутри датчика – с учетом имеющихся сведений о типовых конструкциях элементов и о том, как они выглядят внешне.

5. Если датчик можно вскрыть, следует найти в нем предполагаемый преобразователь и определить (промерить), как он связан со шлейфом, идущим к приемному блоку СФЗО, с какими элементами датчика электрически соединен шлейф.

6. Если изучить датчик с необходимой полнотой не удается, следует обратиться в лицензированную лабораторию за предписанием на его эксплуатацию.

Сложные (универсальные и гибридные, в том числе «интеллектуальные»: программируемые беспроводные, адресные и т.п.) датчики в ПЗП ставить нежелательно, так как защищать их без ущерба для функциональной чувствительности практически невозможно.

Конструктивные особенности и специфические характеристики электроконтактных устройств (ЭУ) датчиков ПОС.

- механические контакты – это две «подпружиненные» пластинки (нормально замкнутые или нормально разомкнутые) из тугоплавкого металла с высокой проводимостью, величина зазора между ними в разомкнутом состоянии определяет значение емкости, в замкнутом состоянии – переходного сопротивления, на которые может влиять акустическая волна исходного КИ сигнала;

- механические микропереключатели состоят из трех пластинок – при срабатывании плоская пружина, соединенная с центральной пластинкой, «переламывается» и опрокидывает средний контакт к одному из крайних, размыкая другой, причем нормально замкнутые контакты не реагируют на акустическое поле с давлением до 100 дБ, что является абсолютно лучшим результатом для ЭУ;

- герконовые контакты – это две или три узкие позолоченные (платинированные) гибкие металлические полоски, запаянные в стеклянную герметизированную колбу и управляемые внешним магнитным полем – от постоянного магнита или соленоида, конструктивно защищенные от ЭМ помех, но подверженные воздействию (через изменение переходного сопротивления контактов) вибрации и акустического поля с давлением более 85 дБ;

- «сухие контакты» – это понятие означает гальваническую развязку цепей, когда обмотка реле включена в первую электрическую цепь, а его контакты коммутируют элементы вторую цепь, независимые от первой, в данном случае утечки КИ может быть связана с влиянием акустического поля на параметры (переходное сопротивление, емкость) сухого контакта;

- контактные коврики – изготавливаются из листов фольги, разделенных изолятором с отверстиями, размещаются на полу под маскирующим покрытием и срабатывают от давления идущего человека;

- проволочные петли на разрыв – сетка проводов (например, в виде прямоугольной спирали), используется для однократной сигнализации о проломе двери или стены, на вибрацию и акустическое поле не реагирует, обладает существенной чувствительностью к ЭМ полю КИ сигнала как многовитковая рамочная антенна;

- петли из фольги на разрыв – это нормально замкнутые контакты, наклеенные на окна или форточки, которые срабатывают при разбивании стекла и чувствительны к ЭМ полю КИ сигналов как рамочные антенны;

- кнопки тревоги – это «залипающие» контакты, которые срабатывают от легкого нажатия (прикосновения) и надежно удерживаются в новом положении до срабатывания специальной кнопки «возврата», выдерживают акустическое давление до 97 дБ;

- пьезоэлектрические напольные датчики в виде пленки исключают риск ложных срабатываний при деформации контактного коврика, использование в ПЗП нежелательно ввиду возможного акустоэлектрического преобразования исходной КИ;

- инерционные ЭУ могут быть реализованы в виде позолоченных шарика и трех электродов как подставки под него: при нарушения равновесия в ту или иную сторону, шарик теряет контакт с соответствующим электродом и вырабатывается ЭС тревоги, в ПЗП применять такие датчики нежелательно ввиду чувствительности к акустическому полю с давлением более 85 дБ;

- ртутные ЭУ в виде колбочки с ртутью, в которую погружена контактная пара: при большом наклоне колбочки ртуть размыкает контакт, на вибрации и акустическое поле до 100 дБ не реагирует ввиду инерционности (большого удельного веса и вязкости) ртути;

- пневматические ЭУ – представляют собой трубчатые шланги из пластика или резины со сжатым воздухом, который при сдавливании трубки воздействует на датчик давления и замыкает в нем контакты, формируя неискрообразующий сигнал тревоги – применяются во взрывоопасных помещениях, рассчитаны на вес автомобиля, на акустическое давление не реагируют.

Справочные данные по параметрам разомкнутых контактов

Датчики в ПЗПцелесообразно использовать по схеме «сухого контакта», который работает как контрольный шлейф, извещая пульт СФЗО о состоянии датчика и цепи. Если это герконовое реле с нормально разомкнутым контактом, то при подаче на датчик электропитания геркон образует КЗ шлейф, сообщающий на пульт о работоспособности датчика; при срабатывании датчика геркон размыкает шлейф в сторону приемного блока СФЗО, сообщая о срабатывании датчика. Замкнутый контакт геркона выдерживает вибрацию и акустическое давление до 100 дБ, что позволяет использовать герконовые реле в ПЗП. Все более сложные датчики нуждаются в обстоятельном исследовании на предмет выявления возможности утечки КИ через них.