Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Специальные исследования побочных электромагнитных излучений и наводок




Будем рассматривать особенности этого вида специальных исследований дальше. Как уже упоминалось выше, в составе ПЭВМ одновременно функционирует очень большое количество зависимых и независимых устройств. В каждом из них, наряду с информационными, циркулирует большое количество служебных сигналов, тактовых частот и т.д. Необходимо очень точно представлять себе, какие именно сигналы нас интересуют.

Исходя из формулировки задачи перехвата, следует, что наибольшую опасность представляет излучение тех устройств, в которых защищаемая информация циркулирует в виде последовательного кода. Фактически, примерно с 1983 г. цепи с параллельным кодированием и разрядностью выше восьми просто не рассматриваются как опасные по каналу ПЭМИН.

В составе, достаточно типовой ПЭВМ подпадают под понятие устройств с последовательным кодированием:

• видеоподсистема;

• накопители на жестком и гибком дисках (включая внешние ZIP, JAZ);

. устройства CD, CD-R, CD-RW; DVD, DVD-RW;

• устройства внешней флеш-памяти;

• клавиатура;

• последовательный порт (СОМ);

• последовательный порт (USB);

• принтеры.

Рассмотрим их немного подробнее. Строго говоря, для обычных мониторов с отображением информации на экране ЭЛТ отнесение сигналов в аналоговом RGB интерфейсе к случаю с последовательным кодированием некорректно. Ведь в физических линиях от видеокарты к монитору информация представлена потенциальным кодом с различной амплитудой, т.е. классический амплитудно-импульсно модулированный и широтно-импульсно модулированный сигнал. Это имеет весьма мало общего с классическим последовательным кодированием. Однако принято именно так.

Накопители на магнитных носителях, с точки зрения специалиста в области специальных исследований, должны разделяться как минимум на две части каждый. Это интерфейс, т.е. пересылка информации от материнской платы в буфер устройства. И, собственно, цепи записи на носитель. Для накопителя на жестком диске интерфейс всегда параллельный и минимум 32-разрядный. Для накопителя на дискете - последовательный, с тактовой частотой 250 (500) кГц. А вот цепи записи всегда последовательны и их тактовые частоты и длительности импульсов постоянны (да и то относительно) только для дискеты. Все остальное надо измерять. То же самое можно сказать и о дисках ZIP, JAZ. Интерфейс может быть ипараллельным, например - LPT, и последовательным -USB, а головка записи - это всегда последовательный код. Хотя и здесь многообразие способов записи на носитель (БВН, RIL и др.) требуют отдельного рассмотрения, так как далеко не все тут однозначно.

Оптические диски разных моделей по интерфейсу, как правило, параллельные. По узлам считывания/записи - последовательные.



Клавиатура - классическое устройство с последовательным кодированием, код КОИ-7, один из старейших стандартов, еще со времен телетайпных аппаратов. К тому же клавиатура весьма низкоскоростное устройство (тактовая частота 6... 10 кГц).

Вид кодирования в перечисленных портах понятен из их названия. Следует только не забывать, что порт по протоколу USB 1.1 работает строго на частоте 12 МГц, а если и порт, и внешнее устройство поддерживают версию протокола USB 2.0, то они сами «договариваются» о взаимообмене на произвольной частоте, которая может оказаться в диапазоне до 400 МГц. Эту частоту приходится определять непосредственными измерениями в кабелях интерфейса, так как проведение специальных исследований и последующих расчетов без знания этого значения невозможно.

У принтеров, собственно говоря - любых, тоже интерфейс отдельно, а печатающий узел отдельно. Стандартный интерфейс - LPT (8 разрядов). Он находится на границе между «мерить - не мерить». Решение принимать специалисту. Если же интерфейс USB - смотри выше. У лазерных принтеров узел печати (лазерный диод) - это всегда последовательно. Печатающая головка матричного, а тем более струйного, принтера - параллельно (весьма важно правильно определить число «разрядов»). Но уровень излучения из этих узлов обычно таков, что даже с учетом (в соответствии с методикой) этой параллельности результаты получаются более чем неприятные. Игнорировать эти устройства недопустимо.

Здесь не рассмотрен целый ряд устройств менее распространенного применения (сканеры, различные видео- и ТВ-устройства и т.д.). Чаще всего к каждому такому устройству надо подходить индивидуально. Рассказать обо всем просто невозможно.



 

Основное содержание работ

 

Как и ранее рассмотрим общий состав работ по специальным исследованиям в привязке к рекомендуемому протоколу.

Название организации, выполнившей специальные исследования - лицензиата, ссылка на его лицензии и название объекта специальных исследований.

Цель исследований и контроля. Указывается, что является целью специальных исследований (определение R2, оценка защищенности, оценка эффективности системы активной защиты).

Место проведения специальных исследований. Как и в области специальных исследований акустоэлектрических преобразований важно указывать, где проводились исследования: на объекте по месту эксплуатации или на стенде.

Вид проводимого инструментального контроля. Аттестационные или текущие, периодические измерения.

Состав исследуемых устройств. Необходимо включить в таблицу все устройства из состава исследуемой ПЭВМ или другого объекта информатизации. Обычно в отдельный подраздел включаются средства защиты (если они есть). Подробное перечисление всех устройств, установленных в системном блоке, не обязательно, если проводились специальные проверки и системный блок опечатан соответствующей голограммой.

Контрольно-измерительная аппаратура. Требования к этому разделу такие же, как и при любых других специальных исследованиях. Если применялся автоматизированный комплекс, указывается его заводской номер и сертификат Гостехкомиссии. Если комплекс поверялся как единая система - достаточно привести одно свидетельство о поверке.

Методика проведения специальных исследований. Один из самых важных разделов. Именно здесь подробно излагаются все условия измерений. Разумеется, никто не требует переписывать типовую методику. Однако все то, о чем говорилось выше, должно быть изложено здесь.

Краткие ссылки на примененные методики и нормы. Какие именно устройства исследовались (желательно с обоснованием, если это не типовой набор), причем отдельно по каждому виду исследований. Описание тест-программ (тест-режимов) для каждого исследованного устройства. Если этого требовали условия проведения специальных исследований, то указываются конкретные параметры размещения антенн (и передающей, и приемной) при измерениях методом реальных зон. Отдельно описываются условия исследований в линиях электропитания. Если оценивалась эффективность систем активной защиты, то каких именно, в каком диапазоне.

С одной стороны этот раздел должен составляться так, чтобы любой специалист в области специальных исследований (не только представитель контролирующей инстанции, но и просто коллега), прочитав его, смог, не задавая вопросов, однозначно повторить всё измерения. С другой стороны, чтобы была полностью понятна логика принятых решений.

Анализ построения системы электропитания и заземления ПЭВМ. Раздел полностью аналогичен такому же разделу при проведении специальных исследований акустоэлектрических преобразований. И цель его та же. Краткое, но исчерпывающее описание системы электропитания и заземления, однозначным выводом из которого следует: нужно ли вообще и что именно в них исследовать.

Результаты измерений и расчетов. Основной раздел. Здесь размещаются таблицы результатов измерений и расчетов. При необходимости - пояснения к конкретным измерениям, схемы размещения АФУ по отношению к исследуемым техническим средствам, фотографии.

