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

Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнит­ ное поле, силовые линии которого достигают проводников другой

где со — круговая частота переменного тока в цепи A; Za — полное сопротивление цепи А; Мп — паразитная взаимная индуктивность между цепями А и В.

ЭДС величиной UBсоздает в цепи В ток 1в, обратно пропорцио­ нальный суммарному сопротивлению Zb цепи В и сопротивлению нагрузки Z (. Этот ток вызывает на нагрузке напряжение наводки

= ©MnZH/Za(ZB+ Zh) называется коэффициентом паразитной ин­ дуктивной связи. Он, как следует из приведенного выражения, пропорционален частоте переменного тока и величине паразитной взаимной индуктивности и обратно пропорционален сопротивле­ нию цепей.

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

Следует различать взаимную индуктивность между проводни­ ками разных цепей от индуктивности проводника. Индуктивность характеризует свойство проводника препятствовать изменению проходящего через него тока, которое обусловлено явлением са­ моиндукции. Она возникает, когда силовые линии переменного магнитного поля пронизывают проводники, по которым протека­ ет ток, создающий это магнитное поле. Следовательно, переменное магнитное поле, как гоголевская унтер-офицерская вдова, способ­ но само себя высечь.

Гальваническую паразитную связь еще называют связью через общее сопротивление, входящее в состав нескольких це­ пей. Такими общими сопротивлениями могут быть сопротивле­ ние соединительных проводов и устройств питания и управления. Например, узлы и блоки компьютера, осуществляющего обработ­ ку информации, соединены с напряжением +5 В блока питания. Для установки «О» триггеров дискретных устройств на соответс-

141

твующие их входы подается одновременно соответствующий сиг­ нал управления. На рис. 5.7 приведена упрощенная схема, иллюст­ рирующая возникновение гальванической связи.

/ / / / / / / / / / / / / / / / / /

Рис. 5.7. Паразитная гальваническая связь

В соответствии с ним к блоку питания через общие сопротив­ ления Z01, Z02 и Z03 подключены узел 1 и узел 2 радиоэлектронного средства. Сигнал напряжением UH1-го узла создает токи I , и 1ц,, в результате которых на эквивалентном сопротивлении Zn 2-го узла возникает напряжение наводки UH. Отношение (3r = U /U называ­ ется коэффициентом паразитной гальванической связи.

Если побочные поля и электрические токи являются носителя­ ми защищаемой информации, то паразитные наводки и связи мо­ гут приводить к утечке информации. Следовательно, паразитные связи и наводки представляют собой побочные физические про­ цессы и явления, которые могут приводить к утечке защищаемой информации.

Возможность утечки информации через паразитные связи и наводки носит вероятностный характер и зависит от многих фак­ торов, в том числе от конфигурации, размеров (относительно пе­ риода колебаний протекающих токов) и взаимного положения из­ лучающих и принимающих токопроводящих элементов средств. В отличие от предусмотренных для связи функциональных антенн, конструкция и характеристики которых определяются при созда-

142

нии радиопередающих и радиоприемных средств, эти элементы можно назвать случайными антеннами.

Случайными антеннами могут быть монтажные провода, со­ единительные кабели, токопроводы печатных плат, выводы радиодеталей, металлические корпуса средств и приборов и другие эле­ менты средств. Параметры случайных антенн существенно хуже функциональных. Но из-за небольших расстояний между переда­ ющими и приемными случайными антеннами (в радиоэлектрон­ ном средстве или одном помещении) они создают угрозы утечки информации.

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

ирамки.

Вближней зоне вибратор создает преимущественно электри­ ческое поле. Свойства проволочной антенны преобразовать элек- , трический сигнал в поле (радиосигнал) и наоборот характеризу­ ются параметром антенны, названным действующей высотой Ьди измеряемым в м. Действующая высота передающей антенны пред­ ставляет собой параметр, связывающий напряженность электри­ ческого поля, создаваемого антенной в направлении главного из­ лучения, с уровнем сигнала в самой антенне. Действующая высо­ та приемной антенны равна отношению ЭДС в приемной антен­

не к напряженности вызывающего ее электрического поля: Ьд = = Ua/E . При этом предполагается, что приемная антенна ориенти­ рована в пространстве в соответствии с поляризацией электромаг­ нитного поля и прием осуществляется с направления максимально­ го уровня поля. Так как отношение напряженностей электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля возле случай­ ной антенны равно волновому сопротивлению среды (Za = Еа/На),

то hд = Uа/НаZв .

Коэффициент усиления случайной антенны в виде замкну­ той цепи (рамки) оценивается с помощью параметра, названного

143

действующей длиной антенны Ьд = Ц /Н а. По аналогии со спо­ собами определения собственной емкости средства действующая высота (длина) случайной антенны находится методом замеще­ ния.

Паразитные связи могут вызывать утечку информации по проводам и создавать условия для возникновения побочных элек­ тромагнитных 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 возни­ кают паразитные колебания в усилителях, дискретных устройс­ твах и др.