В начале раздела обычно приводятся те данные, которые не требуют объемных таблиц. Перечисления тех устройств, данные измерений по которым не приводятся с обоснованием причин. Излагаются общие принципы размещения измерительных антенн, мест подключения пробников и т. д.

Для тех устройств, специальные исследования которых проводились ранее, необходимо указать параметры опасного сигнала (длительность импульса, тактовую частоту) в тех режимах, в которых проводились исследования.

Здесь же могут быть помещены краткие пояснения к построению нижеследующих таблиц.

Далее размещаются таблицы. Перед каждой таблицей должно быть указано: к какому устройству относятся данные, в каком режиме что именно измерялось. В конце таблицы рекомендуется давать краткий вывод о том, выполняется или нет условие защищенности. Учитывая, что, как правило, таблицы содержат достаточно многоданных, промежуточных результатов расчетов, рекомендуется давать к таблицам расшифровки принятых обозначений.

Выводы. В этом разделе в сводной форме приводится общий вывод о защищенности объекта в целом.

 

Средства измерения

 

Основным средством измерения в этой области является селективный измерительный прибор необходимого диапазона частот. В настоящее время это диапазон составляет от 10 Гц до почти, 2 ГГц. Приборов, перекрывающих весь такой диапазон, практически, очень немного, они дорогостоящи, а их параметры не так высоки, как хотелось бы. Чаще вся полоса частот перекрывается 2-3 приборами. Стандартная, принятая во всем мире нижняя частота универсальных анализаторов спектра и измерительных приемников составляет 9 кГц.

Среди таковых, в первую очередь, надо упомянуть уже встречавшиеся нам приемники FSM, вновь назвать анализаторы спектра различных производителей.

В общем-то, все, что было сказано о средствах измерения в разделе АЭП, сохраняет свою силу и здесь, так как задачи во многом одинаковы.

Особо следует упомянуть низкочастотный диапазон. Измерять в нем приходится теми же вольтметрами Unipan, которые уже упоминались. Равно как и любыми аналогичными. Однако это приборы измерения эффективного значения сигнала, а методика требует измерения пикового значения. В отсутствии соответствующих приборов все молчаливо согласились «закрыть глаза» на это несоответствие и измеряют эффективное значение (в диапазоне от 10 Гц до 10 или 100 кГц). Разумеется, если точно известна скважность импульсов опасных сигналов, то можно по эффективному значению рассчитать пиковое.

Достаточно часто для измерений методом реальных зон бывают необходимы генераторы сигналов, перекрывающие установленный диапазон. Однако к этим генераторам есть одно специфическое требование. Для таких измерений крайне важны генераторы с достаточно мощным выходом, которые способны при работе на излучающую антенну создать сигнал, достаточный для его уверенного приема на границе контролируемой зоны при проведении измерений методом реальных зон. Это приборы Г4-154, Г4-143, Г4-144, Г4-76 и аналогичные. В качестве излучающей антенны для специальных исследований методом реальных зон очень удобна и эффективна антенна от приемников AOR типа DA3000.

Весьма нелишним будет хороший электронный частотомер, качественный широкополосный осциллограф и множество всяких мелочей. Очень полезным будет набор кабелей и переходников, позволяющих подключаться и производить измерения непосредственно в цепях ПЭВМ. Такой комплект разработан и выпускается ЦБИ (г. Юбилейный).

Кроме всего перечисленного в области специальных исследований цифровой техники созданы и эксплуатируются ряд автоматизированных систем (комплексов).

В настоящее время сертификаты Гостехкомиссии России имеют комплексы «Зарница-П» («Элерон»), «Навигатор» («Нелк»), «Легенда» («Гамма») и «Сигурд» («ЦБИ МАСКОМ»). Очень коротко охарактеризуем эти комплексы. «Зарница»- единственный комплекс, созданный на базе нестандартного средства. Его основой является сканирующий приемник серии AOR. В силу этого вопрос его применимости вызывает некоторые сомнения. Существуют оценки метрологических организаций, показывающие нестабильность результатов. Тем не менее, комплекс имеет метрологический сертификат и сертификат Гостехкомиссии РФ. «Зарница» не опознает самостоятельно опасный сигнал на фоне других сигналов, а работает на принципе сравнения излучения в двух режимах исследуемого устройства, с выключенным и включенным тест-режимом. Остальное должен делать оператор.

Комплекс «Навигатор»выполнен на анализаторах спектра фирм «Agilent Technology» и последние версии «R&S». Этот комплекс так же не опознает самостоятельно опасный сигнал на фоне других, а работает на принципе сравнения излучения в двух режимах исследуемого устройства, с выключенным и включенным тест-режимом.

Два последних комплекса, построенные на анализаторах «Agilent Technology» и «R&S» (Легенда)и «IFR» (Сигурд),отличаются тем, что способны самостоятельно опознавать опасный сигнал по форме их огибающих, заданных соответствующими тест-программами. О комплексе «Сигурд» дополнительно можно сказать, что к настоящему времени он уже способен работать с целым рядом анализаторов спектра разных фирм-производителей. Кроме этого, также в автоматическом режиме выполняет оценку эффективности систем активной защиты как в эфире, так и в линиях. Он является единственным комплексом, в котором по негальваническому каналу производится автоматическое управление режимами тест-программы на исследуемой ПЭВМ.

 

Особенности специальных исследований ПЭМИН

 

Существуют две основные методики оценки защищенности технических средств от утечки по каналу ПЭМИН. Это методика собственно специальных исследований, результатом применения которой является определение значений R2, r1 и r1', и методика оценки защищенности, результатом которой является измеренное и рассчитанное соотношение сигнал/шум на границе контролируемой зоны. Часто задается вопрос, какая из этих двух методик должна применяться. Исходя из того, что в первой из упомянутых методик, весь расчет производится из предположения, что электромагнитное поле распространяется в свободном пространстве над полупроводящей поверхностью, эта методика и применима в условиях, близких к таковым. Вторая методика учитывает реальное затухание от исследуемого технического средства до границы контролируемой зоны. Однако в ее рамках не определяются значения r1 и r1' и сама она является заметно упрощенной. В связи с этим для объектовых исследований наиболее объективной следует признать методику специсследований (определения R2. r1 и r1'), дополненную методом реальных зон. Какую методику применять в каждом конкретном случае - выбор за специалистом.

Как уже указывалось ранее, специалист (оператор), проводящий СИ, приступая к измерениям, должен уже более чем наполовину знать, что именно ему должны показать приборы. Возможно, такое утверждение звучит парадоксально, но это именно так. Иначе работа либо затянется на неопределенный срок, либо будет выполнена на недостаточном уровне. Все, что касается параметров опасного сигнала, должно быть известно абсолютно точно.

Столь же твердо оператор должен знать набор действий, которые он обязан предпринять, если опасный сигнал не выявляется в типовых условиях измерения. От самых простейших (типа придвинуть антенну поближе) до самых изощренных (снять на время стенку системного блока, заменить кабель на неэкранированный или кабель с заранее внесенной асимметрией). Только убедившись, что опасный сигнал существует и его составляющие «стоят на своих местах», можно делать вывод о том, что значения опасных сигналов ниже уровня шумов и именно поэтому не выявляются при нормированных условиях измерения.

Кроме того, точность определения и установки частоты различных средств измерения различна. Предположим, что тактовая частота некого сигнала измерена непосредственно в цепи устройства цифровым частотомером и оказалась равна 38, 4694 МГц. Настроив приемник или спектроанализатор на эту частоту, часто можно обнаружить, что эта же частота, но измеренная другим прибором, равна 38, 4705 МГц. При узкой полосе пропускания приемного устройства можно и «промахнуться».

Размещение антенн относительно исследуемого объекта - один из самых критичных параметров. Мало того, что надо найти вокруг устройства («по сфере») место, где сигнал имеет наибольшую величину, но и проверить при этом ориентацию диполя или рамки в пространстве для получения именно максимальных значений сигнала. А в разных частях диапазона эта ориентация может быть и различна. То же самое касается размещения токового трансформатора на кабеле питания.

Единственно правильное решение в этом случае - это проверить варианты размещения АФУ на всех частотах существования опасных сигналов и выполнять измерения на каждой частоте «по максимуму», как и предписывает методика. Это не вызывает затруднений при работе вручную. А при работе автоматизированных комплексов приходится разбивать весь диапазон исследования на отдельные поддиапазоны, измерения в которых выполняются при различных положениях АФУ (такая возможность предусмотрена в системе «Сигурд»).

И вновь напоминаем, что все это должно быть отражено в протоколе.

Крайне полезно, с точки зрения экономии времени, знать, какую компоненту - электрическую или магнитную, следует ожидать. Для этого необходимо однозначно представлять себе, какие компоненты технического средства являются излучателем (случайной антенной). От катушки с током (печатающая головка матричного принтера) не приходится ожидать хоть сколько-нибудь заметной электрической компоненты. А от видеоподсистемы - магнитной. Во всяком случае, в нормированном для магнитной компоненты диапазоне частот. Исключения бывают, но весьма редко. А вот струйный принтер требует измерения по каждой из компонент электромагнитного поля, увы...

Кстати, заметим, что для установленного диапазона частот (до 30 МГц) по магнитной компоненте поля расстояния до 1,5...2 м являются много меньшими длины волны (10 м). Поэтому поле в этой зоне носит квазистатический характер и не связано с электрическим через волновое сопротивление пространства. Следовательно, электрическая и магнитная компоненты существуют независимо друг от друга.

Очень важным вопросом бывает вопрос электропитания и заземления средств измерения при специальных исследованиях.

В линии электропитания исследуемых ОТСС, как правило, наличествует опасный сигнал, и порою весьма заметный. Если активная антенна или сам измерительный прибор питается от этой же сети, то этот опасный сигнал может попасть на вход. Причем с неизвестной фазой. Ошибка легко может составить до десятков дБ. Даже если эти линии (электропитания) разные, но лежат в одном кабельном канале, то для частот в десятки-сотни мегагерц эффект может заметно проявиться. Есть различные способы проверки, имеет ли место погрешность за счет такого эффекта, и проводить эту проверку следует неукоснительно. То же самое можно сказать и о заземлении. Все проверяется опытным путем в процессе работы до начала, собственно, измерений. Весьма часто приходится применять автономное электропитание и другие способы (заземление на разные системы, отказ от заземления измерительного комплекса, правильное размещение составляющих измерительного комплекса и т.д.).

Исходя из тех теоретических основ, которые были изложены в начале раздела, можно предположить, что опасные сигналы могут появляться только на тактовых частотах и их боковых. Это вполне справедливо и правильно. Однако, не очень часто, но четко выраженные опасные сигналы «появляются» на совершенно «незаконных» частотах. Это можно объяснить «работой» паразитных генераторов (возбуждением каких-то электронных компонентов), частота возбуждения которых модулирована опасным сигналом. Есть довольно надежный прием, позволяющий предположение превратить почти в уверенность. Если эта частота присутствует и при остановленном тесте (уже без «окраски») и, особенно, если она не слишком стабильна, «ползает» по частоте, то это почти наверняка, «паразитная» генерация. Но основное не это. Как требуют регламентирующие документы, паразитных возбуждений быть не должно. А это значит, что оператор обязан внимательно и не торопясь «просмотреть» весь установленный диапазон. Вот где становится незаменимой автоматика! Человеку, увы, свойственна невнимательность, особенно после многочасового сидения за приемником.

И, кстати, совсем не лишний вопрос - а что измерять? Если исходить из самых «начальных» регламентирующих документов - то все сигналы, имеющие признаки информативности.

Вытекающий вопрос - а что такое «признак информативности»? Вопрос далеко не прост и сегодня. Попробуем сформулировать ответ.

Это сигналы, амплитуда которых претерпевает изменения при изменении обрабатываемой (пересылаемой, записываемой и т.д.) информации. Подчеркнем, информации, а не служебных команд, заголовков пакетов и т.д. Очень важно подчеркнуть, амплитуда.

Представим себе, что в некой цепи пересылается, в последовательном коде, бесконечная последовательность байтов FF (т.е. в двоичном коде 11111111). Есть вполне реальная тактовая частота и длительность импульса. Метод кодирования - последовательный импульсный код, единица кодируется наличием импульса, ноль -отсутствием. Пауза между соседними импульсами равна длительности импульса.

Изменим пересылаемый байт, например, на 10101010. Совершенно понятно, что изменилась тактовая частота следования импульсов, она упала в два раза. Возможно, даже и скорее всего, изменится и амплитуда частотных составляющих. Но для наблюдателя (приемника), «видящего» одну конкретную частоту (для нечетных гармоник) ее амплитуда упадет до нуля, сигнал просто исчезнет. Можно ли такой случай рассматривать как изменение амплитуды? Нет, механизм здесь совсем иной. Именно поэтому так важно точно знать, что «делает» тест-программа. И правильно ее «сконструировать».

Как правило, наиболее однозначно истолковываемыми являются такие тесты, которые обеспечивают «старт-стопный» режим работы. В этом случае места для эффектов, подобных вышеописанному, не остается.

В качестве примера приведен результат работы тест-программы системы «Сигурд» в режиме исследования видеоподсистемы. При этом видеосигнал на экране монитора исследуемой ПЭВМ представляет собой «картинку», приведенную ниже. В каждой строке растра чередуются черные и белые минимальные элементы изображения - «пиксели». Каждому прямоугольному «импульсу» на рис. 5.23 соответствует одна «серая» полоса на рис. 5.24, 5.25. Группе из 5 полос - один кадр развертки. Уровни шумов в промежутках между «импульсами» - это время пауз в работе теста (промежутки между «серыми» полосами). Более длительный промежуток в конце каждого кадра облегчает распознавание опасного сигнала как оператору, так и блоку распознавания системы.

Итак, есть набор «честных» сигналов в неком диапазоне частот. Амплитуды их очень различны. Все ли измерять? Вопрос не праздный, каждое измерение - это время, и немалое.

 

Рис. 5.23. Огибающая сигнала ПЭМИН видеоподсистемы ПЭВМ при загруженном тесте. Скрин с экрана системы «Сигурд»

 

Здесь следует исходить из следующих принципов. В соответствии с методикой параметры защищенности рассчитываются в частотных полосах «шириной» 1/т. Следовательно, разобьем вопрос на две части. Все ли «лепестки» и все ли сигналы в пределах лепестка измерять?