Серьезную угрозу безопасности информации создают наводки сигналов ОТСС на провода и кабели, выходящие за пределы кон­ тролируемой зоны (рис. 5.8). Когда ток проходит по проводникам первой цепи (Ц1), вокруг них создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают проводники второй цепи (Ц2). В ре­ зультате этого по цепи Ц2 потечет помимо основного еще и пере­ ходной ток, создающий помеху основному. Защищенность от вза­ имных помех оценивается так называемым переходным затухани­ ем Z]2 = 101gPc,/Pii2, где Рс1 и Р — мощность сигналов в 1-й цепи и наводки от них во 2-й цепи. Для надежной защиты информации пе­ реходное затухание должно быть не менее величины 101gPc/Pnp, где Рс и Рпр — мощность сигнала с информацией и чувствительность приемника злоумышленника, перехватывающего наведенный сиг­ нал. Так как кабели в здании укладываются в специальных колод­ цах и нишах, то между кабелями за счет их достаточно близкого и параллельного на большом расстоянии расположения возника­ ют достаточно большие паразитные связи между кабелями внут­ ренней и городской АТС, других информационных линий связи, цепями электропитания и заземления. Так как сотрудники органи­ зации при разговоре по телефонам внутренней АТС чаще допуска­ ют нарушения режима секретности (конфиденциальности), чем во время разговора по городской АТС, то при регулярном подслуши­ вании разговоров по внутренней АТС можно добыть ценную ин­ формацию.

144

Собственное затухание Zj = 10 lg РВЫХ1 /Рвх!

Собственное затухание Z2 = 10 lg РВЫХ2 ! Рвх2

Рис. 5.8. Паразитные наводки

Современная архитектура служебных помещений предусмат­ ривает создание между межэтажными перекрытиями и потолком (полом) свободного пространства для прокладки различных ка­ белей (электропитания, внутренней и городской АТС, трансля­ ции, 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.

5.3.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 статичес­ кие или динамические заряды (электрический ток), в информаци­ онные 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, пере­ даче и хранении защищаемой информации или сами элементы це­ пей обладают свойствами акустоэлектрических преобразователей,

или опосредованно, когда опасные сигналы проникают в излучаю­ щие цепи через паразитные связи.

Вид излучения и характер распространения электромагнитно­ го поля в пространстве зависит от частоты колебаний поля и вида излучателя. Различают низкочастотное и высокочастотные опас­

ные излучения.

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

Наибольшую угрозу создают средства звукофикации помеще­ ний для озвучивания акустической информации, содержащей го­ сударственную или коммерческую тайну. Эти средства включают микрофоны, усилители мощности, громкоговорители, устанавли­ ваемые на стенах больших помещений (залов для совещаний, кон­ ференц-залов) или в спинки кресел, а также соединительные кабе­ ли. Причем часто усилители мощности размещаются в техничес­ ком помещении, удаленном на значительном расстоянии от кон­ ференц-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, зда­ ния и даже организации, а во-вторых, наводить ЭДС в любых токо­ проводящих конструкциях, в том числе в цепях электропитания и металлической арматуре зданий.

К высокочастотным опасным излучениям относятся элект­ ромагнитные поля, излучаемые цепями радиоэлектронных средств, по которым распространяются высокочастотные (выше звукового диапазона) сигналы с секретной (конфиденциальной) информаци­ ей. Можно утверждать, что если не приняты специальные допол­ нительные меры, то источниками подобных опасных побочных

146

ВЧ-излучений могут быть любые цепи радио- и электрических средств. К основным источникам побочных излучений с мощнос­ тью, достаточной для распространения электромагнитного поля за пределы контролируемой зоны, например помещения, относятся:

•гетеродины радио- и телевизионных приемников;

•генераторы подмагничивания и стирания аудио- и видеомагни­ тофонов;

•усилители и логические элементы в режиме паразитной генера­ ции;

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

•элементы ВЧ-навязывания;

•мониторы, клавиатура, принтеры и другие устройства компью­ теров, в которых циркулируют сигналы в параллельном коде. Гетеродины радио- и телевизионных приемников являются

генераторами гармонических колебаний, необходимыми для пре­ образования частоты принимаемого сигнала в промежуточную частоту. Гармоническое колебание с гетеродина подается на сме­ ситель, на нелинейном элементе (диоде или транзисторе) которого осуществляется преобразование входного (принимаемого) сигна­ ла в сигнал промежуточной частоты. Частоты сигналов гетероди­ нов отличаются на величину промежуточной частоты (465 кГц — для ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов, 10 М Гц— 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 преобразо­ вателей или в него проникают опасные сигналы от других акус­ тоэлектрических преобразователей, то возможна амплитудная или частотная модуляция сигналов гетеродина. Мощность излучения модулированных сигналов гетеродина тем больше, чем ближе зна­ чения длины волны гармонического колебания к длине цепей, по которым протекают сигналы гетеродинов. Часто она бывает доста­ точной для подслушивания речевой информации в кабинете руко­ водителя с включенным радиоили 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 под­ магничивания 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 нели­ нейные искажения в записанном сигнале. Путем подачи в магнит­ ную головку наряду с током записи дополнительного тока подмаг­ ничивания с частотой около 100 кГц и амплитудой, в 6-8 раз пре­ вышающей максимальную амплитуду тока записи, устанавливает­ ся рабочая точка для тока записи на линейном участке кривой на­ магничивания магнитной ленты. В результате выбора оптимально­ го тока подмагничивания удается уменьшить нелинейные искаже­ ния сигналов записи до единиц процентов.