Рис. 5.24. Вид теста видеоподсистемы в режиме «пиксель через пиксель» на экране монитора исследуемой ПЭВМ. Скрин с экрана исследуемой ПЭВМ

 

Рис. 5.25. Вид теста видеоподсистемы в режиме «5 пикселей через 15 пикселей» на экране монитора исследуемой ПЭВМ. Скрин с экрана исследуемой ПЭВМ

 

На первую часть вопроса ответ однозначный - в общем случае все. Если «рядом», находятся несколько лепестков, наиболее «опасным» при одинаковой величине значения ОС является более высокочастотный лепесток. Это верно до частот порядка 60 МГц, на более высоких частотах (выше 100 МГц) такой закономерности уже нет, и значение имеет только амплитуда ОС.

Со второй частью вопроса чуть сложнее. Если в некотором «лепестке» имеется п сигналов разной амплитуды, то надо помнить, что первой операцией их математической обработки является вычисление значения

 

 

(5.12)

 

Из выражения следует, что сигналы с наибольшими амплитудами являются определяющими. Те сигналы, которые меньше самого большого на 12... 15 дБ практически не вносят хоть сколько-нибудь заметного вклада. Причем от их количества уже почти ничего не зависит (разумеется, в разумных пределах, если таких «малышей» десятки, то их нельзя не учитывать). Подтверждением правильности такого подхода является «Методика оценки защищенности....», в которой все основано только на самом большом сигнале в лепестке или на сигналах, меньших самого большого не более чем в 2 раза (-6 дБ).

Достаточно часто возникают определенные затруднения при использовании метода реальных зон. Собственно говоря, это уже описанный метод учета реального затухания в канале, только применительно к каналу утечки через ПЭМИН. Как и всегда, при таких измерениях необходимо ввести в канал тест-сигнал большого уровня, позволяющий надежно измерить его значение на дальнем конце канала, т.е. на границе КЗ.

В соответствии с методикой, излучающая антенна должна быть установлена на месте технического средства, защищенность которого оценивается. Разумеется, не надо понимать это буквально, как догму. Вполне достаточно, чтобы антенна была размещена вблизи технического средства. В общем случае, расстояние между антенной и техническим средством должно быть значительно меньше, чем расстояние от антенны до границы контролируемой зоны, точнее-до той точки, где будет размещаться приемная антенна.

Излучающая антенна, крайне желательно, должна быть ненаправленной, хотя бы в горизонтальной плоскости. Иначе достаточно сложно имитировать ПЭМИН исследуемого технического средства. Именно поэтому рекомендуется применение (см. выше, раздел «Средства измерения») антенны DA3000. Данная рекомендация относится к случаю измерения реального затухания для электрического поля. Если решается задача измерения затухания для магнитной компоненты, то единственная излучающая антенна (как, впрочем, и приемная) - это рамка с током. Это нестандартное оборудование и его придется изготавливать.

В помещении, где расположен защищаемый объект ЭВТ, излучающую антенну рекомендуется размещать на том же расстоянии от внешней стены, окна, что и исследуемое техническое средство. Это связано с тем, что чаще всего в современных зданиях из сборного железобетона основной путь электромагнитной волны к границе контролируемой зоны - это оконный проем и переизлучение металлоконструкциями стены. В меньшей степени, но, общем случае, присутствует и излучение линий электропитания.

Общая схема измерений приведена на рис. 5.26. Как видно из схемы, напряженность поля на границе контролируемой зоны представляет собой суперпозицию многочисленных излучателей. Особое внимание нужно обращать на электропитание приборов при этих измерениях.. Зачастую генератор ВЧ может выдавать весьма заметный сигнал в эту цепь. В результате этот сигнал, во-первых, может по той же линии электропитания попасть в приемную антенну или в сам приемник. Результаты измерений будут искажены. Вообще, в данном случае гораздо надежнее автономное электропитание и антенны, и приемника. При его отсутствии необходима тщательнейшая проверка отсутствия связей «по питанию» и устранение их при наличии.

Если граница контролируемой зоны расположена в нескольких местах примерно на равных расстояниях от исследуемого технического средства, то измерения должны быть проведены во всех этих местах. В практике нередки случаи, когда затухание сигнала при его прохождении через объем здания получается меньшим, чем на таком же расстоянии в свободном пространстве. Видимо, «работают» на переизлучение какие-то случайные антенны.

Отдельно следует рассмотреть вопрос о сетке частот, на которых необходимо производить измерения. В соответствующей методике указано, что эти измерения должны производиться на частотах опасного сигнала. Утверждение, на первый взгляд, естественное и весьма неоднозначное.

Если производить измерения на частотах опасного сигнала при тест-режиме исследуемого устройства, то какое отношение эти частоты имеют к реальным рабочим режимам? К тому же, часто частоты тестового опасного сигнала весьма далеко отстоят друг от друга по частоте, следовательно, затухание в промежутках между ними просто не будет оценено.

Рис. 5.26. Схема измерений методом реальных зон

 

Более логично опираться на спектр ПЭМИН при реальной работе. Как было отмечено выше, спектр однократного импульса всегда сплошной. Можно было бы исходить из того, что на частотах в середине каждого «лепестка» огибающей спектральной плотности сигнал максимален. Но эта теоретическая огибающая очень искажена характеристиками случайных излучателей. Таким образом, единственным разумным подходом являются измерения реального затухания для каждой частотной полосы 1/ , т.е. для каждого «лепестка», в котором присутствует ПЭМИН.

В каждом «лепестке» должно быть взято столько пробных частотных точек, чтобы они достаточно гладко описывали кривую изменений значений затухания (обычно не более 10 точек). В диапазоне более низких частот следует ожидать большей изрезанности огибающей, и, следовательно, необходим меньший шаг пробных частот.

При разбросе реальных затуханий в лепестке не более 6 дБ можно брать его минимальное значение. При большем разбросе (сильной изрезанности огибающей) пользоваться критериями, примененными в соответствующей методике по расчету эффективности системы активной защиты (сама задача вычисления уровня сигнала системы активной защиты в лепестке практически совпадает с рассматриваемой). Допустимо, с нашей точки зрения, рассчитывать среднеквадратичное затухание.

В тех случаях, когда на границе контролируемой зоны не удается принять тестовый сигнал из-за значительного его затухания и спадания ниже уровня шумов, в расчет реального затухания следует подставлять сами шумы. Обычно при применении достаточно чувствительных приемников рассчитанного таким образом реального затухания бывает достаточно. В этих случаях оператор должен быть абсолютно уверен, что сигнал не принимается именно вследствие его малости, а не по другим причинам. Такая ситуация достаточно часто встречается при размещении защищаемых технических средств ниже уровня первого этажа (цокольный этаж, подвал) и на частотах ниже 10 МГц. В последнем случае причина, в основном, заключается в неэффективности излучающей антенны на низких частотах и, как следствие этого - низкого уровня тест-сигнала. Каких-то общих рекомендаций для решения этой проблемы привести не представляется возможным, к счастью, измерения реального затухания ПЭМИН на таких низких частотах достаточно редки.

Пожалуй, последним, о чем стоит упомянуть, являются специальные исследования ПЭМИН в части оценки эффективности системы активной защиты.

Вопрос немаловажный, поскольку это один из самых основных методов защиты по каналу ПЭМИН для средств ЭВТ. До последнего времени никаких ограничений в его применении не было (по мощности помехи), однако с 24.06.2002 г., в соответствии с Решением ГКРЧ №19/15 установлены предельные уровни излучения генераторов шума для защиты средств ЭВТ. Правда, есть одна особенность. В соответствии с этим решением уровни шумового сигнала от генератора системы активной защиты должны измеряться по методике, установленной Нормами 15-93. А эти нормы устанавливают измерение уровня сигнала в условиях, весьма далеких от обычных объектовых (желающие могут обратиться к указанному документу). Тем не менее, ограничение существует.

В связи с этим, с некоторой степенью приближения можно утверждать, что ПЭВМ, которая требует, по результатам специальных исследований, радиуса Я2 более 50 м, почти наверняка для своего зашумления потребует от системы зашумления уровней, перекрывающих нормы ГКРЧ.

Каков же общий алгоритм выполнения специальных исследований в этой области.

Вначале проводятся обычные специальные исследования защищаемой ПЭВМ, затем выполняются измерения электромагнитного сигнала от системы активной защиты (естественно, как и для опасного сигнала - раздельно, по электрической и магнитной компонентам поля). Так же, как и при измерении реального затухания, основная «единица» по частотной шкале - это полоса шириной 1/т. И точно так же необходимо в каждой такой полосе произвести измерения шумового сигнала в таком количестве точек, чтобы разность амплитуд шума в соседних точках не отличалась более чем на 3 дБ. Кроме того, настоятельно рекомендуем фиксировать точки экстремумов. Затем все измерения обрабатываются в соответствии с «Дополнением...» к «Методике контроля...» от 1983 г. (аналогичные методические требования изложены в последнем по времени материале Гостехкомиссии России). Вообще, вручную измерять систему активной защиты с необходимой точностью весьма долгое занятие, обычно не менее 3...4 ч непрерывной работы оператора. Система «Сигурд» выполняет это измерение максимум за 7...10 мин, не более. И не допускает при этом никаких ошибок. Причем вместе с обработкой результатов по установленным методикам и расчетом соотношений сигнал/шум.

Как правило, антенна (антенны) системы активной защиты размещаются вблизи защищаемой ПЭВМ, если же их, по тем или иным причинам, необходимо разместить подальше, то желательно, чтобы в направлении минимального расстояния до границы контролируемой зоны антенны системы активной защиты размещались ближе к границе, чем ПЭВМ. Если же таких направлений не одно, то решать придется на месте по результатам исследований. Впрочем, при большом запасе по уровню сигнала системы активной защиты это особой роли не играет.

Далее, рассчитываются соотношения сигнал/шум в каждом лепестке и сравниваются с нормированными значениями. Практически так же выполняется оценка эффективности системы активной защиты в линиях, например, в электропитании. Следует только иметь в виду, что токовый трансформатор обязательно устанавливается на кабеле электропитания там, где опасный сигнал имеет наибольшую величину. Обычно в этой же точке измеряется и сигнал системы активной защиты. Методические указания требуют устанавливать токовый трансформатор при измерении сигнала системы активной защиты в точках минимумов. Однако учитывая характер сигнала системы активной защиты, эффекты стоячей волны в кабелях электропитания для этих сигналов выражены слабо.

Точно так же можно рассчитывать и защищенность в отсутствии системы активной защиты. Только вместо шумового сигнала системы активной защиты в расчет необходимо подставлять значения нормированных шумов (из соответствующих графиков в нормативных документах). Правда, такой расчет, как правило, дает отрицательные результаты. Если зафиксированы хоть немного выявляющиеся над шумами опасные сигналы, то они, практически всегда, превышают установленные соотношения сигнал/шум (по отношению к нормированным шумам). Что касается использования в такого рода расчетах реальных шумов на объекте, что разрешено для объектов 3-й категории, то не стоит этим обольщаться. Во-первых, измерения реальных шумов - крайне сложный и очень длительный процесс (результаты должны быть статистически достоверны). А во-вторых, высока вероятность того, что реальные шумы, как ни странно на первый взгляд, окажутся близки к нормированным. У автора этих строк в результате трехмесячных измерений 3 раза в неделю круглосуточно много десятков серий результат оказался именно таков... За что боролся!

Еще одна особенность проведения специальных исследований касается такого стандартного устройства, как видеоподсистема. Практически всегда (как указывалось в примере выше) при измерениях ПЭМИН видеоподсистемы используют тест «пиксель через пиксель». В этом случае первая гармоника имеет самую высокую частоту. Самих гармоник в результате немного, объем работы уменьшается. Однако вспомним спектр такого сигнала, спектр одиночного импульса. В первом лепестке находится 90% его энергии. А при таком тесте получается, что мы пытаемся оценить излучение в этой полосе частот по одной-единственной гармонике. Абсолютно некорректно. Длина волны в этом диапазоне изменяется в десятки раз (как минимум, спектр реального видеосигнала, например, от набранного на экране текста, имеет нижнюю границу частот около 1 МГц). Соответственно очень сильно меняются и свойства случайных излучателей.

В связи с этим, в тех случаях, когда рассчитанное для стандартного теста значение R2 близко к имеющемуся минимальному расстоянию до границы контролируемой зоны, а также для объектов ЭВТ достаточно высокой категории, необходимо проводить измерения и расчеты в первом лепестке в тест-режиме с гораздо более низкой тактовой частотой. При этом в первом лепестке будут находиться несколько частотных составляющих ПЭМИН видеосигнала. Это позволит произвести оценку защищенности гораздо объективнее. В принципе, достаточно снизить тактовую частоту в 5...7 раз (т.е. задать, например, режим «один пиксель через семь»). Тест-программа системы «Сигурд» позволяет выполнять измерения и в таком режиме. Пример приведен на рис. 5.25.

 

# 13. Паразитные связи и наводки: емкостные, индуктивные, гальванические.

В любом радиоэлектронном средстве или электрическом приборе наряду с токопроводами (проводами, проводниками печатных плат), предусмотренными их схемами, возникают многочисленные побочные пути, по которым распространяются электрические сигналы, в том числе опасные сигналы акустоэлектрических преобразователей. Эти пути создаются в результате паразитных связей и наводок. Первопричиной их являются поля, создаваемые электрическими зарядами и токами в цепях радиоэлектронных средств и приборов.

Постоянные электрические заряды и электрический ток в элементах и цепях радиосредств и электрических приборов создают соответствующие электрические и магнитные поля, а заряды и ток переменной частоты — электромагнитные поля. Поля распространяются в пространстве и воздействуют на элементы и цепи других технических средств и систем. Кроме того, для функционирования средств и систем необходимо обеспечить гальваническое соединение их элементов. Из-за гальванических соединений возникают дополнительные пути для распространения сигналов одних узлов и блоков по цепям других. В результате воздействия побочных полей и влияния через проводники и резисторы сигналов одних узлов и блоков на сигналы других блоков и узлов возникают паразитные связи и наводки как внутри радиоэлектронных средств, так и между рядом расположенными средствами. Эти связи и наводки ухудшают работу узлов, блоков и средств в целом. Поэтому при проектировании радиоэлектронных средств уровни этих паразитных связей и наводок снижают до допустимых значений. Чем выше требования к характеристикам средств, тем требуются большие усилия, а, следовательно, и затраты для нейтрализации паразитных связей и наводок. Основная часть высокой цены (десятки тысяч долларов) высокоточных контрольно-измерительных приборов фирм Hewlett Packard, Ronde & Scwarz и др. приходится на меры по уменьшению паразитных связей и наводок.