Генератор высокочастотного стирания обеспечивает стира­ ние записанной на магнитную ленту информации путем размаг­ ничивания 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 напря­ женности магнитного поля головки в результате удаления стирае­ мого элементарного участка движущейся магнитной ленты от за­ зора стирающей магнитной головки происходит многократное перемагничивание участка с убывающей до нуля намагниченностью. В отличие от высокочастотного стирания уничтожение информа­ ции путем воздействия на магнитный слой магнитным полем пос­ тоянного магнита, который применяется в качестве стирающей го­ ловки в специальных диктофонах, обеспечивается путем намагни­ ченности магнитного слоя ленты до насыщения.

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

Математическую модель усилителя независимо от числа кас­ кадов усиления можно представить в виде комплексной передаточ­ ной функции Кус(со)е^ус(“), где Кус(со) и Фус(со) — зависящие от час­ тоты со = 2nf коэффициент усиления и фаза выходного сигнала по

148

отношению к входному. В усилителе напряжения фаза выходно­ го сигнала для нечетного числа каскадов усиления изменяется на 180°, а при четном числе каскадов совпадает с фазой входного сиг­ нала.

Так как между элементами усилителя всегда существуют ем­ костные, индуктивные и гальванические паразитные связи, то на входе усилителя наряду с усиливаемым внешним сигналом при­ сутствуют сигналы, проникшие во входные цепи через паразит­ ную обратную связь, в том числе с выхода усилителя. Паразитную обратную связь можно также представить математической моде­ лью Koc(<D)eJ<Poc,a). Обобщенная математическая модель усилителя с обратной связью представлена на рис. 5.9.

К ос(со)е^ос(“ )

Un

и„

Рис. 5.9. Модель усилителя с обратной связью

Связь между выходом и входом усилителя описывается урав­ нением:

ивых = (и вс+ и ос) Кус(со)е^<»” = [U С+ и ыхК е(со)е^‘М]Ке(ю)е**->. После преобразования:

Kyc(co)ej(,,J'c(“)

U =U -----

вс j _ Кус(со)Кос(со)е'|[фус,ю),фос(")!

Режим усиления переходит в режим генерации, когда выход­ ной сигнал достигает максимального значения и поддерживает­ ся на этом уровне независимо от Ubx. Это условие выполняется при нулевом значении знаменателя указанного выше выражения. ( ’ледовательно, режим генерации возникает при 1 - Кус(со)Кос(со) •

• (» Л Ф у с (ю ) ♦ ф ос(м )] ~ Q

149

Для этого необходимо выполнить два условия:

1 )К с(ш)=1/Кус(со);

Первое условие определяет минимально необходимую для воз­ никновения паразитной генерации величину коэффициента пара­ зитной обратной связи. Чем выше коэффициент усиления усили­ теля, тем меньший коэффициент паразитной обратной связи со­ здает предпосылки для возникновения генерации. Например, если Кос = 10, то для возникновения генерации необходимо проникнове­ ние 0,1 части выходного сигнала на вход усилителя. Для усилите­ ля с Кус = 100 достаточно поступления на его вход 0,01 части выход­ ного 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 созда­ ют благоприятные условия для возникновения паразитной генера­ ции в логических элементах.

Второе условие предусматривает, что изменение фазы сигна­ ла обратной связи должно быть противоположно величине фазо­ вого сдвига усилителя. Это означает, что фазы внешнего сигна­ ла и сигнала обратной связи должны быть приблизительно равны­ ми. Обратная связь, при которой фаза сигнала на входе усилите­ ля совпадает с фазой сигнала обратной связи, называется положи­ тельной, а когда фазы этих сигналов противоположные — отри­ цательной. Если положительная обратная связь способствует па­ разитной генерации, то отрицательная, наоборот, повышает ста­ бильность работы усилителя, но за счет некоторого снижения на­ пряжения на выходе усилителя. Поэтому в усилителях с высоким коэффициентом усиления для исключения паразитной генерации создают между каскадами отрицательную обратную связь, а так­ же применяют комплекс мер по уменьшению паразитных связей. С этой целью при монтаже используют короткие экранированные провода, элементы входных и выходных цепей разносят на макси­ мально возможное расстояние, экранируют трансформаторы уси­ лителей, в цепи питания предварительных каскадов устанавлива­ ют RC-фильтры низких частот, усилительные каскады размещают в одну линию и др.

150