Однако, несмотря на принимаемые меры по снижению уровня паразитных связей и наводок для обеспечения требуемых характеристик радиоэлектронного средства, остаточный их уровень создает угрозы для информации, содержащейся в информационных параметрах сигналов, циркулирующих в радиоэлектронном средстве. Поэтому любое радиоэлектронное средство или электрический прибор следует с точки зрения информационной безопасности рассматривать как потенциальный источник угрозы безопасности информации.

Известны три вида паразитных связей:

• емкостная;

• индуктивная;

• гальваническая.

1) Емкостная связь образуется в результате воздействия электрического поля, индуктивная — воздействия магнитного поля, гальваническая связь — через общее активное сопротивление.

Модель емкостной паразитной связи представлена на рис. 6.4.

Рис, 6.4.Паразитная емкостная связь

На этом рисунке Ua — переменное напряжение точки А относительно корпуса, создающий электрическое поле. В результате воздействия этого поля в точке В также возникает переменное напряжение.

Так как между рядом расположенными основными и вспомогательными средствами связи существует паразитная емкостная связь, способствующая передаче сигналов с защищаемой информацией от основных технических средств и систем (ОТСС) к вспомогательным техническим средствам и системам (ВТСС), то для определения величины наводки надо знать их паразитные емкости. Эти емкости называются собственными емкостямирадиоэлектронного средства и электрического прибора.

2) Паразитная индуктивная связь иллюстрируется рис. 6.5.

Рис. 6.5. Паразитная индуктивная связь

Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнитное поле, силовые линии которого достигают проводников другой цепи В и наводят в ней ЭДС

Взаимная индуктивность замкнутых цепей зависит от взаимного расположения и конфигурации проводников. Она тем больше, чем большая часть магнитного поля тока в одной цепи пронизывает проводники другой цепи.

3) Гальваническую паразитную связь ещё называют связью через общее сопротивление, входящее в состав нескольких цепей. Такими общими сопротивлениями могут быть сопротивление соединительных проводов и устройств питания и управления. Например, узлы и блоки компьютера, осуществляющего обработку информации, соединены с напряжением +5 В блока питания. Для установки «0» триггеров дискретных устройств на соответствующие их входы подается одновременно соответствующий сигнал управления. На рис. 6.6 приведена упрощенная схема, иллюстрирующая возникновение гальванической связи.

Рис. 6.6. Паразитная гальваническая связь

В соответствии с ним к блоку питания через общие сопротивления Z01, Z02 и Z03 подключены узел 1 и узел 2 радиоэлектронного средства. Сигнал напряжением Uи 1-го узла создает токи Iц1 и Iц2 в результате которых на эквивалентном сопротивлении Zн 2-го узла возникает напряжение наводки Uh. Отношение β = Uн /Uи называется коэффициентом паразитной гальванической связи.

Если побочные поля и электрические токи являются носителями защищаемой информации, то паразитные наводки и связи могут приводить к утечке информации. Следовательно, паразитные связи и наводки представляют собой побочные физические процессы и явления, которые могут приводить к утечке защищаемой информации.

Возможность утечки информации через паразитные связи и наводки носит вероятностный характер и зависит от многих факторов, в том числе от конфигурации, размеров (относительно периода колебаний протекающих токов) и взаимного положения излучающих и принимающих токопроводящих элементов средств. В отличие от предусмотренных для связи функциональных антенн, конструкция и характеристики которых определяются при создании радиопередающих и радиоприемных средств, эти элементы можно назвать случайными антеннами.

Случайными антеннами могут быть монтажные провода, соединительные кабели, токопроводы печатных плат, выводы радиодеталей, металлические корпуса средств и приборов и другие элементы средств. Параметры случайных антенн существенно хуже функциональных. Но из-за небольших расстояний между передающими и приемными случайными антеннами (в радиоэлектронном средстве или одном помещении) они создают угрозы утечки информации.

Случайные антенны имеют сложную и часто априори неопределенную конфигурацию, достаточно точно рассчитать значения их электрических параметров, совпадающих с измеряемыми, очень сложно. Поэтому реальную случайную антенну заменяют ее моделями в виде проволочной антенны — отрезка провода (вибратора) и рамки.

Паразитные связи могут вызывать утечку информации по проводам и создавать условия для возникновения побочных электромагнитных излучений. За счет паразитных связей возникают опасные сигналы в проводах кабелей различных линий и цепей, в том числе в цепях заземления и электропитания, а также возникают паразитные колебания в усилителях, дискретных устройствах и др.

Серьезную угрозу безопасности информации создают наводки сигналов ОТСС на провода и кабели, выходящие за пределы контролируемой зоны (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Паразитные наводки

Когда ток проходит по проводникам первой цепи (Ц1), вокруг них создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают проводники второй цепи (Ц2). В результате этого по цепи Ц2 потечет помимо основного еще и переходной ток, создающий помеху основному. Защищенность от взаимных помех оценивается так называемым переходным затуханием Z = 101gPcl/Pн2 , где Рс1 и Рн2 — мощность сигналов в 1-й цепи и наводки от них во 2-й цепи. Для надежной защиты информации переходное затухание должно быть не менее величины 101gPc/Pпр, где Рс и Рпр — мощность сигнала с информацией и чувствительность приемника злоумышленника, перехватывающего наведенный сигнал. Так как кабели в здании укладываются в специальных колодцах и нишах, то между кабелями за счет их достаточно близкого и параллельного на большом расстоянии расположения возникают достаточно большие паразитные связи между кабелями внутренней и городской АТС, других информационных линий связи, цепями электропитания и заземления. Так как сотрудники организации при разговоре по телефонам внутренней АТС чаще допускают нарушения режима секретности (конфиденциальности), чем во время разговора по городской АТС, то при регулярном подслушивании разговоров по внутренней АТС можно добыть ценную информацию.

Современная архитектура служебных помещений предусматривает создание между межэтажными перекрытиями и потолком (полом) свободного пространства для прокладки различных кабелей (электропитания, внутренней и городской АТС, трансляции, оперативной и диспетчерской связи, сетей передачи данных и др.). Это создает дополнительные возможности для возникновения между проводами кабелей паразитных связей и появления опасных сигналов, распространяющихся за пределы контролируемой зоны.

Низкочастотные и высокочастотные излучения технических средств.Большую угрозу безопасности информации создают также побочные излучения радио- и электротехническими средствами электромагнитных полей, содержащих защищаемую информацию. Источниками излучений могут быть цепи, содержащие статические или динамические заряды (электрический ток), в информационные параметры которых тем или иным способом записывается защищаемая информация. Носители защищаемой информации в виде статических или динамических зарядов могут попадать в эти цепи непосредственно, если эти цепи участвуют в обработке, передаче и хранении защищаемой информации или сами элементы цепей обладают свойствами акустоэлектрических преобразователей, или опосредованно, когда опасные сигналы проникают в излучающие цепи через паразитные связи.

Вид излучения и характер распространения электромагнитного поля в пространстве зависит от частоты колебаний поля и вида излучателя. Различают низкочастотное и высокочастотные опасные излучения.

Под низкочастотными излучениями понимаются излучения электромагнитных полей, частоты которых соответствуют звуковому диапазону. Источниками таких излучений являются устройства и цепи звукоусилительной аппаратуры (микрофоны, усилители мощности, аудиомагнитофоны, громкоговорители и их согласующие трансформаторы, кабели между микрофонами и усилителями, усилителями и громкоговорителями, цепи, содержащие случайные акустоэлектрические преобразователи, телефонные аппараты и кабели внутренней АТС и др.).

Наибольшую угрозу создают средства звукофикации помещений для озвучивания акустической информации, содержащей государственную или коммерческую тайну. Эти средства включают микрофоны, усилители мощности, громкоговорители, устанавливаемые на стенах больших помещений (залов для совещаний, конференц-залов) или в спинки кресел, а также соединительные кабели. Причем часто усилители мощности размещаются в техническом помещении, удаленном на значительном расстоянии от конференц-зала. По проводам кабелей звукоусилительной аппаратуры протекают большие токи, составляющие доли и единицы ампер. Эти токи создают мощные магнитные поля, которые, во-первых, могут распространяться за пределы выделенного помещения, здания и даже организации, а во-вторых, наводить ЭДС в любых токопроводящих конструкциях, в том числе в цепях электропитания и металлической арматуре зданий.

К высокочастотным опасным излучениямотносятся электромагнитные поля, излучаемые цепями радиоэлектронных средств, по которым распространяются высокочастотные (выше звукового диапазона) сигналы с секретной (конфиденциальной) информацией. Можно утверждать, что если не приняты специальные дополнительные меры, то источниками подобных опасных побочных ВЧ-излучений могут быть любые цепи радио – и электрических средств. К основным источникам побочных излучений с мощностью, достаточной для распространения электромагнитного поля за пределы контролируемой зоны, например помещения, относятся:

· гетеродины радио- и телевизионных приемников;

· генераторы подмагничивания и стирания аудио- и видеомагнитофонов;

· усилители и логические элементы в режиме паразитной генерации;

· электронно-лучевые трубки средств отображения защищаемой информации (мониторов, телевизоров);

· элементы ВЧ-навязывания;

· мониторы, клавиатура, принтеры и другие устройства компьютеров, в которых циркулируют сигналы в параллельном коде.

Гетеродины радио- и телевизионных приемниковявляются генераторами гармонических колебаний, необходимыми для преобразования частоты принимаемого сигнала в промежуточную частоту. Гармоническое колебание с гетеродина подается на смеситель, на нелинейном элементе (диоде или транзисторе) которого осуществляется преобразование входного (принимаемого) сигнала в сигнал промежуточной частоты. Частоты сигналов гетеродинов отличаются на величину промежуточной частоты (465 кГц — для ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов, 10 МГц — для УКВ-диапазонов) от принимаемых сигналов и могут иметь значения от сотен кГц до десятков ГГц. Если элементы контура (индуктивность и емкость) гетеродина обладают свойствами акустоэлектрических преобразователей или в него проникают опасные сигналы от других акустоэлектрических преобразователей, то возможна амплитудная или частотная модуляция сигналов гетеродина. Мощность излучения модулированных сигналов гетеродина тем больше, чем ближе значения длины волны гармонического колебания к длине цепей, по которым протекают сигналы гетеродинов. Часто она бывает достаточной для подслушивания речевой информации в кабинете руководителя с включенным радио- или телевизионным приемником с помощью бытовых радиоприемников в соседних помещениях или даже зданиях.

Генераторы сигналов высокочастотного подмагничивания и стирания магнитофонов создают гармонические колебания на частотах в сотни кГц. Генераторы сигналов высокочастотного подмагничивания необходимы для обеспечения аналоговой аудио- и видеозаписи с малыми нелинейными искажениями. Зависимость остаточной намагниченности магнитной пленки от напряженности магнитного поля в головке записи нелинейная, что вызывает нелинейные искажения в записанном сигнале. Путем подачи в магнитную головку наряду с током записи дополнительного тока подмагничивания с частотой около 100 кГц и амплитудой, в 6-8 раз превышающей максимальную амплитуду тока записи, устанавливается рабочая точка для тока записи на линейном участке кривой намагничивания магнитной ленты. В результате выбора оптимального тока подмагничивания удается уменьшить нелинейные искажения сигналов записи до единиц процентов.

Генератор высокочастотного стирания обеспечивает стирание записанной на магнитную ленту информации путем размагничивания ее магнитного слоя практически до нуля. Для этого в стирающую головку аудиомагнитофона подается ток с частотой 50-100 кГц. При такой частоте тока стирания и уменьшения напряженности магнитного поля головки в результате удаления стираемого элементарного участка движущейся магнитной ленты от зазора стирающей магнитной головки происходит многократное перемагничивание участка с убывающей до нуля намагниченностью. В отличие от высокочастотного стирания уничтожение информации путем воздействия на магнитный слой магнитным полем постоянного магнита, который применяется в качестве стирающей головки в специальных диктофонах, обеспечивается путем намагниченности магнитного слоя ленты до насыщения.

Паразитная генерация может возникнуть при определенных условиях в усилителях и логических элементах дискретной техники. Логический элемент рассматривается в данном контексте как усилитель с очень высоким коэффициентом усиления.

Так как между элементами усилителя всегда существуют емкостные, индуктивные и гальванические паразитные связи, то на входе усилителя наряду с усиливаемым внешним сигналом присутствуют сигналы, проникшие во входные цепи через паразитную обратную связь, в том числе с выхода усилителя. Обобщенная математическая модель усилителя с обратной связью представлена на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Модель усилителя с обратной связью

Режим усиления переходит в режим генерации, когда выходной сигнал достигает максимального значения и поддерживается на этом уровне независимо от Ubx.

Например, если К = 10, то для возникновения генерации необходимо проникновение 0,1 части выходного сигнала на вход усилителя. Для усилителя с К = 100 достаточно поступления на его вход 0,01 части выходного сигнала. Эта зависимость объясняет возможность паразитной генерации в логических элементах дискретной техники. Высокий коэффициент усиления логического элемента и высокая частота спектральных составляющих фронта дискретного сигнала создают благоприятные условия для возникновения паразитной генерации в логических элементах.

Второе условие предусматривает, что изменение фазы сигнала обратной связи должно быть противоположно величине фазового сдвига усилителя. Это означает, что фазы внешнего сигнала и сигнала обратной связи должны быть приблизительно равными. Обратная связь, при которой фаза сигнала на входе усилителя совпадает с фазой сигнала обратной связи, называется положительной, а когда фазы этих сигналов противоположные — отрицательной. Если положительная обратная связь способствует паразитной генерации, то отрицательная, наоборот, повышает стабильность работы усилителя, но за счет некоторого снижения напряжения на выходе усилителя. Поэтому в усилителях с высоким коэффициентом усиления для исключения паразитной генерации создают между каскадами отрицательную обратную связь, а также применяют комплекс мер по уменьшению паразитных связей. С этой целью при монтаже используют короткие экранированные провода, элементы входных и выходных цепей разносят на максимально возможное расстояние, экранируют трансформаторы усилителей, в цепи питания предварительных каскадов устанавливают RC-фильтры низких частот, усилительные каскады размещают в одну линию и др.

Опасность паразитной генерации состоит также в том, что она часто возникает на частотах выше рабочего диапазона и без специальных исследований не обнаруживается. Действительно, с ростом частоты обрабатываемых сигналов уменьшаются значения паразитных емкостных и индуктивных сопротивлений между каскадами. В результате этого увеличиваются Кос и сдвиг фазы сигналов, прошедших через паразитные связи. Поэтому возможность выполнения условий генерации в усилителе на частотах, превышающих верхнюю частоту рабочего диапазона частот усилителя, повышается. Хотя на этой частоте полезные сигналы на вход усилителя не подаются, но на его входе присутствуют сигналы, обусловленные тепловым шумом и проникшие через паразитную обратную связь. Любая шумовая реализация на входе усиливается усилителем и частично возвращается через паразитную обратную связь на его вход. При равенстве фаз величина суммарного сигнала на входе усилителя повышается, что приводит к росту сигнала на выходе усилителя. Следствием этого является увеличение сигнала Uoc и дальнейшее увеличение сигнала на входе усилителя и т. д. Происходит лавинообразный процесс нарастания амплитуды сигнала на входе и выходе усилителя, завершаемый процессом непрерывной генерации на частоте ωрез. Поэтому не рекомендуется, например, применять в усилителях низкой частоты высокочастотные транзисторы, которые усиливают шумы с частотами выше верхней границы рабочего диапазона частот.

Паразитная генерация усилителя или логического элемента создает угрозу информации, если она записывается в информационные параметры паразитного колебания, т. е. происходит его модуляция информационными сигналами. Это явление возникает в случае, если цепи паразитного генератора содержат акустоэлектрические преобразователи или в них попадают опасные сигналы от других случайных акустоэлектрических преобразователей уси­лителя.

Люминофор электронно-лучевых трубок средств отображения под действием электронов излучает, кроме света, электромагнитное поле в широком диапазоне радиочастот с напряженностью, которая обеспечивает возможность перехвата сигналов на удалении в десятки метров. Учитывая, что сигналы управления электронным лучом трубки подаются последовательно во времени, их побочные ВЧ-излучения создают серьезную угрозу для отображаемой на экране трубки информации.

Устройства компьютера, в которых распространяются сигналы в последовательном коде (мониторы, клавиатура, принтеры и другие), также представляют собой источники опасных сигналов. Замена монитора компьютера на электронно-лучевой трубке на жидкокристаллический монитор не устраняет проблему защиты информации, отображаемой на его экране. Хотя экран жидкокристаллического монитора не создает опасные излучения, но в устройстве управления значениями пикселей строки монитора присутствуют последовательные информационные сигналы. Спектр этих сигналов имеет широкий спектр в диапазоне сотен МГц. В результате их перехвата возможно восстановление изображения.

К излучающим элементам ВЧ-навязывания относятся радио - и механические элементы, которые обеспечивают модуляцию подводимых к ним внешних электрических и радиосигналов. К таким элементам относятся:

· нелинейные элементы, на которые одновременно поступают низкочастотный электрический сигнал с защищаемой информацией (опасный сигнал) и высокочастотный гармонический сигнал;

· токопроводящие механические конструкции, изменяющие свой размер и переотражающие внешнее электромагнитное поле.

Если на нелинейный элемент (диод, транзистор) подаются 2 сигнала: низкочастотный сигнал uс(t), в информационные параметры, которых, записана информация, и высокочастотный (сотни кГц – единицы ГГц) гармонический сигнал uвч от внешнего генератора, то в токе через нелинейный элемент появятся высокочастотные составляющие, модулированные по амплитуде опасным сигналом.

Из этого следует наличие в спектре тока высокочастотных гармоник опасного сигнала, несущих защищаемую информацию. Этот ток создает электромагнитное поле, мощность которого зависит не только от мощности сигналов, но и от соотношения длины его волны и длины цепи, по которой протекает ток. Такой вариант реализуется путем подачи внешнего высокочастотного электрического сигнала в телефонную проводную линию.

Другим видом излучателя ВЧ-навязывания являются механические конструкции, способные изменять свой размер под действием акустической волны и переотражать внешнее электромагнитное поле. Такие конструкции, как правило, образуют замкнутую полость с токопроводящими поверхностями, одна из которых – тонкая и способна колебаться в соответствии с акустическим сигналом мембрана. При колебании мембраны изменяются геометрические размеры полости. Полость представляет собой колебательный контур, собственная частота которого определяется ее геометрическими размерами. При облучении конструкции электромагнитным полем с частотой колебания, равной собственной частоте контура, возникают резонансные явления и переотражается максимум энергии облучаемого поля. При колебаниях мембраны изменяются частота и напряженность переотраженного поля. После приема переотражённого поля из него можно выделить путем демодуляции электрический сигнал, соответствующий акустическому. Такой излучатель ВЧ-навязывания по существу представляет собой пассивный акустоэлектрический преобразователь подводимой энергии.

Дальность распространения излучаемого ВЧ-электромагнитного поля зависит от его мощности, частоты колебания, величины затухания поля в среде и характера распространения поля.

Характер распространения электромагнитного поля в свободном пространстве описывается 4 уравнения Максвелла, приведенными им в 1873 г. в труде «Трактат об электричестве и магнетизме». Эти уравнения явились обобщением открытых ранее законов электрического и магнитного полей.

В соответствии с первым уравнением любое магнитное поле создается электрическими токами и изменением во времени электрического поля. Второе уравнение обобщает закон электромагнитной индукции, открытый Фарадеем в 1831 г., и указывает на то, что в результате изменения магнитного поля в любой среде появляется электрическое поле. Из третьего уравнения Максвелла следует, что поток вектора электрической индукции через любую замкнутую поверхность равен сумме зарядов в объеме, ограниченном этой поверхностью. Четвертое уравнение позволяет сделать вывод о том, что число силовых линий магнитного поля, входящих в среду некоторого объема, равно числу силовых линий, выходящих из этого объема. Это возможно при условии отсутствия в природе магнитных зарядов.

Из уравнений Максвелла также следует, что автономно (независимо) в природе могут существовать только постоянные электрические и магнитные поля. Поле, излучаемое зарядами и токами переменной частоты, является электромагнитным. В нем присутствуют электромагнитные и электрические компоненты, которые описываются взаимно перпендикулярными векторами. В зависимости от вида излучателя и расстояния от него до точки измерения характер изменения и соотношения между этими компонентами отличаются и изменяются. Характер распространения электромагнитного поля поддается точному математическому описанию для моделей излучателей в виде элементарных вибраторов. В качестве элементарного вибратора рассматривается модель излучателя, размеры которой существенно меньше длины волны излучаемого электромагнитного поля и расстояния от излучателя до точки измерения. Для такой модели параметры излучения во всех точках принимаются равными. Различают элементарные электрический вибратор и магнитную рамку. Электрический вибратор возбуждается источником переменной электродвижущей силы (источником зарядов), магнитная рамка — протекающим по рамке током.

В реальных условиях, с учетом переотражения электромагнитных волн от многочисленных преград (зданий, стен помещений, автомобилей и т. д.), характер распространения столь сложен, что в общем случае не поддается строгому аналитическому описанию.

В зависимости от соотношения геометрических размеров источников излучений и расстояния от них до точки измерения поля различают сосредоточенные и распределенные источники. Сосредоточенные источники имеют размеры, существенно меньшие, чем расстояние от источника до точки наблюдения.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2020 год. (0.123 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал