Автор: Кириллов В.М. Соболев А.Н.
Теги: взаимоотношения людей на производстве экология города и села информационная безопасность защита информации
ISBN: 5-85438-084-6
Год: 2004
Текст
А. Н. Соболев, В. М1Кирйллов
ФИЗИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ
А. Н. Соболев, В. М. Кириллов
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Рекомендовано УМО по образованию в области информационной
безопасности в качестве учебного пособим для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по специальностям 075500
«Комплексное обеспечение информационной безопасности
автоматизированных систем» и 075200 «Компьютерная безопасность»
Москва
«Гелнос АРВ»
2004
УДК 658.382.3
ББК 28.081.1
С42
Рецензенты:
кафедра математики и естественно-научных дисциплин Марийского
филиала Московского открытого социального университета (завкафедрой
профессор, л. ф.-м. н. М. Л. Николаев;
начальник отдела по защите информации ОАО «Марийский
машиностроительный завод», Почетный радист России В. Г. Лоскутов.
Соболев А. Н., Кириллов В. М.
С42 Физические основы технических средств обеспечения
информационной безопасности: Учебное пособие. — М.: Гелиос АРВ, 2004. —
224 с, ил.
ISBN 5-85438-084-6
Па основе системного подхода рассмотрен комплекс вопросов, связанных
с обеспечением информационной безопасности: стадии жизненного цикла
источника информации и его связь с компонентами окружающей среды,
физические основы технических средств обеспечения информационной безопасности и
их связь с созданием технических каналов утечки информации и с задачами
противодействия и контроля состояния систем информационной безопасности.
Для студентов по специальностям 075500 «Комплексное обеспечение
информационной безопасности автоматизированных систем» и 075200
«Компьютерная безопасность».
ББК 28.081.1
© Соболев Л. Н.. Кириллов В. М.. 2004
ISBN 5-85438-084-6 © Оформление. Издательство «Гелиос ЛРВ», 2004
ВВЕДЕНИЕ
В связи с постоянным повышением значимости
информационных ресурсов в обществе и в межгосударственных
отношениях возрастают требования к надежности защиты информации.
Трудность выполнения этих требований обусловлена быстрыми
темпами развития микроэлектроники и нанотехнологий,
обеспечивающих создание разнообразных по своим возможностям
технических средств, обладающих высокими значениями
показателей качества. Появляются возможности образования новых
технических каналов утечки информации. Как отмечается в [41 ],
с развитием нанороботов начнет расти количество устройств
несанкционированного доступа к информации. Анализ ситуаций и
разработка технических средств противодействия возможны
лишь на основе выявления использованных в них физических
эффектов (ФЭ). Такая потребность назрела уже сейчас, так как
прогнозирование образования технических каналов утечки
информации связано с выявлением ФЭ, проявляющихся при
взаимодействии источника информации с объектами окружающей
среды. При этом должна учитываться каждая стадия жизненного
цикла источника информации.
Учебное пособие должно помочь осуществить более
тесную связь между дисциплинами «Фмчмка» и «Технические
средства и методы защиты информации».
Установление такой свячи необходимо потому, что при
изучении физики многие ФЭ, используемые для создания
каналов утечки и средств защиты информации, не
рассматриваются. Студенты не представляют, как изучаемые ФЭ
могут быть использованы для этих целей. Вновь возвращаться
к этим вопросам при изучении дисциплины «Технические
средства и методы защиты информации» нежелательно из-за
нерациональных затрат времени при ее изучении.
В учебном пособии на основе принципов системного
подхода рассмотрены физические основы образования тсхниче-
ских каналов утечки информации. Каждый вид технического
канала утечки информации рассмотрен с точки зрения
физических возможностей его образования, противодействия его
функционированию, контроля состояния средств защиты
информации. Приведены перечни технических средств для
выполнения этих функций.
Впервые в технической литературе рассмотрены
закономерности проявления и технической реализации ФЭ, что
позволит специалистам по-новому подойти к решению задач
обеспечения информационной безопасности.
Значительная часть информации представлена в виде
блок-схем, иерархических схем и таблиц, что должно
способствовать лучшему усвоению материала учебного пособия.
В конце каждой главы приведены вопросы для
самопроверки.
В приложении приведен каталог ФЭ, использованных
в технических средствах образования каналов утечки
информации, в средствах противодействия и контроля состояния
системы защиты информации.
Авторы благодарят С. А. Колумбову за техническую
помощь в подготовке рукописи учебного пособия.
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
А — воздействие
Адоп — дополнительное воздействие
БД — база данных
В — физический объект
ЗвП — звуковое поле
ИК — инфракрасное (излучение)
МП — магнитное поле
ПД — принцип действия
Р — сила
СП — силовое поле
ТР — техническое решение
ТС — техническая система
УЗвП — ультразвуковое поле
УФ — ультрафиолетовое (излучение)
ФСх — физическая схема
ФЭ — физический эффект
ЭМИ — электромагнитное излучение
ЭМП — электромагнитное поле
ЭП — электрическое поле
ГЛАВА 1
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК ОСНОВА
СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
1.1. Сущность системного подхода
при решении задач инженерно-технической
защиты информации
О необходимости применения системного подхода при
разработке систем информационной безопасности
высказывались многие специалисты [10, 15, 24, 26, 33]. В ГОСТ 075500
«комплексное обеспечение информационной безопасности
автоматизированных систем» отмечается: «Специалист по
защите информации должен уметь:
— применять системный подход к обеспечению
информационной безопасности в различных сферах деятельности,
включая комплекс организованных мер, учитывающих
особенности функционирования предприятия и решаемых им
задач».
Однако следует заметить, что решение этой задачи на
сегодняшний день нельзя считать законченным. Имеется много
вопросов, которые еще предстоит разрабатывать и
теоретически, и практически.
В общем случае системный подход при разработке систем
информационной безопасности должен включать следующие
основные составляющие:
1) стадии жизненного цикла источника информации;
2) связь источника информации с компонентами
окружающей среды;
3) анализ физических основ технических средств
создания, передачи, приема и использования информации;
4) учет направлений развития технических средств;
6
5) взаимосвязь и взаимозависимость технических средств
перехвата информации, противодействия перехвату и
контроля состояния системы информационной безопасности;
6) комплексный подход к созданию системы
информационной безопасности.
При решении конкретных задач, связанных с
информационной безопасностью, значимость той или иной
составляющей будет разной. Однако общий методический подход к
анализу этих задач должен быть один и тот же. Системный
подход должен проводиться при разработке любых систем
информационной безопасности. В работах по системному
анализу [7, 23, 36] отмечается, что при овладении
методологией системного подхода у специалистов вырабатывается стиль
системного мышления, повышается качество
разрабатываемых проектов.
1.2. Стадии жизненного цикла
источника информации
Применительно к техническим системам (ТС) выделяют
следующие стадии жизненного цикла [23]:
— замысел создания;
— разработку;
— производство;
— транспортирование;
— хранение;
— эксплуатацию;
— утилизацию.
Применительно к источнику информации стадии
жизненного цикла отличаются содержанием и последовательностью
некоторых из них. На рис. 1.1 приведен жизненный цикл
источника информации. Дадим краткую характеристику каждой
стадии.
Замысел создания. Информация об идеях создания ТС,
наших планах, результатах нашей деятельности и т. д. рожда-
ется во времени, она не возникает мгновенно. В процесс
создания источника информации вовлекаются специалисты,
руководители подразделений и предприятий. При создании
источника информации используется вычислительная и
множительная техника. Прежде чем родиться источнику информации,
возникают различные черновые материалы, проекты и т. д.
В ряде случаев источник информации должен быть согласован
и утвержден соответствующими службами и организациями.
Таким образом, в работу над созданием источника информации
вовлекается значительное число лиц. Кроме того, на этой
стадии могут обсуждаться и другие вопросы, связанные с
источником информации и могущие иметь важное значение.
На данной стадии наиболее сложно обеспечить защиту
информации. Здесь контролируемая зона может иметь лишь
локальный характер. Человеческий фактор играет
превалирующую роль.
Создание
Переработка
Хранение
Передача
Прием
п
Переработка
Хранение
Использование
Хранение
Утилизация
Рис. 1.1. Жизненный цикл источника информации
Переработка информации. Создаваемый источник
информации далеко не всегда может иметь ту форму, в рамках
которой он будет передаваться и использоваться. Так,
например, если созданная информация будет использована при
разработке ТЗ, то она должна быть переработана в соответствии с
существующими документами на разработку ТЗ. Если источник
информации будет использоваться при составлении договора,
то он тоже будет перерабатываться в соответствующую форму.
Иногда переработка информации может быть связана
с его кодированием.
В процессе переработки информации может
использоваться и множительная техника.
На этой стадии круг лиц, имеющих отношение к
источнику информации, будет значительно уже, но это могут быть
уже совершенно другие люди.
Хранение. Не может быть источника информации, который
не хранился бы даже в течение очень короткого времени. Это
могут быть технические средства личного хранения (шкафы,
сейфы, жесткие диски и т. д.) или технические средства общего
хранения (шкафы и сейфы спецотделов и других подразделений).
Сохраняемая информация может быть в виде черновиков,
промежуточных и окончательных документов, в виде жестких
дисков, СД, дискет и т. д.
На этой стадии также происходит расширение круга лиц и
технических средств, имеющих отношение к источнику
информации.
Передача информации. Передаваться может сам
источник информации, его копия или содержание. Для передачи
используется установленный канал связи. Процесс передачи
осуществляется с помощью технических средств: радиосвязи,
телефона, телетайпа, почтовой связи и др. Для передачи
информации используется различная физическая среда: твердая,
жидкая, газообразная.
Прием информации. Может осуществляться людьми и
техническими средствами. Так, например, в локальной
компьютерной сети содержание документа проходит через системный
блок, монитор и принтер.
Переработка информации. Содержание переданной
информации может быть декодировано, представлено в
графическом виде, в динамике и т. д. Переработка информации
может осуществляться в соответствии с требованиями
конкретного пользователя.
Хранение. Принятая и переработанная информация по
ряду причин может не сразу передаваться пользователю.
В этом случае должно быть обеспечено ее хранение. Оно
может быть осуществлено с помощью машинных носителей или
традиционными способами, например в спецотделе.
Хранение необходимо и в тех случаях, когда к информации могут
обращаться несколько пользователей, несколько раз или
оговорен ее срок хранения.
Использование. Этот этап соответствует целевому
назначению источника информации. Порядок и условия
использования связаны с содержанием информации. Возрастает круг
лиц, имеющих отношение к информации, содержащейся в
источнике информации. Используется большое количество
технических средств, обеспечивающих локальную передачу
информации, ее переработку и размножение.
Хранение информации. Связано с необходимостью
обеспечения работы соответствующего персонала, с
накоплением информации и последующей аналитической
обработки. Кроме того, срок хранения некоторых видов документов
регламентирован руководящими материалами,
инструкциями и т. п.
Утилизация. Это завершающая стадия существования
документа. Утилизация может производиться с помощью
технических средств, программных средств и традиционным
способом — сжиганием. Уничтожение информации,
записанной на машинные носители, имеет особенность в том, что сам
носитель возвращается в сферу использования, а.информация
уничтожается. Разработаны специальные устройства и
программы для решения этой задачи. Уничтожение может
производиться и в аварийных ситуациях, когда возникает угроза
перехвата машинного носителя вместе с содержащейся на нем
информацией.
Анализ стадий жизненного цикла позволяет установить
два важных фактора: непрерывное расширение круга лиц и
количества технических средств, связанных с содержанием
источника информации. Это обусловливает, с одной стороны,
10
широкие возможности по организации каналов утечки
информации, а с другой — трудности в реализации защиты
информации.
1.3. Взаимосвязь источника информации
с компонентами окружающей среды
Источник информации на каждой стадии жизненного
цикла взаимодействует с объектами окружающей среды. Это
могут быть технические системы, специалисты, предприятия
и организации, транспортные средства и т. д. Для конкретного
источника информации состав объектов окружающей среды
на той или иной стадии жизненного цикла определяется его
содержанием.
В практике системного подхода принято выделять
следующие компоненты окружающей среды (рис. 1.2).
Организации.
предприятия,
фирмы
Рис. 1.2. Взаимосвязь источника информации
с компонентами окружающей среды
Дадим краткую характеристику каждому компоненту.
Организации, предприятия, фирмы. Взаимосвязь
источника информации может выражаться в виде руководящих
документов, положений, инструкций и т. д. Так, например, отчет по
научно-исследовательской работе должен быть выполнен в
соответствии с ГОСТ 7.32-81; технические новшества,
содержащиеся в источнике информации, должны быть защищены
патентами в соответствии с Патентным законом РФ.
С другой стороны, источник информации может
воздействовать на общество в лице организаций и предприятий.
Например, выпущенные нормативные документы по охране
труда требуют выполнения определенных мероприятий на
производстве, а законодательные акты по информационной
безопасности — организационных и технических
мероприятий по созданию систем защиты информации.
Человек. Воздействие человека на источник информации
многообразно. Это может быть видоизменение, дополнение и
уничтожение информации, а также размножение и
переиздание, кодирование и декодирование, другие действия.
Информация может заставить действовать человека по
определенной программе, обучать, тренировать, лечить и т. д.
Техническая среда. Здесь также существует много
различных связей. Например, технические средства
обеспечивают доступ к источнику информации, уничтожают ее,
осуществляют передачу и другие действия.
Источник информации, в свою очередь, может
воздействовать на техническую среду: может управлять
функционированием технических средств, модулировать их
электромагнитное излучение, электрические сигналы, предъявлять
различные требования к условиям эксплуатации технических
средств и их параметрам и т. д.
Физическая среда. Может быть в различных агрегатных
состояниях, характеризоваться различными параметрами
(температура, давление, радиация, электромагнитное излуче-
12
ние и др.). Влияет на возможности передачи информации, на
сохранность и целостность информации.
Источник информации может оказывать воздействие на
физическую среду, например путем нормирования значений
ее параметров (уровень освещения, наличие помех в виде
электромагнитных излучений и т. д.), образовывать
демаскирующие признаки и др.
Биологическая среда. Под биологической средой
понимают животных, птиц, грызунов, насекомых,
микроорганизмы, грибки и т. д.
Биологическая среда может воздействовать на источник
информации на бумажных носителях в процессе его
использования, хранения и передачи. Информация на машинных
носителях может получать повреждения от грызунов и насекомых.
Птицы, кошки и собаки, попадая в охраняемую зону, с
помощью приданных им технических средств могут
обеспечивать наблюдение, запись электромагнитных излучений и
другие функции.
1.4. Физические основы образования каналов
утечки информации
Под утечкой информации понимается
несанкционированный процесс переноса информации от источника к
несанкционированному пользователю.
Физический путь переноса информации от ее источника
к несанкционированному пользователю называется каналом
утечки.
Утечка информации связана с источником (генератором),
физической средой, в которой распространяется информация
от источника, и с пользователем (приемником) (рис. 1.3).
В автоматизированных системах основными
источниками информации являются люди и документы.
Технические средства, которые обеспечивают утечку
информации, образуют технические каналы утечки информации.
13
Источник сигнала
( |хма
pauipnciранении
1 IpiK'MIIIIK
Рис. 1.3. Структура системы передачи информационного
сигнала
Технические каналы утечки информации являются
техническими системами с пространственно распределенными
структурными элементами.
Возьмем, например, акустический канал. Основными
структурными элементами канала являются: источник
акустического сигнала, акустооптический преобразователь, оптико-
электрический преобразователь и электроакустический
преобразователь. Структурные элементы имеют независимые
источники питания. Они разнесены друг от друга на
значительные расстояния, причем тенденция развития данного
канала связана с дальнейшим увеличением этих расстояний.
Функциональные связи между структурными элементами
реализуются на основе ФЭ-проводников: проводимость
(распространение) акустических колебаний в воздушной среде, свето-
проводимость воздушной среды и электропроводимость.
В большинстве случаев считается, что среда,
обеспечивающая проводимость информационных сигналов,
существует сама по себе. Однако за счет внешних воздействий мы
можем помешать проявлению эффекта-проводника либо
обеспечивать его проявление за счет изменения свойств
пространства между источником сигнала и его приемником.
Так, с помощью установки различных экранов, фильтров,
помех на пути распространения информационного сигнала
может быть оказано воздействие на проявление ФЭ-проводников.
Чем больше расстояние между структурными элементами, тем
больше возможностей повлиять на распространение
информационного сигнала. Влияющие факторы могут создаваться
человеком, объектами окружающей среды и природными явлениями.
14
Все компоненты окружающей среды, рассмотренные
выше, могут быть использованы в целях создания каналов
утечки информации. Основой этих каналов являются
физические эффекты, проявляющиеся при взаимодействии
источника информации с компонентами окружающей среды на всех
стадиях его жизненного цикла. Из этого видно, что системный
подход по выявлению возможных каналов утечки
информации, противодействию их образованию и использованию
является сложной задачей.
Ни одна техническая система, связанная с проводимостью
энергии, ее модификацией или ее преобразованием, не имеет
КПД, равного 100%. Всегда происходит частичное рассеяние
энергии за счет проявления соответствующих ФЭ. То же
происходит и в системе передачи информационного сигнала. Это
особенно характерно для радио- и акустического каналов.
Рассеиваемая энергия взаимодействует с объектами
окружающей среды, в том числе и с техническими средствами
перехвата информационного сигнала. С учетом изложенного схема
системы передачи информационного сигнала будет иметь
вид, показанный на рис. 1.4, где 1 — побочные излучения
источника сигнала, промодулированные информационным
сигналом; 2 — побочные излучения при прохождении сигнала
через среду его передачи; 3 — рассеивание переданного
сигнала; 4 — побочные излучения при работе приемника сигнала,
промодулированные информационным сигналом.
На рис. 1.5 приведена схема, когда для передачи
информационного сигнала используются две среды, которые могут быть
Источник
сигнала
Среда
распространения
Приемник
Рис. 1.4. Схема системы передачи информационного сигнала
15
Источник
сигнала
1 -я среда
распространения
Приемопередатчик
(преобразо-
патель)
2-я среда
распространения
Приемник
Рис. 1.5. Схема системы передачи информационного сигнала
по двум средам
в различных агрегатных состояниях. В этом случае количество
возможных каналов утечки информации значительно возрастает.
Как показано выше, любая ТС находится во взаимосвязи
с компонентами окружающей среды. Некоторые компоненты
могут активно взаимодействовать с ТС, оказывать влияние на ее
функционирование. В этом случае схема системы передачи
информационного сигнала будет иметь вид, показанный на рис. 1.6.
Источник-
сигнала
Среда
распространения
Приемник
Рис. 1.6. Схема системы передачи информационного сигнала
с воздействиями со стороны окружающей среды
Здесь 1 — воздействие на источник сигнала; 2 —
воздействие на среду распространения сигнала; 3 — воздействие на
приемник.
Воздействия могут быть оказаны с различными целями:
перехват информации (вч-навязывание), препятствие
распространению информационного сигнала (помехи),
разрушение информации, искажение информации и др.
Следует ожидать появления нового поколения
технических средств нарушения информационной безопасности,
основанного на последних достижениях в области нанотехнологий
(одно — электроника, нанороботы, квантовая механика и др.).
16
Эти средства характеризуются:
— малым энергопотреблением;
— высокой чувствительностью;
— новыми функциональными возможностями;
— исключительно малыми габаритами;
— увеличением дальности перехвата информации;
— «пропаданием» демаскирующих признаков.
В связи с этим изменяется соотношение возможностей
технических средств нарушения информационной
безопасности и средств защиты.
Прогнозирование возможностей появления технических
каналов утечки информации и создание эффективных
технических средств противодействия им возможны лишь на основе
знаний закономерностей проявления и технической
реализации ФЭ. Это позволит прогнозировать различные
демаскирующие признаки каналов утечки информации, возможные
физические основы технических средств перехвата информации,
создавать на новых принципах действия технические средства
поиска и локализации средств перехвата информации.
Комплексный и эффективный физический анализ
возможностей образования каналов утечки информации
возможен лишь на основе базы данных по ФЭ. Так, например, в
настоящее время известно около 300 ФЭ, проявляющихся при
воздействии на физические объекты акустических колебаний.
Эти ФЭ обеспечивают проводимость, модификацию и
преобразование акустических колебаний, а также изменение
свойств веществ и материалов. Далеко не все из них
используются или могут быть использованы для утечки информации
по акустическим и акустопреобразовательным каналам. Одна
из задач физического анализа взаимодействия источника
информации с компонентами окружающей среды сводится к
выявлению возможностей использования тех или иных ФЭ
в конкретных условиях.
Вопросы для самопроверки
1. Какие составляющие системного подхода должны
учитываться при разработке системы информационной
безопасности?
2. Рассмотрите стадии жизненного цикла по отношению
к следующим источникам информации: деловое письмо,
описание изобретения, отчет о НИР.
3. В чем сходство и отличие мер по обеспечению
информационной безопасности на стадиях разработки и
использования источника информации?
4. Какими мерами можно обеспечивать информационную
безопасность на стадии разработки источника информации?
5.. Как связано содержание источника информации
(изобретение, ноу-хау, договор о сотрудничестве) с составом
объектов компонентов окружающей среды: организации,
предприятия, фирмы; человек; техническая среда?
6. Какие технические средства могут быть использованы
для получения информации на стадии транспортирования
источника информации внутри охраняемой зоны; на территории
предприятия; за пределами предприятия?
7. Какие задачи ставятся перед физическим анализом
взаимодействия источника информации с компонентами
окружающей среды?
ГЛАВА 2
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1. Использование физических эффектов
в технических системах
Физические эффекты — это фундаментальные знания,
выработанные и накопленные человечеством. Термин
«физический эффект» широко используется в научной и
технической литературе. Однако ни в физических, ни в других
энциклопедиях и словарях не содержится его определения. Это
привело к тому, что исследователи и разработчики методов
решения технических задач на основе использования ФЭ
приводят различные толкования данного термина. В каталоги по
ФЭ включается такая информация, которую нельзя
рассматривать в качестве описания отдельных ФЭ. Так, например, в [48]
в каталог ФЭ включены: трансформатор, магнитный
усилитель, колебания струны, сварочная дуга и т. п. Подобные
примеры можно найти и в других работах [35, 47, 49]. Такое
широкое толкование ФЭ приводит к ошибкам в методологическом
плане. Кроме того, отсутствие четкого определения ФЭ делает
невозможной формализацию решения технических задач.
Для однозначности толкования ФЭ предпринимались
попытки дать его рабочее определение. Так, в [8] под ФЭ
понимается результат воздействия одних физических объектов на
другие, которые при определенных условиях взаимодействия
приводят к вполне определенным изменениям значений
определенных физических величин. Однако эта формулировка не
содержит понятия «воздействие» и не раскрывает его. Кроме
того, понятие ФЭ связывается лишь с изменением значений,
имеющихся до взаимодействия физических величин, что
существенно ограничивает круг известных взаимодействий
объектов материального мира.
19
Поскольку по своей сущности ФЭ есть результат,
следствие некоторых взаимодействий материальных объектов, то
для однозначности толкования понятия ФЭ принято
следующее его определение: физический эффект — это
закономерность проявления результатов взаимодействия объектов
материального мира, осуществляемого посредством
физических полей [29]. При этом закономерность проявления
характеризуется последовательностью и повторяемостью при
идентичности условий взаимодействия.
Разнообразие процессов и явлений, которые происходят
в природе, обусловлено, по современным данным, четырьмя
типами взаимодействий: всемирным тяготением,
электромагнитными, ядерными и слабыми взаимодействиями [27].
Каждому типу взаимодействия соответствуют определенные
физические поля. Каждое из этих полей имеет ряд модификаций
или характеристик, обусловливающих особенности
взаимодействия материальных объектов. Так, например,
электрическое поле может быть статическим, переменным, вихревым
и т. д. Все это создает условия для проявления большого
количества разнообразных ФЭ.
Исходя из определения ФЭ дадим характеристику
воздействия, объекта материального мира (физический объект) и
результата воздействия (эффект).
Воздействия — это физические поля и их модификации,
носителями которых являются физические объекты. В
дальнейшем физические поля-воздействия будем рассматривать
в отрыве от физических объектов, от которых они исходят.
Воздействие всегда направлено на некоторый физический
объект и приложено к нему.
Физический объект — это отдельный элемент или
совокупность взаимосвязанных элементов, образующих определенную
структуру. К физическим объектам относятся системы из
макротел (элементы конструкций), макротела (вещества,
материалы, кристаллы, жидкости и т. п.), микротела (молекулы,
20
атомы, ионы и т. п.), элементы микротел (электроны,
нейроны, протоны, частицы и т. д.).
Результаты воздействия — это те эффекты, которые
проявляются на физических объектах или в окружающем их
пространстве. Результатами воздействия являются те же физические поля,
которые относятся к воздействиям. Этим обусловливается
взаимосвязь между ФЭ, которая используется в объектах
техники. К результатам воздействия относятся также изменения
параметров физических объектов (размеров, формы,
агрегатного состояния и т. д.).
Выявление воздействий и результатов воздействий в ФЭ —
это установление возможных отношений между ними.
Исходя из определения ФЭ,
воздействий, физического объекта з
и результата воздействия каждый
ФЭ можно представить в виде мо- Рис- 2L Модель черного
дели черного ящика (рис. 2.1), где ящика физиче-
А — воздействие, В — физический ского эффекта
объект, С — результат воздействия (эффект).
Функционирование любой ТС основано на проявлении
тех или иных ФЭ. Совокупность взаимосвязанных ФЭ
образует физическую основу ТС.
Вопросам применения ФЭ в технике посвящен ряд работ
[23, 25, 44, 46].
Рассмотрим некоторые примеры.
Пример 1. Для перемещения отдельных атомов или
молекул на соизмеримые с ними расстояния используют нанодви-
гатели. Основным структурным элементом нанодвигателя
является пьезокристалл. При подаче потенциала электрического
тока на его грани пьезокристалл деформируется и перемещает
подложку с размещенными на ней атомами или наноиглу,
обеспечивающую перенос на определенное расстояние.
Таким образом, физической основой нанодвигателя является
обратный пьезоэлектрический эффект.
21
Пример 2. В устройствах автоматики и телемеханики
широко используются датчики тока, предназначенные,
например, для сигнализации появления в электрической цепи
недопустимого по величине импульсного тока. Один из
конструктивных вариантов такого датчика содержит
металлическую пластинку с закрепленным на ней пьезоэлементом.
Датчик размещается в зазоре магнитопровода,
охватывающего токопровод, в котором контролируется проходящий
ток. При прохождении импульса электрического тока по то-
копроводу в зазоре магнитопровода происходит изменение
магнитного поля, под воздействием которого
осуществляется деформация пластины (магнитострикционный эффект),
передаваемая пьезоэлементу. При деформации пьезоэле-
мента на его гранях создается электрический потенциал
(пьезоэлектрический эффект). Величина этого потенциала
пропорциональна величине протекающего по токопроводу
электрического тока. Таким образом, в данной ТС
используются два ФЭ. Эти ФЭ связаны между собой, а именно:
результат первого ФЭ вызывает проявление второго ФЭ.
Для проявления эффектов потребовались разные материалы:
в первом случае — никелевый сплав, во втором — пьезоке-
рамика.
Пример 3. Для создания электромагнитных полей
используются.катушки индуктивности, которые содержат
определенное количество витков проводника электрического тока.
При протекании электрического тока по отдельному витку
вокруг него создается магнитное поле определенной
величины, что является физическим эффектом. Концентрация
многих витков в небольшом объеме (катушка) позволяет
суммировать этот эффект до получения поля с нужными
параметрами. Здесь налицо многократное использование одного и
того же ФЭ. Подобное использование ФЭ встречается в ТС
довольно часто: аккумуляторные батареи, выпрямители,
конденсаторы, усилители и т. д.
22
Пример 4. В транзисторе наряду с выполнением им
основной функции часть подводимой энергии расходуется на
нагревание полупроводника, что является нежелательным.
Для обеспечения работоспособности корпуса мощных
транзисторов снабжены массивными основаниями отвода тепла от
полупроводника. В данном случае влияние нежелательного
ФЭ, заключающегося в выделении тепла при прохождении
электрического тока через проводник, в определенной мере
уменьшается, так как поток тепла от полупроводника
передается основанию корпуса транзистора.
Защита ТС и ее элементов от нежелательных эффектов —
широко распространенный технический прием. Например,
осуществляют защиту от воздействия рентгеновского излучения,
магнитных и электрических полей, от ударов, трения и т. д.
Перечень примеров других ТС можно было бы
продолжить. Однако в их основе также будут использоваться
различные ФЭ.
2.2. Закономерности проявления
физических эффектов
2.2.1. Стадии проявления физических эффектов
1. Физические эффекты проявляются при переходе
физической системы или ее элементов из одного
устойчивого состояния в другое. Так, например, все
фотоэлектрические явления обусловлены нарушением равновесия между
системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой
или кристаллической решеткой — с другой. Неравновесное
состояние электронной системы тела сохраняется некоторое
время после поглощения фотона, в течение которого и могут
наблюдаться фотоэлектрические явления. Затем избыточная
энергия электронов рассеивается и в теле устанавливается
равновесие.
2. Проявление ФЭ осуществляется в три стадии:
начальная стадия, связанная с приложением воздей-
23
ствия, установившееся проявление результата
воздействия и конечная стадия, связанная со снятием
воздействия.
Такое проявление ФЭ обусловлено следующими
причинами:
— реакцией на воздействие со стороны физического
объекта; она проявляется как по отношению к внешним
воздействиям, так и по отношению к взаимодействиям
между ФЭ, составляющими, например, физическую
основу ТС;
— аккумулированием физическим объектом некоторой
части энергии воздействия, которая проявляет себя после
снятия воздействия;
— временем протекания процессов на уровне
структурных элементов физического объекта.
3. Воздействие и результат воздействия могут быть
значительно разделены во времени. Эта закономерность
проявления ФЭ связана с тем, что в физическом объекте в том
или ином виде накапливается энергия воздействия, которая
через некоторое время выделяется в виде результата
воздействия и передается объектам окружающей среды. Все формы
накопленной энергии можно связать с некоторыми видами
смещений, с перегруппировками, деформациями каких-то
частей системы и другими преобразованиями.
Момент начала проявления результата воздействия может
стимулироваться внешним воздействием после снятия
основного воздействия, например эффект лазерного излучения,
эффект памяти в металлах и сплавах.
Известны ФЭ, у которых внешнее воздействие
прикладывается на стадии приложения основного воздействия,
например электретный эффект.
В некоторых ФЭ внешнее воздействие прикладывается
раньше основного воздействия (например, эффект
ультразвукового упрочнения металла).
24
2.2.2. Закономерности приложения воздействий
1. На один физический объект может быть оказано
несколько воздействий.
Пример 1. В физическом эффекте Холла воздействиями
являются ЭП и МП. Результат воздействия — ЭП. Он не
может быть получен, если снять одно из двух воздействий.
Эффект Холла проявляется на физических объектах,
обладающих электропроводимостью, т. е. в их структуре имеются
электроны проводимости. Приложенное внешнее ЭП
воздействует на электроны проводимости, вызывая их движение.
Приложенное внешнее МП также воздействует на
электроны проводимости, создавая силу Лоренца, изменяющую
направление движения электронов. Таким образом, проявление
ФЭ связано с наличием структурного элемента (электрон
проводимости), чувствительного к обоим внешним воздействиям.
Пример 2. Физический эффект Видемана проявляется на
ферромагнетиках, например на стержнях круглого сечения из
железоникелевого сплава. Физический объект имеет в своей
структуре кристаллическую решетку, атомы, обладающие
магнитными моментами, электроны проводимости.
Внешними воздействиями являются: внешнее
продольное МП и ЭП. Под воздействием ЭП происходит движение
электронов проводимости вдоль стержня. Вследствие этого
вокруг стержня возникает круговое МП. Магнитные моменты
атомов кристаллической решетки взаимодействуют как с
продольным МП, так и с круговым, деформируют
кристаллическую решетку, вызывая деформацию кручения стержня.
Результат воздействия не может быть получен, если снять любое
из двух внешних воздействий.
Пример 3. Рассмотрим магниторезистивный эффект.
Здесь внешними воздействиями являются ЭП и МП. Под
действием ЭП в физическом объекте возникает движение
носителей заряда, например электронов проводимости. Под
действием МП уменьшается подвижность электронов, обусловленная
взаимодействием электронов с МП в соответствии с законом
Лоренца.
Если снять воздействие ЭП, то движения носителей
заряда не будет, эффект проявляться не будет. Если же снять
воздействие МП, то движение носителей заряда будет
происходить, эффект проявляться будет.
Пример 4. Эффект магнитоакустического резонанса —
резкая зависимость коэффициента поглощения ультразвука
в металле, помещенном в постоянное МП. Внешними
воздействиями являются ЗвП и МП. Если снять внешнее МП,
то звукопроводимость физического объекта будет
осуществляться, хотя коэффициент поглощения ультразвука
изменяется.
Приведенные примеры показывают, что воздействия
имеют принципиальные различия: одни из них обеспечивают
проявление эффекта (основные), а другие — влияют лишь на
величину проявления эффекта (дополнительные). Таким
образом, дополнительным воздействием А является такое,
которое приводит лишь к количественному изменению
результата, получаемого от основного воздействия А^.
Дополнительными воздействиями могут являться постоянно
действующие воздействия, оказываемые физическими объектами
окружающей среды. Это, например, тепловые, магнитные,
силовые и электрические поля. Дополнительные воздействия не
могут вызвать данного результата воздействия без основного
воздействия.
2. Различные воздействия могут создавать один и тот
же результат воздействия. Так, например, электрический
потенциал можно получить при воздействии на физический
объект силовым воздействием (пьезоэлектрический эффект),
звуковым полем (акустоэлектрический эффект), световым
излучением (фотоэффект), тепловым полем (эффект Зеебека),
магнитным полем (эффект магнитной индукции) и др. Эта
закономерность основывается на использовании физических
26
объектов, имеющих различную структуру и свойства
структурных элементов.
Для проявления пьезоэлектрического эффекта
используются материалы с кристаллической структурой, при этом
кристаллы не имеют центра симметрии, а для проявления акустоэлектри-
ческого эффекта используются металлы и полупроводники,
в которых имеются электроны проводимости.
3. При увеличении времени приложения воздействия
проявление ряда ФЭ прекращается. Это относится прежде
всего к тем ФЭ, у которых воздействием является
изменяющееся физическое поле. Так, например, в пьезоэлектрическом
и акустоэлектрическом эффектах, в эффекте рекомбинацион-
ной люминесценции из-за рассасывания электрических
зарядов не возникает потенциала электрического поля.
2.2.3. Закономерности проявления
результатов воздействий
1. При одном воздействии на объект может
проявляться несколько различных результатов воздействия
одновременно.
Пример 1. В ФЭ возникновения электрического тока
в металлическом проводнике физическими объектами
являются: атомы кристаллической решетки металла, атомы
примесей, электроны проводимости. При воздействии ЭП здесь
возникают движение носителей заряда и МП вокруг проводника.
Электроны проводимости при движении взаимодействуют
с колебаниями атомов кристаллов (фононами), атомами
примесей, дислокациями. Результат взаимодействия —
нагревание проводника, которое, в свою очередь, является
воздействием, оказываемым на кристаллическую решетку и
электроны проводимости. Решетка деформируется, что
приводит к тепловому расширению проводника, а у электронов
проводимости изменяется длина свободного пробега, что
приводит к некоторому изменению движения носителей заряда
27
(увеличение электрического сопротивления проводника).
Нагревание проводника и воздействие электронов проводимости
на фононы являются внутренними воздействиями (рис. 2.2).
Если не изображать внутреннее воздействие и
структурные элементы проводника, то ФЭ возникновения
электрического тока можно представить так, как показано на рис. 2.3.
проводник
электроны
проводимости
;мп
движение
носителей
заряда
фонон
ТП
кристаллическая
решетка
деформация
!ТП
Рис. 2.2. Схема возникновения электрического тока
(с выделением структурных элементов)
эп
Проводник
МП
ТП
деформация
Рис. 2.3. Схема ФЭ возникновения электрического тока
(без выделения структурных элементов)
Пример 2. Прямой пьезоэлектрический эффект.
При приложении внешней силы к пьезоэлектрику с
ионными кристаллами, не имеющими центра симметрии,
разноименные ионы сдвигаются друг относительно друга.
Возникает поляризация пьезоэлектрика. Кроме того, приложенная
сила перемещает кристаллы относительно друг друга. Эти
перемещения приводят к изменению формы тела, его размеров.
В свою очередь, перемещение кристаллов относительно друг
друга за счет сил трения обусловливает нагревание пьезоэлект-
28
рика. Таким образом, одно внешнее воздействие (сила)
вызывает появление электрического потенциала на поверхности
пьезоэлектрика, его деформацию и нагревание. Проявление
пьезоэлектрического эффекта показано на рис. 2.4 и 2.5.
сила
Проводник-
перемещение
ЭП
ТП>
Рис. 2.4. Схема пьезоэлектрического эффекта
(без выделения структурных элементов)
пьезоэлектрик
кристалл
перемещение
Рис. 2.5. Схема пьезоэлектрического эффекта
(с выделением структурных элементов)
Количество результатов воздействия зависит от
структуры физического объекта. Чем менее сложен по своей
структуре физический объект, тем меньшее число
результатов воздействия на нем проявляется. Изменяя число и состав
структурных элементов, можно при заданном воздействии
получить необходимые результаты воздействия, изменять
29
численные значения соотношений между результатами
воздействия.
Выделение структурных элементов физических объектов
целесообразно использовать при физическом анализе
происходящих, например, в ТС процессов, при синтезе физических
объектов с заданными свойствами, при выявлении всех
проявляющихся на конкретном физическом объекте результатов от
заданного воздействия и в других случаях.
Внутренние воздействия и их результаты широко
используются в технике и технологических процессах. Так, для
нагревания заготовки может быть использована печь (внешнее
тепловое воздействие) или пропускание через нее
электрического тока (внутреннее тепловое воздействие).
Колебания элементов механической системы может быть
вызвано либо внешним силовым воздействием, либо за счет
внутренних процессов, вызванных, например, воздействием
изменяющегося МП.
2. Величина результата воздействия может
регулироваться. Это обусловливается следующими факторами:
1) количественным изменением воздействия, например
увеличение нагрузки приводит к увеличению деформации
(эффект Гука), увеличение потенциала ЭП приводит к
увеличению деформации (обратный пьезоэлектрический эффект),
увеличение освещенности приводит к увеличению
электрического тока в цепи (фотоэффект) и т. д.;
2) введением дополнительных воздействий, например
гальваномагнитного эффекта, магнитоупругого эффекта и т. д.;
А следует рассматривать как способ управления процессом
передачи энергии или ее преобразования. Внешнее
проявление от дополнительного воздействия, как правило, не
используется. Существенным является лишь внутренний механизм
взаимодействия структурных элементов физического
объекта, обеспечивающий требуемый, уровень управления
результатом воздействия;
30
3) введением еще одного основного воздействия;
например, эффекта электропластической деформации: А'осн — сила,
деформирующая металл; А2 —потенциал ЭП,
обеспечивающий протекание электрического тока через зону деформации
металла: возникающее при этом МП изменяет ориентировку
структурных элементов металла;
4) изменением структуры физического объекта,
например гигантский магниторезистивный эффект получен в
результате перехода от физического объекта, имеющего моио-
структуру, к физическому объекту в виде сверхрешетки,
представляющей периодическое чередование магнитных и
немагнитных слоев толщиной в несколько атомных плоскостей;
5) изменением параметров физического объекта,
например увеличением освещаемой поверхности (фотоэффект),
повышением чистоты обработки поверхности (эффект
смачивания), выбором геометрической формы каналов (звукока-
пиллярный эффект) и тГд.
3. При постоянстве условий воздействия и свойств
физического объекта проявляются одни и те же результаты
воздействия, одни и те же значения их параметров. Эта
закономерность обусловлена стабильностью структуры
физического объекта, на который оказывается воздействие, и
стабильностью свойств элементов его структуры. Так. для
электрона характерна стабильность величины заряда, для
кварца — стабильность кристаллической решетки, для
полупроводникового материала — стабильность геометрических
параметров зон проводимости и т. д. Эта закономерность
лежит в основе стабильности показателей качества всех ТС,
в основе прогнозирования поведения ТС, в возможности
управления ими.
4. Инерция в появлении результата воздействия и в его
проявлении. Постулат Максвелла гласит: мгновенной
передачи действия одного тела на другое не существует. Нет ни
одного ФЭ, который проявлялся бы в тот же момент времени,
31
когда к физическом объекту прикладывается воздействие.
Можно говорить лишь о быстродействии того или иного ФЭ.
Так. эффект теплопроводности более инерционен, чем эффект
звукопроводимости. Задержка во времени проявления
результата воздействия связана с теми процессами, которые
происходят при энергообмене между структурными элементами
физического объекта.
Результат воздействия проявляется в течение
определенного времени после снятия воздействия.
Инерционность проявления ФЭ переносится в ТС, на
элементах которых проявляется ФЭ. Параметр быстродействия
ТС прямо связан с инерцией проявления ФЭ, которые
составляют ее основу.
2.2.4. Закономерности проявления
физических эффектов
на одном физическом объекте
1. На одном физическом объекте от разных
воздействий могут проявляться различные физические
эффекты. Так, например, на стальном стержне могут проявляться
эффект теплового расширения, эффект Гука, эффект
электропроводимости, эффект намагничивания, эффект
звукопроводимости и др. Эта закономерность проявления ФЭ
обеспечивает многофункциональное использование физических
объектов как структурных элементов в ТС.
2. На одном физическом объекте одновременно могут
проявляться несколько ФЭ.
Пример 1. Камера сгорания реактивного двигателя
нагружена внутренним давлением газов. Происходит ее упругая
деформация (эффект Гука). Кроме того, высокая температура
газов нагревает камеру сгорания, что приводит к ее тепловому
расширению (эффект теплового расширения). Передача тепла
от внутренней стенки камеры сгорания к наружной
происходит за счет проявления ФЭ теплопроводности.
32
Пример 2. При горении электрической лампы
накаливания в нити накаливания как физическом объекте проявляются
следующие ФЭ: эффект электропроводности, эффект
преобразования электрической энергии в тепловую (эффект
Джоуля—Ленца), эффект преобразования электрической энергии
в энергию электромагнитного излучения (видимая часть
спектра), эффект теплового расширения, терморезистивный эффект.
Возможность проявления различных ФЭ на одном
физическом объекте обусловлена наличием в нем структурных
элементов, участвующих в проявлении ФЭ. Поэтому
проявляющиеся ФЭ оказывают влияние друг на друга.
Проявление нескольких ФЭ может происходить как от
одного воздействия, так и от нескольких. Результаты
воздействия могут быть различными или одинаковыми. В последнем
случае они могут складываться, например тепловое
расширение и деформация от приложенной нагрузки.
Одновременное проявление нескольких ФЭ на одном
физическом объекте является основой для
многофункционального использования структурных элементов ТС.
2.2.5. Группы физических эффектов
По характеру проявления ФЭ образуют следующие группы:
ФЭ — проводники, ФЭ — модификаторы, ФЭ —
преобразователи энергии и ФЭ — преобразователи физических объектов.
Первая группа. ФЭ,
связанные с проводимостью определен- ^ в
ного вида энергии. Например:
электропроводимость, свето- Рис- 2Л Обобщенная схема
проводимость, звукопроводи- ФЭ 1 группы
мость и т. д. Обобщенная схема ФЭ этой группы представлена
на рис. 2.6.
ФЭ этой группы используются для обеспечения
взаимосвязей между физическими объектами, на которых
проявляются ФЭ-преобразоватсли. Например. ФЭ электропроводимо-
Зпказ.\о 1320. 33
сти исключительно широко применяется в электротехнике,
вычислительной и электронной технике и других отраслях.
Эффекты проводимости могут проявляться на различных
иерархических уровнях физических объектов. Например,
эффект электропроводимости проявляется на микроуровне
(микросхемы) и на макроуровне (линии электропередач).
Эффекты проводимости с дополнительными
воздействиями используются для управления проявлением ФЭ-преобразо-
вателей и усиления преобразуемых воздействий (входных
параметров ТС).
На рис. 2.7 представлена физическая основа ТС, которая
осуществляет преобразование некоторого входного
параметра Л, в выходной С2. На рис. 2.8 показана физическая основа
этой же ТС с управляющим ФЭ3, а на рис. 2.9 — с ФЭ3-уси-
лителем.
А,
ФЭ,
ФЭ2
с,
Рис. 2.7. Физическая основа ТС
Алл„ (управляющее)
А,
ФЭ,
f
ФЭ,
ФЭ,
Рис. 2.8. Физическая основа ТС с управляющим ФЭ3
А,
А,
ФЭ,
"V
>
ФЭ,
>
ФЭ,
(источник энергии)
Рис. 2.9. Физическая основа ТС с ФЭ,-усилителем
34
С,
в
А".
Рис. 2.10. Обобщенная схема
ФЭ 2 группы
Вторая группа. ФЭ, связанные с модификацией
результата воздействия по отношению к воздействию без
преобразования одного вида энергии в другой. Например: эффект
преломления звуковых волн, эффект фокусировки и дефокусировки
света, поляризации и др.
Обобщенная схема ФЭ
этой группы изображена на
рис. 2.10.
ФЭ этой группы
используются для согласования
результата воздействия и воздействия у двух взаимосвязанных ФЭ.
При этом результат воздействия и воздействие являются
разновидностями одного физического поля и отличаются лишь
характеристиками. Кроме того, они могут использоваться для
модификации характеристики результата воздействия у
конечного ФЭ в цепочке преобразований или характеристики
воздействия у первого ФЭ.
Для каждого физического поля могут быть составлены
списки характеристик. Эти списки в значительной мере
пересекаются друг с другом.
Пример. Для преобразования постоянного
электрического тока в звуковое излучение низкой частоты могут быть
использованы два ФЭ (рис. 2.11). Однако их непосредственная
взаимосвязь не может быть осуществлена из-за несовпадения
характеристик ЭМИ у результата воздействия первого ФЭ
(термооптический эффект) и воздействия второго ФЭ
(оптико-акустический эффект). Такая взаимосвязь может быть
эп
пост.
Тсрмооптическм
эффект
Вольфрам
ФЭ,
с, эми
видим.
Оптико-акус шческий
эффект
А,
ик*
Смесь газов
ФЭ:
ЗвП
низкой
частоты
Рис. ^//.Взаимосвязанные ФЭ без согласования
характеристик С, и А,
35
обеспечена за счет согласующего ФЭ 2-й группы (эффект
фотолюминесценции). Модифицированная схема показана на
рис. 2.12.
Термооптический
эффект
Эффект Оптико-акустический
фотолюммнисцениии эффект
Вольфрам
ФЭ,
С, ЭМИ
вил им.
Кристалло-
фосфор
ЭМИ Л,
ИК
Смесь газов
ФЭ,
Рис. 2.12. Взаимосвязанные ФЭ с согласованием
характеристик С, и А2
Третья группа. В природе не может быть физического
поля, которое не имело бы взаимосвязей с другими полями
посредством ФЭ. Эти ФЭ связаны с преобразованием одного
вида энергии в другой. Несмотря на небольшое число
известных в настоящее время видов энергии, данная группа ФЭ
довольно многочисленна, что определяется большим
количеством модификаций эффектов. Пример ФЭ:
фотоэлектрический эффект, термоэлектрический эффект, акустомагнит-
ный эффект и др.
Обобщенная схема ФЭ
этой группы изображена на
рис. 2.13.
ФЭ этой группы
являются наиболее сложными по
своей физической структуре.
Рассмотрим следующие ФЭ: акустоэлектрический,
пьезоэлектрический и фотовольтаический. Эти ФЭ имеют разные
воздействия, но одинаковые результаты воздействия —
электрическое поле. Они обеспечивают преобразование одного
вида энергии в другой.
На рис. 2.14-2.16 приведены схемы этих ФЭ на 2-м
уровне иерархии.
В
Рис. 2.13. Обобщенная схема
ФЭ 3 группы
36
Эффект упругой
деформации
УзП
ЭП
->
эмп
Кристаллическая
решетка
Эффект
звукопроводимости
перемещение
(сила)
Эффект взаимодействия
заряженных частиц
ЭМП
Электроны
проводимости
J
V
ЭП
(зГГ
Рис. 2.14. Акустоэлектрический эффект
Эффект упругой
деформации
Эффект взаимодействия
заряженных частиц
Кристаллическая
решетка
1
1
перемещение
(сила) >
Электроны,
ионы
1 (дефс
—| *
i
i
1
; Перемещение
Рис. 2.15. Пьезоэлектрический эффект
Эффект генерации
носителей заряда
Эффект взаимодействия
заряженных частиц
эми ; w
Кристаллическая
решетка
(внутреннее)
|МП
Электроны,
ионы
i эп
Рис. 2.16. Фотовольтаический эффект
При проявлении акустоэлектричёского эффекта под
действием УЗвП возникают колебания кристаллической решетки,
которые рассматриваются как волны упругой деформации.
Происходит обмен энергией и импульсом между волнами и
электронами проводимости. Передача энергии от волны
к электронам приводит к дополнительному поглощению
37
УЗвП, а передача импульса от волны к электронам — к
изменению их концентрации и появлению ЭП.
В пьезоэлектрическом эффекте до приложения
воздействия центры тяжести положительных и отрицательных
зарядов (ионов, электронов) совпадают. Их электрические ди-
польные моменты компенсируют друг друга. Воздействие
(растяжение, сжатие) за счет деформации кристаллической
решетки изменяет длины связей между зарядами каждой
группы. Их электрические дипольные моменты друг друга не
компенсируют. Появляется потенциал ЭП.
В фотовольтаическом эффекте происходит поглощение
электромагнитного излучения в полупроводнике, что
обусловливает генерирование носителей заряда и их
пространственное разделение. Разделение носителей и появление
ЭП происходит в процессе их диффузии и дрейфа во
внутренних электрическом и магнитном полях из-за
неравномерной генерации носителей заряда и неоднородности
кристалла.
Общим для всех трех ФЭ является наличие в физическом
объекте структурных элементов — носителей заряда. Они
являются носителями ЭП. До приложения воздействия поля
этих структурных элементов не имели внешнего проявления.
Поскольку воздействия в этих ФЭ отличаются друг от друга
(УЗвП, сила, ЭММ), то для обеспечения взаимодействия с
внешним воздействием используются разные физические объекты,
содержащие соответствующие этим воздействиям
структурные элементы.
Таким образом, проявление ФЭ, обеспечивающих
преобразование одних физических полей в другие, обусловливается
наличием в составе физических объектов двух типов
структурных элементов: структурных элементов,
взаимодействующих с внешним воздействием, и структурных элементов,
обладающих физическим полем, соответствующим результату
воздействия.
38
Преобразования как такового одного физического поля
в другое не происходит. Происходит лишь передача энергии
одного физического поля через соответствующие
структурные элементы другим структурным элементам-носителям
другого физического поля. Происходят изменения во
взаимосвязях между структурными элементами.
Четвертая группа. ФЭ, связанные с преобразованием
физического объекта В, которое может проявляться в следующем:
— изменение физических свойств: прозрачность,
текучесть, температура, намагниченность и т. д.;
— изменение структуры: кристаллизация, переход от
одной кристаллической структуры к другой, преобразование
одних химических соединений в другие и т. п.;
— изменение агрегатного состояния: плавление,
конденсация, сублимация, испарение и т. д.;
— изменение состава структурных элементов: деление и
синтез молекул, атомов, ядер атомов и др.;
— изменение В может быть дискретным (замена одного
физического объекта на другой) и непрерывным (изменение
концентрации растворов, давления газов, состава газов и т. п.).
Изменение свойств физического объекта влияет, в свою
очередь, на проявление других ФЭ на этом же физическом
объекте.
Пример 1. Сверхпроводимость проявляется на
физических объектах, находящихся под воздействием низкой
температуры. Основой является ФЭ электропроводимости. При
низкой температуре свойства физического объекта
изменяются, что приводит к изменению проявления основного ФЭ.
Пример 2. Изменение оптических свойств жидких
кристаллов происходит под воздействием внешнего ЭП.
Проявляется ориентационный эффект, при котором жидкий кристалл
стремится ориентироваться так, чтобы направление, в
котором его электрическая проницаемость максимальна, совпало
с направлением ЭП.
39
2.3. Закономерности технической реализации
физических эффектов
2.3.1. Конструктивно-технологические
закономерности
Исследование ТС различных классов и назначения,
технологических процессов, вариантов технической реализации
отдельных ФЭ позволило выявить следующие закономерности
их технической реализации.
1. На нижнем уровне иерархии ТС ее элементы
являются физическими объектами, на которых проявляются
ФЭ, составляющие ее физическую основу.
Каждый элемент можно представить как некоторый
физический объект, на который оказывается определенное
воздействие со стороны других элементов ТС или со стороны
объектов внешней среды.
2. При технической реализации ФЭ физическому
объекту придается определенная геометрическая форма.
Использование ФЭ в ТС показывает, что параметры
результата воздействия существенно зависят от геометрической
формы физического объекта, на котором проявляется тот или
иной ФЭ. Эта зависимость результата воздействия отражена в
модели ФЭ. Из этого следует, что для каждого ФЭ может быть
составлен набор элементов различной геометрической
формы, обеспечивающих максимальное проявление результата
воздействия. Если проявляется несколько результатов
воздействия, то выбираются такие объекты и их геометрические
характеристики, на которых обеспечивается максимальное
проявление используемого результата воздействия и
минимальное проявление неиспользуемых результатов
воздействия, чем обеспечивается максимальная передача энергии от
одного ФЭ к другому в цепочке ФЭ.
Физический объект определенной геометрической формы
будем называть структурным элементом.
40
При выборе геометрической формы объекта
осуществляется переход от наименований физических объектов (веществ,
материалов) к обобщенным названиям конструктивных
элементов, определяемым с учетом их геометрических
характеристик. Эти названия являются общепринятыми,
применяются при описании объектов техники, используются при выборе
наименований деталей или узлов в системе чертежного
хозяйства. Элементы при этом не имеют конкретных
геометрических размеров. Они характеризуются лишь их соотношением.
Например, для отличия цилиндра от диска необходимо знать
лишь соотношение длины к диаметру. Жидкие и газообразные
физические объекты принимают форму поверхностей
объектов, ограничивающих их в пространстве. Геометрическая
форма их может быть описана так же, как геометрическая
форма твердых тел. Области в подложках, пластинах
полупроводников также характеризуются определенными
геометрическими формами.
При технической реализации ФЭ в области нанотехноло-
гий важнейшую роль играет поверхность. Здесь свои,
специфичные геометрические формы. Например, поверхность
с остриями, барьерами, расположенными по определенной
системе атомами одного или нескольких элементов, с группами
атомов и т. д. Это могут быть и сочетания поверхностей,
образующих иерархическую систему.
В табл. 2.1 приведены некоторые геометрические формы
физических объектов для ряда ФЭ.
3. К физическому объекту определенной
геометрической формы осуществляется пространственная привязка
воздействий и результатов воздействий.
Выбор конкретной геометрической формы физического
объекта неразрывно связан с выбором пространственной
привязки к этой форме как воздействия (А , А ), так и
результата воздействия (С). Только в этом случае будет обеспечено
получение максимального результата воздействия. Простран-
41
ством приложения воздействия и пространством проявления
результата воздействия может быть область внутри объекта,
какая-то часть его поверхности либо область окружающего
объект пространства. Так, в ФЭ возникновения электрического
тока под воздействием электрического поля последнее может
быть приложено к физическому объекту, например твердому
телу произвольной геометрической формы: к точкам, линиям,
поверхностям, расположенным на его поверхности или внутри
его. При этом расстояние между точками приложения
потенциала не равно нулю, площадь поперечного сечения между
точками приложения потенциала также не равна нулю.
Таблица 2.1
Варианты геометрических форм физических объектов
Наименование ФЭ
Эффект Джоуля—Ленца
Тснзорсзистивный
эффект
Эффект Эттингсгаузена
Магнитострикционный
эффект
Эффект Холла
Эффект Пельтьс
Эффект Кикоина—
Носкова
Пьезоэлектрический
эффект
Варианты геометрических форм
физических объектов
Спираль, пленка, пленка в виде спирали
Пленка в виде спирали, проводник
круглого сечения, кристалл
полупроводника в виде пластинки прямоугольной
формы
Пластинка прямоугольной формы
Стержни круглого, прямоугольного
сечения, ленты, пластины
Пластинка прямоугольной формы,
пленка
Пластинка прямоугольной формы, диск,
тор
Пластинка прямоугольной формы,
пленка
Пластинка прямоугольной формы,
усеченный конус, цилиндр, диск, пленка
Для описания областей пространства приложения
воздействия, проявления результата воздействия, их взаимного рас-
42
положения и направления выоирается система координат,
связанная с геометрической формой физического объекта,
например с какой-нибудь его осью или поверхностью.
Геометрическая характеристика физического объекта,
описание пространства приложения воздействия и результата
воздействия позволяют дать математическую модель
структурного элемента, которая будет иметь вид:
С =f(Pa, Pc,Pf),
где
Ра — вектор параметров приложения воздействия;
Рс — вектор параметров приложения результата
воздействия;
Р/— вектор параметров геометрической формы.
4. Одни и те же ФЭ технически могут быть
реализованы на объектах, находящихся в различных агрегатных
состояниях. Например, электропроводимость может
проявляться в твердых телах, жидкостях, газах и плазме. На наноуровне
электропроводимость реализуется в виде туннелирования
электронов через непроводящий промежуток.
В некоторых ТС один и тот же ФЭ может проявляться на
физическом объекте, который переходит однократно или
многократно из одного агрегатного состояния в другое.
Например, некоторые типы предохранителей, тепловые трубки и др.
Проявление одного и того же ФЭ на физических объектах,
находящихся в различных агрегатных состояниях, позволяет
легко их использовать в сочетании с другими ФЭ, не
обладающими такими возможностями.
2.3.2. Закономерности реализаций функций
технических систем
Воздействие Ап и результат воздействия Сп некоторого
ФЭп в совокупности характеризуют функцию, которую он
может реализовать в составе ТС.
43
Множество ФЭ позволяет составить список функций,
которые могут быть реализованы. В список функций входят, как
правило, обобщенные функции, например нагревание,
расширение, колебание, электризация, перемещение, световое
излучение и т. д.
Число функций, которые непосредственно выполняются
ФЭ, значительно меньше числа функций, которые
выполняются ТС и их структурными элементами. Это объясняется
тем, что ТС выполняют, как правило, более конкретные,
частные функции, хотя их выполнение основано на использовании
ОДНОГО..И того же ФЭ. В связи с этим при выборе ФЭ или
совокупности взаимосвязанных ФЭ для реализации той или иной
частной функции необходимо знать иерархическую
структуру функций. Она может быть представлена либо в виде дерева
функций, либо в виде иерархического словаря функций.
Например, функция «нагревать» может быть
использована для реализации следующих частных функций: расплавлять,
испарять, кипятить, сварить, варить, спекать, отапливать,
удлинять, давить, изменять цвет, светить и т. д.
Используются следующие закономерности реализации
функций ТС.
1. Одна и та же функция системы может быть
реализована с помощью различных ФЭ, относящихся к
различным группам.
Пример 1. Функция: нагревание:
нагревание с помощью ФЭ теплопроводимости (группа 1);
нагревание с помощью ФЭ Джоуля—Ленца (группа 3);
нагревание с помощью ФЭ облучения ЭМИ (группа 3);
нагревание с помощью ФЭ Гука (группа 3);
нагревание с помощью ФЭ перехода объекта из одного
агрегатного состояния в другое (группа 4).
Эта закономерность обусловливается также и тем, на
каком иерархическом уровне физических объектов должна
быть реализована данная функция и по отношению к каким
объектам.
44
Пример 2. Функция: перемещение. Эта функция может
быть реализована с помощью следующих ФЭ:
1) на макроуровне. Перемещение на основе
использования эффекта Гука (упругая деформация);
2) на микроуровне. Перемещение с использованием
обратного пьезоэлектрического эффекта (деформация
кристаллической решетки);
3) на наноуровне. Перемещение атомов вещества на
поверхности подложки с помощью иглы силового туннельного
микроскопа осуществляется на основе использования
эффекта взаимодействия электрических зарядов.
Пример 3. Функция: проводить (проводимость).
Первоначально функция реализовывалась в машиностроении,
гидравлике и других областях (маслопровод, водопровод,
газопровод и др.). Затем эта функция была позаимствована
в другие области техники. Появились: электропровод,
теплопровод, магнитопровод, светопровод (световод), звукопровод
и т. д.
Поэтому функция проводить реализуется с помощью
различных ФЭ.
Обобщенных функций, аналогичных приведенному
примеру, в объектах техники применяется много.
Это дает основание утверждать, что тот или иной ФЭ не
имеет однозначного соответствия той или иной функции
объекта техники. Такое соответствие определяется иерархией
физического объекта.
2. Одна и та же функция объекта техники может быть
реализована как с помощью одного ФЭ, так и с помощью
совокупности взаимосвязанных ФЭ.
Функция преобразования электрической энергии в
электромагнитное излучение (видимая часть спектра) может быть
реализована как с помощью одного ФЭ (эффект Джоуля—
Ленца — лампа накаливания), так и с помощью цепочки
взаимосвязанных ФЭ в люминесцентной лампе.
45
Альтернативных реализаций функций в области техники
много. Это объясняется различными требованиями, которые
предъявляются к функционированию ТС, технологии их
производства, стоимости и т. д.
3. Часто встречающиеся в ТС ФЭ или группы
взаимосвязанных ФЭ, обеспечивающих реализацию
определенных функций, технически реализуются в виде типовых
структурных элементов ТС. Например, функции:
накапливать, поглощать, резать, нагревать, излучать, проводить и т. д.
2.3.3. Закономерности взаимосвязи
физических эффектов
В большинстве своем ТС представляют собой сложные
иерархические системы, характеризующиеся множеством
структурных элементов и связей между ними.
Функционирование таких ТС основывается на проявлении множества
взаимосвязанных ФЭ.
Рассмотрим индикатор электромагнитного поля (рис. 2.17).
Он предназначен ддя обнаружения электромагнитного поля
низкой частоты в местах соединений элементов конструкций,
обеспечивающих экранирование источников электромагнитных полей.
1 Z J Ч J
1ГГ Г Г
Рис. 2.17. Индикатор электромагнитного поля
Индикатор электромагнитного поля работает следующим
образом.
На стержень 4 воздействует внешнее электромагнитное
поле низкой частоты. В результате этого воздействия
происходит колебание длины стержня (магнитострикционный эффект).
Конец стержня связан с пьезокерамической трубкой 5, на тор-
46
цах которой под воздействием колебаний стержня образуется
изменяющийся потенциал ЭП (пьезоэлектрический эффект).
Электрический потенциал воздействует на электроды лампы
тлеющего разряда 2 (эффект тлеющего разряда), что приводит
к электромагнитному излучению (видимая часть спектра).
Элементы 2, 3 и 4 размещены в электроизоляционном корпусе 5.
На рис. 2.18 представлены схемы каждого ФЭ.
Магнитострикшюннмй
эффект
СП
стержень
изменяющееся
Пьезоэлектрический
эффект
труока
ЭП
изменяющееся
Эффект тлеющего
заряда
ЭП
изменяющееся
лампа
тлеющего
разряда
видимая
часгь спектра
Рис. 2.18. Схемы физических эффектов
В индикаторе электромагнитного поля все три ФЭ
взаимосвязаны и образуют его физическую основу. При
рассмотрении моделей ФЭ видно, что результат воздействия
предыдущего ФЭ совпадает с воздействием последующего. Это
совпадение обеспечивается как по физическому полю, так и
по характеристике. Оно является условием взаимосвязи ФЭ.
Взаимосвязанные ФЭ образуют физическую основу
индикатора в виде линейной цепочки (рис. 2.19).
стержень
СП
и'змёняк?
щесся
труока
ЭП
пзмсняк>
щесся
Рис. 2.19. Физическая основа индикатора
электромагнитного поля
лампа
тлеющего
разряда
ЭП
видимая
часть
спектра
47
Существуют следующие условия взаимосвязи ФЭ:
СпЛм*0: (1)
где
Сп— множество результатов воздействия /z-ro ФЭ;
А . — множество воздействий /z-J-1-го ФЭ.
С = {С.}.еУ,
где 1п — количество номеров наименований результатов
воздействия /7-ГО ФЭ.
где //гЧ — количество номеров наименований воздействий
/z+1-гоФЭ.
При этом должно быть
d 71' n d }-J * 0,
где
dj — значение результата воздействия с. /7-го ФЭ;
dj'j— значение воздействия я^-Н-го ФЭ;
у1' — множество номеров физических объектов, на
которых проявляется С.результат воздействия;
У — множество номеров физических объектов, на
которые может быть оказано воздействие ау
Условие 1 взаимосвязи ФЭ может быть выполнено двумя
способами:
1) путем подбора соответствующих ФЭ (выбор
физических объектов и их геометрических форм);
2) путем введения согласующих ФЭ из группы 2.
Если необходимо усиление какого-то параметра, то
используются ФЭ с А .
Если необходимо ослабление какого-то параметра, то
используются ФЭ из группы 1 как без А так и с А .
<ЬГ Ь2, ... Ь> ФЭп n<hrb2,... Ь> ФЭт, (2)
48
где
<bv bv ... b> — множество параметров физического
объекта, на котором проявляется ФЭп\
</?,, bv ... b> — множество параметров того же
физического объекта, на котором проявляется ФЭт.
При этом изменение параметров, входящих в область
пересечения, должно влиять на проявление хотя бы одного С
для ФЭ и ФЭ .
Ввиду различия моделей у ФЭп и ФЭщ кортежи
параметров физических объектов, на которых проявляются эти ФЭ,
будут отличаться.
Условие 2 может быть реализовано за счет изменения
структуры физического объекта ФЭт или ФЭп.
Принимая во внимание, что ФЭ, как правило, имеют по
нескольку С и могут зависеть от ряда Адоп, то имеется возможность,
используя закономерности взаимосвязи ФЭ, синтезировать
сложные структуры взаимосвязанных ФЭ, обеспечивающих
реализацию ТС с несколькими входами и выходами, с
обратными связями, с использованием комплексов ФЭ для реализации
часто встречающихся функций. По отношению к таким ТС уже
нельзя однозначно говорить о том, на каком принципе действия
она основана, так как под принципом действия понимается
«...основная особенность устройства какого-либо механизма,
прибора» [49]. Более правильным в этих случаях будет
называть совокупность взаимосвязанных ФЭ, представляющих
физическую основу ТС, физической схемой (ФСх). В связи с этим
синтез ФСх следует рассматривать как одну из разновидностей
схемотехнического проектирования [50].
2.3.4. Взаимосвязь между параметрами технической
системы и параметрами физического эффекта
Каждая ТС характеризуется совокупностью входных и
выходных параметров, параметрами структуры.
Воздействия, результаты воздействия и физический объект каждого
49
ФЭ также характеризуются совокупностью определенных
параметров. Если взять ТС и ее физическую основу
(совокупность взаимосвязанных ФЭ, реализующих ее функцию),
то между параметрами, с помощью которых они
характеризуются, существует взаимосвязь, которая представлена
в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Взаимосвязь параметров ФЭ и ТС
Физические
эффекты
Техническая
система
Параметры
воздействий А
и результатов
воздействий С
Входные
и выходные
параметры
Параметры
физических
объектов В
Конструктивно-
технологические
параметры
Параметры
условий
проявления ФЭ
Параметры
условии
эксплуатации
Эта взаимосвязь должна учитываться как при
составлении ТЗ на разработку ТС, так и при ее анализе.
2.3.5. Уменьшение числа и значений параметров
побочных результатов воздействий
Это весьма важная закономерность, и ее приходится
учитывать при технической реализации ФЭ. Так, всегда бывает
важным повысить КПД ТС. В радиоэлектронной аппаратуре
часто бывает важным уменьшить емкости между отдельными
цепями и структурными элементами, электромагнитные
взаимодействия между ними, тепловое воздействие одних
элементов на другие и т. д. Для того чтобы реализовать эти
требования, приходится принимать определенные меры, которые
связаны либо с изменением характера проявления ФЭ, либо
с введением других, дополнительных ФЭ.
Изменение характера проявления ФЭ может быть
обеспечено выбором физического объекта и его геометрической
50
формы, выбором области приложения воздействия,
изменением условий его проявления.
Для повышения КПД пьезоэлектрических
преобразователей было предложено использовать сегнетокерамику, для
повышения чувствительности тензорезисторов резистивный
элемент выполнен в виде пленки, для снижения тепловых
шумов проявление туннельного эффекта реализуют при низких
температурах.
Дополнительные ФЭ выбираются из группы 1 или группы 3.
Так, например, для уменьшения влияния излучения с экрана
монитора компьютера был введен прозрачный фильтр,
использующий преобразование ЭМИ в ЭП (с образованием
электрической цепи).
Для исключения отрицательного влияния одних
элементов на другие, на которых проявляются те или иные ФЭ, часто
используют магнитные и электростатические экраны, термо-
статирование, гасители вибрации и т. д. На этих технических
средствах проявляются дополнительные ФЭ.
2.3.6. Уменьшение влияния окружающей среды
на техническую реализацию физических
эффектов и условия их проявления
Как уже отмечалось, условия, при которых
осуществляется исследование ФЭ, и условия, при которых будет
происходить его проявление в составе ТС, могут сильно отличаться.
Значительное влияние, как правило, оказывают внешние
воздействия, физическая среда. При этом они выступают в роли
Aion к тем ФЭ, которые составляют физическую основу ТС.
Степень влияния Aqon на их проявление неодинакова. В том
случае, когда их влияние оказывается недопустимым,
приходится осуществлять техническую реализацию тех или иных
ФЭ с учетом обеспечения требуемых условий их проявления
(вакуум, низкие температуры, защита их от воздействий
электрических и магнитных полей и т. д.).
51
Пример 1. Эффект сверхпроводимости проявляется при
низких температурах. Его используют в сверхчувствительных
приемниках радиоизлучений. Однако он весьма чувствителен
к воздействию магнитных полей. Для исключения этого
влияния применяют специальные экраны.
Пример 2. В радиоэлектронной аппаратуре на ее
функционирование отрицательно влияют паразитные емкости
между проводниками. Для уменьшения влияния этого ФЭ
проводники экранируют, используют плоские кабели,
применяют другие меры.
Пример 3. Электровакуумные приборы весьма
чувствительны к воздействию внешних магнитных полей, так как
происходит проявление эффекта Лоренца (изменение
направления движения электронов). Для уменьшения этого влияния,
например, электронно-лучевые трубки помещают в экраны из
пермаллоя.
Пример 4. Температурное воздействие на
функционирование ТС является одним из основных, так как оно
существенно влияет на проявление многих ФЭ. Поэтому практически
в каждом ТЗ на разработку ТС содержатся требования к ее
функционированию в заданном диапазоне температур. Для
уменьшения влияния воздействия тепловых полей
используются конкретные конструктивно-технологические решения.
2.4. Некоторые особенности построения
физических схем
Используя в качестве основного компонента ФСх
обобщенную схему ФЭ, рассмотрим наиболее характерные
особенности их построения. В целях упрощения на ФСх не будут
показываться С, которые остаются неиспользованными.
Схемы входов. Используются ФЭ с одним входом
(рис. 2.20а) или с несколькими входами (рис. 2.206). При
одном входе используются только Аос>|5 при нескольких —
обязательное Аосн и некоторые А . Для обеспечения требуемых
52
значений показателей ТС параллельно могут использоваться
несколько ФЭ (рис. 2.20в). В качестве входных ФЭ могут
использоваться два и более ФЭ, проявляющихся на одном
объекте (рис. 2.20г).
а)
Ф,
ф,
Прямой пьезоэлектрический
эффект
эп
в)
ЭМИ
видимая"
часть
спектра
ф, ;
Ф, :
Ф,
г)
Тензорсзистивныи
эффект
Ф.
ЭП
эп
перемещение
Рис. 2.20. Схемы входов
Схемы выходов. На выходе могут бьггь один (рис. 2.21а),
несколько одинаковых (рис. 2.216) или несколько различных
результатов воздействий (рис. 2.21 в). При этом могут быть несколько
одинаковых или разных параллельно использованных ФЭ.
а)
ЭП
б)
ЭП
Ф,
ТП
Эффект
Джоул я—Л с н ца
ЭП
ф,
ф.
Ф;
—<
перемещение
ф.
Магнитострикционный эффект
МП
ЭП
Эффект возникновения МП
при протекании электрического потока
Рис. 2.21. Схемы выходов
ф:
ф,
ИМИ
(ИКГ
Эффект ЭМИ
в полупроводниках
53
Схе.мы обратных связей. Наличие у ФЭ воздействий А1оп
и нескольких С. обеспечивает возможность введения в ФСх
различных вариантов обратных связей (рис. 2.22).
Некоторые варианты ФСх.
1. Привязка к единому воздействию, например к
единичному источнику питания (рис. 2.23).
2. Зависимость результата воздействия от нескольких
воздействий (рис. 2.24).
Эффект теплового расширения
эп
f
ф.
Ф.1
МП
111
ф:
перемещение
Тснзорсзистивный
эффект
Магнитострикционный
эффект
Рис. 2.22. Схема обратной связи
Эффект ЭМИ
в полупроводниках
Полупроводник
световое
излучение
Проводник
МП
Ферромагнетик
перемещение
Эффект возникновения МП Эффект магнитного
при протекании электрического взаимодействия
потока
Рис. 2.23. Физическая схема реле со световой индикацией
3. Получение различных результатов воздействий от
одного типа воздействия (рис. 2.25).
4. Использование одного из результатов воздействий
для реализации обратной связи (рис. 2.26).
54
ЭМИ ИК
Полупроводник
и
ЭМИ
Полупроводник
эп
Проводник
тп
Эффект
люминисценции
при изломе
Фотоэффект
Эффект
Джоуля—Ленца
Рис. 2.24. Физическая схема устройства для контактного
и неконтактного фиксирования объекта
ЭП
Пьезо-
керамика
Обратный
пьезоэффект
УЗв
Металл
(трубка)
Эффект
проводимости
звука
Эфф
УЗв
1 >
Газ
:кт проводимое
Пьезо-
керамика
Пьезоэффект
Жидкость
УЗв
ЭП
УЗв
Эффект проводимости звука
Рис. 2.25. Физическая схема устройства для контроля
жидкости в емкости
Силовое поле
(давление)
Эффект фазового
перехода
ТП
Эффект теплового
расширения
Газ
ТП
Эффект
массообмена Эффект
радиационного
излучения
"еилозащитнос
покрытие
>
Газ
ТП
Эффект
радиационного
излучения
Рис. 2.26. Физическая схема системы охлаждения
5. Использование в ФСх комплексов ФЭ.
обеспечивающих реализацию часто встречающихся функций или
соответствующих некоторым типовым элементам, например
элементам радиоэлектронных схем.
Приведенные принципы построения ФСх дают
представления о том, что, имея весьма ограниченное число ФЭ, можно
получить значительное количество альтернативных
вариантов ФСх для одной и той же ТС.
2.5. Место физических схем
Рассмотрим вопрос о месте ФСх как в самом процессе
проектирования, так и в составе конструкторской документации.
В настоящее время известны различные виды и типы схем
[27]. В зависимости от видов элементов и связей, входящих
в состав изделия, схемы подразделяются на следующие виды:
электрические, гидравлические, пневматические и
кинематические. В составе документации на некоторые изделия могут
быть все перечисленные виды схем, каждая из которых
объединяет определенные группы элементов изделия. В том случае,
когда разбиение изделия на группы различных элементов
нецелесообразно, могут использоваться смешанные схемы. По
типам схемы подразделяются на структурные, функциональные,
принципиальные (полные), соединений (монтажные), общие и
др. К общим признакам указанных схем относятся:
структурные элементы и взаимные связи между элементами.
Некоторые типы схем представлены в табл. 2.3.
С учетом этого предлагается следующее определение
ФСх: физическая схема — это графическое изображение
цепей из ФЭ различной физической природы, где
реальные физические объекты представлены в виде условных
обозначений.
Обобщенная схема ФЭ представляет собой условное
обозначение элемента ФСх. Каждый элемент имеет свое
функциональное назначение. ФСх дает представление о цепи пре-
56
Таблица 2.3
Классификация схем и их элементы
Тип схемы
Общая
Функциональная
Структурная
Соединений (монтажная)
Принципиальная
Полная
Физическая
Элементы схемы
Составные части комплекса
Функциональные цепи (установки)
Основные функциональные части
изделия
Составные части изделия
Полный состав элементов изделия
Физические объекты (материалы,
вещества)
образований входных параметров ТС в выходные, которые
происходят или будут происходить в изделии.
Для синтеза ФСх используются элементы, являющиеся
инвариантными по отношению к различным классам
объектов техники.
В отличие от электрических и других схем, в которых, как
правило, осуществляется преобразование какого-либо одного
вида энергии (сигнала), в ФСх могут осуществляться
различные преобразования. В этом отношении ФСх больше общего
имеют с функциональными схемами.
Элементы ФСх являются элементами низшего уровня
иерархии, поэтому она является более детальной, чем
принципиальная схема, в которой элементами могут являться
сложные объекты техники. Функционирование таких элементов
основано на использовании ряда ФЭ.
Принципиально могут быть выделены группы ФЭ,
относящихся к гидравлике, механике и т. п. Поэтому могут быть
ФСх гидравлические, кинематические и другие.
Таким образом, ФСх характеризуются теми же
признаками, что и другие типы схем. ФСх характеризуют изделие или
его структурные элементы на низшем уровне иерархии — фи-
57
зическом уровне. Ряд элементов ТС (датчики,
преобразователи и др.) можно охарактеризовать только с помощью ФСх.
Физическая схема включает спецификацию, которая
содержит следующую информацию: номера ФЭ (по справочнику),
наименования ФЭ, наименования воздействий и результатов
воздействий по каждому ФЭ, наименование физических объектов.
Выделение элементов изделий на низшем уровне
иерархии обеспечивает широкий подход к синтезу их структуры,
что позволяет получать в процессе проектирования
эффективные изделия за счет использования новых ФЭ или новых их
комбинаций. Поэтому разработка ФСх представляет собой
один из этапов проектирования изделий. ФСх отражает
физическую осуществимость решения технической задачи.
Введение понятия «физическая схема» наводит порядок
в терминологии, применяемой в области методологии синтеза
физической основы ТС. В настоящее время используются,
например, такие термины, как принцип действия,
принципиальное решение, принцип работы и т. п.
2.6. База данных по физическим эффектам
Основные закономерности проявления ФЭ, условия их
взаимосвязи, принципы технической реализации ФЭ в
объектах техники, а также классы задач информационного поиска и
структурного синтеза предопределяют структуру описания
ФЭ. Она содержит следующие данные.
1. Наименование ФЭ. Носит вспомогательный характер,
так как не отражает, как правило, сущности ФЭ. Многие ФЭ
названы именами ученых, которые их открыли (эффекты Гу-
ревича, Бормана, Дорна, Ноттингама, Форбса и т. д.). По части
ФЭ отсутствуют общепринятые названия, или они известны
под различными названиями, например:
фотомагнитоэлектрический эффект, фотомагнитный эффект, фотогальваномаг-
нитный эффект, Кикоина—Носкова эффект — названия
одного и того же эффекта. Лишь часть названий ФЭ отражает их
сущность, например: фоторефрактивный эффект, пьезоэлект-
58
рический эффект, акустомагнитный эффект, терморезистив-
ный эффект и т. д.
2. Код ФЭ. Является основным элементом для поиска
информации о ФЭ. Он может нести определенную
информационную нагрузку, например о типе воздействия и результате
воздействия.
3. Наименование воздействия и его характеристика.
Содержит наименование физического поля, которое оказывает
воздействие на физический объект и показывает его
разновидность, например поле электрическое, вихревое.
Характеризует воздействие во времени и в пространстве. Указываются те
части объекта или окружающего объект пространства, к
которому может быть приложено воздействие. Сюда относится
также информация о параметрах, с помощью которых
измеряется воздействие, об ограничениях на воздействие.
Если воздействий несколько (основные,
дополнительные), то по ним приводится такая же информация.
4. Наименование результата воздействия и его
характеристика. По каждому результату воздействия дается
наименование, указывается разновидность результата воздействия,
например электромагнитное излучение, инфракрасное. По
каждому результату воздействия приводятся характеристики,
дается информация о параметрах. Указываются те части
объекта или окружающего объект пространства, в которых
проявляется результат воздействия.
При сложной структуре физического объекта внешнее
воздействие может вызвать также результаты воздействия,
являющиеся результатами воздействия элементов структуры
объекта, которые проявляются в виде некоторых изменений
самого объекта. Например, может изменяться объект или
форма объекта, его механические свойства и т. д. Эти изменения
могут являться результатом, которого требуется достичь.
5. Схема ФЭ. Дает наглядное представление о
количестве и типах воздействий и результатов воздействий.
Позволяет сравнивать ФЭ между собой. Схемы отдельных ФЭ
59
в совокупности графически отображают физическую основу
изделия, показывают функциональные взаимосвязи между его
структурными элементами.
6. Описание сущности ФЭ. Содержит описание одной из
наиболее распространенных концепций, объясняющих
сущность происходящих физических процессов. Информация
предназначена для обеспечения анализа ФЭ и принятия
решения по применению его в конкретных условиях.
7. Условия проявления ФЭ, внешние факторы,
препятствующие его проявлению. Дают представление о возможной
сфере применения ФЭ, о требованиях к изделиям,
функционирование которых будет основываться на данном ФЭ.
8. Модель ФЭ. Характеризует взаимосвязь воздействия
и результата воздействия, показывает взаимозависимые
параметры, совокупность физических констант и ограничений.
Может содержать эмпирические зависимости. По некоторым
ФЭ приводятся описания условий проведения физических
экспериментов, так как отсутствуют установленные
закономерности их проявления или не раскрыт механизм
происходящих физических процессов.
Даются зависимости значений параметров результата
воздействия от параметров окружающей среды (температуры,
давления, напряженности магнитного поля, уровня радиации
и т. д.).
9. Физические объекты, на которых проявляется ФЭ.
Как правило, он проявляется на ряде физических объектов.
Они могут быть сгруппированы на основе одинаковой или
близкой внутренней структуры. Аналогичная структура
предопределяет одни и те же результаты воздействия. Выделение
структурных элементов позволит более четко
классифицировать материалы и вещества, а также обеспечит взаимосвязь
с базами данных по веществам и материалам.
По наиболее характерным для данного ФЭ материалам и
веществам в табличной форме приведены значения физиче-
60
ских констант, используемых в модели ФЭ, параметры,
относящиеся к воздействиям и результатам воздействий,
конструктивно-технологические характеристики. КПД преобразования
воздействия в результат воздействия и другие. Приводятся
в основном те марки материалов и веществ, которые
используются в объектах техники. Поскольку проявление ФЭ
сопровождается проявлением побочных эффектов, выбор
материалов и веществ осуществляется с учетом минимального
рассеивания энергии на побочные эффекты.
10. Варианты геометрической формы физического
объекта с пространственной привязкой к ним воздействий и
результатов воздействий. Обобщаются конструктивные реализации
физического объекта (материала, вещества), на которых
проявляется ФЭ, с учетом его практического применения. Дает
возможность оценить приемлемость ФЭ для конкретных
целей. Облегчает процесс конструкторской проработки
технической реализации ФЭ.
11. Области применения ФЭ. Дают представление о
возможных направлениях поиска дополнительной информации
по практическому использованию ФЭ. Показывают
практическую значимость и промышленную освоенность ФЭ.
12. Примеры практического применения ФЭ.
13. Литература о сущности ФЭ.
14. Литература о практическом применении ФЭ. Она дает
пользователю представление о том, как в той или иной ТС
данный ФЭ может быть технически реализован.
В приложении приведены примеры описания ФЭ.
Работы по сбору и накоплению информации о ФЭ
требуют больших и длительных усилий ученых, физиков и
инженеров. Это объясняется тем, что в странах мира отсутствует
официальная регистрация открытых ФЭ, а информация о них
рассеяна по широкому кругу источников, часть из которых
является труднодоступной для специалистов. В описаниях ФЭ
зачастую отсутствует информация об их применимости.
61
Большинство сведений о ФЭ содержится в науках,
ориентированных на познание явлений природы, а не на
использование ФЭ в технике.
Многие ФЭ длительное время остаются для специалистов
неизвестными, что сдерживает разработку перспективных
изделий и технологий. Неоправданно удлиняется промежуток
времени от момента открытия того или иного ФЭ до его
практического применения. Устранить эти недостатки можно на
основе создания БД по ФЭ.
Разработка БД по ФЭ обеспечивает:
— решение задач информационного поиска,
физического анализа и структурного синтеза по широкому кругу
объектов техники, технологий и материалов (веществ);
— возможность обслуживания широкого круга
пользователей: специалистов НИИ и КБ, проектно-конструкторских
и технологических подразделений предприятий,
специалистов зарубежных фирм и международных организаций,
изобретателей и рационализаторов;
— снижение затрат на НИР и ОКР за счет более
качественной проработки стадий разработки технических
предложений и эскизного проекта.
БД по ФЭ включает следующие массивы информации:
1) список номеров ФЭ;
2) список наименований ФЭ;
3) список наименований воздействий и результатов
воздействий;
4) список характеристик воздействий и результатов
воздействий; фрагмент списка приведен ниже:
1 — без характеристики, 8 — импульсное,
2 — постоянное, 9 — переменное,
3 — изменяющееся, 10 — высокое,
4 — вихревое, 11 — низкое,
5 — осциллирующее, 12 — по оси X,
6 — внутреннее, 13 — по оси Y,
7 — внешнее, 14 — по оси Z,
62
15 — плоско поляризованное, 18 — градиент,
16 — эллиптически 19 — сильное,
поляризованное, 20 — слабое;
17 — рассеянное,
5) описания ФЭ;
6) список материалов, веществ и их характеристик.
Имеющаяся в БД информация о ФЭ по своему
содержанию значительно отличается у различных ФЭ. Исследования
по многим из них приведены односторонне, с учетом
различных задач, которые возникали в науке и практике. Так,
например, для одних ФЭ не определены предельные значения
параметров А и С по конкретным физическим объектам В, для
других — значения параметров окружающей среды, в которой
возможно проявление ФЭ, для третьих — не выявлены или не
созданы материалы, которые обеспечивают преобразование А
и С с приемлемыми для практического использования
параметрами, для четвертых — отсутствуют такие показатели, как
КПД и время преобразования А в С, отсутствуют данные о
зависимости С от температуры и других воздействующих
факторов окружающей среды и т. д. В связи с этим информация
о таких ФЭ не может использоваться для оценки ФСх на
количественном уровне по требованиям, сформулированным в ТЗ.
Однако было бы неправильным не использовать даже
минимально известную информацию о ФЭ при решении таких
задач, как получение всех возможных вариантов ФСх (оценка
общей ситуации), поиск ФСх, обеспечивающих получение
пионерных изобретений и выявление перспективных
направлений развития данного класса объектов техники
(прогнозирование).
Важную роль при поиске информации о ФЭ играют
закономерности преобразования и приемы преобразования ФЭ.
Они позволяют выявлять наиболее рациональные
направления поиска информации, выделять «ключевые» ФЭ,
определять слабо проработанные области науки и техники.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое физический эффект?
2. Постройте модель черного ящика для эффекта магни-
тострикции.
3. Приведите примеры использования эффекта свето-
проводимости.
4. Какие нежелательные эффекты проявляются при
работе монитора?
5. Дайте характеристику стадий проявления физических
эффектов.
6. Перечислите закономерности приложения
воздействий.
7. Что такое дополнительное воздействие?
8. Какие вы знаете закономерности проявления
результатов воздействия?
9. Какова физическая сущность пьезоэлектрического
эффекта?
10. По какому признаку физические эффекты
подразделяются на группы?
11. Перечислите закономерности технической
реализации физических эффектов.
12. Для чего физическому объекту, на котором
проявляется ФЭ, придается определенная геометрическая форма?
13. При каких условиях обеспечивается взаимосвязь ФЭ?
14. Между какими параметрами ТС и ФЭ существует
взаимосвязь?
15. Какие факторы внешней среды могут оказывать
влияние на проявление ФЭ?
ГЛАВА 3
ТЕХНИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
3.1. Классификация технических каналов
утечки информации
Как отмечается в [33], основным классификационным
признаком технических каналов утечки информации
является физическая природа носителя информации. Носители
информации подразделяются на полевые (физические поля),
вещественно-полевые (потоки частиц), вещественные
(материалы, вещества, структурные элементы ТС и другие
макрообъекты).
На рис. 3.1 представлена иерархическая схема
физических полей, относящихся к электромагнитному
взаимодействию.
Каждое из этих полей в отдельности или в сочетании друг
с другом может быть использовано в качестве носителей
информации.
Принципы действия передатчика, линии связи и
приемника определяются используемым носителем информации. При
непроизвольном образовании канала утечки информации или
при его создании могут быть взяты носители информации,
отличающиеся от рабочего канала.
Физическая среда, в которой распространяется
информация от источника, может быть газообразной, жидкой и
твердой, т. е. она определяется агрегатным состоянием веществ и
материалов. Среда распространения информации позволяет
реализовать соответствующие линии связи. Здесь
используются ФЭ-проводники. Так, например, твердая среда на основе
эффекта светопроводимости позволяет реализовать
волоконно-оптические линии связи, на основе эффекта
электропроводимости — электрические линии связи.
3. Заказ Л? 1320. 65
Физические поля —
носители информации
Акустическое
поле
инфразвуки
диапазон
слышимых
звуков
— ультразвук
'— гиперзвук
Электрическое
иоле
постоянное
однородное
_ постоянное
неоднородное
— переменное
— вихревое
Оптическое
поле
Магнитное
поле
постоянное
однородное
постоянное
однородное
пространственно
неоднородное
непостоянное
во времени
Электромагнитное
поле
— ИК-излучение
_ видимая часть
спектра
— УФ-излучение
радиоизлучение
" низкочастотное
радиоизлучение
высокочастотное
— радиоизлучение СВЧ
— рентгеновское излучение
— а-излучение
— (3-излучснис
— у-излучение
Рис.3.1. Схема разновидностей физических полей —
носителей информации
В табл. 3.1 показана взаимосвязь между носителями
информационного сигнала и физическими средами.
При использовании ФЭ-преобразователей
осуществляется преобразование физических полей, которые излучает
источник информационного сигнала, в другие физические поля.
Это связано как с взаимодействием информационных
сигналов с объектами окружающей среды, так и с применением
технических средств. В связи с этим информационный сигнал
может распространяться одновременно в различных средах,
может приниматься приемниками, основанными на
различных физических принципах.
66
Таблица 3.1
^^^^^^^ Физическая среда
Носители^^^^^
информации ^^"^^^^
Полевые
1. Акустическое поле
2. Электрическое поле
3. Магнитное поле
4. Оптическое поле
5. Электромагнитное поле
Вещественно-полевые
1. Электроны
2. Ионы
3. а-, Р~, у-излучения
Вещественные
1. Газы
2. Жидкости
3. Твердые тела
4. Структурные элементы ТС
Газообразная
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Жидкая
+
+
+
+
+
+
+
+
Твердая
+
+
+
+
+
+
+
Классификация технических каналов утечки информации
приведена на рис. 3.2.
Каналы утечки информации охватывают все элементы
технических каналов: источники информации, физическую
среду, в которой распространяется информация от источника,
технические средства, используемые для
несанкционированного получения информации.
3.2. Роль физических эффектов
в образовании каналов утечки информации
В настоящее время существует большое разнообразие
физических принципов, которые используются в создании
каналов утечки информации, а также специальных технических
средств для перехвата информации.
3* 67
Технические каналы
утечки информации
Акустические каналы
утечки информации
прямой акустический
акустовибрационный
акусто-
радиоэлектронный
акустоэлектрический
акустооптический
- акустоэлектронный
акусто-
параметрический
Электрические каналы
утечки информации
утечка из
электрических цепей
утечка по цепям
электропитания
утечка по цепям
заземления
Радиоканалы
Оптические каналы
утечки информации
визуально-
оптический канал
фототсле канал
канал
ИК-излучсния
волоконно-
оптический канал
Каналы утечки
информации
за счет ПЭМИН
перехват сигналов
связных радиостанций
перехват радиосигналов
радиомаяки
радиозакладки
(Соответствуют
["источникам
ПЭМИН
I
Рис. 3.2. Классификация технических каналов
утечки информации
Каждое техническое средство потенциально может
образовывать различные каналы утечки информации. Это
обусловлено взаимосвязями технических систем, с одной
стороны, с объектами внешней среды, а с другой — результатами
проявления ФЭ, входящих в их состав. Проведение
физического анализа систем позволяет выявить потенциальные
каналы утечки информации.
Рассмотрим это на следующем примере.
За столом сидят два собеседника, ведущие деловой
разговор. На столе стоит включенная настольная лампа,
электрическая схема которой показана на рис. 3.3.
68
0 '
Рис. 3.3. Электрическая схема настольной лампы
ФСх настольной лампы приведена на рис. 3.4. На ней
отображены только основные результаты воздействий по
каждому ФЭ.
Сила
ЭП.
Провода
питания
лампы
ЭП,
Выключатель
ЭП,
Эффект
электропроводимости
Эффект
электропроводимости
ЭП,
Траверсы
нити накала
Нить накала
ЭМИ >
Колба
ЭМИ
Эффект
электропроводимости
— эффект электропроводимости
— эффект Джоуля
— эффект преобразования
электрического тока в ЭМИ
Рис. 3.4. ФСх настольной лампы
На ФСх настольной лампы (рис. 3.5) показаны побочные
(неиспользуемые) результаты воздействий.
При протекании электрического тока по проводнику
проявляется эффект возникновения МП вокруг проводника. При
нагревании траверс и нити накала проявляется эффект
линейного расширения.
На рис. 3.6 показана ФСх настольной лампы при
воздействии на нее акустического (звукового) поля.
При воздействии на элементы лампы накаливания
существенное значение имеет виброакустический эффект. Он
вызывает колебания траверс, нити накала и баллона лампы.
69
эп.
Провода
питания
лампы
ЭП,
МП,
Сила
Выключатель
ЭП,
п
МП,
ЭП,
Траверсы
нити накала
ЭП,
1
|мп,
ЭП41
| деф.
Нить накала
деф.
ЭМИ
Колба
Рис. 3.5. ФСх настольной лампы с побочными результатами
воздействий
Сила
ЗвП
ЗвП
ЭП
Провода
питания
лампы
ЭП,-
МП,
Выключатель
ЭП,
МП,
"ЭП„
Траверсы
нити накала
ЗвП
ЭП,
—>
1
Нить накала
эп,|
к деф.
ЗвП
ЭМИ
—1
ггГ"
Колба
деф. А
ЭМИ ^
мп" ^
тп >
вибро-
акустический
эффект
умп4
акусто-
оптический
эффект
Рис. 3.6. ФСх настольной лампы при воздействии
на нее звукового поля
Колебания нити накала обусловливают проявление тензоре-
зистивного эффекта, т. е. изменение сопротивления нити накала
в соответствии с частотой акустических колебаний. А это, в свою
очередь, вызывает колебания тока в цепи питания лампы. Таким
образом, возникает электрический канал утечки информации.
Звуковое поле вызывает также колебания стенок колбы
лампы, проявляется эффект возникновения упругих
колебаний (эффект Гука). В свою очередь, это вызывает изменение
70
светопроводимости баллона лампы, результат которого —
модулирование звуковым полем светового потока. Возникает
оптико-акустический канал утечки информации.
Поскольку нить накала представляет собой спираль,
содержащую большое число витков, она концентрирует МП.
Магнитное поле также оказывается промодулировано
звуковым полем. Возникает еще один канал утечки информации —
электромагнитный.
Таким образом, простейшая система позволяет создавать
разнообразные каналы утечки информации.
Разработка ФСх на основные структурные элементы ТС и
их анализ являются важнейшими задачами, решение которых
позволяет не только вскрыть потенциально возможные
каналы утечки информации, но и спрогнозировать их угрозу,
принять необходимые меры для того, чтобы уменьшить
вероятность их проявления.
В дальнейшем роль физического анализа ТС еще более
возрастет в связи с созданием квантовых компьютеров и нано-
роботов.
Задачи противодействия созданию технических каналов
утечки информации значительно усложняются. Это
усложнение связано с тем, что, как правило, неизвестно, какое
конкретное техническое средство перехвата информации
применено. Поэтому мероприятия по их поиску и обезвреживанию
дадут положительный результат в том случае, если они
проводятся комплексно, когда обследуют одновременно все
возможные каналы утечки информации с использованием
различных поисковых средств.
В настоящее время.технические средства поиска
подразделяются на две группы:
— техника исследования возможных каналов утечки
информации;
— техника поиска и локализации технических средств,
предназначенных для перехвата информации.
71
Любая внедренная техника перехвата информации вносит
какие-то изменения в окружающее пространство. Й если
задача разведки состоит в том, чтобы сделать эти изменения как
можно более незаметными, то задача тех, кто занят поиском
подобной техники, состоит в том, чтобы по едва уловимым
следам изменения (демаскирующим признакам) физических
параметров пространства обнаружить и обезвредить
технические средства ведения разведки. Источником
демаскирующих признаков являются проявления ФЭ как в составе
технических средств, так и при взаимодействии их с объектами
окружающей среды.
Знание последних достижений, используемых в
вычислительной технике, робототехнике, приборостроении и
измерительной технике, будет являться одним из факторов
успешного противодействия созданию современных технических
каналов утечки информации.
Вопросы для самопроверки
1. Какое основание для классификации технических
каналов целесообразно взять и почему?
2. Какие принципы взяты за основу при установлении
модификаций физических полей?
3. Проведите анализ образования каналов утечки
информации на примерах:
— бытовой техники;
— оргтехники;
— систем жизнеобеспечения и др.
4. Какую роль могут играть физические схемы при
анализе систем защиты информации?
5. Каковы принципиальные отличия квантовых
компьютеров и нанороботов от известных аналогов?
ГЛАВА 4
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
АКУСТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Классификация акустических каналов
утечки информации
Физическая природа источника акустической
информации может быть различной: биологические системы (человек,
животные, птицы, рыбы, микроорганизмы), технические
системы (клавиатура, динамики радиоприемников и телефонных
трубок, структурные элементы механизмов, приборы и
машины, материалы структурных элементов технических систем),
смешанные (комбинированные) системы.
Чтобы установить возможные пути утечки акустического
сигнала, необходимо рассмотреть все носители информации и
все физические эффекты, сопутствующие его распространению.
При распространении акустические волны
взаимодействуют с различными объектами материального мира. Процесс
взаимодействия сопровождается различными ФЭ. В свою
очередь, результаты проявления этих ФЭ могут вызвать
проявления следующего порядка ФЭ и т. д.
На процесс распространения акустических волн
оказывают влияние и те процессы, которые происходят в
окружающей среде, те ФЭ, которые там проявляются. Они также могут
способствовать образованию каналов, содержащих
информацию об акустической волне.
Акустические волны как носители информации
характеризуются следующими показателями и свойствами:
— скоростью распространения (фазовая, групповая);
— величиной затухания или поглощения;
— условиями распространения;
— мощностью;
74
— интенсивностью (силой);
— частотой колебаний.
Частотный диапазон акустического канала утечки
информации включает инфразвук, диапазон слышимого человеком
звука (16-20000 Гц), ультразвук и гиперзвук. Чаще всего
в качестве источника информации используют диапазон
слышимого звука и ультразвук.
При распространении акустической волны в воздушной
среде энергия передается частицам воздуха, которые
приобретают колебательное движение. Если на пути акустической
волны нет препятствий, она равномерно распространяется во
все стороны. Здесь проявляется эффект звукопроводимости,
который обусловливает возможность перехвата информации,
содержащейся в акустической волне.
Если на пути акустической волны встречаются различные
препятствия, например стены помещения, мебель,
находящаяся в нем, различное оборудование, окна, двери и т. д., то
акустическая волна отражается от них, изменяя направление
распространения, поглощается, вызывает колебания элементов
окружающей среды. В этом случае проявляются ФЭ
отражения, дифракции и поглощения звука, эффект реверберации,
эффект преобразования колебаний звуковой волны в упругие
колебания частиц твердых тел (материалов объектов
окружающей среды), эффект звукопроводимости звуковых колебаний
в различных средах, эффект резонанса и др. Все это создает
разнообразные возможности для перехвата информации.
Если в объектах окружающей среды вокруг источника
акустической информации расположить элементы
конструкций, обеспечивающие преобразование энергии акустической
волны в другие виды энергии (сигнала), то возможности
перехвата информации еще более возрастают.
Приемник акустического сигнала основан, как правило,
на преобразовании акустического сигнала в другие виды
сигналов с возможностью их записи и последующего воспроизве-
75
дения. Здесь используются следующие ФЭ: эффект
преобразования акустических колебаний в движение элементов
механических или электромеханических систем, эффект
преобразования акустических колебаний в упругую деформацию тел,
в световое излучение, в ультразвуковые колебания, в
движение носителей заряда и др. Кроме того, могут использоваться
и цепочки преобразований, содержащие по нескольку ФЭ.
К преимуществам использования акустических каналов
информации можно отнести:
— отсутствие необходимости проникновения в зоны
расположения акустического канала;
— трудности обнаружения аппаратуры съема
акустического сигнала и особенно той, которая устанавливается за
пределами контролируемых помещений;
— большой выбор в размещении средств получения
аудиоинформации;
— широкую номенклатуру технических средств съема
акустического сигнала;
— малые размеры технических средств съема
акустического или вибрационного сигнала, высокую надежность и
длительное время функционирования;
— низкую стоимость технических средств.
Акустические каналы утечки информации
подразделяются на прямой акустический канал и акустопреобразователь-
ные каналы (рис. 4.1).
Общим для всех каналов является наличие источника
акустической информации, среды распространения и приемника
информации.
Рассмотрим особенности различных акустических
каналов утечки информации.
4.2. Прямой акустический канал
Структура прямого акустического канала приведена на
рис. 4.2.
76
Акустические каналы
утечки информации
Прямой акустический
канал
Акустопрсобразовательные
каналы
Акусто-
элсктрический
Акусто-
радиоэлект-
ронный
Акусто-
электронный
Акусто-
параметри-
ческий
А кусто-
оптический
Рис. 4.1. Классификация акустических каналов
утечки информации
Источник
акустического
канала
►
Воздушная среда
распространения
сигнала
►
Приемник
акустического
канала
Рис. 4.2. Структура прямого акустического канала
В этом канале утечки информации важную роль играют
различные объекты, расположенные в среде распространения
акустического сигнала. Это, например, стены зданий,
перегородки, межэтажные перекрытия, окна, форточки, двери,
воздуховоды, кабельные каналы, пустоты в элементах
строительных конструкций и т. д.
В прямом акустическом канале утечки информации
проявляются следующие ФЭ: звукопроводимости, звукового
давления, отражения, поглощения, реверберации, дифракции,
резонанса, суперпозиции, колебательного движения частиц
среды распространения звука.
77
Наиболее простым способом перехвата информации
является обыкновенное подслушивание без применения какой-
либо аппаратуры.
До сих пор распространенными являются следующие
ситуации:
— находящиеся в приемной посетители достаточно
отчетливо слышат разговоры, происходящие в кабинете
должностного лица;
— в курилке предприятия обсуждают важные проблемы
в присутствии посторонних лиц;
— совещания проводятся на нижних этажах зданий при
открытых окнах или форточках, особенно в летнее время;
— ведутся обсуждения проблем «на ходу» при переходе
из здания в здание на предприятии, при переходе от
проходной до стоянки автомобиля;
— в автомобиле.
Достаточно эффективно используется при
подслушивании такой способ, как сверление отверстий, в том числе и
несквозных в стене смежного помещения. Эффект может быть
улучшен при использовании обыкновенной воронки, стакана,
донышко которого прижимается к поверхности вокруг
отверстия, или медицинского стетоскопа.
4.2.1. Используемые технические средства
Миниатюрные микрофоны. Являются простейшим
средством перехвата речевой информации. Используют
проводные соединения со звукозаписывающей аппаратурой.
Микрофоны могут монтироваться в предметы интерьера помещения,
в отверстиях, сделанных в стене из соседнего помещения,
в телефонных и сетевых розетках, в оборудовании
(системные блоки, принтеры, мониторы, элементы силовых кабелей
и т. д.), под плинтусами, в осветительных системах и других
объектах. Некоторые типы микрофонов (электретныс) имеют
очень малые размеры, например 7x5x2 мм и менее.
78
Совершенствование параметров микрофонов идет, с одной
стороны, в направлении повышения чувствительности, что
связано со стремлением увеличить дальность перехвата
акустической информации, а с другой — в направлении решения задачи
отделения полезного сигнала от акустических шумов.
Стремление уменьшить размеры микрофонов
противоречит возможности улучшения их акустических параметров.
На физическом уровне необходим переход на новые
принципы действия. Например, использование акустонанокапил-
лярного эффекта, проявляющегося в нанотрубках. Под
воздействием звука изменяется уровень заполнения капиллярного
канала, который можно преобразовать в электрический сигнал.
Переход на пленочные наноструктуры позволит
существенно уменьшить размеры микрофонов и повысить их КПД.
Могут быть использованы и другие ФЭ, например
влияние ультразвука на движение носителей заряда, на
поляризацию диэлектрика.
Микрофоны направленного действия. Применяются
в том случае, когда не удается использовать для перехвата
акустической информации контролируемую зону
(помещение). Микрофоны этого типа обеспечивают перехват
акустического сигнала после многократного его отражения (эффект
отражения звука), после прохождения его через открытые
окна, форточки, воздуховоды системы вентиляции, через
отверстия в стенах и перегородках.
Используют следующие типы направленных
микрофонов: параболические, трубчатые, плоские акустические
фазированные решетки, органного типа, градиентные.
Параболический микрофон содержит отражатель звука
параболической формы (диаметр 200-500 мм), в фокусе
которого установлен микрофон. Используется эффект отражения
звука.
Трубчатый микрофон, или микрофон «бегущей» волны,
содержит трубку диаметром 10-30 мм и длиной от 15 до
79
200 мм. Известны модели с трубкой до 1 м. Трубка по
окружности имеет щелевые отверстия. Она выполняет
функцию звуковода.
В акустических фазированных решетках использован
принцип размещения на плоскости нескольких десятков либо
микрофонов, либо открытых торцов акуетопроводов, звук от
которых передается микрофону-сумматору. Такой микрофон
обладает хорошими маскировочными свойствами
(встраивается в стенку портфеля, размешается с внутренней стороны
пиджака, используется как декоративный -элемент).
Микрофон органного типа представляет собой пучок из
нескольких десятков тонких трубок с длинами от нескольких
сантиметров до метра и более. Звуковые волны, приходящие
к приемнику по осевой линии, проходят в трубки и поступают
в иредкапсульлый объем в одинаковой фазе, и их амплитуды
складываются. А звуковые волны, приходящие под углом
к оси, оказываются сдвинутыми по фазе, так как трубки
имеют разную длину.
Градиентные микрофоны имеют значительно меньшие
размеры, чем предыдущие типы. Используется свойство гра-
диентности давления звуковой волны.
Для практической реализации возможностей микрофонов
направленного действия (прослушивание на расстоянии до
100 м и более) требуется специальная обработка акустических
сигналов по шумоочистке.
Диктофоны. Их разновидностей достаточно много.
В последнее время предпочтение отдается цифровым
магнитофонам с ФЛЕШ-памятью: SAMSYNG SVR-240, OLIMPYS
DS-150, Спутник 1200. Многие из них оборудованы системой
автоматического включения при паузах в разговорах (акусто-
матом). Диктофоны размещаются в дипломатах, пачках
сигарет, в корпусах наручных часов и т. д.
Дальнейшее совершенствование диктофонов идет по
пути использования более эффективной микроэлектроники,
80
снижения энергопотребления и уменьшения размеров,
исключения каких-либо подвижных -элементов.
4.2.2. Средства противодействии перехвату
информации по прямому акустическому каналу
К средствам, которые могу] воспрепятствовать
проявлению прямого акустического канала утечки информации,
можно отнести следующие.
1. Конструктивные меры, связанные с
оборудованием помещений: покрытие элементов строительных
конструкций, установка акустических экранов, выбор
интерьера, оргтехники и технических средств и др.
Эти меры направлены на локализацию источников
акустических сигналов в замкнутом пространстве внутри
контролируемых зон посредством звукоизоляции. В зависимости от
категории помещения его звукоизоляция должна быть в
пределах установленных норм.
Звукоизоляция обеспечивается с помощью ограждений,
экранов, кабин, кожухов и других конструкций. Для звуко- и
виброизоляции используют также пленку PVC.
Под воздействием акустических волн звукоизолирующая
поверхность совершает сложные колебания, поглощающие
энергию падающей волны.
Проявляются такие ФЭ, как эффекты отражения, дифракции
поглощения, резонанса, реверберации, внутреннего трения.
Для облицовки внутри помещения элементов
строительных конструкций (стены, потолок) применяю! плиты минера-
ловатные зернистой или ячеечной структуры «Акмигран»,
«Акмант», «Силакпор», «Винипор» и др. Предварительно
заделываются все щели и отверстия в стенах и потолке.
В каналы вентиляции и систем кондиционирования для
предотвращения по ним утечки информации устанавливают
абсорбционные глушители, в которых происходит поглощение
звуковой энергии материалами и элементами конструкций.
81
Трубопроводы водопровода, отопления, канализации и
кабельных разводов закрываются акустическими экранами.
Акустические колебания, возбуждая вибрации в трубах
водоснабжения и отопления, возбуждают гидроакустические
сигналы в находящейся в них жидкости. Интересующую
информацию можно перехватить в пределах здания с помощью
гидроакустических датчиков.
Окна и двери обладают слабой звукоизоляцией. В силу
своей функциональной специфики требуют применения
специальных материалов. Так, например, разработаны
специальные конструкции окон с повышенным звукопоглощением на
основе стеклопакетов с герметизацией воздушного
промежутка, с заполнением при пониженном давлении промежутка
между стеклами различными газовыми смесями или
созданием между ними вакуума.
В настоящее время существуют специальные виды оконных
стекол, препятствующие дистанционному подслушиванию, так
как искажают акустические волны, проходящие через них.
В дверных проемах предусматривают лабиринтную
конструкцию уплотнений, которые в процессе эксплуатации из-за
многократного обжатия, износа и затвердевания материалов
требуют частой, как правило, сезонной замены. В качестве
звукопоглощающих материалов в дверных проемах и самих
дверях используют нетканые мягкие листовые материалы из
стекловолокна, пенополиуретана.
Акустические экраны способствуют ослаблению
акустической волны, распространяющейся за счет многократного
отражения. За экраном образуется звуковая «тень». Акустические
экраны могут трансформироваться применительно к
особенностям помещения и расположения источника звука. Они могут
использоваться для повышения звукоизоляции дверей, окон,
элементов строительных конструкций в помещении.
2. Исключение вероятности вноса и установки
подслушивающих устройств. Внос и установка технических средств
82
для перехвата акустической информации могут быть
осуществлены во время проведения совещаний, при проведении
различных ремонтных работ, при обслуживании технических средств,
находящихся в помещении, при приеме посетителей, во время
уборки помещения. Поэтому все виды перечисленных работ
должны проводиться под непосредственным контролем
специалистов, ответственных за информационную безопасность.
Установленный порядок должен препятствовать нахождению
посторонних лиц в нерабочее время.
Элементы электрических цепей: розетки, вилки, шнуры,
распределительные коробки, кожухи для проводки — должны
быть закреплены таким образом, чтобы элементы крепления
могли сигнализировать их снятие или разборку. То же
относится и к телефонной линии.
Кожухи, крышки средств вычислительной техники и
приборов должны пломбироваться.
Внос в помещение диктофонов может быть осуществлен
непосредственно участниками совещания или переговоров.
В этом случае рекомендуется использовать системы,
обеспечивающие как их обнаружение, так и подавление. Так, например,
офисная система PRTD 018 включает до 16 датчиков,
обеспечивающих обнаружение диктофонов, и аппаратуру
многоканальной обработки информации. Влияние работающего диктофона
на датчики зависит от расстояния до них. Датчики могут быть
прикреплены к столешнице стола для совещаний, к столу
руководителя, под креслами участников и т. д.
Мобильное средство подавления диктофонов может быть
вмонтировано в личном дипломате руководителя. При
появлении на табло сигнала тревоги средство подавления включается.
3. Технические средства подавления каналов
перехвата информации. Для предотвращения перехвата
акустического сигнала микрофонами различных типов используют
зашумление помещений, которое осуществляется с
помощью различных генераторов шума. Это, например, генерато-
83
ры WNG-023 (генератор «белого» шума), «Гном-ЗМ» (шумо-
генератор 0,01-1000МГц), ANG-2000 (генератор
акустического шума), Шумотрон-3 (блокиратор работы диктофонов),
R-2000L (подавитель диктофонов), ХАОС (зашумляющая
акустическая система), Форум и др.
Для подавления диктофонов используются следующие
средства: Буран-4 (подавление записи на цифровые и
аналоговые диктофоны), Шторм (подавитель диктофонов), Шумо-
трон (подавитель диктофонов) и др. Принцип работы этих
средств основан на изменении под действием создаваемых
ими полей режимов усилителей записи, в результате чего
резко ухудшается разборчивость записанной речи и становится
невозможным ее восстановление при воспроизведении.
4. Технические средства обнаружения утечки
информации по прямому акустическому каналу.
1. Визуальный метод контроля. Включает обследование
всего помещения (элементы строительных конструкций,
интерьер, рабочие места, технические средства, оргтехника и т. д.).
Цель — выявление различных типов закладных устройств, в том
числе микрофонов, микрофонов направленного действия и
диктофонов.
Микрофонные закладки и закладки-диктофоны, особенно
цифровые, камуфлируются под различные бытовые предметы
и бывают трудно отличимы от оригинала. Некоторые
закладки встраиваются внутрь находящихся в помещении объектов.
Поэтому важно знать наиболее важные информационные
признаки закладок.
От некоторых закладок могут идти тонкие проводники,
или возможно наличие небольшой длины проводника,
выходящего из предмета. В кррпусе предмета могут быть одно или
несколько небольших отверстий. Наличие органов
управления без указания назначения.
В труднодоступных местах визуальный контроль может
осуществляться с помощью комплекта досмотровых зеркал,
84
например «Поиск-2» и волоконно-оптических эндоскопов
ЭТ-10-1,2, ЭТ-4-1,1 и др.
2. Контроль с использованием технических средств.
Цель — установление наличия закладных устройств и их
локализация. Для этого могут быть использованы следующие
устройства: ST-0110 (программно-аппаратный комплекс
обнаружения цифровых и аналоговых диктофонов), ST-031
«Пиранья» (многофункциональный поисковый прибор),
NR-900EM (обнаружение радиоэлектронных устройств:
диктофонов, микрофонов и др.), TRD-800 (портативный прибор
для обнаружения диктофонов и радиомикрофонов), Обь
(нелинейный локатор) и др.
Принцип работы нелинейных радиолокаторов близок
к принципу работы радиолокационной станции. Отличие
заключается в том, что если приемник радиолокационной
станции принимает отраженный от объекта сигнал на частоте
излучаемого сигнала, то приемник нелинейного локатора
принимает 2-ю и 3-ю гармоники отраженного сигнала. Появление
в отраженном сигнале этих гармоник обусловлено
нелинейностью характеристик выход/вход полупроводниковых
приборов. В результате нелинейного преобразования
электрического сигнала, индуцируемого в элементах схемы закладки или
диктофона высокочастотным полем локатора, образуется
сигнал, в спектре которого, кроме основной частоты,
присутствуют ее гармоники.
Некоторые нелинейные локаторы могут работать в
режиме поиска и в режиме сторожа.
Визуальный контроль и контроль с помощью
технических средств целесообразно выполнять регулярно: перед
проведением мероприятий, профилактический, индикаторный.
4.3. Акустовибрационный канал
В акустовибрационном канале (или виброакустическом)
средой распространения акустических сигналов являются элс-
85
менты конструкций зданий (стены, потолки, оконные рамы,
двери, трубопроводы и другие элементы), элементы
конструкций технических систем, находящихся в помещении.
Акустические колебания, воздействуя на твердые
поверхности, преобразуются в механические колебания частиц
твердых тел и распространяются по ним. Так, например,
воздействуя на стену помещения, акустический сигнал порождает
вибрационные колебания твердого тела, т. е. происходит
проявление ФЭ, схема которого представлена на рис. 4.3.
ЗвП
Твердые тела
Колебания частиц
твердого тела
Рис. 4.3. Эффект преобразования акустических колебаний
в колебания частиц твердого тела
(вибрационные колебания)
Большинство твердых тел являются хорошими
проводниками звуковых колебаний (вибрационных колебаний).
Вибрационные колебания могут быть непосредственно
приняты, преобразованы в электрические колебания, усилены
и записаны. А затем, по мере необходимости, могут быть
преобразованы в акустические колебания.
Структура акустовибрационного канала приведена на
рис. 4.4.
Источник
акустического
сигнала
Твердая среда
распространения
сигнала
Воздушная среда
распространения
сигнала
Приемник
вибрационного
сигнала
Рис. 4.4. Структура акустовибрациониого канала
86
. В случае, если источник акустического сигнала будет
непосредственно связан с твердой средой, структурная схема
будет иметь следующий вид (рис. 4.5).
Источник
акустического
сигнала
►
Твердая среда
распространения
сигнала
►
Приемник-
вибрационного
сигнала
Рис. 4.5. Структура акустовибрационного канала
(без воздушной среды)
Физическая схема акустовибрационного канала
представлена на рис. 4.6.
ЗвП
Воздушная среда
ЗвП'
Твердое тело
Колебания частиц
тела (вибрационные)
Твердое тело
эффект звукопроводимости
• эффект преобразования звуковых
колебаний в колебания частиц
твердого тела
• эффект отражения звука
• эффект преобразования звуковых
колебаний в тепловые колебания
частиц твердого тела
Колебания частиц . .
|тела (вибрационные) эФФсет звукопроводимости
Рис. 4.6. ФСх акустовибрационного канала
КПД акустовибрационного канала зависит от величины
потерь за счет отражения звука (качество поверхности твердого
тела) и за счет преобразования звуковых колебаний в тепловые
колебания частиц твердого тела (упругие свойства тела). Кроме
того, твердое тело должно обладать хорошей
звукопроводимостью, которая также связана с его упругими свойствами.
87
4.3.1. Используемые технические средства
В качестве приемников вибрационного сигнала широко
используют контактные микрофоны (стетоскопы),
преобразующие вибрационные колебания твердого тела в колебания
электрического сигнала, который затем может быть передан,
усилен и записан.
С помощью стетоскопа можно прослушивать речевые
сигналы через стену толщиной до 1 м. Чувствительным
элементом стетоскопа является вибродатчик на основе пьезоэлемента,
т. е. используется пьезоэлектрический эффект. Конструктивно
стетоскоп выполнен в виде элемента цилиндрической формы.
Он крепится с помощью клейкого состава или липкой ленты
к поверхности элементов строительных конструкций (к стене,
перегородкам, выступающей арматуре железобетонных
конструкций, коробам системы вентиляции, водопроводным и
другим трубам, к оконным стеклам, стенкам шкафов системы
электроснабжения и т. д.). Для качества снимаемого сигнала
существенное значение имеют места установки, материал
вибрирующих элементов.
Важным преимуществом стетоскопов является то, что
они могут устанавливаться за пределами контролируемой
зоны.
Используются монофонические и стереофонические
стетоскопы, в состав которых входят два монофонических
стетоскопа, закрепленных на определенном расстоянии друг от
друга. Стереофонический эффект повышает качество
принимающего виброакустического сигнала, уменьшая влияние
различных шумов.
Для повышения эффективности работы стетоскопы
объединяют с электронным усилителем (электронные
стетоскопы), радиопередатчиком (радиостетоскопы), генератором
ИК-излучения (оптические стетоскопы), генератором
ультразвукового излучения для передачи сигнала по
металлоконструкциям зданий (ультразвуковые стетоскопы).
88
Для съема акустического сигнала выпускается
широкий ассортимент различных по назначению вибрационных
датчиков: «Молот» (на стену), «Серп» (на раму), «Копейка»
(на стекло), КПВ-2 (для стен и перекрытий), КПВ-8
(универсальный), РК 775 (ИК-стетоскоп, дальность 150 м, масса
15 г) и др.
Основные конструктивно-технологические направления
развития — это уменьшение размеров стетоскопов и
датчиков, использование более эффективных схемотехнических
решений (микроэлектроника), снижение энергопотребления,
расширение диапазонов (радио, оптического,
ультразвукового) передачи информации.
Предъявляемые к ним требования в значительной мере
могут быть удовлетворены за счет использования ФЭ в
области нанотехнологий.
4.3.2. Средства противодействия перехвату
информации по акустовибрационному каналу
Так же как и по прямому акустическому каналу, к
средствам противодействия следует отнести конструктивные
меры по оборудованию помещения. Цель — уменьшить
энергию взаимодействия акустической волны с твердыми телами.
Используемые материалы и покрытия должны обеспечивать
максимальное поглощение энергии акустической волны.
Особое внимание должно быть обращено на защиту стекол в
окнах помещения. В настоящее время для этих целей
выпускаются пленочные покрытия, например пленка Courtaulds класса
Safety (повышенной безопасности). Она гасит вибрацию
стекла, что затрудняет съем информации с оконных стекол.
Толщина пленки 100 и 300 мкм.
Поскольку установка стетоскопов может быть
произведена за пределами контролируемой зоны, а управляться они
могут дистанционно, то контроль за их установкой и
функционированием представляет сложную задачу.
89
Более эффективным и универсальным способом защиты
информации от утечки по акустовибрационному каналу
является вибрационное зашумление. Здесь используется
эффект суперпозиции — сложение различных звуковых
колебаний. Шум можно создавать с помощью различных ФЭ:
пьезоэлектрический, магнитострикционный, эффект
электрогидравлического удара и др. Вибродатчики, к которым
подводятся акустические колебания от генератора, могут
крепиться к стеклам окон, стенам, плитам перекрытий,
арматуре железобетонных конструкций, к трубам, батареям
отопления, к обшивкам шкафов, к стенкам корпусов технических
систем.
Используются следующие системы виброакустического
зашумления: VNG-006DM, «Заслон», «Кабинет», «Шторм»,
SI-3001, «Шорох-2», VNK-012GL, Барон-Ю, ВВ 301 и др.
Имеются мобильные системы виброакустического
зашумления помещений, конференцзалов и др. Это, например,
система «Фон-В».
Перспективным направлением развития систем
виброакустического зашумления является увеличение функциональных
возможностей (изменение параметров в широких пределах,
работа в автоматическом режиме, воспроизведение речевого
сигнала, анализ вибрационных колебаний строительных
конструкций, формирование спектра вибрационных помех и др.),
адаптация к конкретным вариантам используемых
материалов и строительных конструкций в зданиях, уменьшение
массово-габаритных характеристик. К таким системам следует
отнести систему «Порог-2М».
Контроль состояния виброакустического канала может
осуществляться с использованием следующих технических
средств; нелинейный детектор «Октава»,
широкодиапазонный спектральный коррелятор OSCOR OS-5000,
аппаратно-программный комплекс виброакустических измерений
VTMK-012GL, акустический зонд-стетоскоп ALP-700.
90
4,4, Акустоэлектрический канал
утечки информации
Акустоэлектрический канал утечки информации
возникает в результате преобразования акустических сигналов в
электрические, которые являются объектом перехвата. Перехват
информации осуществляется за пределами контролируемых
помещений и зон.
Структура акустоэлектрического канала представлена на
рис. 4.7.
Источник
акустического
сигнала
Объекты,
преобразующие
акустический сигнал
в электрический
Воздушная среда
распространения
сигнала
Приемник
электрического
сигнала
Рис. 4.7. Структура акустоэлектрического канала
утечки информации
Источник акустического сигнала может быть связан с
объектами, преобразующими акустический сигнал в электрический,
через твердую среду. Одним из основных ФЭ, обеспечивающих
такое преобразование, является микрофонный эффект.
Микрофонный эффект — это появление в электрических
цепях и цепях радиоэлектронной аппаратуры паразитных
электрических сигналов, обусловленных механическим
воздействием, в том числе звуковой волны. Название ФЭ взято по
аналогии с физическим процессом, происходящим в микрофоне.
Перечень объектов, на которых может проявляться
микрофонный эффект, очень широк. Так, например, изменяются
электрические характеристики элементов различных
технических систем: абонентские громкоговорители, дроссели ламп
91
дневного света, электровакуумные приборы, реле,
трансформаторы блоков питания, дроссели фильтров, датчики
пожарной сигнализации. Рассмотрим некоторые их них.
Катушки индуктивности. Под воздействием
акустического сигнала происходит вибрационное перемещение
витков обмотки и, как следствие, вариация величины ее
индуктивности.
Электрические емкости (конденсаторы с воздушным
диэлектриком, подстроенные, электролитические). Под
воздействием акустического сигнала происходят
вибрационное перемещение обкладок и, как следствие, вариация
величины емкости конденсатора.
Сопротивления. Под воздействием акустического
сигнала происходит вибрационная деформация резистивных
элементов в переменных и подстроечных резисторах, переходное
сопротивление между электрическими проводниками.
Электрические цепи (объемный монтаж). Колебания
проводников создают вариацию индуктивности и (или)
емкости между проводниками.
Звуковой сигнал, воздействуя на якорь электромагнита
звонковой цепи телефона, вызывает его механическое
колебание. В результате этого изменяется магнитный поток,
проходящий через сердечник электромагнита. Это, в свою очередь,
вызывает появление ЭДС самоиндукции в обмотке, которая
изменяется в соответствии с изменением звукового сигнала.
В результате в электрической цепи появляется сигнал,
несущий акустическую информацию.
Датчики пожарной и охранной сигнализации. В
зависимости от типа может меняться электрическое
сопротивление и (или) емкость. В системе пожарной сигнализации
защита от утечки речевой информации может быть обеспечена
применением в режимных помещениях специальных
датчиков, не реагирующих на акустические воздействия, например
СИ-КРИД-1 и др.
92
В целях защиты от утечки речевой информации через
цепи и устройства систем охранной сигнализации также
рекомендуется использовать специальные датчики.
Динамики, телефонные капсюли. При воздействии на
эти элементы информационных акустических полей
происходит преобразование энергии акустического поля, и в
электрических цепях, связанных с ними, возбуждается ЭДС,
соответствующая информационному сигналу.
Из приведенных примеров видно, что в большинстве
случаев при акустоэлектрическом преобразовании вначале
происходит преобразование акустических волн в механические
колебания различных элементов технических систем, а затем
преобразование их в изменяющийся электрический сигнал.
Физическая схема акустоэлектрического канала
представлена на рис. 4.8.
ЗвП
Системы тел:
магнит +. проводник;
проводник + проводник;
заряженное тело + тело;
заряженное тело +
заряженное тело и др.
Эффект Эффект Различные ФЭ
звукопро- преобразования (магнитострикционный,
водимости звуковых коле- пьезоэлектрический,
баиий в механические магнитной индукции и др.)
колебания
Рис. 4.8. ФСх акустоэлектрического канала утечки информации
4.4.1. Используемые технические средства
Для перехвата акустического сигнала используются
специальные высокочувствительные низкочастотные усилители.
Они непосредственно подключаются к цепям, обладающим
микрофонным эффектом или несущим акустическую
информацию от других объектов в результате проявления на них
микрофонного эффекта, например от телефонных аппаратов.
93
Для создания канала утечки информации могут быть
подменены компоненты электрических схем (резисторы,
конденсаторы, катушки индуктивности) на такие же компоненты, но
обладающие более интенсивным проявлением микрофонного
эффекта.
В связи с развитием электронной аппаратуры,
сокращением, а в некоторых случаях полным исключением элементов,
содержащих электромеханические системы, переходом на
интегральную схемотехнику значимость этого канала утечки
информации уменьшается.
4.4.2. Средства противодействия перехвату
информации по акустоэлектрическому каналу
К таким средствам относятся:
1) проверка всех электрических цепей, которые
потенциально могут переносить сигнал в результате проявления
микрофонного эффекта. Используются специальные
высокочувствительные усилители низкой частоты, например ПКУ-6М,
AA-012GL;
2) с помощью генератора низкочастотных колебаний и
акустической системы испытываются все электрические и
радиоэлектронные системы, используемые в защищаемом помещении,
на проявление микрофонного эффекта. Устанавливаются
критические частоты, на которых проявление микрофонного эффекта
максимально. После этого определяется, с помощью каких мер
возможно уменьшение проявления микрофонного эффекта
(замена компонентов, замена аппаратуры, установка полосовых
фильтров в сигнальных цепях, в цепях электропитания и др.);
3) генерация низкочастотных сигналов по электрическим
цепям с целью создания помех, препятствующих выделению
информационного (электрического) сигнала. Используются
генераторы ВВ 301, Барон-Ю и др.;
4) применение фильтров в двухпроводных линиях.
Например, фильтр Гранит-8.
94
4.5. Акусторадиоэлектронный канал
Структура канала утечки информации приведена на рис. 4.9.
Здесь сопряжены два канала: акустический и
радиоэлектронный, соединенных между собой преобразователем
акустического сигнала в радиосигнал. Акусторадиоэлектронный
сигнал реализуется, как правило, с помощью закладных устройств,
которые создаются специально для подслушивания речевой
информации и обеспечивают повышение дальности передачи
акустического сигнала, в том числе и за пределы
контролируемой зоны. Такой ретранслятор сигнала является более
надежным, обеспечивается его длительное функционирование,
может быть управляемым.
Источник
акустического
сигнала
►
Среда
распространения акустического
сигнала
>
Преобразователь
акустического
сигнала в
радиоэлектронный
Приемник
радиоэлектронного
сигнала
Среда
распространения
радиоэлектронного сигнала
Рис. 4.9. Структура акусторадиоэлектронного сигнала
Важнейшие показатели закладки определяются ФЭ,
используемыми для преобразования акустического сигнала в
радиосигнал. Здесь используется, как правило, не прямое преобразование,
а ряд преобразований: преобразование акустического сигнала
в электрический, модификация электрического сигнала
(обработка, усиление, шифрование и др.), преобразование
электрического сигнала в радиосигнал и другие преобразования.
4.5.1. Используемые технические средства
Широкое распространение получили радиозакладки.
Радиозакладка, или радиомикрофон, — это комплексная
система миниатюрного исполнения, содержащая микрофон,
95
модулятор, генератор, антенну и источник питания.
Перехваченная с помощью микрофона акустическая информация
преобразуется в электрический сигнал, который обрабатывается,
а затем излучается антенной как электромагнитная волна.
Переданный сигнал попадает в приемник и преобразуется в
акустическую информацию (сигнал).
Структурная схема радиозакладки приведена на рис. 4.10.
Функционирование радиозакладки может быть
управляемым как извне, так и появлением речевого сигнала.
Ввиду малых размеров радизакладки легко
камуфлируются под бытовые приборы, устанавливаются в щелях
строительных конструкций, в различных отверстиях, крепятся
к элементам интерьера помещения.
Источник
акустического
сигнала
Воздушная среда
распространения
акустического сигнала
Радиозакладка
Микрофон
Источник
электрической энергии
J
Модулятор
Генератор
Антенна
Рис. 4.10. Структурная схема радиозакладки
96
Радиозакладки созданы на основе самых новых
достижений электронной техники и радиоэлектроники. Используются
особенности распространения радиоволн, построения
диаграмм направленности антенн, применяемых как для
передачи информации, так и для ее приема.
Передача информации закладкой может осуществляться
не в момент генерирования акустической информации, а
значительно позже, что препятствует ее выявлению, так как
средства контроля и постановки помех работают, как правило,
одновременно с генерированием акустической информации.
Для этой цели в составе закладки имеются современные
средства записи информации, не имеющие электромеханических
элементов.
Радиозакладки работают в УКВ, СВЧ и ИК-диапазонах.
В заданное время записанная информация
«выстреливается» в эфир.
Российской фирмой ЗАО «ЗЕТ-1» разработана серия
радиомикрофонов для различного применения.
РМК 012 — радиомикрофон с кварцевой стабилизацией
частоты, непрерывного действия (48 часов), дальность
передачи информации 150-200 м; диаметр 30 мм, толщина 7 мм;
легко устанавливается в труднодоступных местах с помощью
липкой ленты.
РМК 061 — универсальный базовый модуль закладного
радиопередатчика, имеет встроенный микрофон, гибкую
антенну, вывод для подключения питания 3-6 В; размер
23 х 9x6 мм.
РМК 140 — радиомикрофон с питанием от электросети
220 В; предназначен для скрытой установки во внутренние
полости удлинителей, сетевых розеток, выключателей,
распределительных коробок, электроприборов различного
назначения; изделие выполнено в виде двух блоков: передатчика
(52 х 12,5 х 6 мм) и блока питания (45 х 25 х 10 мм); дальность
передачи до 300 м.
4. Заказ Х° 1320 97
Развитие радиомикрофонов идет в направлении
расширения выполняемых ими функций: сжатие и кодирование
выходного сигнала, снабжение акустопуском, источниками
питания длительного действия, совершенствование
камуфлирования, расширение частотного диапазона работы.
4.5.2. Технические средства
обнаружения радиомикрофонов
NR-900 ЕМ — детектор нелинейных переходов.
Предназначен для обнаружения радиоэлектронных устройств, содержащих
полупроводниковые компоненты, в том числе
радиомикрофонов, микрофонных усилителей, диктофонов и других устройств.
«Дельта» — комплекс аппаратуры. Позволяет
обнаруживать радиомикрофоны, определять их координаты в
трехмерном пространстве. Характеризуется повышенной
достоверностью результатов анализа радиообстановки на основе
сложного алгоритма обработки принимаемых сигналов.
Выпускается в мобильном и стационарном вариантах.
OSCOR OSC-500 — широкодиапазонный спектральный
коррелятор. Предназначен для выявления технических
средств съема информации, работающих в звуковом
диапазоне частот (20 Гц-15 кГц), радиодиапазоне (10 мГц-3 Гц) и
в Ик-диапазоне (850-1070 мкм).
Предусмотрено ручное и автоматическое сканирование
соответствующего диапазона. Осуществляется запись
результатов работы.
СРМ-700 — универсальный прибор для обнаружения
различных устройств скрытого съема информации. Позволяет
обнаруживать скрытые радиомикрофоны и
микропередатчики в диапазоне 50 кТц-ЗОООмГц.
4.5.3. Технические средства
подавления радиомикрофонов
Используются как универсальные
(многофункциональные) приборы, так и приборы одного назначения, например
98
постановщики помех в соответствующем диапазоне
радиоканала. Помехи могут быть поставлены по входу
радиомикрофона (акустические) и по выходу (радиоизлучения).
«СКОРПИОН» — скоростной поисковый приемник
радиосигналов и постановщик прицельной помехи для
подавления каналов их приема (лаб. 11, Электрозавод).
Мощность генератора помехи составляет 100 мВт в
полосе частот 200кГц в диапазоне 30-2000 мГц.
Этот прибор сочетает в себе возможности сканирующего
приемника, радиочастотомера, интерсептора и постановщика
помех в радиодиапазоне.
VNG-012GL — прибор виброакустической защиты от
прослушивания. Имеет 5 статически независимых шумовых
каналов с возможностью регулировки спектра и
интенсивности маскирующего сигнала. Полоса частот маскирующего
сигнала 0,2-5 кГц.
«Пелена-3» — переносная аппаратура защиты информации
от утечки по радиоканалу. Является генератором специальных
сигналов в УКВ диапазоне, создающих в ограниченном
пространстве электромагнитные помехи для
несанкционированной радиопередачи информации. Выходная мощность 10 Вт,
дальность действия до 50 м. Масса 8 кг.
RS 1100 — система радиоэлектронной защиты зданий
(многоканальный компьютерный комплекс ближней
радиоразведки). Обеспечивает постановку радиопомех в заданном
диапазоне.
4.6, Акустопараметрический канал
При взаимодействии акустической волны с элементами
различных технических систем происходит изменение их
электрических, магнитных и электромагнитных параметров.
Эти изменения оказывают влияние на параметры
электрических цепей, в которых они выполняют свои функции. За счет
эффекта модуляции эти электрические или радиотехнические
цепи будут нести информационный сигнал, соответствующий
4* 99
акустическому. Такой канал утечки информации называется
параметрическим. В литературе называется также
«высокочастотным навязыванием». Этот канал используется в
нескольких модификациях.
Вариант 1. Утечка информации может быть
осуществлена путем контактного введения токов высокой частоты от
специального генератора в линию, имеющую функциональные
связи с нелинейными или параметрическими элементами
технических систем, находящихся в зоне действия акустического
сигнала. На этих элементах происходит модуляция
высокочастотного сигнала информационным (электрическим).
Электрический сигнал появляется в результате преобразования
акустического сигнала.
Нелинейные и параметрические элементы являются для
высокочастотного сигнала несогласованной нагрузкой, от
которой часть модулированного высокочастотного сигнала
отразится и будет распространяться по цепи в обратном
направлении, а часть будет излучаться в окружающую среду.
Для приема отраженных или излученных сигналов
используются специальные высокочувствительные приемники.
ФСх канала приведена на рис. 4.11.
ЗвП
ЭП
в. ч.
Нелинейные и параметрические
элементы технических систем
ЭГГ
в. ч.
Рис. 4.11. ФСх акустопараметрического канала (вариант 1)
Вариант 2. К одному из проводов телефонной линии
подключается высокочастотный генератор, работающий в
диапазоне 50-300 кГц. Подбором частоты генератора добиваются
резонанса подвижных элементов телефонного аппарата, что
позволяет при положенной трубке добиваться модуляции
высокочастотных колебаний генератора низкочастотными коле-
100
баниями микрофона, который улавливает и преобразует
акустические сигналы, генерируемые в интересующем
помещении. ФСх канала приведена на рис. 4.12.
ЗвП
ЭП
в. ч.
Телефонный аппарат
(подвижные элементы)
ЭП'
Рис. 4.12. ФСх акустопарамстрического канала (вариант 2)
Вариант 3. Электронные приборы, находящиеся в
контролируемом помещении, а также специально установленные
закладки облучаются извне мощным высокочастотным
излучением. Микрофонный эффект, проявляющийся на элементах
прибора, модулирует высокочастотное излучение, которое
после отражения является носителем акустического сигнала.
Радиоэлектронные устройства осуществляют прием и
обработку отраженного излучения, а затем выделение
полезного сигнала. ФСх канала приведена на рис. 4.13.
ЗвП
ЭП
Электронные приборы
ЭП'
в. ч.
Рис. 4.13. ФСх акустопараметрического канала (вариант 3)
ФСх рассмотренных вариантов акустопараметрических
каналов отличаются лишь физическими объектами, на
которые направлено высокочастотное облучение и которые
подвергаются воздействию акустических волн.
4.6.1. Используемые технические средства
По функциональному назначению используются
следующие технические средства: генераторы радиоизлучений, при-
101
емники радиосигналов, передатчики и приемники
радиостанций для KB и УКВ диапазонов.
ANG-2000 — генератор радичастотных сигналов.
Крона 6000М — приемник радиочастотных сигналов.
АПК «ПОИСК-01» содержит высокочувствительный
приемник радиосигналов на частотах от 30 до 2000 МГц, внешнюю
и внутренние антенны.
XPLORER-FM — приемник для диапазона 30-2000 МГц.
АУ-3 — широкополосный антенный усилитель, диапазон
0,1-1000 МГц.
Winradio 3100i-DSP — компьютерный сканирующий
радиоприемник.
IC-R8500 — сканирующий приемник, диапазон 0,1 МГц-
2ГГц.
GM 300 — мобильная радиостанция, диапазон 136—
174 МГц, 403-470 МГц, мощность 1-45 Вт.
GP 340 — портативная радиостанция (фирма
MOTOROLA).
MICOM-2 — радиостанция (фирма MOTOROLA),
КВ-волновая, диапазоны 1,6-30 МГц, мощность 125 Вт.
4.6.2. Технические средства обнаружения
утечки информации по параметрическому каналу
LBD-50 — анализатор проводных коммуникаций.
Предназначен для поиска несанкционированных подключений
к любым проводным линиям. Позволяет проводить комплекс
методов контроля линии: анализ переходных процессов и
нелинейных преобразований в линии, измерение токов утечки,
сопротивления изоляции и др.
RCC-2000 — комплекс контроля электромагнитного
излучения. Предназначен для контроля радиообстановки в
диапазоне 0,02-2,6 ГГц.
ST 031 «Пиранья» — многофункциональный поисковый
прибор. Предназначен для проведения оперативных мероприя-
102
тий по обнаружению и локализации технических средств
негласного получения информации, а также для выявления и
контроля естественных и искусственно созданных каналов
утечки информации.
МАНГУСТ — многофункциональный поисковый
прибор. Предназначен для оперативного обнаружения
излучающих радиотехнических устройств.
4.6.3. Технические средства подавления
утечки информации по параметрическому каналу
VNG-012GL — генератор акустических колебаний.
Полоса частот маскирующего сигнала 0,2-5 кГц. Возможна
регулировка спектра и интенсивности маскирующего сигнала.
ГРОМ-ЗИ-4 — генератор шума. Предназначен для
генерации помех по эфиру, телефонной линии и электросети, для
блокировки несанкционированно установленных устройств,
передающих информацию.
ФСП-1Ф-7А — фильтр сетевой помехоподавляющий.
Предназначен для защиты радиоэлектронных устройств от
высокочастотных помех и от утечки информации по сети
электропитания 220 В, 50 Гц.
SI-8001 — генератор шума по электросети. Диапазон
частот 0,005-10 МГц. Габариты 125 х 70 х 60 мм, вес не
более 1 кг.
SEL SP-21B2 «Спектр» — генератор радиочастотного
шума в диапазоне 0,1-1000 МГц.
SEL SP-17/D — многофункциональный модуль защиты
телефонной линии. Осуществляет микропроцессорный
контроль состояния телефонной линии с информированием
пользователя, подавляет подслушивание с использованием
телефонных передатчиков, устройств съема информации
бесконтактного типа, микрофонного эффекта и ВЧ
навязывания.
103
4.7. Акустооптический канал
Структура канала утечки информации приведена на рис. 4.14.
Источник
акустического
сигнала
>
Воздушная среда
распространения
акустического сигнала
>
Акустооптический
преобразователь
Воздушная среда
распространения
оптического сигнала
Приемник
оптического сигнала
Рис. 4.14. Структура акустооптического канала
Съем информации осуществляется с плоской
поверхности, колеблющейся под действием акустической волны,
лазерным лучом в ИК-диапазоне, что обеспечивает невидимость
его невооруженным глазом. В качестве поверхности, на
которую оказывает воздействие акустическая волна, используется
внешнее стекло окна.
Стекло облучается источником лазерного излучения
с внешней стороны, например из окна соседнего дома.
На поверхности соприкосновения лазерного луча со
стеклом происходит модуляция лазерного луча акустическими
сигналами, генерируемыми в помещении (речь, звуковые
колебания работающих технических систем).
После отражения от стекла модулированный по
амплитуде и фазе лазерный луч принимается приемником ИК-излуче-
ния, преобразуется в электрический сигнал и после
соответствующей обработки преобразуется в акустический сигнал,
несущий интересующую информацию.
Лазерным лучом можно облучать вибрирующие в
акустическом поле тонкие отражающие поверхности (стекла окон,
картины, зеркала, стенки шкафов, системных блоков и другой
аппаратуры).
104
Рассмотрим ФСх лазерной системы (рис. 4.15).
На эффективность работы лазерной системы
существенное влияние оказывает воздушная среда, через которую
проходит прямой (мощный) и отраженный (маломощный)
оптический сигнал. В воздушной среде проявляется эффект
светопроводимости. Увеличение дальности прослушивания
может быть осуществлено либо увеличением мощности
генератора ИК-излучения, либо повышением чувствительности
приемника, либо тем и другим вместе.
На обычном оконном стекле при одновременном
воздействии звукового сигнала и ИК-излучения проявляются
различные ФЭ, показанные на рис. 4.15.
Эффекты поглощения света и светопроводимости
уменьшают мощность отраженного луча ИК-излучения. Для
повышения коэффициента отражения в определенном
направлении поверхность стекла должна быть гладкой и чистой. Эти
же качества будут улучшать светопроводимость, то есть
уменьшать мощность отраженного сигнала.
Использование колеблющихся поверхностей объектов,
находящихся внутри помещения, для получения отраженного
луча ИК-излучения существенно уменьшает расстояние
прослушивания, так как прямой и отраженный лучи должны
проходить через три среды как в прямом, так и в обратном
направлении: воздушная среда (внешняя) — стекло —
воздушная среда внутри помещения.
Для преобразования акустического сигнала в оптический
могут быть использованы следующие ФЭ: эффект изменения
светопроводимости под действием силы, деформирующей
световод, эффект звуколюминесценции, эффект модуляции
оптического (лазерного) луча поверхностью отражения,
деформируемой звуковыми колебаниями и др.
4.7.1. Используемые технические средства
Современные лазерные системы позволяют осуществлять
прослушивание разговоров, ведущихся в помещениях, на рас-
105
Iспсратор
ИК-излучсния
Генератор
звукового
излучения
1) эффект отражения света
2) эффект поглощения сета
3) эффект евстоироводимости
4) эффект модуляции света звуковыми колебаниями
ИК-
изл.
Воздушная
среда
Эффект
светопровод имости
ЗнП
Воздушная
среда
Эффект
звукопроводимости
ИК-
изл.
ЗвП
Стекло
ИК-изл.
(мод.)
Воздушная
среда
Эффект
светопровод имости
Приемник
ИК-излучсния
колебательное движение
ЗвП
Воздушная
среда
Э(|)фект
звукопроводимости
1) эффект отражения звука
2) эффект поглощения звука
3) эффект звукопроводимости
4) эффект преобразования ЗвП в механические колебания стекла
Рис. 4.15. ФСх лазерной системы перехвата акустической информации
стоянии от 100 м до 1000 м. Размер отраженной поверхности
не менее 30 х 40см. Зарубежными фирмами производятся
такие системы, как HKG GD-7800, PK-1035SS и др. Это
переносная малогабаритная аппаратура, работающая в ближнем
ИК-диапазоне волн. Аппаратная передающая часть с лазерной
системой устанавливается на треногу и может фиксироваться
в различных положениях. Приемник при независимом
исполнении используется таким же образом. В состав аппаратуры
могут входить наушники и магнитофон для записи
электрических сигналов, получаемых после приема и преобразования
оптических сигналов в электрические. Лазерный излучатель и
приемник могут быть установлены как в одном месте, так и
разнесены в пространстве.
Питание лазерной системы осуществляется от сети
переменного тока или автономного источника питания.
Масса комплекта не более 15 кг.
Недостаток лазерных систем — зависимость их от
гидрометеорологических условий. При тумане, задымлении, за-
пылении, осадках светопроводимость воздушной среды
существенно ухудшается и может носить флуктуационный
характер.
Совершенствование лазерных систем идет в направлении
уменьшения размеров, массы, энергопотребления, в
направлении повышения чувствительности приемной части, с тем
чтобы можно было принимать сигнал от меньших поверхностей.
4.7.2. Средства противодействия перехвату
информации но акустооптическому каналу
К конструктивным мерам по противодействию следует
отнести покрытие стекол в окнах пленочными покрытиями,
например пленкой Courtaulds класса Safety (повышенной
безопасности), которая обладает высокой поглощающей способностью
по отношению к акустическим волнам. Благодаря эгому
гасится вибрация стекла, что препятствует съему информации.
107
Поскольку пленки выпускаются разных модификаций:
прозрачные бесцветные, тонированные и зеркальные, то
последние будут препятствовать прохождению ИК-излучения
внутрь помещения и его контакт с отражающими
поверхностями интерьера помещения будет исключен.
Необходимо также иметь в виду, что жалюзи окон,
расположенные внутри помещения, могут быть использованы как
вибрирующие и отражающие поверхности. Поэтому они
должны быть исключены из интерьера помещения.
Противодействие съему информации со стекол окон
можно осуществить путем придания им вынужденных колебаний
на различных частотах. В этом случае происходит наложение
акустического информационного сигнала на колебания
стекла, что создает смешанный спектр колебаний, из которого
полезный сигнал выделить затруднительно. Для создания
вибрационных колебаний стекол могут быть использованы
приборы: VNT-2 (вибропреобразователь для окон и инженерных
коммуникаций), VN-GL (вибропреобразователь для
ограждающих конструкций) и др.
4.7.3. Технические средства обнаружения
утечки информации по акустооптическому каналу
Для этой цели фирмами выпускаются различные приборы
универсального назначения, в том числе и для работы в
диапазоне ИК-излучений. Это, например, сканирующий
спектральный коррелятор, управляемый портативным
микрокомпьютером OSCOR-5000, который предназначен для выявления
технических средств съема информации, работающих в
ИК-диапазоне; универсальный прибор для обнаружения различных
устройств скрытого съема информации СРМ-700,
обеспечивающий обнаружение источников ИК-излучения;
универсальный поисковый прибор ST 031 Р «Пиранья», который
обеспечивает обнаружение ИК-излучения, и ряд других.
108
Вопросы для самопроверки
1. Каковы основные физические факторы,
способствующие образованию акустических каналов утечки информации?
2. Какие ФЭ могут проявляться при распространении
акустических волн?
3. Перечислите разновидности акустических каналов
утечки информации.
4. Какие физические эффекты используются в
микрофонах?
5. На каких ФЭ должны быть основаны противодействия
образованию прямого акустического канала?
6. Нарисуйте схему акустовибрационного канала.
7. Какой ФЭ лежит в основе акустовибрационного канала?
8. Как проявляется микрофонный эффект на различных
структурных элементах технических систем?
9. Какие функциональные элементы должны входить
в состав радиозакладки?
10. На каких ФЭ основываются технические средства
подавления радиомикрофонов?
11. Что такое акустопараметрический канал?
12. Какие существуют разновидности акустопараметри-
ческого канала?
13. Каковы физические принципы противодействия
образованию акустооптического канала?
14. Каким образом можно обнаружить использование
акустооптического канала утечки информации?
ГЛАВА 5
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАНАЛОВ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
5.1. Классификация электрических каналов
утечки информации
Электрические каналы утечки информации связаны с
перехватом информационных сигналов, проходящих по
электрическим цепям различного назначения.
Они могут возникать за счет:
— утечки из электрических сетей связи;
— утечки информационных сигналов в цепях
электропитания технических средств обработки информации;
— утечки информационных сигналов в цепь заземления
технических средств обработки информации.
Классификация электрических каналов утечки
информации приведена на рис. 5.1.
Наибольшее внимание уделяется электрическим цепям
связи: проводным, кабельным. Получили распространение
как контактные, так и бесконтактные способы подключения.
Электрические каналы
утечки информации
Утечка
из электрических
сетей связи
Утечка
но пеням
электропитания
Утечка
по цепям
заземления
Рис. 5.1. Классификация электрических каналов утечки
информации
110
Методы нарушения информационной безопасности,
средства защиты и контроля проводных линий связи во многом
схожи. Наибольшую актуальность представляет защита
телефонных линий.
5.2. Канал утечки информации
по телефонной линии
Телефонная линия — самый распространенный и самый
незащищенный канал связи. Прослушивать телефонную
линию в наше время стало простым и дешевым способом. Если
кто-то заинтересовался чужой информацией, то первое, что он
скорее всего сделает, — это начнет контролировать
телефонные переговоры источника этой информации. Существуют
два способа подключения к телефонной линии: контактный и
бесконтактный.
Пост перехвата может быть оборудован различными
устройствами: цифровыми регистраторами, обеспечивающими
регистрацию номеров, набираемых с контролируемого телефона,
и номеров, с которых поступает входящий сигнал;
магнитофонами для записи содержания всех разговоров, ведущихся на
данной линии.
5.2.1. Контактные способы подключения
Основаны на использовании ФЭ электропроводимости.
1. Параллельное подключение телефонного аппарата.
Такой способ подключения легко обнаруживается, так как
происходит заметное падение напряжения, приводящее к ухудшению
слышимости в контролируемом телефонном аппарате.
Подключение может быть произведено на любом участке линии
либо в телефонных розетках. Часто задействуются свободные
пары телефонного кабеля.
2. Подключение телефона или аппаратуры к телефонной
линии с помощью согласующего устройства. В этом случае
уменьшается величина падения напряжения в линии.
II)
3. Подключение телефона или аппаратуры к телефонной
линии с компенсацией падения напряжения. Однако такой
вариант является более громоздким и не всегда удобным.
Непосредственное электрическое подключение
аппаратуры перехвата информации к линиям связи является
демаскирующим признаком. Поэтому чаще используются
бесконтактные способы перехвата информации.
5.2.2. Бесконтактные способы подключения
1. Бесконтактное подключение к линии связи через рамку.
Рамка представляет собой один или несколько витков, имеющих
прямоугольную форму. Длинная сторона рамки расположена
параллельно линии связи. За счет эффекта индукции в рамке
будет циркулировать ток, содержащий информационный
сигнал. Наведенная в рамке ЭДС будет тем больше, чем больше
активная длина рамки, больше разнос проводов двухпроводной
линии и чем ближе к проводам линии расположена рамка.
2. Бесконтактное подключение к линии связи через
индукционный датчик. Если вблизи телефонной линии
расположить симметричный индукционный датчик, выполненный
в виде трансформатора, то на нем будет наводиться ЭДС,
значение которой определяется мощностью передаваемого по
линии сигнала и близостью обмоток к проводам линии.
Индуцированный на датчике сигнал может быть усилен, прослушан и
записан. Качество принятого информационного сигнала
зависит от подбора характеристик индуктивного датчика,
коэффициента усиления и полосы пропускания усилителя.
Современные индукционные датчики, основанные на
использовании эффекта Холла, способны снимать информацию
с кабелей, защищенных не только изоляцией, но и двойной
броней из стальной ленты и стальной проволоки, плотно
облегающих кабелей. Таким образом, даже слабое внешнее
электромагнитное поле может быть использовано для создания
канала утечки информации.
112
Перехватываемая информация может передаваться по
радиоканалу. Устройства, подключаемые к телефонным линиям
связи и содержащие радиопередатчики для ретрансляции
перехваченной информации, называются телефонными
радиозакладками (радиожучками).
При возможности радиожучки могут устанавливаться
прямо в телефонный аппарат. Так, например, производятся
радиожучки, встроенные в тыльную сторону угольного
телефонного микрофона. Чтобы его установить, необходимо
заменить в трубке микрофон контролируемого телефона.
Радиожучок дает возможность принимать передаваемый им сигнал
с помощью обычных УКВ радиоприемников на удалении до
нескольких сотен метров.
5.2.3. Способы перехвата речевой информации
из телефонной линии
Рассмотрим возможность перехвата речевой информации
на различных участках ее передачи. Для этого условно
разделим канал на зоны. Зона «А» представляет собой телефонный
аппарат или мини-АТС пользователя, которые при помощи
телефонного кабеля (зона «В») подключены к
распределительной коробке (зона «С»). Из распределительной коробки
телефонный сигнал по магистральному кабелю (зона «D»)
передается на АТС (зона «Е»). Между двумя АТС сигнал
распространяется по многоканальным кабелям, радиоканалу или
волоконно-оптическим кабелям (зона «F»).
Наиболее опасным с точки зрения перехвата информации
являются зоны «А», «В», «С» и «D». Рассмотрим возможные
методы и устройства перехвата информации в каждой из зон.
1. Зона «А».
Способы и устройства для перехвата информации:
— внедрение в телефонный аппарат передающих устройств,
использующих для передачи голоса радиоканал или провода.
Такие устройства (<гжучкм») могут передавать как телефонные
113
разговоры, так и речь в комнате и иметь автономное питание
или использовать напряжение телефонной линии;
— прослушивание акустики помещения при помощи
высокочувствительных приборов, улавливающих паразитные
акустоэлектрические преобразования в телефоиномаппарате;
— прослушивание помещения при помощи
«высокочастотной накачки» телефонного аппарата, когда он сам
становится модулятором навязываемого сигнала.
2. Зона «В».
Способы и устройства для перехвата информации:
— подключение к телефонной линии записывающей
аппаратуры (диктофонов) при помощи специальных адаптеров,
устройств, реагирующих на уменьшение напряжения в линии
и т. д.;
— подключение к телефонной линии радиопередающих
устройств. Такие устройства могут включаться как в разрыв
линии, так и параллельно. Как правило, их питание
осуществляется непосредственно от телефонной линии;
— использование бесконтактных (индукционных или
емкостных датчиков, трансформаторов тока и напряжения)
устройств съема информации в сочетании со
звукозаписывающей или радиопередающей аппаратурой. Эти устройства
представляют собой наиболее опасный класс аппаратуры, так
как их обнаружение весьма затруднено;
— использование параллельных телефонов, трубок
телефонных мастеров и т. п.
3. Зона «С».
Способы и устройства для перехвата информации:
— использование отводов на свободные телефонные
пары:
— те же способы, что и для зоны «В».
4. Зона «D».
Способы и устройства для перехвата информации:
— все способы для зон «В» и «С».
114
5.2.4. Предотвращение утечки информации
по телефонной линии
Для активной защиты телефонных линий применяются
следующие методы:
— блокирование (нейтрализация) устройств
несанкционированного снятия информации за счет снижения
соотношения сигнал/шум на входе подслушивающего устройства;
— размывание спектра радиопередающего
подслушивающего устройства;
— сдвиг рабочей частоты радиопередающего устройства
в более высокочастотный диапазон;
— блокирование акустопуска звукозаписывающей
аппаратуры;
— защита телефонного тракта от ВЧ-навязывания;
— гальваническая развязка телефонного аппарата от
линии связи за счет оптико-электронных преобразователей;
— полное подавление (уничтожение) подслушивающих
устройств специальными генераторами.
Скремблирование. Для скрытия речевой информации,
передаваемой по телефонной линии, широкое
распространение получил метод скремблирования (преобразования)
исходного информационного сигнала. С его помощью
производятся следующие преобразования аналоговых речевых
сигналов:
— частотная инверсия (рис. 5.2);
— частотная перестановка речевых квантов (рис. 5.3);
— временная перестановка речевых квантов (рис. 5.4).
В скремблере, реализующем инверсию спектра,
осуществляется преобразование речевого спектра путем поворота
частотной полосы речевого сигнала вокруг некоторой средней
точки спектра Го. Это позволяет преобразовать низкие частоты
в более высокие и наоборот. При приеме сигнала
осуществляется обратный поворот. Устройства, осуществляющие это
преобразование, называют маскираторами.
N5
|С(П
Исходный сигнал Преобразованный сигнал
. 5.2. Принцип инверсии частотного спектра речевого
сигнала
|С(0
1
Исходный сигнал Преобразованный сигнал
Рис. 5.3. Принцип частотной перестановки
S(t)
Исходное cooouichhc Преобразованное сообщение
Рис. 5.4. Принцип временной перестановки
При частотной перестановке спектр исходного речевого
сигнала разделяется на несколько частотных полос (10-15)
равной ширины, и производится перемешивание их по задан-
116
ному алгоритму (ключу). При приеме спектр сигнала
претерпевает обратные изменения.
В скремблерах с временной перестановкой кадр речевого
сообщения делится на отрезки (сегменты) длительностью фс
каждый. Последовательность передачи сегментов в линию
определяется ключом, который должен быть известен
приемной стороне.
Используя комбинацию временного и частотного скремб-
лирования, значительно повышают степень закрытия речевых
сообщений.
Выпускается широкая номенклатура скремблеров.
Распространение получили скремблеры серии SCR-M1.2 фирмы
«Маском». Они обладают высокой надежностью,
используются по каналам связи России и СНГ, по междугородным и
международным каналам со спутниковыми и
радиорелейными вставками и любыми видами уплотнения и разделения
каналов. Конструктивно выполнены в виде подставок под
телефоны.
Следует отметить также такие скремблеры, как «Орех А»
(стационарный скремблер с удобным сервисом), ASC-2
(портативная модель в виде насадки на телефонную трубку), Грот,
Грот-М (для работы с мини-АТС), Референт Basic
(специализированный телефонный аппарат).
Большую надежность защиты речевых сигналов
обеспечивает цифровое шифрование. Для передачи речи в цифровой
форме по стандартному телефонному каналу необходимо
существенно сократить полосу речевого сигнала, что
обеспечивается специальным устройством — вокодером.
В полосном вокодере анализируется форма речевого
сигнала с периодом анализа 10-30 мс, выделяются и передаются
по телефонному каналу в цифровом виде следующие данные:
значения амплитуд ограниченного числа частотных полос
спектра речевого сигнала, величины периода основного тона
для вокализованных звуков и соотношение тон/шум, соответ-
117
ствующее наличию или отсутствию вокализованного участка
в речевом сигнале.
В приемном вокодере синтезируются звуки с
переданными параметрами.
Основным достоинством систем цифрового шифрования
речевого сигнала является высокая надежность защиты
информации, так как перехваченный сигнал представляет из
себя случайную цифровую последовательность. Для
восстановления из нее исходного сообщения необходимо знать
криптосхему шифратора и устройство вокодера.
Выпускается ряд скремблеров с цифровым
кодированием, например «Референт-basik» (стационарный, выполнен
в телефонном аппарате «Panaconic»).
Сравнение возможностей различных методов защиты
речевых сигналов показано на диаграмме рис. 5.5.
Ограничение опасных сигналов. Возможность
ограничения опасных сигналов основывается на нелинейных
свойствах полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов,
Уровень
зашиты
Цифровое
шифрование
Комбинированное
Временное скремблирование
екремблирование
Частотное
скремблирование
Частотная
инверсия
Методы защиты
Рис. 5.5. Уровни защиты речевых сигналов с помощью
различных методов
118
тиристоров). Вольт-ампер-
ная характеристика
(зависимость значения
протекающего по нелинейному элементу
электрического тока от
приложенного к нему
напряжения) диода показана на
рис. 5.6.
Так как сопротивление
диода согласно закону Ома Рис- 56- Вольт-амперная
равно отношению значения
напряжений на его выводах
к величине протекающего
характеристика
полупроводникового
диода
по диоду тока, то из приведенной характеристики следует, что
диод создает высокое (сотни тысяч Ом) сопротивление для
сигналов с низким (доли и единицы мВ) напряжением и малое
(сотни Ом) сопротивление для полезных сигналов в
телефонных линиях величиной десятки вольт.
Поэтому опасные сигналы, возникающие в защищаемых
радиоэлектронных средствах и имеющие малую амплитуду
по сравнению с полезным сигналом, дополнительно
ослабляются в тысячи раз, а полезные сигналы проходят через диод
практически без потерь.
Этот способ защиты информации реализован в устройствах
«Корунд», «Гранит-VIII, МП-1», МП-1 (для аналоговых
телефонных аппаратов); МП-ПДА (для цифровых с автономным
питанием); МП-ЦДЛ (для цифровых с питанием от мини-АТС).
Зашумление телефонной линии. Является одним из
простых способов защиты речевой информации от прослушивания
и записи.
Для подавления телефонных радиозакладок путем
линейного зашумления спектр помехи не должен совпадать со
спектром речевого сигнала, иначе помеха будет мешать разговору
абонентов. В качестве таких помех применяют аналоговые и
119
дискретные помеховые сигналы, спектр которых выше
спектра речевого сигнала.
Сигналы-помехи с частотой выше 20 кГц изменяют
режимы работы подключенных к телефонной линии закладных
устройств, в результате чего изменяется частота и
расширяется спектр их излучения. Вследствие этого ухудшается
разборчивость принимаемой нарушителем речи, в несколько раз
уменьшается дальность подслушивания и нарушается работа
системы акустопуска. Известные устройства подключаются
между телефонным аппаратом и линией, которая защищается
до АТС. Они содержат генератор шума, с помощью которого
маскируется речевой сигнал. Для зашумления телефонной
линии используют изделия «Барьер», «Барьер-3», «Барьер-4»,
«SP-17T», «Прокруст-2000» и другие.
Маскировка информационного сигнала. Основывается
на маскировке спектра речи широкополосным шумом. Так,
например, прибор защиты телефонной линии SI-2002
защищает переговоры по линии от ввода линии в прибор до АТС.
Может одновременно защищать переговоры по четырем
линиям.
Для защиты речевой информации, циркулирующей в
кабинете владельца сотового телефона, в случае его негласной
дистанционной активизации с целью прослушивания через каналы
сотовой связи используют приборы «Кокон», «Ладья» и др.
Для уничтожения средств съема информации,
гальванически подключенных к линии телефонной связи, используют
ряд средств, например приборы Buqroaster, Кобра и др.
Принцип его действия основан на генерации
последовательности высокочастотных импульсов (до 1600 В) большой
мощности с их излучением в защищаемую телефонную
линию, в результате чего выходят из строя полупроводниковые
приборы средств съема информации.
Перед «зачисткой» необходимо отключить все
подсоединенные к данной линии средства связи.
120
5.2.4. Методы выявления утечки информации
по телефонной линии
Способы контроля телефонных линий основаны на том,
что любое подключение к ним вызывает изменение
электрических параметров линии:
— напряжения и тока в линии;
— значений емкости и индуктивности линии;
— активного и реактивного сопротивлений.
Закладные устройства используют энергию телефонной
линии. Величина отбора мощности зависит от мощности
передатчика закладки. Наилучшие возможности по выявлению
изменений параметров линии имеются при опущенной трубке
телефонного аппарата. Это обусловлено тем, что в этом
состоянии в линию подается постоянное напряжение 60±10% В. При
поднятой трубке в линию от АТС поступит дискретный
сигнал, преобразуемый в телефонной трубке в длинный гудок,
а напряжение в линии уменьшается до 12 В.
Для проверки наличия подключенных к линии устройств
для съема информации используются:
1) индикаторы посторонних электрических сигналов
(ПС4-5, Сканер-3, РТ-030);
2) локаторы проводных линий (Вектор, АТ-2Т);
3) детекторы сигналов (ДЕС-01);
4) указатель пары (трассоискатель), представляющий
собой генератор тестового сигнала, позволяющий обнаруживать
дополнительные ответвления от основной линии (ULAN, УП-6);
5) анализаторы телефонных линий (ТПУ-5, Фаворит,
SP-18T, ULAN, LBD-50, АТ-2). Они позволяют проводить
измерение параметров линий:
— сопротивление линии (последовательно подключенные
устройствах сопротивлением более 100 Ом; параллельно
подключенные устройства с сопротивлением не менее 4 мОм);
— сопротивление изоляции кабеля;
— переходные затухания в кабеле;
121
6) испытатели кабельных линий Р5-А, Р5-8, Р5-10,
«Отклик» и др., позволяющие выявлять неоднородности линий;
7) контроллеры телефонных линий (КТЛ-400).
Локаторы проводных линий позволяют определять
расстояние до предполагаемого места несанкционированного
подключения к телефонной линии. В кабельную линию
посылается зондирующий импульс, который отражается от
неоднородности в линии, возникающей в месте подключения.
Имеются малогабаритные устройства, обеспечивающие
постоянную индикацию состояния телефонной сети. Это,
например, прибор ТСМ-1, который устанавливается на
телефонной розетке и обеспечивает обнаружение подключений
подслушивающих устройств с малым входным сопротивлением.
При снятии трубки загорается красный индикатор. Пока
индикатор горит, разговор будет безопасным. При подключении
подслушивающего телефона индикатор гаснет и рабочий
телефон отключается.
Существующие в настоящее время поисковые устройства
реагируют на изменение параметров телефонной сети, но не
обнаруживают устройства негальванического подключения к ней.
Развитие средств контроля телефонных линий идет по
следующим направлениям:
— создание автоматизированных
программно-аппаратных комплексов многофункционального назначения
(например, комплекс «Крона-5»);
— совмещение функций контроля состояния телефонной
линии и противодействия подслушиванию.
5.3. Канал утечки информации
по цепям электропитания
Появление информационных сигналов в цепях
электропитания технических средств, связанных с обработкой и
передачей информации, чаще всего обусловлено тем, что они
подключены к общим линиям питания.
122 /
В любом радиотехническом изделии имеется
собственный блок питания, преобразующий входное напряжение от
электросети в требуемые для работы напряжения постоянного
или переменного тока. Опасный сигнал может при
определенных условиях проникать через цепи питания прибора в сеть
электропитания помещения, затем через силовой щит,
распределительное устройство за пределы здания.
Электрический ток, потребляемый другим техническим
средством, может содержать переменную составляющую
информационному сигналу, который, как правило, значительно
отличается от частоты электросети 50 Гц. С помощью
фильтров информационный сигнал может быть выделен, усилен,
обработан и записан.
В цепях питания оконечных каскадов усилителей ток,
потребляемый аппаратурой, изменяется в соответствии с
изменением сигнала на входе усилителей. В результате в цепи
питания появляются составляющие информационного сигнала
в диапазоне спектра огибающей 0-40 Гц. Исследования
разборчивости огибающей речевого сигнала (двузначных чисел)
показывают, что она достаточно высокая в указанной полосе
частот и составляет 70%. Таким образом, если цепи питания
выходят за пределы контролируемой зоны, то имеется
реальная возможность перехвата информации.
Информационный электрический сигнал по цепям
электропитания может передаваться от закладок, устанавливаемых
в технических средствах обработки информации в линиях связи.
5.3.1. Предотвращение утечки информации
по цепям электропитания
Для решения этой задачи могут быть использованы
различные методы и средства.
При питании технических средств от однофазной
электросети система распределения электроэнергии должна
осуществляться через трансформатор с заземленной средней точкой.
123
При питании от трехфазной сети электроэнергия к
техническим средствам должна передаваться через понижающий
трансформатор.
Гальваническая развязка по цепям питания может
осуществляться с использованием оптоэлектрических
преобразователей.
В определенных ситуациях используют автономные
источники питания: генераторы, аккумуляторы, солнечные батареи.
Широко используются сетевые фильтры, например ФСП-
1Ф-7А, ФСП-ЗФ-10А, ЛФС-40-1Ф, ФП-10 и др.
Защита электросети от утечки информации может быть
осуществлена с помощью генераторов шума: Соната-С1,
SP-41, SP-41C, Цикада-С, Скит-С и др.
Задача подавления сигналов закладок, передаваемых по
цепям электропитания, решается простым превышением
спектральной плотности помехи над спектральной
плотностью сигнала.
5.3.2. Средства контроля
цепей электропитания для предотвращения
утечки информации
Контроль цепей электропитания должен осуществляется
на регулярной основе. С помощью визуального осмотра
проверяется состояние электрических цепей, проводятся
выявление в них возможных изменений, контроль коммутационных
и распределительных устройств на наличие нештатных
элементов.
Анализ проходящих по электрическим цепям сигналов
осуществляется с помощью различных приборов: РТ-30
(приемник-обнаружитель для проводных коммуникаций), АТ-2Т
(локатор электрических цепей), RS1000L (поисковый
многофункциональный комплекс), Рейс-105Р (портативный
цифровой рефлектометр), LBD-50 (анализатор проводных
коммуникаций), ST-031 «Пиранья» (универсальный поисковый прибор).
124
Спектры проходящих по цепям электропитания сигналов
могут анализироваться с помощью программно-аппаратных
средств.
5.4. Канал утечки информации
по цепям заземления
Информативное электрическое поле в контуре заземления
возникает при подключении к нему оборудования для
обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала и
снижения уровня помех. В этом случае токи речевого сигнала
вследствие асимметрии трактов передачи информации будут
протекать в контуре заземления. Опасный электрический
сигнал может быть перехвачен как в заземляющем проводе, так и
в «потенциальной» зоне вокруг заземления. Перехват
информации во втором случае может быть осуществлен путем
расположения одного из электродов аппаратуры разведки в зоне
«нулевого» потенциала и перемещения другого электрода
в «потенциальной» зоне заземления.
5.4.1. Предотвращение утечки информации
по цепям заземления
В цепях заземления устанавливают фильтры, частотные
характеристики которых должны подбираться к конкретным
техническим средствам — источникам информационного
сигнала. Любое увеличение сопротивления цепи заземления
является нежелательным, поэтому фильтр должен обладать как
можно большим сопротивлением только для
информационного сигнала.
5.4.2. Средства контроля
цепей заземления для предотвращения
утечки информации
Прежде всего осуществляется визуальный контроль
проверки целостности цепей, состояния болтовых соединений за-
125
земления с техническими средствами. Плохой контакт будет
выполнять функцию делителя напряжения и способствовать
съему информационного сигнала.
С помощью омметра замеряется сопротивление ветвей
заземления от точек соединения с аппаратурой до точки,
связанной с центральной стойкой заземления (труба, швеллер или
другой элемент).
С помощью анализатора проводных линий (LBD-50,
PPL-2 и др.) осуществляют анализ проходящих по цепям
заземления сигналов.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие схемы подключения к телефонной линии
используются для съема информации?
2. По каким демаскирующим признакам выявляется
утечка информации от телефонной линии?
3. Какие преобразования речевых сигналов
производятся для скрытия речевой информации?
4. Какие свойства полупроводниковых приборов
используются для ограничения опасных сигналов?
5. Какие ФЭ используются при зашумлении телефонной
линии?
6. Каковы перспективные направления развития средств
защиты телефонной линии от утечки информации?
7. Какой ФЭ проявляется при утечке информации по
цепи электропитания?
8. Какие требования должны предъявляться к цепям
электропитания в целях предотвращения утечки информации?
9. Какова физическая сущность цепей заземления?
10. Какие требования предъявляются к параметрам цепей
заземления?
ГЛАВА 6
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКИХ
КАНАЛОВ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
6.1. Классификация оптических каналов
утечки информации
Учитывая важную роль визуальной информации в жизни
и деятельности человека, оптический канал утечки
информации занимает доминирующую роль. Следует также учесть,
что интенсивное развитие технических средств также
направлено на то, чтобы повысить эффективность органов зрения
человека по восприятию информации. Оптический канал
обеспечивает получение информации в любое время суток,
в различных погодных условиях.
Непосредственное наблюдение позволяет получить
такую интересующую информацию, как текст документа,
информация с экрана дисплея, печатающийся на принтере текст,
чертежи, плакаты, внешний вид новой продукции,
расположение приборов на пультах управления, значения показаний
приборов, набираемые шифры и т. д.
По оптическому каналу информация может передаваться
без преобразования в электрический сигнал, для чего
используются оптические световоды.
Учитывая различные способы и технические средства,
используемые для перехвата информации, а также различные
физические среды (атмосфера, вода, оптические волокна),
оптический канал утечки информации подразделяется на ряд
каналов (рис. 6.1).
Структурная схема оптического канала утечки
информации показана на рис. 6.2, а ФСх — на рис. 6.3.
В ряде случаев объект наблюдения сам является
источником излучения, а отраженный свет отсутствует или является
незначительным.
128
Оптические каналы утечки информации
1
I I I
Визуально-
оптический
канал
Ф ототе j i e ка н ал ы
Канал
ИК-излучения
Волоконно-
оптический
канал
Рис. 6.1. Классификация оптических каналов
утечки информации
Источник
света
Среда
распространения
оптического
сигнала
Объект
наблюдения
Среда
распространения
оптического
сигнала
Приемник
светового
излучения
Рис. 6.2. Структурная схема оптического канала
утечки информации
Источник
света
f ЭМИ
Среда
распространения
оптического сигнала
гэми'
Объект
наблюдения
, ЭМИ"
Среда
распространения
оптического сигнала
)
г
Приемник
светового
излучения
• эффект светопроводимости
• эффект поглощения света
• эффект рассеивания света
• эффект отражения света
• эффект поглощения света
• эффект светопроводимости
• эффект поглощения света
• эффект рассеивания света
Рис. 6.3. ФСх оптического канала утечки информации
5. Заказ N9 1320.
129
6.2. Визуально-оптический канал
К средствам, с помощью которых осуществляют перехват
информации, относят: бинокли, монокуляры, подзорные
трубы, специальные телескопы, оптические эндоскопы.
Бинокль «Марк-1610» (США) имеет кратность
увеличения 10 и 20 при угле зрения 5 и 2,5° соответственно.
Для стабилизации изображения визуально-оптические
приборы устанавливают на штативе или треноге.
В более совершенных приборах применяют электронную
стабилизацию изображения, обеспечивающую наблюдение
с рук или с движущегося транспорта.
Наприхмер, бинокль со стабилизацией изображения БС 16 х 40
имеет кратность увеличения 16, размеры 240 х 195 х 100 мм и вес
не более 2,2 кг.
Наиболее удобные для наблюдения бинокли и зрительные
трубы панкратического типа, которые позволяют плавно
изменять увеличение в значительных пределах (от 4 до 20 и
более). Позволяют производить поиск при большом поле зрения,
но малом увеличении, а изучение объекта — при большом
увеличении.
Для скрытого наблюдения удаленных объектов
применяют подзорные трубы и специальные телескопы, имеющие
объективы с большим фокусным расстоянием.
Так, например, телескоп РК 6500 при фокусном
расстоянии 3900 мм и диаметре входной апертуры 350 мм позволяет
опознать автомобиль на расстоянии до 10 км.
С древних времен известна способность глухонемых
людей понимать речь по артикуляции губ, движению
мускулатуры лица. Известен случай, когда проводилась киносъемка
разговаривающих дипломатов в саду советского посольства
в Мексике с целью расшифровать содержание разговора.
На специализированных курсах проводится обучение
этому искусству, которое достаточно широко используется для
дистанционного перехвата речи. При большом расстоянии до
130
говорящего применяются бинокли, подзорные трубы и другие
технические средства. Иногда этот способ получения
информации может оказаться единственным.
Для визуального наблюдения полостей в различных ТС,
коммуникаций, внутренних поверхностей корпусных деталей,
прямой доступ к которым в силу ряда причин не возможен,
применяют оптические эндоскопы. Их используют также для
наблюдения через малые отверстия и щели. Типовой технический
эндоскоп состоит из окулярной части, через которую проводится
наблюдение, световода в виде волоконно-оптического кабеля
длиной 600-1500 мм, дистальной части, содержащей объектив, и
осветительного жгута для подсветки объекта наблюдения.
Угол поля зрения составляет 40-60°, фокусировка
объектива обеспечивает наблюдение как вблизи (от 1 мм), так и на
удалении (свыше 5 м).
В настоящее время получили распространение эндоскопы
Вулкан 1, 2, 3 и 4. Они могут быть взаимосвязаны с фото- и
телекамерами.
6.3. Фототелеканалы
Для добывания информации с помощью фотокамер
применяются объективы трех видов:
— для аэрофотосъемки;
— широкого применения (фото-, кино- и видеосъемки
с использованием бытовых и профессиональных камер);
— для скрытой съемки.
Для скрытого наблюдения используются:
— телеобъективы с большим фокусным расстоянием
(300—4800 мм) для фотографирования на большом удалении
от объекта наблюдения;
— точечные объективы для фотографирования из
портфеля, часов, зажигалок, через щели и отверстия, они имеют
очень малые фокусные расстояния и габариты, большой угол
поля зрения.
5* . 131
Например, объектив фотоаппарата РК 420 (фирма
ELECTRONIC), вмонтированного в корпус наручных часов,
имеет максимальные размеры: диаметр — 34 мм, толщину —
10 мм; апертуру — 2,8 мм; вес — 70 г.
В мини-камерах фирм Hitachi, Sony, Philips, Oskar
используются объективы диаметром 1—4 мм и длиной 15 мм.
Профессиональные фотоаппараты таких фирм, как Nicon,
Canon, Зенит, Kodak, Olympus и др., представляют собой
сложные оптико-электронно-механические устройства,
автоматически учитывающие все изменения в освещенности
объекта во время фотосъемки.
Для копирования документов применяют
микроформатные фотоаппараты.
В последние годы все большее применение получает
цифровое фотографирование. Цифровой электронный
фотоаппарат, обладая возможностями классического фотоаппарата,
предоставляет пользователю дополнительные возможности:
запись текстовых и звуковых комментариев, просмотр
изображений в процессе съемки и после нее, отображение
параметров съемки, стирание кадров, возможность сопряжения
с ПЭВМ (отображение изображений на экране дисплея,
редактирование с помощью графических редакторов, вывод
изображений на печать, передача информации по сети), процесс
получения видеоинформации не связан с химической
обработкой материалов, обеспечивается высокая оперативность
использования.
При существующих стандартах на параметры
телевизионных средств наблюдения их разрешение на порядок хуже
разрешения фотоснимков.
Для телевизионного наблюдения в ИК-диапазоне применяют
телевизионные камеры на основе приборов с зарядовой связью.
Для наблюдения в оптическом диапазоне применяют
лазеры, которые обеспечивают подсветку объектов в условиях
низкой естественной освещенности.
132
С целью обеспечения скрытого наблюдения видеокамеры
камуфлируются под бытовые приборы и личные вещи:
1) видеокамера-зажим OSN-4 (фирма KNOWLEDGE
EXPRESS); видеокамера в булавке для галстука, соединена с
видеомагнитофоном в кармане, продолжительность работы
которого около 3 часов;
2) видеокамера в картине OSV-13 (фирма KNOWLEDGE
EXPRESS); вмонтирована в картину размером 12,5 х 17,8 см.
6.4. Канал инфракрасного излучения
Для скрытого наблюдения в темное время суток широко
используются приборы ночного видения, работающие в ИК-диапа-
зоне электромагнитного излучения. Для наблюдения в ИК-диа-
пазоне необходимо преобразовать невидимое для глаз
изображение в ИК-диапазоне (более 0,76 мкм) в видимый диапазон. Эта
задача решается в приборе ночного видения.
Основу приборов ночного видения составляет
электронно-оптический преобразователь, преобразующий невидимое
изображение объекта наблюдения в видимое. ФСх одного из
типов прибора ночного видения приведена на рис. 6.4.
Источник
ИК-излучения
ЭМИ
ИК
Воздушная
среда
ЭМИ
ИК
Окись серебра
с цезием
эффект
свстопроводимости
поток электронов
эффект
преобразования
ИК-излучсния в поток
электронов
Микроканальная
пластина
поток
электронов
Люминофор
ЭМИ
видимая часть
спектра
эффект проводимости
заряженных частиц
эффект
электролюминесценции
Рис. 6.4. ФСх прибора ночного видения
133
В качестве приборов ночного видения используют
различные технические системы: бинокли, телекамеры.
Бинокль ночного видения фирмы Noctron имеет фокусное
расстояние 135 мм, угол поля зрения 10,6°. дальность
наблюдения человека 300-400 м, массу около 2 кг.
Используются телекамеры российской фирмы «ТУРН».
Телекамера ночного видения «ЛИНКС-120» позволяет
осуществлять наблюдение различных объектов и вести
видеодокументирование обстановки.
Телекамера ночного видения «ЛИНКС-20». Назначение
аналогично предыдущей. Имеет защиту от ярких световых
вспышек и позволяет осуществлять диоптрийную настройку
для пользователя.
Телекамера ночного видения «СИ ЛИНКС» позволяет
наблюдать и сопровождать подвижные объекты с указанием
дальности до них при полном отсутствии луны и звездного
неба. Запись изображения фиксируется на видеомагнитофон.
Система может работать в активном, пассивном и активно-
импульсном режимах.
В пассивном режиме работы источником ИК-излучения
является естественное излучение (лунный свет, свет
звездного неба).
В активном режиме работы система использует свой
источник освещения. Это увеличивает мощность падающего на
фотокатод светового потока, отраженного от объекта,
увеличивает четкость изображения и дальность наблюдения.
Однако приборы, работающие в активном режиме, легко
обнаруживаются наблюдаемой стороной.
Приборы ночного видения обеспечивают наблюдение до
1000 м и далее.
6.5. Волоконно-оптический канал
Оптические световоды получили в последнее время
широкое применение как более совершенная физическая среда
134
для передачи больших объемов информации. Линии связи,
использующие волоконно-оптические кабели, устойчивы
к внешним воздействиям, имеют малое затухание,
долговечны, обеспечивают значительно большую безопасность
передаваемой по ним информации.
Фотодетекторы для съема информации устанавливаются
на волоконно-оптические кабели контактным и
бесконтактным способами. При контактном способе в месте установки
фотодетектора снимается защитная изоляция кабеля,
производится в этом месте изгиб кабеля и закрепляется фотодатчик.
При прохождении светового потока по жиле кабеля
незначительная часть его энергии в месте изгиба переходит в
окружающую среду, т. е. попадает на чувствительный элемент
фотодетектора и преобразуется в электрический сигнал. При
таком подключении к кабелю обнаружить утечку
информации за счет ослабления мощности излучения очень трудно,
так как требуется отвести около 0,001% передаваемой
мощности, а дополнительные потери при изгибе кабеля
составляют 0,01-1,0 дБ в зависимости от характера изгиба.
При бесконтактном подключении к волоконно-оптической
линии связи в качестве элемента съема светового сигнала
используется стеклянная трубка, заполненная жидкостью с
высоким показателем преломления, имеющая отвод,
расположенный перпендикулярно к оси оптического кабеля. Стеклянная
трубка закреплена на участке кабеля, с которого снята экранная
оболочка. В отводе трубки установлена оптическая система,
фокусирующая световой поток на рабочей поверхности свето-
диода, который затем преобразуется в электрический сигнал.
6.6. Системы обнаружения
оптических устройств
Оптические приборы и системы нашли широкое
применение в оптических каналах утечки информации. Стала
актуальной задача обнаружения оптических устройств, используе-
135
мых для этих целей. Сам факт их обнаружения говорит о
наличии заинтересованных лиц в несанкционированном
получении той или иной информации.
Обнаружение оптических устройств может быть
основано на различных принципах действия в зависимости от того,
какие ФЭ используются. Так, например, в некоторых биноклях
для обнаружения активных инфракрасных приборов ночью
применяют специальный экран, чувствительный к ИК-излуче-
нию. В большинстве систем реализован принцип
использования направленного импульсного лазерного излучения для
зондирования окружающего пространства. Отраженный от
оптического устройства сигнал детектируется, преобразуется,
и выдается информация об обнаруженных оптических
средствах.
Рассмотрим некоторые системы обнаружения оптических
устройств.
1. Лазерная телевизионная система обнаружения
оптических устройств «Мираж». В комплект системы входят:
приемопередающая камера, пульт управления и видеомонитор. Дальность
обнаружения не менее 500 м; габариты приемопередающей
камеры 130 х 13 х 320 мм; масса — 5 кг.
В телевизионной системе принятое отраженное лазерное
излучение преобразуется в стандартный телевизионный
видеосигнал, который выводится на экран монитора. Сигнал от
оптической цели выделяется на фоне объектов окружающего
пространства. Обзор окружающего пространства
осуществляется зонами, ограниченными полем зрения и глубиной.
Горизонтальное и вертикальное сканирование осуществляется
оператором, что требует определенного навыка.
Достоинством системы является возможность точной
привязки выявленной оптической цели к объектам окружаю-
щего^пространства.
Система может работать в любое время суток и может
обнаруживать пассивные, активные, тепловизионные и лазер-
136
ные прмооры, расположенные за тонированными и
зеркальными стеклами.
2. Локатор оптических устройств (компания «Транскрипт»).
Позволяет с высокой скоростью осуществить обзор
окружающего пространства с помощью детектора оптических устройств,
который установлен на платформе поворотного устройства
таким образом, чтобы обеспечивалось сканирование всей
верхней полусферы окружающего пространства. Выявленные
оптические цели отражаются на экране монитора с указанием их
координат (азимут, угол места и дальность). Дальность
обнаружения оптических устройств — свыше 1000 м. Размеры систем:
высота 150 мм; диаметр 150 мм. Масса системы — 1,5-2 кг.
3. Используются приборы для обнаружения
работающих микровидеокамер, например VCF-2000 «IRIS», который
рассчитан для обнаружения большинства типов
микровидеокамер, применяемых в технике шпионажа.
Принцип работы основан на анализе электромагнитной
обстановки и регистрации излучений микровидеокамер, что
позволяет определить их работу независимо от способа
передачи и кодирования видеосигнала, а также комуфлирования
под различные предметы.
Расстояние обнаружения —до 5 м, габариты 200 х 150 х 55,
вес— 1,65 кг.
6.7. Средства противодействия утечке
информации по оптическим каналам
Для защиты информации об объекте (его демаскирующих
признаков) необходимо:
1) уменьшать контраст объект/фон, что достигается
приемами маскировки [15];
2) снижать яркость объекта;
3) не допускать наблюдателя близко к объекту,
исключая образование прямого оптического канала наблюдатель/
объект.
137
Противодействие наблюдению осуществляется как в
защищаемом помещении, так и вне его.
Для противодействия наблюдению в помещениях
принимаются следующие меры:
— выбор помещений, в которых планируется
использование закрытой информации, должен осуществляться с
учетом расположения окон, направленных в безопасные зоны
(направления);
— экранирование объекта, устраняющее его прямую
видимость со стороны нарушителя. Эту задачу в помещении
могут выполнить перегородки, барьеры, шторы, ниши и т. д.
Окна полуподвальных помещении и первого этажа должны
иметь полупрозрачные стекла, должны быть закрыты
шторами и жалюзями. Если есть возможность наблюдения из окон
близстоящих зданий или других сооружений, то окна других
этажей также должны быть защищены;
— выбор оптимального расположения средств
документирования, размножения и отображения информации с целью
исключения прямого или дистанционного наблюдения
(фотографирования);
— использование средств гашения экранов мониторов и
различных табло после определенного времени работы;
— не допускать расположения информационных
материалов, плакатов, схем, чертежей на поверхностях, доступных
для просмотра через окна;
— окна должны иметь шторы, жалюзи, а стекла — быть
покрыты пленкой;
— участники совещаний, деловых встреч не должны
просматриваться через окна;
— стол для участников совещаний должен посередине
иметь невысокий барьер;
— исключить наличие на видных местах материалов, не
относящихся к проводимому мероприятию (планы работ,
графики, схемы и т. п.;
138
— исключить доступ к коммуникациям, расположенным
в помещении;
— исключить доступ к волоконно-оптическим кабелям.
Для противодействия наблюдению из-за охраняемой
зоны (помещения) возможно принятие следующих мер (кроме
указанных выше):
— использование навесов, ограждений для стоянки
автомобилей;
— использование козырьков и ограждений около
проходных и бюро пропусков;
— создание активных помех в соответствующих
участках ИК-диапазона.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие воздействия могут быть оказаны на среду
распространения информационного сигнала?
2. В каких направлениях идет развитие фототелеаппа-
ратуры?
3. Какие источники ИК-излучения могут быть
использованы?
4. Какие ФЭ используются в оптических каналах утечки
информации?
5. Дайте ФСх бесконтактного подключения к
волоконно-оптической линии.
6. Возможно ли «зашумление» оптического канала
утечки информации?
7. Какие физические принципы могут быть положены
в основу технических средств для обнаружения
микровидеокамер?
8. Какие ФЭ могут быть использованы для
противодействия образованию оптических каналов утечки информации?
ГЛАВА 7
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
В ОБРАЗОВАНИИ КАНАЛОВ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
7.1. Классификация электромагнитных
каналов утечки информации
Электромагнитные излучения (волны) имеют
исключительно важное значение для передачи информации. С их
помощью информация может передаваться как на десятки метров,
так и на миллионы километров, обеспечивая связь с
космическими аппаратами. Среда распространения — земная
атмосфера и космическое пространство. Электромагнитные волны
генерируются в широком диапазоне частот. Наибольшее
распространение получили радио и телевизионные каналы
(в дальнейшем — радиоканал), которые работают на
длинных, средних, коротких и ультракоротких диапазонах волн.
Утечка информации по радиоканалу осуществляется
посредством перехвата электромагнитных излучений
радиодиапазона, передаваемых от источника информации к адресату.
Может быть осуществлен перехват сигналов радиостанций и
систем связи, радиолокационных и радионавигационных
систем, систем телеуправления, средств радиотелефонной связи,
мониторов ПЭВМ, радиозакладок различного типа,
переговоров внутри помещений предприятия с помощью
беспроводных служебных систем связи и др.
Перехват информации по радиоканалам имеет ряд
преимуществ по сравнению с другими каналами утечки
информации, а именно:
— отсутствует непосредственный контакт с источником
информации;
— на прием сигналов не влияет ни время года, ни время
суток;
141
— информация получается в реальном масштабе времени;
— перехват информации реализуется скрытно;
— источник информации не имеет сведений о процессе
перехвата;
— дальность перехвата ограничивается только
особенностями распространения соответствующего диапазона
радиоволн и возможностями источника информации.
Утечка информации по радиоканалу может происходить
как без преобразования информационного сигнала, так и с его
преобразованием.
В технических средствах генерирования,
распространения и приема электромагнитных волн используется большое
количество ФЭ.
Классификация радиоканалов утечки информации
приведена на рис. 7.1.
Перехват информационных излучений реализуется на
основе использования разнообразных радиоприемных средств,
средств анализа и регистрации информации.
Выявление и противодействие утечке информации по
радиоканалам представляет собой сложный комплекс
мероприятий организационного и технического характера.
7.2. Перехват сигналов
связных радиостанций
Электромагнитные излучения передатчиков средств
связи, модулированные информационным сигналом, могут
перехватываться естественным образом с использованием
стандартных технических средств.
Упрощенная структура типового комплекса средств
перехвата сигналов связных радиостанций включает:
1) приемные антенны. Предназначены для
преобразования электромагнитной волны в электрические сигналы,
амплитуда, частота и фаза которых соответствуют аналогичным
характеристикам электромагнитной волны:
142
Радиоканалы утечки информации
Вез преобразования
информационного
сигнала
Перехват сигналов
связных
радиостанций
Перехват
радиотелефонных
сигналов
Радиомаяки
1
С преобразованием
информационного
сигнала
Радиозакладки
Для съема
электрических сигналов
Для съема
акустических сигналов
Для съема
виброакустических
сигналов
Для съема
электрических сигналов
Для съема
электронных сигналов
Для съема
оптических сигналов
—
Рис. 7.1. Классификация радиоканалов утечки информации
2) радиоприемник. Обеспечивает поиск и селекцию
радиосигналов по частоте, усиление и демодуляцию
(детектирование) выделенных сигналов, их усиление и обработку;
3) анализаторы технических характеристик
сигналов. Определяются параметры сигналов: частотные,
временные, энергетические, виды модуляции, структуру кодов и др.;
4) радиопеленгатор. Позволяет определить
направление на источник электромагнитного излучения и его
координаты;
143
5) регистрирующее устройство. Обеспечивает запись
сигналов для документирования и последующей обработки.
Для перехвата радиосигналов связных радиостанций
используют различные типы приемников или
радиокомплексы.
Так, например, используются приемные устройства
AR-3000A, AR-5000, АРК-ЦТ, Winradio 3100i-DSP,
радиокомплексы OSC-5000, APK-MK1, АРК-Д1, АРК-ПК-П, R9000-DM-20
(профессиональный радиоприемник —
многофункциональный комплекс).
7.3. Перехват радиотелефонных сигналов
Для перехвата радиосигналов со сложной структурой,
применяемой в сотовой, пейджинговой и других видах
мобильной связи, созданы специальные приемные комплексы.
Например, система контроля использования служебных
радиотелефонов сотовой связи стандарта NMT-450 ТТС-1
(фирма «Нелк») позволяет обнаруживать и сопровождать по
частоте входящие и исходящие звонки абонентов сотовой связи,
осуществлять слежение по частоте за каналом во время
телефонного разговора, вести одновременно автоматическую
запись разговора на диктофон и т. д. В комплексе используются
ПЭВМ и два приемника AR 3000 А.
Для перехвата сообщений сотовых телефонов созданы
автоматизированные станции перехвата сотовых систем связи.
В состав станций входят: портативный компьютер,
спецдемодулятор, приемное устройство, управляемое компьютером.
Достаточно на экране компьютера задать номер
интересующего абонента — и комплекс будет автоматически записывать
входящие переговоры, определять номера звонящих к
контролируемому абоненту, сопровождать мобильный объект при
переходе из соты в соту.
Аналогичные системы существуют и для радиотелефонов
отечественной системы «Алтай».
144
Обработка перехваченного радиосигнала осуществляется
с помощью средств технического анализа. К ним относятся:
Stabilock 4051, Stabilock 4032, HP 8920 A/D и др.
Для перехвата факсимильных передач применяются
специальные комплексы типа 4600-FAX-INT, ФАКС-02, FAX
MANAGER и др. Обеспечивают автоматический перехват
в реальном масштабе времени любого числа страниц,
передаваемых по факсу со скоростью от 300 до 9600 бит/с, запись
факсимильного сообщения и служебной информации, вывод
их на печать.
Перехват пейджерновых передач осуществляется
комплексами АРК-Д1, АРК-ПК с использованием программного
обеспечения СМО-ДЕМ, которое реализует следующие функции:
— программа настройки приемника на частоты,
предварительно внесенные в файл пейджерных радиостанций;
— прием сообщений, передаваемых в формате PJCSAG
со скоростями передачи 512, 1200 или 2400 Бод;
— автоматическое распознавание скорости и полярности
передачи;
— регистрация сообщений (сохранение на диске),
ручное декодирование и анализ принятых сообщений,
оперативный просмотр принятых сообщений, поиск сообщения по
шаблону (во всех таблицах кодировки);
— накопление в базе данных информации об абонентах и
ее обновление;
— прием сообщений всех абонентов (режим
«Обнаружение»);
— сохранение содержимого экрана в файле.
7.4. Радиомаяки
Позволяют осуществлять перехват информации о составе
технических средств и местах их установки. Такая
информация является важной, так как позволяет установить, какие
средства обработки и передачи информации устанавливаются
145
в помещениях контролируемой зоны. Кроме того,
приобретаемая и устанавливаемая техника может содержать
закладные устройства, управляемые дистанционно. Подготовка по
организации канала утечки информации включает и
процедуру локализации «меченых» технических средств. Для этого
могут использоваться радиосигнальные маяки.
Радиосигнальные маяки устанавливаются, например,
в упаковку, что позволяет контролировать места размещения
закупленных средств вычислительной техники. В системный
блок встраиваются дополнительные устройства, которые
собираются из стандартных модулей, используемых в ПК, и
устанавливаются таким образом, чтобы иметь доступ к
выходной или вводимой информации.
Передача на пункт прослушивания осуществляется по
радиоканалу.
7.5. Радиозакладки
Многообразие видов информационных сигналов
обусловило разработку и выпуск большого количества различных
закладок, обеспечивающих преобразование исходных
информационных сигналов в радиоизлучение. Для этих
преобразований могут использоваться сочетания (цепочки)
различных ФЭ.
В качестве источников питания закладных устройств
могут использоваться:
— электрические цепи силовой, осветительной сети,
телефонной линии за счет гальванического подключения или
использования специальных сетевых блоков питания,
детекторов СВЧ-энергии. термоэлектрических генераторов.
Закладное устройство может иметь свой, независимый
источник питания: химический, радиоизотопный, солнечную
батарею.
Выбор источника питания во многом определяется
местом установки и тактикой использования.
146
Наибольшее распространение получили закладки,
преобразующие акустические сигналы в радиоизлучение или
радиомикрофоны.
Радиомикрофоны. Характеризуются простотой
конфигурации и элементной базы, малыми размерами и ценами,
надежностью, удобством размещения и приведения в рабочее
состояние.
Радиомикрофоны бывают непрерывного действия
(постоянно действующие), дистанционно управляемые, а также
с акустическим пуском (система VOX) — при появлении
речевого сигнала в контролируемом помещении происходит
автоматическое включение.
Как правило, радиомикрофоны состоят из модуля
передатчика, микрофона, выносной антенны и блока питания.
Чувствительность электретного микрофона позволяет
контролировать акустику помещения площадью до 20 м2. При
камуфлировании обычно используется входное акустическое
отверстие не менее 0,3-0,5 мм.
В передатчиках различными способами обеспечивается
стабилизация частоты излучаемых радиоволн. Наибольшее
распространение для передачи сигнала получил диапазон
частот 300-500 мГц. В этом диапазоне удается достигнуть
приемлемых характеристик по прохождению радиосигнала в
сочетании с небольшими размерами передатчика и антенны.
Выходная мощность передатчика выбирается из условий
эксплуатации и требуемой дальности.
Чаще других в радиомикрофонах используются гибкие
внешние антенны в виде отрезка многожильного провода
(длиной в четверть волны).
Сетевые блоки позволяют использовать радиомикрофоны
в рабочем состоянии неограниченное время, поскольку
питание осуществляется от электрических или телефонных сетей.
Места установки радиомикрофонов:
— телефонный аппарат;
147
— электрические розетки и выключатели;
— письменные приборы;
— горшочки и вазы для цветов;
— бытовые приборы (чайники, телевизоры,
обогреватели, приемники, таймеры);
— мебель (столы, стулья, шкафы, зеркала);
— предметы интерьера (картины, шторы):
— элементы конструкции здания (вентиляционные
системы, батареи отопления);
— системы электрических соединений
(распределительные устройства, коробки).
Часто используют камуфлирование микрофонов под
различные предметы быта, оргтехники и др.
Рассмотрим некоторые типы радиомикрофонов.
РМК 061. Основу конструкции составляет залитая герме-
тиком прямоугольная плата размером 23 х 9 х 6 мм, имеющая
встроенный микрофон, гибкую внешнюю антенну и выводы
для подключения источника питания 3-6 В.
Этот радиомикрофон является универсальным базовым
модулем закладного радиопередатчика с кварцевым
стабилизатором частоты.
Прием сигналов от радиомикрофона может
осуществляться специальными приемниками или сканерами с
частотной широкополосной модуляцией частоты (режим WFM).
РМК 191. Радиомикрофон, скрытно размещенный под
воротником (вместе с галстуком). Вынос микрофона наружу не
обязателен. Зона уверенного приема в условиях прямой
видимости — не менее 100 м. Время непрерывной работы одного
комплекта элементов питания (при ослаблении выходной
мощности не более 30% от первоначальной) составляет не менее 3 ч.
Выпускается большое количество различных
радиомикрофонов, например РК-260 (время действия 750 ч), РК-270
(время действия 1 год), РК 550 (розеточный, с дистанционным
управлением), РК 575 (настольная зажигалка), РК 560 (в элект-
148
ролампочке), РК 520 (пластиковый гвоздь), РК 585
(шариковая авторучка), РК 850-5 (в кожаном ремне) и др.
Развитие радиомикрофонов идет в направлении
оснащения их устройствами дистанционного управления и
кодирования выходного сигнала, акустопуском и использования
квантовой наноэлектроники.
Другие типы радиозакладок. Для съема электронных
сигналов осуществляют установку специальных закладок
в накопители на магнитных дисках, в клавиатуру, в
системный блок. Эти закладки, питаясь от источников напряжения
вычислительной техники, месяцами могут передавать
информацию на фиксированной частоте на значительное расстояние
(до 2 км).
Для съема электрических сигналов с телефонной линии
разработаны закладки SIPE 005, НВ-ПТ (виде конденсатора).
Для съема акустической информации по
виброакустическому каналу разработаны радиостетоскопы: STG 4027(пере-
датчик-стетоскоп, дальность 200 м, масса 25 г), STG 4025
(передатчик-стетоскоп, дальность 250 м, масса 18 г), AD-50
(радиостетоскоп, дальность 100 м, масса 120 г), РК 1005
(передатчик-стетоскоп, дальность 500 м, масса 13 г).
Для съема видеосигналов разработаны видеокамеры с
передачей изображения (тексты, схемы, чертежи и другая
документация) по радиоканалу.
Для съема оптических сигналов с волоконных линий
связи разработаны закладки с перехватом информации с
помощью светодиодов.
7.6. Методы и средства предотвращения
утечки информации по радиотехническим
каналам
Используются следующие методы и приемы:
— организационно-технические мероприятия;
— кодирование информации;
149
— зашумление радиоканала;
— генерация маскирующих и имитирующих помех;
— генерация прицельных помех.
К организационно-техническим мерам следует отнести:
— ограничение доступа в помещения контролируемой
зоны;
— контроль за действием посетителей;
— контроль за обслуживающим персоналом (электрики,
телефонисты, водопроводчики и др.);
— «досмотр» собеседника с помощью широкополосного
детектора поля;
— скрытую «опечатку» (фиксацию) распределительных
щитов, коробок, розеток и выключателей;
— выявление появившихся «нештатных» предметов;
— регулярный контроль мебели.
Для защиты секретной информации широко применяется
засекречивающая аппаратура связи (ЗАС), которая
подразделяется на аппаратуру предварительного и линейного шифрования.
Предварительное шифрование — это закрытие знакового
сообщения (текста) до его преобразования в электрические
сигналы путем трансформации алфавита сообщения. В
результате этого получается криптограмма, которая передается
по каналу связи известными способами. Операция
шифрования и дешифрования в этом случае производится либо на
специальных аппаратах, либо вручную с помощью ключа
(специальных таблиц или алгоритмов).
Линейное шифрование заключается в засекречивании
передаваемого сообщения непосредственно в процессе
формирования радиосигнала. Аппаратура линейного шифрования
содержит шифратор на передающей стороне и дешифратор на
приемной. Шифратор формирует последовательно.сть
символов (гамму), которую суммируют с символами передаваемой
информации. На приемной стороне с помощью ключа
формируется аналогичная гамма и осуществляется ее вычитание из
принятого сообщения.
150
Основной характеристикой ЗАС является криптостой-
кость, то есть способность противостоять раскрытию ключа.
Степень криптостойкости зависит от назначения линии
передачи информации.
Для зашумления радиоканала используют генераторы
шумов, создающих помехи.
Помехи по радиоканалу принято делить на
заградительные, прицельно-заградительные и прицельные.
Заградительная помеха ставится на весь диапазон частот, в котором
предполагается работа радиопередатчика, а прицельная — на
одной частоте, частоте канала утечки информации. Спектр
канала заградительной помехи носит, как правило, шумовой или
псевдошумовой характер, что требует применения
передатчиков большой мощности.
Более эффективным является создание прицельных
помех. Разработанная для этой цели аппаратура, в том числе и
мобильная, содержит следующие функциональные
устройства: приемник-сканер, осуществляющий обзор всего
диапазона частот; частомер, определяющий частоту
обнаруженных радиосигналов; микропроцессор, анализирующий
поступающие данные от приемника и частотомера;
передатчик, генерирующий прицельную помеху на частоте
обнаруженного радиоизлучения по команде, поступающей от
микропроцессора.
Создание помех средствам разведки в СВЧ и ИК-диапазо-
нах является сложной задачей, так как антенны передатчиков
и приемников этих диапазонов имеют очень узкие диаграммы
направленности. Для создания эффективной помехи
необходимо точно знать ориентацию антенны подавляемого
приемного устройства.
Радиопомехи подразделяются также на маскирующие и
имитирующие.
Маскирующие помехи создают помеховый фон, на
котором затрудняется или исключается обнаружение и
распознавание полезных сигналов.
151
Различают энергетический и неэнергетический методы
активной радиотехнической маскировки.
При энергетической маскировке излучается
широкополосный шумовой сигнал с уровнем, существенно
превышающим во всем частотном диапазоне уровень излучения
технических средств. Одновременно происходит наводка шумовых
колебаний в отходящие цепи.
Неэнергетический (статический) метод активной
радиотехнической маскировки заключается в изменении
вероятностей структуры сигнала, который может быть принят
приемником злоумышленника, путем излучения специально
подобранного маскирующего сигнала.
Имитирующие помехи по структуре близки к полезным
сигналам и при приеме могут ввести в заблуждение получателя.
Для генерации помех используются следующие
технические средства: «Гром-3» — шумогенератор, ГШ-ЮООМ — шу-
могнератор, «Пелена-бУ» — шумогенератор, «Скорпион» —
скоростной приемник, постановщик прицельной помехи,
«Вето», Бриз, RS 1100/S — комбинированный прибор с
имитатором сигналов, Спектр-1500 — генератор маскирующих помех.
Для защиты речевых сообщений, передаваемых по
радиоканалам, выпускается скремблер F-117A, который совместим
с портативными радиостанциями, например STANDART,
ICOM, KENWOOD и др.
По отношению к сотовым телефонам применяют
устройства блокирования и подавления: Скат, C-Guard, Hammer,
Москит GSM+3, Мозаика и др.
7.7. Методы и средства контроля
утечки информации по радиоканалам
К устройствам поиска по электромагнитному излучению
относятся: индикаторы поля, интерсепторы, сканирующие
радиоприемники, частотомеры, автоматизированные
программно-аппаратные комплексы, детекторы излучений, нелинейные
152
радиолокаторы, металлодетекторы, селективные
милливольтметры и другие приборы.
Общей для всех этих устройств является задача выделения
сигнала радиопередатчика технического средства разведки.
Рассмотрим функциональные возможности некоторых
устройств.
Индикатор поля. Представляет собой широкополосный
радиоприемник. Наведенный источником излучения,
например закладкой в антенне, сигнал обрабатывается, усиливается
до значений, превышающих порог срабатывания звуковой
или световой сигнализации, оповещающей оператора о
наличии электромагнитного поля. Некоторые типы индикаторов
(рис. 7.2) дополняются устройством акустической обратной
связи, позволяющим выделить излучение закладки на фоне
других радиосигналов. Суть акустической «закладки» состоит
в подаче продетектированного и усиленного сигнала на
громкоговоритель индикатора поля, в результате чего между ним и
микрофоном закладки образуется положительная
акустическая обратная связь, благодаря которой индикатор поля
информирует оператора о наличии вблизи радиомикрофона.
С помощью индикатора поля можно обнаруживать
закладки в труднодоступных местах (под плинтусом, паркетом,
за картинами на стене и в других местах).
ИСТОЧНИК
акустических
сигналов
ЗвП
Г
Радиозакладка
ЭМИ
передача
Окружающая
среда
1_
Приемник
Детектор
V
УНЧ
1ндикатор поля
Акустическая
система
Рис. 7.2. Блок-схема индикатора поля
с акустической обратной связью
153
Различными фирмами выпускается широкая
номенклатура индикаторов поля, например ДИ-К, RFD-2, R-Finder,
Спутник, Блокнот, Сириус, Пирамида, Детектор SEL SP-71/И
«Оберег» — индикатор поля-частотометр и др.
Интерсепторы (частотомеры). Это широкополосные
радиоприемные устройства с автоматической настройкой их
селективных элементов на радиосигнал с наибольшим
уровнем и последующим анализом его характеристик
микропроцессором. Результаты анализа выдаются на экран
прибора. Это, например, приборы: 3000 A. Optoelectonics; РИЧ-1
«Прогресстех»; РИЧ-3, XPLORER (Россия); ПС4-4, Novo;
СК4-БЕЛАН.
Сканирующие радиоприемники. Они имеют высокие
электрические параметры в широком диапазоне частот
настройки, перекрывающем частоты радиоизлучений
имеющихся на рынке закладок. Сканирующие приемники
автоматически последовательно настраиваются на частоты радиосигналов
во всем диапазоне. Оператор, прослушивая звуковые сигналы
на выходе приемника на каждой из частот, принимает
решение о продолжении или прекращении поиска. Поисковая
операция является длительной и утомляет оператора.
Выпускаются следующие сканирующие приемники: Winradio 1500e,
1С PCR-1000, IC-R 8500, AR-3000A, AR-8200, AR-16, SEL SP-81
«Оракул» и др.
Некоторые сканирующие приемники совмещены с
постановщиками прицельных помех радиоприему, например
«Скорпион», RS1012/N и др.
Автоматизированные программно-аппаратные
комплексы. Обеспечивают оперативный поиск радиозакладок.
Типовой комплекс включает:
— сканирующий приемник с широкополосными
антеннами;
— коммутатор антенн для комплексов, контролирующих
несколько помещений;
154
— блоки аналого-цифровой обработки;
— комплекс типа Notebook или микропроцессор;
— специальное математическое обеспечение комплекса;
— контролер ввода информации с выхода
радиоприемника в компьютер и формирования тестового сигнала;
— преобразователь спектра;
— акустический коррелятор;
— блок питания.
Комплекс определяет и запоминает уровни и частоты
радиосигналов в контролируемом помещении, выявляет в
результате корреляционной обработки спектрограмм вновь
появившиеся излучения, с использованием тестового
акустического сигнала распознает скрыто установленные в
помещении радиомикрофоны и определяет их координаты.
Практическое применение получили следующие
комплексы: АРК-ПК, АРК-Д1, АРК-ДЗ, АРК-Д6, RS-1000/8, RS-1100,
RS-1200, Дсльта-С, Крона-5, Крона-6000, ST-031 R «Прира-
нья», RCC-2000 и др.
Создание и применение автоматизированных комплексов
для непрерывного мониторинга помещений с
конфиденциальной информацией является наиболее эффективным
направлением развития средств для комплексной защиты информации
по радиоканалу. Определяющую роль при этом будет играть
программное обеспечение, так как оно будет определять
функциональные возможности комплексов, использование баз
данных, расширение номенклатуры обнаруживаемых закладных
устройств.
Детекторы устройств прослушивания
DM-14 — детектор — локатор излучения. Переносной
универсальный комплекс для обнаружения и локализации
радиосигналов в широком диапазоне частот. Является одной из
основных поисковых систем для комплексной защиты от съема
информации. Выполняет следующие функции:
155
1) поиск активных радиомикрофонов в помещениях,
телефонах, одежде, автомашинах, компьютерной и электронной
технике, обнаружение побочных излучений и радиооблучений;
2) обследование электросети, телефонной сети, линии
связи для поиска сетевых подслушивающих устройств;
3) контроль проводных коммуникаций для поиска
подключенных микрофонов подслушивания;
4) использование в качестве «радиосторожа» для
обнаружения включения радиомикрофонов, контроля появления
радиооблучения с целью снятия информации с электронной
техники;
5) работа с магнитофоном в режиме 24-часовой
автоматической записи подозрительных сигналов.
Высокая эффективность работы комплексом достигается
за счет автоматической регулировки усиления, цифровой
регулировки режимов работы, прямого отчета показаний
индикатора и др.
Конспиративность работы с комплексом позволяет
выявить и обнаружить технику подслушивания без внешних
сигналов и шумов. Комплекс размещается в небольшой сумке
или атташе-кейсе, перенос которых не вызывает подозрений.
DM-3 — карманное устройство защиты, детектор устройств
подслушивания. Выполняет две функции: контроль
радиоизлучений и обнаружения включенных магнитофонов.
Приемная антенна может быть скрытно расположена под
одеждой. Сигнализация обнаружения конспиративная, с
помощью вибрации корпуса. Питается от встроенного
аккумулятора.
MINI-SCOUT — регистратор частоты. Предназначен для
сбора информации о радиочастотной обстановке в ближней
зоне в диапазоне от 10 до 1400 МГц с возможностью
последующей передачи накопленных данных в компьютер.
ВЕКТОР — восьмиканальный комплекс обнаружения
СВЧ-излучений.
156
Нелинейные радиолокаторы. В результате нелинейного
преобразования электрического сигнала, индуцируемого в
элементах схемы закладного устройства высокочастотным полем
локатора, образуется сигнал, в спектре которого
присутствуют, кроме основной частоты, ее гармоники. Количество и
амплитуда гармоник зависят от характера нелинейности и
мощности электромагнитного поля.
Применяются нелинейные локаторы: Мастер, Коршун,
NR-900-EM, Орион-4000, Обь-3, Родник-2К, NR, SEL-61
«Катран» и др.
Металлодетекторы. Эти приборы реагируют на наличие
в зоне поиска электропроводящих материалов (металлы,
сплавы, пленочные покрытия и др.) и позволяют обнаруживать
закладные устройства по токопроводящим элементам
конструкций.
Используются следующие металлодетекторы: SMD-300,
Гвоздика-003 (рамка), Поиск-ЗМ (рамка), АКА-7215 «Стерх
мастер» (многофункциональный прибор) и др.
Для обнаружения сотовых телефонов и пейджеров
используют прибор Анкер-4.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем состоят преимущества перехвата информации
по радиоканалам?
2. Какие ФЭ применяются в радиозакладках?
3. Какова структура типового комплекса перехвата
информации связных радиостанций?
4. Укажите нетривиальные места установки
радиомикрофонов.
5. В чем отличие предварительного шифрования от
линейного?
6. Какая принята классификация помех по радиоканалу?
7. В чем отличие имитирующих помех от маскирующих?
8. На каких принципах основана работа нелинейного
радиоканала?
ГЛАВА 8
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
И ЭФФЕКТЫ В СОЗДАНИИ КАНАЛОВ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
8.1. Источники электромагнитных
излучений и наводок
Электронная аппаратура и электронные системы
различного назначения, вычислительная техника, интегральные
схемы, электровакуумные приборы и другие элементы при своем
функционировании создают в окружающем пространстве
электромагнитные поля. Эти поля способны создавать
электромагнитные наводки в расположенных рядом слаботочных,
силовых и осветительных сетях, телефонных линиях,
элементах и цепях пожарной и охранной сигнализации, приемниках
электромагнитных излучений и других электрических и
электронных системах. Электромагнитные излучения и наводки —
результат проявления ряда ФЭ: эффекта возникновения
магнитного поля вокруг проводника при протекании по нему
электрического тока, эффекта индукции и взаимоиндукции,
эффекта взаимодействия электрических зарядов, эффекта
электропроводимости и магнитопроводимости, эффекта
суперпозиции, эффекта возникновения резонанса в
электрических цепях, эффекта магнитострикции и др.
Побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭ-
МИН) от технических средств различного назначения могут
содержать защищаемую информацию. В этом случае они
превращаются в источники опасных сигналов.
Перехват побочных электромагнитных излучений и
наводок обеспечивает добывание информации, содержащейся
непосредственно в формируемых, передаваемых или
отображаемых (телефонных, телеграфных, телеметрических и др.)
сообщениях и документах (текстах, таблицах, рисунках, кар-
159
тах, снимках, телевизионных изображениях и т. д.), с
использованием радиоэлектронной аппаратуры, регистрирующей
электромагнитные излучения и электрические сигналы,
наводимые первичными электромагнитными излучениями в то-
копроводящих цепях различных технических устройств и
конструкциях зданий.
Радиоэлектронные, электрические и
электромеханические технические системы, содержащие потенциальные
источники опасных сигналов, разделяют на основные и
вспомогательные.
Основные средства и системы обеспечивают генерацию,
передачу, прием, обработку и хранение защищаемой
информации.
Вспомогательные средства и системы не связаны с
операциями по обработке защищаемой информации.
В табл. 8.1 приведен перечень технических средств,
относящихся к основным и вспомогательным, а на рис. 8.1 —
классификация источников электромагнитных излучений и наводок.
Дать полный перечень технических средств не
представляется возможным. Их состав определяется для каждого
конкретного помещения с учетом его назначения и компонентов
окружающей среды.
Широкая номенклатура технических средств,
используемых для обработки и распространения (передачи)
информации, и скрытых возможностей ПЭМИН позволяют создавать
разнообразные каналы утечки информации. Эти возможности
стремятся реализовать технические разведки.
Перехват ПЭМИН базируется на широком использовании
самых радиоприемных средств, средств регистрации и
анализа информации, антенных систем и усилителей, панорамных
анализаторов и др.
Важным является также и то, что функционирующие
технические средства не только сами излучают в пространство
электромагнитные и другие сигналы, но и улавливают за счет
160
Таблица 8.1
Источники электромагнитного излучения
Технические средства
Излучают
обрабатываемый или
передаваемый сигнал
наведенный
сигнал
Основные (генераторы, передатчики, приемники)
1. Монитор
2. Системный блок
3. Принтер
4. Соединительные кабели
5. Телефонные аппараты
6. Системы звукозаписи
7. Сети телефонной связи
8. Системы факсимильной связи
9. Системы громкоговорящей связи
10. Аппаратура передачи данных
11. Система аудиофикации помещения
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Вспомогательные
1. Сети электропитания
2. Соединительные кабели
3. Устройства освещения
4. Телевизоры
5.Радиоприемники
6. Система охранной сигнализации
7. Система пожарной сигнализации
8. Система часофикации .
9. Радиотрансляционная сеть
10. Заземления
11. Магнитофоны
12. Нагревательные приборы
13. Трубопроводы систем отопления
и водоснабжения
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ •
6. Заказ .N5? 1320.
161
Источники электромагнитных
излучений и наводок
1
Системы
телефонной
связи
Системы
факсимильной и
телеграфной связи
Система
громкоговорящей
связи
Система
радиотрансляции
Система
охранной
сигнализации
Система
пожарной
сигнализации
Системы
электро-
часофикации
Системы
отопления
и водоснабжения
Вычислительная
техника
Средства
звукозаписи
Средства
видеозаписи
Цепи
электрических
соединений аппаратуры
Цепи
электропитания
Цепи
заземления
Оргтехника
Токопроводящие
элементы
конструкций помещений
Бытовая
техника
Рис. 8.1. Классификация источников электромагнитных
излучений и наводок
микрофонного эффекта или своих проявляющихся в процессе
функционирования приемных (антенных) свойств
акустические и электромагнитные излучения, несущие
информационный сигнал других технических средств, расположенных по-
162
близости. Затем они преобразуют эти излучения в
электрические сигналы и бесконтрольно передают их по своим линиям
связи на значительные расстояния, в том числе и за пределы
контролируемой зоны. Эти возможности существенно
повышают опасность утечки информации.
К числу технических средств, способных образовывать
электрические каналы утечки информации, относят,
например, телефоны с кнопочным управлением, датчики охранной
и пожарной сигнализации, их линии связи, сеть
электропроводки.
Рассмотрим особенности проявления ПЭМИН в
различных технических средствах.
В компьютерах наибольшими уровнями излучений
обладают процессоры, устройства оперативной и внешней
памяти, устройства ввода и вывода данных, а также печатающие
устройства.
Излучения этих устройств могут быть зафиксированы
современными средствами перехвата на расстояниях,
достигающих нескольких десятков, а для отдельных устройств —
нескольких сот метров.
Системный блок. Работа компьютера сопровождается
побочными электромагнитными излучениями,
модулированными информационными сигналами. Эти излучения
наблюдаются в диапазоне частот от десяти кГц до сотен МГц с
уровнями в ближней зоне от 40 до 80 дБ. Существующие методы
радиоперехвата позволяют фиксировать циркулирующую
в работающих компьютерах информацию на расстоянии до
нескольких сотен метров.
Применение в компьютерах импульсных сигналов
прямоугольной формы и высокочастотной коммутации приводит
к тому, что в спектре излучений будут компоненты с
частотами вплоть до СВЧ. Энергетический спектр сигналов убывает
с ростом частоты, но эффективность их излучений может
оставаться постоянной до частот в несколько ГГц.
6* 163
Цепи, не предназначенные для передачи цифровых
сигналов, например провода источников питания, могут излучать
их вследствие наводок.
Побочные электромагнитные поля работающих
компьютеров производят наводки на близко расположенные
коммутационные линии охранной и пожарной сигнализаций, провода
телефонной сети, металлические трубопроводы отопительной
и водопроводной сети, соединительные кабели аппаратуры.
Наводимая в них ЭДС существенна и распознаваема на
частотах от десятков кГц до десятков МГц. В этом случае
возможен съем информации путем подключения специальной
аппаратуры к коммуникационным линиям за пределами
контролируемой зоны.
Угрозы конфидециальным данным могут исходить от
активных атак, при которых паразитные модуляторы и зависимые
от данных резонаторы воздействуют на внешнее
электромагнитное излучение, создаваемое нарушителем. Нарушитель,
знающий резонансные частоты монтажных соединений
материнской платы компьютера, может облучать их на этих
частотах и затем благодаря вызываемому ими изменению полного
сопротивления определять коды, содержащиеся в
передаваемых сигналах.
Любые транзисторы являются нелинейными элементами
и поэтому могут модулировать сигналы, воздействующие на
них, и передавать их в линию, к которой они подсоединены.
Накопители. Важным каналом утечки информации
являются квазистационарные магнитные и электрические поля,
излучаемые головками накопителей на гибких и жестких
магнитных дисках. Эти поля быстро убывают с расстоянием, но
вызывают наводки на любые проводящие цепи (телефонные
провода, электропроводка, провода охранной и пожарной
сигнализации, металлические трубы и т. д.). Наиболее просто
восстанавливаются излучения, возникающие при
функционировании накопителей на магнитных дисках.
164
Линии данных различных накопителей вызывают
низкочастотные изменения напряжения источников питания,
которые, в свою очередь, могут вызвать изменения частоты
источников паразитных колебаний. Таким образом, сигналы
данных могут модулировать излучаемые электромагнитные
колебания.
Мониторы. Изображение на экране монитора
компьютера формируется в основном так же, как и в телевизионном
приемнике. Оно состоит из множества точек, называемых
пикселями. Каждый пиксель представляет собой капельку
вещества, которая зажигается (флуоресцирует) под действием
энергии электронов. Управляемая электронная пушка
каждого цвета периодически простреливает (облучает) электронами
весь экран, зажигая те пиксели, которые должны светиться.
Каждый раз, когда это происходит, генерируется импульс
электромагнитного излучения с высоким напряжением.
Поскольку видеосигнал является цифровым, то
логическая единица создает святящуюся точку, а ноль —
препятствует ее появлению. Видеосигнал содержит также тактовые
синхроимпульсы. Так как они повторяются, то
энергетический спектр видеосигнала содержит гармоники,
интенсивность которых убывает с увеличением частоты. Источником
излучения видеосигнала монитора являются элементы
обработки сигнала изображения и электронный луч кинескопа.
Уровень широкополосного изображения монитора зависит от
числа букв на экране. Уровень же узкополосных
составляющих не зависит от заполнения экрана, а определяется
системой синхронизации и частотой повторения светящихся точек.
Информация, отображаемая на экране монитора, может
быть восстановлена с помощью телевизионного приемника,
который обрабатывает лишь небольшую часть спектра
сигнала шириной около 8 МГц на частотах в диапазонах метровых и
дециметровых волн. Если видеосигнал представляет собой
длинный импульс, то лучше всего будут излучены в простран-
165
ство его фронты, которые и дадут при приеме точки.
Излучение монитора, принимаемое телевизионным приемником, не
содержит информации о синхросигнале, поэтому
изображение на экране телевизора будет перемещаться. Качество
приема может быть улучшено при использовании внешнего
генератора синхросигналов.
Мощность излучаемого сигнала зависит от используемой
элементной базы, величин питающих напряжений, материалов
конструкций и величины загруженности экрана информацией.
Информационный сигнал может быть перехвачен ТВ
приемником с направленной антенной на расстоянии до 400 м для
мониторов с металлическим кожухом и до 1200 м для
мониторов с пластмассовым кожухом.
Перехват радиоизлучений видеоусилителя и экрана
монитора ПЭВМ возможен с помощью комплекса 4625-COM-INT,
имеющего 100 каналов памяти для накопления перехваченной
информации, которая после обработки восстанавливается
в виде, отображаемом на экране монитора. Чувствительность
комплекса 0,15 мкВ, размеры 25 х 53 х 35 см, вес 18 кг.
Провода и кабели. Утечка информации образуется за
счет перехвата наведенных по эфиру и внутренним
паразитным связям сигналов в гальванически связанных со
средствами ВТ проводах и кабелях, уходящих за пределы
контролируемой зоны. Характеризуется предельно допустимым
значением отношения напряжений опасного сигнала и
нормированной помехи в этих проводах и кабелях или напряжений
опасного сигнала и эффективного значения шума при
использовании системы активного зашумления. Перехват
осуществляется подсоединением за пределами контролируемой зоны
к указанным токопроводящим коммуникациям аппаратуры
через согласующие устройства.
Телефон. Как всякое электронное устройство, телефон и
факс, а также их линии связи излучают в открытое
пространство высокие уровни электромагнитного поля в диапазоне час-
166
тот до 150 МГц. Полностью подавить все виды излучений
в цепях микрофона и телефона, в проводах, отходящих от
аппарата, и обеспечить достаточную экранировку внутренней
схемы аппарата можно лишь путем значительной переработки
конструкции аппарата и изменения его электрических
параметров. Мероприятия по защите цепи микрофона и звонка, по
защите двухпроводной линии телефонной связи могут
реализовать лишь специалисты с использованием
соответствующего оборудования, стандартных схем и проводов.
Усилители. В процессе работы может возникнуть
паразитная высокочастотная генерация, которая опасна тем, что
при самовозбуждении усилителем за пределами рабочего
диапазона несущая паразитного сигнала может модулироваться
низкочастотными информационными сигналами на
нелинейных элементах усилителя по амплитуде, фазе и частоте.
Утечка информации в этом случае возможна за счет
непосредственного излучения в эфир электромагнитных колебаний
элементами монтажа и соединительных проводов, а также
в результате наводок на цепи, уходящие за пределы
контролируемой зоны.
Аппаратура звукозаписи и звуковоспроизведения.
Излучает электромагнитные колебания в диапазоне речевого
сигнала. Функциональные узлы этой аппаратуры подвержены
воздействию (за счет модуляции) акустических, магнитных и
электрических полей информационного сигнала.
8.2. Использование эффектов
паразитных связей
Паразитные связи возникают между различными
структурными элементами радиоэлектронных средств, между их
электрическими цепями. Они могут быть связаны с неудачной
компоновкой структурных элементов и разводкой
соединительных проводников. Могут образовываться при внесении
изменений в конструкцию или электрическую схему изделия.
167
С учетом ФЭ, которые являются основой образования
паразитных связей, они имеют несколько разновидностей.
Паразитная связь через общее сопротивление цепи
(гальваническая). Эквивалентная схема связи показана на
рис. 8.2.
0—I '
I
Рис. 8.2. Эквивалентная схема паразитной связи
через общее сопротивление
Величина общего сопротивления Zo6ui зависит от частоты
наводимого напряжения:
— для низких частот примерно равна активному
сопротивлению соединительных проводов;
— для высоких частот — индуктивному сопротивлению
соединительных проводов и емкостному сопротивлению
конденсаторов фильтра питания.
Гальваническая связь возникает тогда, когда по одним и
тем же цепям протекают токи разных источников сигнала.
В этом случае происходит прохождение сигналов в не
предназначенные для них элементы схемы. Сигналы, несущие
защищаемую информацию, за счет гальванической связи могут
проникать в цепи, имеющие выход за пределы
контролируемой зоны, создавая угрозу безопасности информации. К таким
цепям относятся цепи питания и заземления.
Паразитная связь через емкости. На рис. 8.3
представлена эквивалентная схема емкостной паразитной связи. Эта
168
А
0-
C,,Jr
0-
I
T I
Рис. 8.3. Эквивалентная схема паразитной связи через емкость
связь возникает между любыми элементами электрической
схемы радиоэлектронного средства: между параллельно
расположенными проводниками и элементами, между корпусом
(шасси) и проводниками и элементами.
Если напряжение в некоторой точке А технического
средства равно Ен относительно корпуса, то в точке В, связанной
с точкой А паразитной емкостью Спар, возникает напряжение Una,
величина которого зависит от Спа, частоты передаваемого
сигнала и величины сопротивления Zg между точкой В и корпусом.
Паразитная индуктивная связь. Эквивалентная схема
паразитной индуктивной связи приведена на рис. 8.4.
J,,, J«
Устройство 1
Т
Цепь 1 Цепь 2
Рис. 8.4. Эквивалентная схема паразитной индуктивной связи
169
Паразитная индуктивная связь проявляется следующим
образом. Вокруг проводника, по которому протекает электрический
ток, проявляется ФЭ возникновения постоянного или
переменного магнитного поля. В соседних проводниках, пересекаемых этим
магнитным полем, возникает электродвижущая сила
где
/— величина протекающего тока;
со — частота изменения тока;
М — взаимная индуктивность проводников.
Устройство 1
(источник)
1
г г
Устройство 1
(источник)
/^W"^ М,
а)
б)
Устройство 2
(приемник)
1 ►
Устройство 2
(приемник)
Рис. 8.5. Эквивалентные схемы паразитной связи
через электрическую цепь-посредник:
а) емкостная; б) индуктивная
8.3. Использование эффектов
электромагнитных наводок
Паразитная наводка — это передача электрических
сигналов из одного элемента радиотехнической системы в другой,
не предусмотренная его электрической схемой.
170
Физическая сущность паразитной наводки показана на
рис. 8.6.
Линия связи
Источник
сигнала 1
1
р,
*вх.
L
Р,
А ВЫХ.
Приемник
сигнала 1
Линия связи 2
Источник
сигнала 2
Р,
вых.
Приемник
сигнала 2
Рис. 8.6. Схема паразитных наводок в электрической цепи
Когда ток проходит по проводникам линии 1, вокруг них
создается магнитное поле, силовые линии которого
пересекают проводники линии 2. В результате этого по линии 2 будет
проходить, кроме основного тока, еще и наведенный ток
линией 1, создающий помеху основному. Защищенность от
взаимных помех оценивается переходным затуханием
где
Р- и Р.. — мощности сигналов в линии 1 и наводки в ли-
1 2
нии 2 соответственно;
РГ и Р.. — мощности сигналов в линии 2 и наводки в ли-
с2 //,
нии 1 соответственно.
Для надежной защиты информации переходное затухание
должно быть не менее величины 10 lq PcIPn :
где Рс — мощность информационного сигнала;
Рп) — минимально допустимая мощность сигнала на
входе перехватывающего приемного устройства.
171
Паразитные наводки создают угрозу безопасности
информации в случае наводок на цепи, имеющие выход сигналов за
пределы контролируемой зоны. Наибольшую угрозу создают
наводки в проводах кабелей городской телефонной сети,
радиотрансляции, электропитания от сигналов рядом
расположенных кабелей внутренней АТС, диспетчерской связи,
звукофикации помещений для проведения совещаний. Это
происходит по причине параллельного пробега с цепями, в
которых циркулируют токи информационных сигналов. В
речевом диапазоне частот взаимные влияния между неэкраниро-
ванными цепями в основном определяются электрической
составляющей электромагнитного поля. При использовании
экранированных кабелей взаимные влияния будут
определяться только величинами магнитных связей.
Кроме того, наводки даже очень малого уровня могут
модулировать высокочастотный сигнал, распространяющийся за
пределы контролируемой зоны в виде электромагнитной волны.
Для активной защиты от взаимных индуктивных наводок
в совместно проложенных телефонных проводах используют
специальные генераторы шума. Эти приборы производят
линейное зашумление совместно проложенных телефонных
линий в диапазоне звуковых частот (50-20 000 Гц).
8.4. Использование эффектов
для образования случайных антенн
Образуется за счет перехвата наведенных по эфиру
сигналов в проводах, кабелях или иных токопроводящих
коммуникациях с оконечными устройствами (телефонные,
телеграфные аппараты и т. п.) или без таковых, расположенных или
проходящих вблизи обрабатывающих средств
вычислительной техники, но не связанных с ними гальванически и
имеющих выход за пределы контролируемой зоны.
Уровень наводимых сигналов в значительной степени
зависит от мощности излучаемых средствами вычислительной
172
техники сигналов, расстояния до проводников, а также длины
совместного пробега соединительных линий средств
вычислительной техники и посторонних проводников.
Перехват осуществляется подсоединением за пределами
охраняемой территории к указанным токопроводящим
коммуникациям аппаратуры перехвата через согласующие устройства.
Данный канал утечки информации в процессе
эксплуатации средств ВТ может приобретать неслучайный характер.
Если владелец случайных антенн — другое юридическое
лицо, то коммуникации могут быть проложены в
непосредственной близости от средств ВТ: за стеной, под потолком,
под полом помещения. Прокладывание локальных
вычислительных сетей, оборудование помещений системами
пожарной и охранной сигнализациями влечет за собой появление
новых случайных антенн.
8.5. Методы защиты информации
от утечки через ПЭМИН
Технические методы защиты информации от утечки через
ПЭМИН можно разделить на три группы:
1) пассивные методы, связанные с уменьшением
интенсивности нежелательных электромагнитных излучений;
2) активные методы, связанные с созданием шумовых
полей в возможной зоне перехвата информации:
3) методы, основанные на применении высокозащищен-
ных технических средств и технологий.
Кроме того, сюда следует отнести
организационно-технические мероприятия.
8.5.1. Методы пассивной защиты
Структурная схема пассивных методов защиты приведена
на рис. 8.7.
Экранирование. Используют для предотвращения
возможности приема электромагнитных излучений от основной
173
и дополнительной аппаратуры, а также от различных
электрических цепей, находящихся в контролируемой зоне.
3
s
3
ОС '
о
)S
о
X
са
г
Экранирование
Использование локальных систем.
не имеющих выхода за пределы
контролируемой зоны
Заземление
Применение специальных средств
ослабления уровней ПЭМИН
Фильтрация цепей питания, заземления
и функциональных цепей
Применение высокозащищенных
технических средств
Поглощающие и неотражающие покрытия
Применение буферных устройств
Отключение источников опасных сигналов
Ограничение уровня сигналов
«навязывания»
Рис. 8.7. Структурная схема пассивных методов защиты
информации от утечки через ПЭМИН
При функционировании радиоэлектронной аппаратуры и
вычислительной техники неизбежно проявляется ФЭ
появления магнитного или электромагнитного поля вокруг провод-
174
ников, по которым протекают различные токи. Кроме того,
к любому участку электрической цепи приложен потенциал
электрического поля. Магнитные и электрические поля
взаимодействуют между собой внутри технических средств и
оказывают воздействие на объекты окружающей среды. В том
случае, когда магнитные и электрические поля оказывают
нежелательное воздействие, используют экранирование
структурных элементов внутри технических средств, устройства
или прибора в целом, помещения, в котором они
функционируют, а также объектов окружающей среды.
По проявляющимся ФЭ осуществляют экранирование
электрического, магнитного и электромагнитного полей.
Экранирование электрического поля осуществляют
металлическим экраном, связанным с заземлением. Благодаря
этому обеспечивается стекание зарядов с экрана и
уменьшение напряженности электрического поля за экраном.
Экранирование низкочастотных магнитных полей
осуществляют с помощью экранов, изготовленных из
ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью,
например пермаллоя. Такой экран сосредоточивает линии
магнитного поля на себя ввиду малого магнитного
сопротивления по сравнению с воздушной средой за пределами экрана.
Качество экранирования зависит от марки материала экрана,
его толщины и геометрической формы, а также от
расположения стыков и швов по отношению к направлению магнитных
силовых линий.
Экранирование электромагнитного поля основано на ФЭ
магнитной индукции, создающей в экране индукционные
вихревые токи. Магнитное поле этих токов будет направлено
навстречу возбуждающему полю, в результате чего
возбуждающее магнитное поле вытесняется экраном. Плотность
вихревых токов максимальна у поверхности экрана. Для высоких
частот экран из любого металла толщиной 0,5-1,5 мм
достаточно эффективен. Для уменьшения сопротивления вихревым
токам поверхность экрана покрывают медью или серебром.
Заземление экрана на эффективность экранирования не
влияет, так как оно не изменяет величины возбуждаемых в экране
токов.
При технической реализации экранирования используют
средства полного экранирования (экранированные
помещения, контейнеры и т. п.) и частичного экранирования
(экранирующие щиты, проволочные сетки, металлизированные
стекла и ткани, токопроводящие эмали, смолы, смазки и др.).
Размеры локальных экранов соизмеримы с длиной волны
экранируемых излучений.
На рис. 8.8 показаны виды применяемого экранирования.
Экранирование
Экранирование
помещений
Экранирование
основных
и дополнительных
технических средств
Экранирование
кабельных
и проводных
соединений
Рис. 8.8. Виды экранирования
Эффективность защиты информации от утечки по ПЭ-
МИН оценивается их ослаблением при прохождении экрана и
выражается в децибелах (дБ).
Для правительственных средств защиты информации
предусматривается необходимость ослабления сигнала на 100 дБ
в широкой полосе частот. Этот уровень ослабления
теоретически гарантирует 100%-ную защиту от утечки любого сигнала
при его распространении за границы контролируемой зоны.
Исследование физической природы излучений
электромагнитного оборудования показывает, что ослабление элект-
176
ромагнитного поля на 50 дБ считается адекватным задаче
защиты информации.
В зависимости от частоты рассматриваются ослабления
отдельно для электрического и магнитного полей или для
плоской электромагнитной волны.
Считается, что нет принципиальных различий между 100 дБ
и 50 дБ экранированием.
Экранированные помещения. Размеры экранируемого
помещения выбирают исходя из его назначения,
размещаемого в нем оборудования, возможности экранирования,
требуемого уровня защиты и стоимости работ.
Чаще всего экранируются помещения для пункта
управления вычислительной сетью, для серверов и системных центров.
В настоящее время известны следующие возможности
создания защищенных от электромагнитных полей помещений:
— из листов алюминия, меди или стали;
— из алюминиевой, медной или стальной проволочной
сетки;
— из пленок этих же материалов;
— из специальных защитных материалов (волоконные,
тканевые).
При выборе материала для экранирования необходимо
знать, во сколько раз требуется снизить уровни излучения.
Это зависит от используемых в помещении технических
средств. Чаще всего требуется снижение уровня не менее чем
в 30 раз.
Рассмотрим вариант экранирования помещения.
Для снижения трудоемкости создания экранируемых
помещений и повышения качества экранирования широко
используют модульные конструкции, из которых собирают
экраны для стен, потолка и пола.
Экранированный корпус защищаемого помещения
собирается из типовых готовых панелей, сделанных из пенопласта,
вафельной синтетической фанеры или других звукопогло-
177
щающих материалов, закрытых с двух сторон листами магни-
томягкой стали. Стыки между панелями закрывают полосами
из такой.же стали. Крепление панелей может быть
осуществлено болтами. Основное требование — низкое электрическое
и магнитное сопротивление.
На стенах и потолке закрепляется двойной слой
минеральной ваты и гипсовых плит. Соединения тщательно
уплотняются. Сверху на плиты могут быть наклеены стекло-
обои, которые затем окрашиваются. На полу
монтируется глушитель виброакустических сигналов, выполняемый
в виде конструкции из минеральной ваты, стальных плит и
фанеры. Сверху пол застилается антистатическим ковровым
покрытием.
Система вентиляции комнаты имеет один входной и один
выходной каналы. Электромагнитное экранирование канала
обеспечивается при помощи сотовых волноводных отверстий,
закрывающих каналы, а звукопоглощение — при помощи
аудиоловушек.
Двери помещения экранируются с обеспечением
надежного электроконтакта с дверной рамой по всему периметру.
Для этого применяют пружинную гребенку из фосфористой
бронзы, укрепляя ее по всему внутреннему периметру
дверного проема. При использовании латунной сетки ее обтягивают
вокруг эластичных дверных уплотнений, обеспечивая
электрический контакт с токопроводящими элементами,
установленными по внутреннему периметру дверного проема.
При наличии в помещении окон их затягивают одним или
двумя слоями латунной сетки с ячейками не более чем 2 мм.
Расстояние между слоями сетки должно быть не менее 50 мм.
Сетки по всему периметру должны иметь надежный
электрический контакт с токопроводящими элементами оконного
проема.
Применение сеточных экранов позволяет снизить
уровень просачивающихся излучений на 20-60 дБ.
178
Эффективным средством экранирования окон является
также металлизированное стекло, на одну или обе стороны
которого наносится бесцветная светопроводящая пленка
двуокиси олова.
Помимо сеток для экранирования дверей и окон,
возможно применение металлизированных штор из токопроводящей
ткани:
— хлопчатобумажной ткани плотного плетения, на
которую методом распыления нанесен тонкий слой алюминия или
цинка;
— ткани, содержащей металлические нити, которые при
скручивании образуют соленоиды; вихревые токи,
возникающие в соленоидах, препятствуют прохождению радиоволн
через ткань;
— волокнистых материалов, содержащие до 98% углерода.
Создание и применение специальных защитных
материалов является наиболее перспективным конструкторско-техно-
логическим направлением.
В Германии компания SSC, которая является одной из
ведущих компаний на рынке средств защиты помещений от
ПЭМИН, разработала новый защитный материал Metaltex. Он
состоит из металлогранулата, нанесенного на гибкую
огнеустойчивую основу, и обеспечивает защиту от
распространения электромагнитных полей за счет высокого уровня их
поглощения (эффект электромагнитного поглощения). Кроме
того, он обладает воздухопроницаемостью, не подвержен
гниению под действием влаги, на поверхности не образуется
конденсат, не создается акустический резонанс помещения.
Metaltex создает акустическую защиту помещения,
предотвращает утечку информации по виброакустическому каналу.
По своим экранирующим свойствам Metaltex
соответствует требованиям к защитным покрытиям в диапазоне
частот от 10 Кгц до 1 ГГц с эффективностью экранирования
выше 80 дБ.
179
Metaltex-ткани производятся различных размеров по
ширине. Они не трудоемки в производстве. Metaltex-ткань
наклеивается на стены в виде обоев. При необходимости она
может быть покрашена в нужный цвет.
При создании защищенных помещений электро- и магни-
топроводящий контакт обеспечивается применением
специальной технологии, исключающей сварку.
Экранирование помещения является радикальным
способом защиты информации от перехвата по радиотехническому
каналу, но требует значительных капитальных затрат и
регулярного контроля эффективности экранирования,
осуществляемого по специальным методикам с применением
измерительных средств.
Однако необходимо учесть, что полное электромагнитное
экранирование вносит дискомфорт в работу обслуживающего
технического средства персонала.
Экранирование основных и дополнительных
технических средств. Предназначено для снижения уровня
электромагнитного излучения, содержащего информационный
сигнал, при их функционировании.
Предотвращает наводки электромагнитных излучений,
содержащие информационный сигнал, на функциональные
элементы, проводники и элементы конструкций технических
средств.
Здесь могут быть использованы два подхода:
1) наружное экранирование: экранирование рабочего
места путем установки перегородок или экранов вокруг
технических средств;
2) внутреннее экранирование: экранирование
функциональных узлов, отдельных электрических цепей или жгутов
внутри технических средств.
Наружное экранирование используют для установки
серверов, мостов, маршрутизаторов, шлюзов, рабочих станций,
систем архивирования и многодисковых накопителей. Для
180
этой цели фирма Lampertz (Германия) выпускает широкую
номенклатуру модульных сейфов TECHNO-DATA.
Наружное экранирование создает дискомфорт при
обслуживании технических средств и при работе в помещении.
При внутреннем экранировании требуется доступ к
функциональным узлам и элементам конструкции технических
средств, что связано в конечном счете с изменением их
конструкции. А это может вступить в противоречие с требованиями
предприятий — изготовителей технических средств.
В последнее время наблюдается тенденция все более
широкого применения частичного и локального (схемно-техническо-
го) экранирования с использованием экранов из специальных
проводящих пластмасс и диэлектрических экранов,
армированных металлической сеткой или металлическим напылением.
Как любые радиоэлектронные устройства, телефон и факс,
а также их линии связи излучают в окружающую среду
электромагнитные поля в диапазоне частот вплоть до 150 МГц.
Чтобы полностью подавить все виды излучений, необходимо
обеспечить достаточную экранировку внутренней схемы
аппарата, защитить цепь микрофона, цепь звонка и
двухпроводную линию телефонной связи. Последняя требует защиты и за
пределами контролируемого помещения.
Экранирование кабельных и проводных соединений.
Для обеспечения защиты информации сигналов от съема, помех
и наводок провода и кабели экранируют. При воздействии на
экраны побочных электрических и электромагнитных полей на
экранах накапливаются электрические заряды, которые для
обеспечения эффективного экранирования должны стекать. С этой
целью экраны заземляют, то есть электрически соединяют с
шиной заземления. Протекающие по цепи заземления опасные
сигналы могут быть перехвачены соответствующей аппаратурой.
Предотвращает сильные электромагнитные излучения,
возникающие из-за плохого состояния соединителей,
направленных ответвителей и других элементов электрических цепей.
181
Экранированные провода и высокочастотные кабели
имеют медную оплетку, выполненную из тонких проводников.
Бронированные кабели имеют наружную оплетку из
стальной ленты или два слоя: стальную ленту и стальную
проволоку.
Если нет дефектов в оплетке (экране) кабеля,
соединителях и других компонентах кабельной сети, эффективность
экранирования кабеля составляет около 100 дБ. Это
обеспечивает предотвращение любого излучения кабеля, которое можно
зарегистрировать. При этом предполагается, что
максимальный уровень сигнала в кабеле не более 100 мВ, а
минимальный сигнал на поверхности кабеля должен быть 1 мкВ, чтобы
он был зарегистрирован приемником.
Внутри помещения провода и кабели размещают
в стальных трубах или стальных лотках П-образной формы,
закрываемых крышками. Трубы и лотки образуют вокруг
электрических проводников замкнутый магнитопровод.
Благодаря этому обеспечивается защита от электромагнитных
полей со стороны электрических цепей и исключаются
наводки на экранированные цепи со стороны технических
средств, создающих электромагнитное излучение с
информационным сигналом.
Заземление. Одним из важнейших условий защиты
информации через ПЭМИН, возникающие в технических
средствах передачи и обработки информации, является
обеспечение правильного их заземления.
Просачивание информационных сигналов в цепи
заземления образуется за счет гальванической связи с землей
различных проводников, выходящих за пределы контролируемой
зоны, в том числе нулевого провода сети электропитания,
экранов, металлических труб систем отопления и
водоснабжения, металлической арматуры и т. п.
Чаще всего используется радиальная система заземления,
которая имеет меньше общих участков для протекания сиг-
182
нальных и питающих токов в обратном направлении (от
технических средств к посторонним наблюдателям).
Шина заземления должна выполняться в виде
древовидной (ветвящейся) конструкции и не должна содержать петель.
Сопротивление контура не более 1 Ом. Ствол «дерева»
рекомендуется выполнять из металлических труб диаметром не
менее 50 мм. Конец трубы погружается в землю на глубину
2-3 м, с тем чтобы он имел контакт с влажными слоями земли,
не зависящими от погодных условий. Труба может забиваться
или погружаться в скважину.
Сопротивление заземления определяется в основном
сопротивлением растекания тока в земле. Его величину можно
снизить за счет обработки поверхности трубы и засыпкой
трубы в скважине токопроводящей смесью, например
поваренной солью. Подсоединения отходящих от трубы шин
должны осуществляться сваркой. Шины изготавливаются из
полосового материала сечением не менее 100 мм2, что
обеспечивает малое сопротивление и достаточную
механическую прочность.
Магистраль заземления внутри здания прокладывается по
стенам или специальным каналам с возможностью
регулярного осмотра.
Подсоединение шин к техническим средствам должно
осуществляться болтовым соединением. Для обеспечения
минимального переходного сопротивления соединение должно
осуществляться по поверхности, а не по линии или в точке.
Контактирующие поверхности должны быть очищены от
краски и грязи, не должны образовывать недопустимые
электрохимические пары. Болтовое соединение должно быть
затянуто и законтрено.
При устройстве заземления нельзя применять заменители:
— металлические конструкции зданий;
— арматуру железобетонных конструкций;
— проложенные в земле металлические трубы;
183
— металлические оболочки подземных кабелей;
— трубопроводы отопления, водоснабжения и
канализации.
Фильтры. Фильтрация сигналов как один из основных
пассивных методов используется в информационных цепях,
цепях электропитания, заземления, пожарной и охранной
сигнализации, электрочасофикации, исключая воздействия
навязываемых высокочастотных сигналов и прохождения опасных
сигналов за пределы контролируемой территории. Основное
назначение защитных фильтров — пропускать без
значительного ослабления сигналы с частотами, лежащими за
пределами полосы частот опасного сигнала. Используемые фильтры
обеспечивают затухание опасных сигналов на несколько
порядков. Фильтрация сигналов эффективна, если частоты
информационных сигналов существенно отличаются от полосы
частот опасного сигнала.
Применяют, как правило, многозвенные фильтры на
LC-элементах.
Двухзвенный П-образный фильтр обеспечивает
затухание опасных сигналов, возникающих во вторичных часах за
счет акустоэлектрических преобразований, примерно на
85 дБ. Подобные фильтры обеспечивают защиту информации
в телефонных аппаратах от высокочастотного навязывания,
не пропуская к ним высокочастотных электрических сигналов
от генератора, подключенного к телефонной линии. Полезные
сигналы в речевом диапазоне частот проходят через фильтр
без заметного ослабления.
Сетевые фильтры, используемые в цепях питания
технических средств, выполняют две функции:
— защиты аппаратуры от внешних импульсных помех;
— защиты от наводок, создаваемых самой аппаратурой.
Как вариант технической реализации широко применяют
поглощающие высокочастотные ферритовые кольца,
устанавливаемые на кабелях. л
184
При выборе фильтров необходимо учитывать:
— номинальные значения токов и напряжений в цепях
питания, а также допустимые падения напряжения на фильтре
при максимальной нагрузке;
— допустимые значения реактивной составляющей тока
на основной частоте напряжения питания;
— необходимое затухание фильтра;
— конструктивные характеристики (масса, размеры,
варианты крепления и др.);
— степень экранирования фильтра от посторонних
электромагнитных полей.
Конструкция фильтра должна обеспечить существенное
снижение вероятности возникновения внутри корпуса
побочной связи между входом и выходом по
электромагнитным полям.
В последнее время широко используют сочетание
фильтров с нелинейными элементами, например
полупроводниковыми диодами, которые обеспечивают подавление опасных
побочных сигналов и сигналов высокочастотного
навязывания (изделия Грань-300, МП-1А и др.).
Применение высокозащищенных технических средств.
Этот подход начинает активно внедряться в практику
разработки технических средств. Увеличение стоимости
защищенных технических средств не идет ни в какое сравнение
с затратами на обеспечение информационной безопасности
у пользователя.
Здесь используются следующие подходы:
— локальное экранирование функциональных узлов
в выпускаемых промышленностью технических средствах;
— использование в разработках функциональных узлов,
имеющих низкий уровень электромагнитных излучений;
— использование новых принципов действия
функциональных узлов и новой элементной базы, характеризующихся
малым энергопотреблением.
185
Так, например, переход на монитор, содержащий экран на
жидких кристаллах, позволил на два порядка уменьшить
дальность обнаруживаемого информационного сигнала.
Осуществляется замена датчиков пожарной сигнализации
на новые модификации, на которых не проявляется
микрофонный эффект.
Применяется доработка устройств ВТ с целью
минимизации электромагнитных излучений (локальная экранировка
отдельных устройств, гальваническая развязка по цепям
питания, замена пластмассовых крышек, стенок, кожухов на
стальные и др.) позволяет существенно уменьшить уровень
ПЭМИН, однако полностью их не устраняет.
Использование локальных систем, не имеющих выхода
за пределы контролируемой зоны. Для создания каналов
утечки информации широко используются так называемые
системы общего пользования, которые в том или ином
составе имеются на каждом предприятии или в организации.
К таким системам относятся системы радиофикации,
вторичной часофикации, телефонные системы внутреннего
пользования, системы громкоговорящей связи, системы
электроснабжения и др.
В особых случаях осуществляют создание локальных
систем указанного назначения, объединяющих рабочие
помещения, относящиеся к контролируемой зоне и не выходящие за
пределы контролируемой зоны. Эта мера обеспечивает
эффективное перекрытие ряда каналов утечки информации.
Применение буферных устройств. К таким устройствам
относятся буферные усилители, которые устанавливаются
между громкоговорителем и линией. Они пропускают без
ослабления и искажения сигналы к громкоговорителю и на
60-120 дБ уменьшают уровни опасных сигналов в обратном
направлении.
Отключение источников опасных сигналов.
Отключение устройств с акустоэлектрическими преобразователями яв-
186
ляется наиболее простым и эффективным способом защиты
информации. Необходимо отключать в помещении, в котором
ведутся конфиденциальные разговоры, все радиоэлектронные
средства и электрические приборы, без которых можно
обойтись. С этой целью в средствах связи, например телефонных
аппаратах, постоянно подключенных к линиям связи,
устанавливаются выключатели. Более удобным в эксплуатации
являются специальные средства защиты, автоматически
отключающие неиспользуемое радиоэлектронное средство при
отсутствии в линии сигналов. Подобное устройство защиты
отключает громкоговоритель ретрансляционной сети при
отсутствии сигналов вещания или подключает к телефонной
линии постоянно отключенную звонковую цепь телефонного
аппарата при появлении в ней сигналов вызова.
8.5.2. Методы активной защиты
В случае, когда пассивный метод и средства не
обеспечивают необходимого ослабления опасного сигнала за
пределами контролируемой зоны или не приемлемы по другим
причинам (высокая стоимость, усложнения процесса эксплуатации
технических средств, увеличение их массы и габаритов),
используют системы и средства активной защиты. Метод
активной защиты основан на создании маскирующих или
имитирующих помех для энергетического подавления
информационного сигнала в канале утечки.
Структурная схема методов активной защиты приведена
на рис. 8.9.
Радиотехническая маскировка заключается в
формировании и излучении в непосредственной близости от
защищаемых устройств широкополосного шумового сигнала с
уровнем, превышающим уровень информационных излучений во
всем частотном диапазоне, где имеют место эти излучения,
а также в осуществлении наводок (по эфиру) маскирующих
шумовых колебаний в отходящие цепи.
187
Методы активном зашиты
Электромагнитное
линейное
зашумление
Электромагнитное иро-
страиственное
зашумление
Кодовое
зашумленме
Само-
зашумление
Рис. 8.9. Методы активнеж защиты
Система линейного зашумления представляет собой
генератор шумового сигнала, формирующий шумовое
напряжение с заданными энергетическими характеристиками,
который подключается в зашумляемую токоведущую цепь.
Система пространственного зашумления с помощью
специальных антенн осуществляет излучение маскирующих
помех в окружающее пространство.
При применении систем активного электромагнитного
зашумления необходимо учитывать их возможное влияние
на качество работы защищаемых и других технических
средств, расположенных в том числе и за пределами
контролируемой зоны.
Для осуществления электромагнитного подавления
ПЭМИН разработан класс генераторов электромагнитных
колебаний белого шума, создающих шумовое электромагнитное
поле от десятков кГц до единиц ГГц со спектральным уровнем
излучаемого сигнала, существенно превышающем уровни
естественных шумов, излучаемых средствами ВТ.
Выпускаются два типа генераторов электромагнитного
зашумления:
1) генераторы объемного электромагнитного
зашумления: «Гном», «Сфера», «Октава», ГШ-1000, «Гром»,
«Баррикада» и др., которые обеспечивают зашумление помещения
площадью более 50 м2;
188
2) генераторы локального электромагнитного зашумлс-
ния (встраиваются в процессорный блок ПК): ГШ-К-1000,
«Смог», «Салют» и др.
Интенсивность излучаемых маскирующих сигналов в
полной мере удовлетворяет нормам допуска на промышленные
помехи, что не требует получения специального разрешения
на их установку от службы радиоконтроля.
Близкое расположение генераторов электромагнитного
шума к защищаемой аппаратуре, а в ряде случаев и
непосредственное включение в их блоки не оказывают вредного
воздействия на их работу.
Кодовое зашумление. Используется, когда есть
ограничения на применение систем электромагнитного зашум-
ления.
Самозашумление. Является специфическим видом
электромагнитного зашумления. Оно возможно при параллельной
независимой работе нескольких компьютеров или при
использовании мультипрограммного режима работы отдельного
компьютера.
8.6. Методы и средства контроля
побочных электромагнитных излучений
и наводок
Контроль помещений в охраняемой зоне и находящихся
в них основного и вспомогательного оборудования на
наличие ПЭМИН может осуществляться регулярно, в плановом
порядке. Проводится проверка установленного в помещении
оборудования и бытовой техники на соответствие штатному
перечню. Контролируется уровень ПЭМИН, так как
возможны отклонения от допустимого уровня из-за замены части
оборудования, проведенного ремонта, изменения состава
проводов и кабелей, цепей заземления и экранирования.
Проводится обязательный контроль состояния экранирования окон
и дверей.
189
Регулярный контроль надежности экранирования
осуществляется по специальным методикам с применением
технических средств.
Для оценки магнитных и электрических полей,
излучаемых техническими средствами обработки информации и
соответствующими кабельными линиями, используют
комплексы ПКУ-6М, «Навигатор» и др.
В том случае, когда проводятся работы по созданию
системы информационной безопасности, перечень выполняемых
работ значительно шире.
Прежде всего определяется необходимый состав
основного и вспомогательного оборудования для каждого помещения,
что фиксируется в соответствующих документах.
Обоснование изменения состава оборудования возможно только по
согласованию со службой безопасности.
Состав технических средств каждого помещения в
охраняемой зоне исследуется на наличие ПЭМИН с помощью
необходимой контрольно-измерительной аппаратуры.
Проведение специальных исследований производится по известным
методикам силами специалистов или специалистами
специализированных организаций, имеющих лицензию.
Для проведения исследований может быть использована
следующая контрольно-измерительная аппаратура:
— приемники-сканеры (Winradio lOOOi, Winradio 1500e,
Winradio 31 OOi-DSP, IS-R9000, AR-500 и др.);
— шумомеры (Larson & Davis 824, «Шорох-Тест» и др.);
— анализаторы спектра (Marconi 2398, Marconi 2399,
Е4411, Е4403В, Е4405В и др.);
— частотомеры (MI, Scout-40, CD 100, CUB и др.);
— измерительные панорамные приемники AR-3000, FR-
3000А, AR-5000, AR-8000;
— селективные милливольтметры (SMV-8, SMV-11 и др.).
Для измерения характеристик ПЭМИН созданы
автоматизированные программно-аппаратные комплексы АРК-ЦТИ1,
АРК-Д1, АРК-ПК, «Навигатор» (НТЦ «Нелк»), разработан-
190
ные на базе анализатора спектра фирмы Hewlett Packard,
управляемого ПЭВМ с использованием специального
программного обеспечения, которые обеспечивают
автоматические и полуавтоматические измерения принимаемых
излучений, обработку и отображение получаемых результатов на
экране монитора, контроль радиоэлектронной обстановки
в проверяемых помещениях с возможностью накопления
информации и сравнения ее с полученными ранее данными.
Для того чтобы определить расстояние, на котором
информация с экрана монитора уже не будет воспроизводиться
ТВ-приемником, производятся измерения на специальной
установке в широком диапазоне частот.
Исследуемый монитор устанавливают на подставку
высотой 1 м, стоящую на заземленном металлическом листе
измерительной площадки. Сигнал от калиброванной антенны
подается на вход приемника для измерения в диапазоне частот
от 300 до 1000 МГц. Сигнал ПЧ измерительного приемника
перестройкой частот преобразуется во входной сигнал
ТВ-приемника. Два приемника позволяют не только
восстанавливать сигнал с монитора, но и проводить измерения
напряженности электрического поля и сравнивать ее значение
с качеством восстановления.
Чтобы не допускать восстановления информации,
содержащейся в поле излучения кабелей, вокруг компьютерной
системы размещают индикаторы электромагнитных излучений,
которые позволяют обнаруживать излучения, когда они еще
не достигли значений, достаточных для восстановления
информации за границами кабельной сети.
С учетом результатов анализа состава технических средств
в защищаемых помещениях и результатов их
специсследований устанавливается опасность тех или иных устройств как
потенциальных источников образования каналов утечки
охраняемых сведений и вырабатываются конкретные
организационно-технические мероприятия.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие ФЭ сопровождают функционирование
электрических, радиоэлектронных устройств и вычислительной техники?
2. Какие технические системы относятся к основным,
а какие — к вспомогательным?
3. Какие структурные элементы средств ВТ
характеризуются наибольшими уровнями электромагнитного излучения?
4. Почему транзисторы и другие полупроводниковые
элементы относят к нелинейным элементам?
5. Какие структурные элементы монитора создают
высокий уровень электромагнитного излучения?
6. Какие ФЭ обусловливают утечку информации из
проводов и кабелей?
7. Сущность паразитной связи через емкость.
8. Сущность паразитной связи через индуктивность.
9. Сущность паразитной связи через электрическую
цепь-посредник.
10. Покажите схему паразитных наводок в электрической
цепи.
11. Какие меры могут быть приняты для устранения или
уменьшения паразитных наводок?
12. Какие ФЭ обеспечивают образование канала
случайных антенн?
13. Перечислите методы пассивной защиты от ПЭМИН.
14. В чем состоит физическая сущность экранирования?
15. Каковы перспективные направления в экранировании
помещений?
16. Каковы основные виды экранирования?
17. Основные требования к материалам, используемым
при экранировании.
18. Основные требования, предъявляемые к заземлению.
19. Дайте характеристику основных методов активной
защиты.
20. Какие ФЭ проявляются при электромагнитном зашум-
лении?
ГЛАВА 9
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ
КОМПЛЕКСНЫХ КАНАЛОВ
УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ
Физическая природа передачи и распространения
информационных сигналов, как показано выше, потенциально
позволяет создавать различные способы их перехвата.
Учитывая растущий уровень грамотности
обслуживающего технические средства обработки информации
персонала, принимаемые технические и организационные меры по
защите информации, возрастают трудности в решении задачи
перехвата интересующей информации.
В этих условиях стремятся создавать комплексные
каналы утечки информации, которые позволяют объединять
возможности разных каналов с целью получения более полной
информации. Их создание обусловлено также
необходимостью повышения .точности и достоверности информации,
уменьшения влияния состояния окружающей среды,
временных факторов по сбору информации и др.
Структурные схемы образования комплексных каналов
утечки информации характеризуются большим
разнообразием. Рассмотрим некоторые их них.
На рис. 9.1 показана схема использования параллельных
каналов утечки информации. Каналы могут создаваться на
Источник
информации
1 -й канал
2-й канал
n-й канал
—
Информационно-
аналитическая
обработка
Информация
Рис. 9.1. Структурная схема комплексного канала утечки
информации на основе использования
параллельных каналов
7. Заказ Ne 1320.
193
различных стадиях жизненного цикла источника информации
или с учетом его взаимосвязи с различными компонентами
окружающей среды.
На рис. 9.2 показана схема использования нескольких
источников информации. В этом случае каналы утечки
информации могут создаваться за счет использования различного
основного оборудования, связанного с обработкой
информации, за счет различных компонентов окружающей среды,
имеющих доступ к охраняемой информации, в том числе и на
различных стадиях жизненного цикла источника информации.
1-й источник
информации
2-й источник
информации
n-й источник
информации
канал
канал
канал
Информационно-
аналитическая
обработка
Информация
Рис. 9.2. Структурная схема комплексного канала утечки
информации на основе использования
нескольких источников информации
На рис. 9.3 приведена схема комбинированного
использования каналов утечки информации. Такая структура
комплексного канала утечки информации существенно расширяет его
возможности.
Комплексные каналы утечки информации могут создаваться
на основе использования различных физических сред, в которых
осуществляется передача или распространение информации.
194
1-й источник
информации
2-й источник
информации
n-й источник
информации
1 -и канал
2-й канал
канал
канал
—'
Информационно-
аналитическая
обработка
Информация
Рис. 9.3. Структурная схема комплексного канала утечки
информации на основе комбинированного
использования нескольких каналов
и источников информации
На рис. 9.4 приведена схема использования одной среды
для передачи сигналов различной физической природы. Здесь
акустический сигнал принимается микрофоном,
преобразуется, а затем передается по радиоканалу. Для передачи
акустического сигнала и радиосигнала используется воздушная
среда. Но ФЭ проявляются в этом случае разные.
Источник-
информации
акустический
канал
воздушная
среда
преобразователь
канал передачи
радиоканал
воздушная
среда
Приемник
информации
Рис. 9.4. Структурная схема комплексного канала утечки
информации с использованием одной
физической среды для передачи сигнала
195
с о.
If
акустичс- /
с кий канал 1
воздушная
среда
А ] аклстиче- [ А
W /скмй кана.1 \ \1
твердая
среда
канал передачи
\ радио-
] канал
возд\;шная
среда
^ i
Ирис
шк|)ор
Рис. 9.5. Структурная схема комплексного канала утечки
информации с использованием двух
. физических сред для передачи сигнала
На рис. 9.5 показана схема использования двух различных
сред для передачи сигналов различной физической природы.
Здесь вначале акустический сигнал с помощью стетоскопа
преобразуется в виброакустический сигнал, который
передается по элементам строительных конструкций здания. Затем
он преобразуется в радиосигнал и передается по воздушной
среде.
Значимость того или иного канала утечки информации
зависит от возможностей его организации, огранчений на
использование технических средств, ограничений на время
решения задачи добывания информации и др.
Уязвимость комплексного канала утечки информации
будет зависеть от выбранной его структурной схемы: при
параллельном использовании каналов она будет минимальной, при
последовательном — будет зависеть от возможного
нарушения функционирования любой составной части канала.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основное внимание при разработке учебного пособия
было обращено на то, чтобы дать студентам представление
о принципах системного подхода при решении задачи
обеспечения информационной безопасности. Показано, что на
любой стадии жизненного цикла источника информации могут
быть реализованы различные каналы утечки информации.
Эти возможности связаны с многообразием ФЭ, которые на
данных стадиях могут проявиться.
Рассмотрены физические основы технических средств
нарушения информационной безопасности, средств
противодействия и контроля состояния систем защиты
информации. Знание закономерностей проявления и технической
реализации ФЭ будет способствовать эффективному
проведению анализа возможности создания каналов утечки
информации, анализа технических средств передачи и
приема защищаемой информации и технических средств
обеспечения информационной безопасности. Показано, что ТС не
только совокупность взаимосвязанных структурных
элементов, а совокупность взаимосвязанных ФЭ, проявляющихся
при взаимодействии с объектами окружающей среды.
Перспективными направлениями в развитии данного
подхода являются формализация решения задач физического анализа
технических средств обеспечения информационной
безопасности и разработка базы данных по ФЭ и программных средств
по ее использованию.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИМЕРЫ ОПИСАНИЯ
ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ
Тензорезистивный эффект
Тензорезистивный эффект — изменение электрического
сопротивления твердого проводника (металл, полупроводник)
в результате действия нагрузки, создающей деформацию.
Эффект объясняется изменением межатомных расстояний при
деформации, что влечет за собой изменение структуры
энергетических зон в кристалле. Последнее обусловливает
изменение концентрации носителей тока, их эффективной массы,
перераспределение их между энергетическими максимумами
в зоне проводимости и минимумами в валентной зоне. Кроме
того, деформация влияет на процессы рассеяния носителей
(появление новых дефектов, изменение их фонового спектра).
Сила (изменяющаяся)
ЭП
Константан
Нихром
Германий
Кремний
Платина
ЭП
изменяющееся
Рис. 171. Схема тензорезистивного эффекта
Рис. 172. Спираль из
проволоки
Величиной, численно
характеризующей тензорезистивный эффект, является
тензочувствительность, которая
представляет собой отношение
относительного изменения удельного сопротивления
р. к относительной деформации / в
данном направлении:
198
Тензочувствительность полупроводников в десятки раз
превосходит тензочувствительность металлов. В
полупроводниках величина т зависит от кристаллографического
направления, удельного сопротивления и типа электропроводности:
в полупроводниках п-го типа тензочувствительность
отрицательная, а в полупроводниках р-го типа — положительная.
Проявление тензорезистивного эффекта существенно
зависит от вида деформации и температуры. При деформации
всестороннего сжатия симметрия кристалла не меняется.
Мало меняется также подвижность носителей заряда, поэтому
эффект проявляется слабо.
Температурная зависимость тензорезистивного эффекта
объясняется влиянием температуры на сопротивление
материала. Для уменьшения этого влияния приборы, работающие
на тензорезистивном эффекте, обычно изготавливают из
примесных полупроводников.
ФЭ проявляется на телах
различной геометрической
формы. В технике обычно
используется тензочувствительный
проводник, прикрепленный к
механически нагружаемой детали
(рис. П2, ПЗ). Электрическое
поле прикладывается к концам
проводника, а нагрузка,
деформирующая деталь, деформирует
и проводник.
В табл. П1 приведена тензочувствительность некоторых
материалов.
Тензорезистивный эффект используется для измерения
деформации давления, силы, смещения, ускорения в качестве
микрофонов и т. д. На этом эффекте основана работа тензодатчиков.
Тензорсзистор из монокристалла полупроводника (рис. П4)
представляет собой стержень с металлическими лепестками,
Рис. ПЗ. Пленка из фольги
199
Таблица 111
Тензочувствительность некоторых материалов
Материал
Константан
Нихром
Платина
Германий
Кремний
Состав
60% Си, 40% Ni
80% Ni, 20% Cr
100% Pt
n-го типа
р-го типа
n-го типа
Тензочув-
ствшпель-
ность
2
2,1-2,3
4,1-6,1
100
135
133
Удельное
электросопротивление
104, Ом-м
0,44-0,52
1,0-1,1
0,09-0,11
80
2
35
Рабочая
температура, К
673
1273
1573
—
353
353
0,15
0.35±0,01
•о
s.
Рис. П4. Тензорезистор
присоединенными к его концам. Лепестки создают
электрический контакт со стержнем и используются для
присоединения тензорезистора к образцу.
Действие датчика силы стержневого типа (рис. П5)
основано на изменении омического сопротивления наклеенных тензо-
элементов при деформации упругого элемента под действием
измеряемой силы. Сила воспринимается полым стальным
стержнем / со сферической опорой, на которой наклеены восемь
тензоэлементов. Тензоэлементы 2 являются рабочими, тензо-
элементы 3, наклеенные перпендикулярно к направлению
действия силы, необходимы для температурной компенсации.
Тензоэлементы включены в две независимые мостовые схемы.
200
А-А
А
Рис. П5. Датчик силы стержневого типа
Катетер для измерения давления крови (рис. П6)
конструктивно выполнен таким, что может находиться внутри
кровеносных сосудов или сердца. Давление в инструменте
прикладывается через диафрагму 9 к консольно закрепленному
полупроводниковому тензодатчику 3, фиксирующему
изменение удельного сопротивления.
Дополнительные сведения о физической сущности
эффекта и его применении могут быть получены из литературы,
на которую делаются ссылки.
5 4 9 3
Рис. Пб. Катетер для измерения давления крови:
/ — катерер:
2 — металлическая цилиндрическая ячейка;
3 —- кремниевые тензодатчики;
4 — изолирующий клей;
5 — металлизированная прослойка;
6 — пробка из пластмассы;
7 — электроды;
8 — токоведущие проводники;
9 — Диафрагма
201
Фотоупругий эффект
Фотоупругость — возникновение оптической
анизотропии в первоначально изотропных средах под действием
механических напряжений.
Сила
Световое поле
(нсполяризованмое)
Стекло
Прозрачные пластмассы
Прозрачные резины
Прозрачные металлы
Жидкости
Жидкие кристаллы
Свстовоедоле
(поляризованное)
Рис. П7. Схема фотоупругого эффекта
Фотоупругость является следствием зависимости
диэлектрической проницаемости вещества от деформации и
проявляется в виде двойного лучепреломления (раздвоение светового
луча; рис. П8) и дихроизма (появление окраски анизотропного
поля в белом свете), возникающих под действием
механических нагрузок. Показатели преломления п0 (обыкновенного) и
пс (необыкновенного) луча вдоль направления MN и
перпендикулярно к нему максимально отличаются друг от друга.
Разность n-r\j являющаяся мерой анизотропии, пропорциональна
величине напряжения:
Л/7 = kF,
где
An — величина двойного лучепреломления;
F— сила;
к — упругооптическая постоянная, зависящая от свойств
материала; для стекол к- 10м • 10"12 м2/Н.
Фотоупругость обусловлена деформацией электронных
оболочек атомов и молекул и ориентацией оптически
анизотропных молекул либо их частей, а в полимерах —
раскручиванием и ориентацией полимерных цепей.
202
м
\£
Необыкновенный луч
Обыкновенный луч
N I
Рис. 178. Двойное лучепреломление светового луча
под действием механической нагрузки
Необходимыми условиями проявления фотоупругости
в твердых телах являются прозрачность тела, его
освещенность и приложение к нему механических нагрузок.
Жидкости могут обнаруживать оптическую
анизотропию, если в них присутствуют молекулы определенных видов,
в частности длинные цепочечные молекулы. Эти молекулы
стремятся расположиться так, чтобы их оси имели одинаковое
направление. В неподвижных жидкостях этому препятствует
беспорядочное тепловое движение молекул. Несмотря на это,
в жидкостях могут образовываться некоторые области,
обладающие кристаллическими свойствами. Такие области
обычно неустойчивы, за исключением случаев, когда жидкость
образует тонкий слой, толщина которого соизмерима с
длиной цепочки. В таких тонких пленках могут возникать
стабильные жидкие кристаллы.
Анизотропия обнаруживается также во всем объеме
жидкости при ее ламинарном течении. Если соседние слои
жидкости имеют разные скорости, то длинные цепочечные
молекулы стремятся ориентироваться перпендикулярно к градиенту
скорости, что приводит к появлению анизотропии.
Эффект фотоупругости проявляется на телах любой
формы (рис. П9-П12). Геометрическая характеристика простран-
203
ства приложения воздействия — поверхность тела, а
результата воздействия — объем тела, поверхности тела.
Оптико-механические характеристики некоторых материалов
приведены в табл. П2.
Световое
излучение
Световое
излучение
Рис. П9. Куб
Световое излучение
Рис. П10. Кольцо
Световое излучение
шлш
Рис. ПП. Лента
L
Рис. П12. Параллелепипед
Явление фотоупругости можно использовать для
исследования потока жидкости при наличии на его пути
препятствий. Измерения двойного лучепреломления позволяют
определить направление и величину градиента скорости в
любой точке. Области турбулентности характеризуются
отсутствием двойного луча преломления.
Регистрация искусственной анизотропии является
чувствительным методом наблюдения напряжений,
возникающих в прозрачных телах, например в стеклянных изделиях,
охлаждение которых проводилось недостаточно медленно.
При необходимости исследования непрозрачных тел
применяют метод изучения напряжений на прозрачных моделях или
204
метод фотоупругих покрытий на поверхности исследуемого
элемента. Модель подвергают соответствующей нагрузке и по
картине между скрещенными поляризаторами изучают
возникающие напряжения, их распределение и т. д. -
Таблица П2
Оптико-механические характеристики материалов
Материал
Стекло
Целлулоид
Плексиглас
Полихлорстирол
Полиэфирные смолы:
Фостсрит
МИХМ—ИМАШ
Прозрачные резины
Глифталевые смолы:
BT6I-893 45,5
«Глифтамал»
Прозрачные металлы
(хлористое серебро)
Стеклообразное
состояние
M-IH
2-3
8-14
5
25
—
—
—
45,5
37-42
—
£10-2,
МПа
600
14-27
32
31
—
—
—
40
45-46
—
Высокоэластичное
состояние
Со\0-Г>
м21Н
—
— ■
—
2000
700
1500
2350
1000
975-1000
2350
£10-2,
Па
—
—
—
10-160
80-200
50
40
70-80
80
40
При исследовании линейных упругих задач на
прозрачных моделях необходимо использовать достаточно жесткие
материалы, чтобы исключить искажение формы модели
под нагрузкой. При исследовании методом фотоупругих
покрытий жесткость оптически чувствительных
материалов должна быть достаточно малой, чтобы покрытие не
оказывало влияния на работу исследуемой конструкции.
Для оценки жесткости и оптической чувствительности
материала используется коэффициент качества Кг, который
205
характеризует оптическую чувствительность материалов
по деформациям:
Кг = ЕСо,
где
Е — модуль упругости;
Со — оптический коэффициент напряжений, или
фотоупругая постоянная.
Из фотоупругих материалов изготовляют датчики,
используемые для измерения деформаций конструкций.
Датчик может быть выполнен в виде полоски с
постоянным или переменным сечением (рис. П13) или в виде круглой
пластины с центральным отверстием. Наружный диаметр
кольца в 4-5 раз превышает диаметр внутреннего отверстия.
Такие датчики наклеивают на конструкцию только концами, а
кольцевые — вдоль наружного контура. Оптическая разность
хода в таком датчике зависит только от взаимного смещения
его концов, поэтому он называется фотоупругим датчиком
перемещений.
Рис. П13. Фотоупругий датчик перемещения
Датчики деформаций приклеивают к исследуемой
конструкции всей нижней поверхностью. Датчики предназначены
для измерения в зонах высоких градиентов деформаций.
Выполняют их также в виде узких полосок, квадратных или
круглых пластин. Оптическая разность хода в них измеряется либо
при просвечивании с отражением от исследуемой
поверхности, либо при просвечивании вдоль исследуемой поверхности
(рис. П14).
206
г;
v/шж
Рис. П14. Датчик деформаций:
1 — фотоупругий датчик;
2 — отражающее зеркало;
3 — поляроидная
Дополнительные сведения о физической сущности
эффекта и его применении могут быть получены из литературы,
на которую делаются ссылки.
Память формы
Тепловое поле
Никелил титана
Кадмия золота
Алюминиевая бронза
Сплав
Сплав
и др. деформированные
при низкой температуре
сплавы с термоупругим
мартенситом
Силовое поле
Перемещение
(восстановление
формы)
Рис. 1715. Схема ФЭ памяти формы
Память формы — это восстановление исходной формы
после деформирования. Эффект наблюдается как в
изотермических условиях, так и при изменении температуры (нагреве и
охлаждении).
Под эффектом памяти формы в широком смысле
понимают ряд эффектов, связанных с явлением обратимости больших
неупругих деформаций. Это явление наблюдается у сплавов
с необычными структурными перестройками материала
—термоупругими мартенситными превращениями и упругим двой-
никованием.
Мартенситное превращение — бездиффузионное
перемещение атомов исходной (высокотемпературной) фазы в поло-
207
жение, соответствующее кристаллической решетке другой
(низкотемпературной) фазы, более устойчивой в новых
термодинамических условиях. Перемещение носит сдвиговой
характер с сохранением когерентности решеток на границе
растущего мартенситного кристалла.
Рост кристалла новой фазы в некоторых сплавах
продолжается до наступления термоупругого равновесия между мар-
тенситной и исходной фазами. Такая структура материала,
содержащая одновременно исходную и мартенситную фазы,
находящиеся в условиях термоупругого равновесия,
называется структурой термоупругого мартенсита. Доля исходной и
мартенситной фаз зависит от конкретных термомеханических
условий и может меняться при изменении механической
нагрузки и температуры. Деформация такой мартенситной
структуры оказывается для некоторых сплавов практически
полностью обратимой. При этом обратимая деформация в
рекордных случаях достигает 30%, в то время как
восстановление формы при упругой деформации традиционных
материалов не превышает десятых долей процента.
Использование явления обратимости больших неупругих
деформаций позволяет реализовать более 10 различных
эффектов, наиболее известным из которых является собственно
эффект памяти формы (рис. П16).
Эффект характеризуется коэффициентом возврата
заданной формы
K=eje ,
ф пф пр'
где
е — восстанавливаемая деформация;
епр — предварительная деформация.
Эффект реализуется в диапазоне температур фазового
превращения:
Мн, Мк — соответственно температура начала и конца
прямого мартенситного превращения, Ан, Ак — температура
208
1 — е1ф при Т < Мк.
2 — Е1ф при Т < АК
Рис. 77/6. Схема деформации:
1 — ФЭ при нагреве;
2 — ФЭ при охлаждении
начала и конца обратного мартенситного превращения для
данного материала.
Другие эффекты, входящие в широкое понятие памяти
формы, удобно классифицировать по деформационным [е =
= f(a, T)], силовым [a = f(£, Т)] и температурным [Т = f(£, a)]
группам.
Взаимосвязь эффектов памяти формы и генерации
напряжений показана на рис. П17. Эффект генерации напряжений
обычно сопутствует реализации эффекта памяти формы. Он
заключается в создании механического явления на
препятствие, затрудняющее восстановление формы
деформированного материала. Возникающее реактивное напряжение ar
может быть значительным. При ar> 0 ат происходит
самодеформирование материала. Максимальное реактивное
напряжение, развиваемое при жестком противодействии возврату
формы (рис. П18):
где
ar — реактивное механическое напряжение;
209
gt — предел текучести высокотемпературной фазы
материала (обычный предел текучести);
аг — коэффициент деформационного упрочнения
высокотемпературной фазы материала;
do
— — термоупругая деформация мартенситнои фазы
материала;
ем — термоупругая деформация.
Рис. П17. Связь деформационных и силовых эффектов:
1 — эффект памяти формы;
2 — эффект генерации напряжений;
3 — деформирование мартенсита;
4 — деформирование аустенита
Совместная реализация эффектов памяти формы и
генерации напряжений позволяет осуществлять прямое
преобразование теплоты в механическую работу.
Эффект реализуется при прохождении температуры
материала через интервал температур мартенситного превращения
210
1 у'
■/
и
1
1
Is
1/
2 ^ ^
_ ^^ ^^
1
1
s 1
1
1
1
1
1
1
1
1
►
Рис. 1718. Схема генерации напряжений:
1 — деформация аустснита;
2 — деформация мартенсита
для данного сплава. Реализация ФЭ при нагреве более
эффективна, чем при охлаждении. В табл. ПЗ представлены
характеристики материалов, обладающих памятью формы.
Химический состав материала влияет на температуру превращений.
Так, отклонение состава сплава TiNi от эквиатомного на 0,2%
может сместить температуру превращения на 20-40 К.
Максимальные реактивные напряжения не должны
превышать предела текучести, чтобы избежать потерь на
самодеформирование сплава. Кривая возврата 1 (рис. П19) позволяет
получить максимальную работоспособность сплава
(заштрихованная площадь).
Рекомендуемые диапазоны работоспособности
элементов, использующих эффект памяти формы: силовые элементы
перемещения Мк < Т аб < Ак; силовые конструкционные эле-
211
Таблица ПЗ
Характеристики материалов,
обладающих памятью формы
Соединение или сплав
TiNi
AuCd
Си—Ai—Ni
In—Tl + 20% Tl
AgCd + 45%Cd
NiAl (сплав с 36,8% AI)
Co—Ni (25% Ni, 19% Ni, 30% Ni)
Mn—Си (90% Mn)
Fe—Ni (29% Ni)
Fe—Mn (24% Mn)
Си—AI (25% AI)
Сталь 12Х18Н10Т
Температура преобразования
структуры, К
77-393
333-353
403
373
203
553
563-573
373-543
773
573
623-723
373
a i ^
Рис. П19. Кривая максимальноГ! работы сплава
212
менты Ак < Траб < Тп; условия хранения в деформированном
состоянии в режиме готовности к работе Тх ан < Ам, где Мк —
температура конца мартенситного превращения; Ак—
температура конца обратного мартенситного превращения; Т аб —
температура работы элемента; Тх аи — температура хранения;
Тп — температура начала ползучести. ФЭ применяется в
двигателях для преобразования низкотемпературной теплоты
в механическую работу, в самосрабатывающих при
достижении определенной температуры приводах, захватах, в
исполнительных механизмах, системах управления.
ФЭ использованы в пылезащитной крышке (рис. П20),
крепеже (рис. П21).
Рис. П20. Крышка пылевой защиты:
а — исходное положение;
б — после срабатывания
Т<АН
а)
Рис. П21. Заклепка:
а — исходное положение;
б — после нагрева
213
В авиации, космонавтике, кораблестроении используется
эффект памяти формы для создания термомеханических
соединений (рис. П22). Втулка из низкотемпературного
запоминающего сплава, внутренний диаметр которой примерно на
4% меньше наружного диаметра соединенных трубок (поз. 1),
помещается в жидкий азот (77 К) и деформируется дорнова-
нием так, что ее внутренний диаметр становится примерно на
4% больше наружного диаметра трубок (поз. 2). Концы
соединяемых трубок вводятся внутрь охлажденной втулки, которая,
отогреваясь до комнатной температуры, восстанавливает
исходную форму и сжимает концы трубок, обеспечивая прочное
герметичное соединение (поз. 3).
1 2
Рис. П22. Схема несварного соединения
Дополнительные сведения о физической сущности
эффекта и его применении могут быть получены из литературы,
на которую делаются ссылки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимов В. И., Семенов И. С. Методы и средства
защиты информации от утечки по каналам ПЭМИН // Системы
безопасности, связи и телекоммуникаций. — 1999. — № 28.
Сентябрь-октябрь. — С. 24-28.
2. Андрианов В. И., Соколов А. В. Устройства для защиты
объектов и информации. — М.: Советское радио, 2000.
3. Барсуков В. С Безопасность: технологии, средства,
услуги. — М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2001.
4. Волгин М. Л. Паразитные связи и наводки. — М.:
Советское радио, 1965.
5. Гавриш В. Практическое пособие по защите
коммерческой тайны. — Симферополь: Таврида, 1994.
6. Герасименко В. А., Малюк А. А. Основы защиты
информации: Учебник. — М.: МГИФИ (Технический
университет), 1997.
7. Системотехника. Введение в проектирование
больших систем / Пер. с англ. — М.: Советское радио, 1962.
8. Зарипов М. Ф., Никонов А. И., Петрова И. Ю.
Элементы теории информационных моделей преобразователей с
распределенными параметрами. — Уфа: БФАН СССР, 1983.
9. Иванов В. П., Сак В. В. Маскировка информационных
излучений средств вычислительной техники // Конфидент. —
1998.—№ 1. —С. 67-71.
10. Информация и безопасность. Материалы
Межрегиональной научно-практической конференции. — Воронеж:
Воронежский ГТУ, 2002.
11. Кордунов О. В. Решение проблемы утечки
информации по техническим каналам в современных условиях //
Безопасность информационных технологий. — 2000. —
№ 1. —С. 81-85.
12. Лагутин В. С, Петраков А. В. Утечка и защита
информации в телефонных каналах. — М.: Энергоатомиздат, 1996.
215
13. Лупегов А. Н., Рыжов А. Л. Технические средства и
способы добывания и защиты информации. — М.: ВНИИ
«Стандарт», 1993.
14. Лысое А. В., Остапенко А. Н. Телефон и безопасность
(проблемы защиты информации в телефонных сетях). —
СПб.: «Лаборатория ППШ», 1995.
15. Материалы Второй межведомственной конференции
«Научно-техническое обеспечение деятельности спецслужб». —
М., 1998. 4-6 февраля 1998 г.
16. Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее
развития. — Л.: Лениздат, 1970.
17. Меньшаков Ю. К. Защита объектов и информации от
технических средств разведки. — М.: Российский
государственный гуманитарный университет, 2002.
18. Организация и современные методы защиты
информации / Под общ. ред. С. А. Диева, А. Г. Шаваева. — М.:
Концерн «Банковский деловой центр», 1988.
19. ПарфйеновВ. И. Защита информации. Термины и
определения // Вопросы защиты информации. — 1996. — № 3. —
С. 12-21.
20. Петраков А. В. Защита и охрана личности,
собственности, информации. — М.: Радио и связь, 1997.
21. Петраков А. В. Основы практической защиты
информации. — М.: Радио и связь, 1999.
22. Петраков А. В., Дорошенко П. С, СавлуковН. В.
Охрана и защита современного предприятия. — М.: Энергоатомиз-
дат, 1999.
23. Поспелов Г. С, ИриковВ. А. Программно-целевое
планирование и управление. — М.: Советское радио, 1976.
24. Проблемы информационной безопасности в системе
высшей школы: Сборник научных трудов IX Всеросийской
научно-практической конференции. Москва: МИФИ, 2002.
25. Семенов В. Г. Новые возможности электромагнитного
экранирования помещений // Безопасность информационных
технологий. — 2001. — № 1. — С. 46-52.
216
26. Системы информационной безопасности: Тезисы
доклада Второй Всероссийской конференции «Информационные
технологии в России». 26-28 сентября 2001 г. Москва: ВВЦ, 2001.
27. Соболев А. Н. Об одном методологическом подходе
использования базы данных по физическим эффектам для
синтеза технических решений // Вестник Верхне-Волжского
отделения Академии технологических наук РФ. Серия
«Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и
связи». — 1999. — № 1(6). — С. 62-68.
28. Соболев А. Н. О некоторых закономерностях в системе
физических эффектов и их использование при формировании
банка данных по физическим эффектам // Вестник Верхне-
Волжского отделения Академии технологических наук РФ.
Серия «Высокие технологии в радиоэлектронике». — 1996. —
№ 1. —С. 157-162.
29. Соболев А. Н. Физические эффекты: Научное
издание. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001.
30. Соколов А. В., СтепанюкО. М. Методы
информационной защиты объектов и компьютерных сетей. — М.:
Советское радио, 2000.
31. Специальная техника защиты и контроля
информации: Каталог. — М.: Фирма «Маском», 1997.
32. Специальная техника и информационная
безопасность / Под ред. В. И. Кирина. — М.: Академия управления
МВД России, 2000.
33. Торокин А. А. Основы инженерно-технической
защиты информации. — М.: Ось-89, 1998.
34. Физические эффекты в нанотехнологиях // А. Н.
Соболев, В. И. Галочкин, Г. Н. Аврамчик, Н. П. Бурмистрова. —
Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000.
35. ХасановП. Ф. и др. Графовые модели физических
явлений, эффектов и законов // Известия АН УзСССР. Серия
«Физико-математические науки».— 1977. — №5. — С. 75-81.
36. Холл А. Опыт методологии для системотехники / Пер.
с англ. — М.: Советское радио, 1975.
217
37. Хорее А. А. Защита информации от утечки по
техническим каналам. Ч. 1. Технические каналы утечки
информации: Учебное пособие. — М.: Гостехкомиссия России, 1998.
38. Хорее А. А. Классификация и характеристика
технических каналов утечки информации, обрабатываемой ТСПИ и
передаваемой по каналам связи // Специальная техника. —
1998. — № 2. Май-июнь. — С. 41-46.
39. Хорее А. А. Технические каналы утечки акустической
(речевой) информации // Специальная техника. — 1999. —
№ 1. Март-апрель. — С. 48-55.
40. Хорее А. А. Технические средства и способы
промышленного шпионажа. —М.: ЗАО Дальснаб, 1997.
41. Чумаченко Б., Лаеров К. Нанотехнологии —
ключевой приоритет обозримого будущего // Проблемы теории и
практики управления. — 2000. — № 5.
42. «Шпионские штучки» и устройства для защиты
объектов и информации: Справочное пособие. — СПб.: Лань, 1996.
43. Ярочкин В. И. Безопасность информационных
систем. — М.: Ось-89, 1996.
44. ЯрочкинВ. И. Информационная безопасность: Учебное
пособие. — М.: Международные отношения; Летописец, 2000.
45. Ярочкин В. И. Система безопасности фирмы. — М.:
Ось-89, 1997.
46. Ярочкин В. И. Технические каналы утечки
информации: Учебное пособие. — М.: ИПКИР, 1994.
47. Ardenne M., Musiol G., Reball S. Effekte der Physik. —
Berlin: Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1988.
48. Koller R. Konstruktions-methode fur den Maschinen-,
Gerate- und Apparatenban. — Berlin; Heidelberg; New York:
Springer-Verlag, 1976.
49. Presse G. Aufbau und Anwendung eines Katalogs physika-
lischer EfTekte. — Maschinenbautechnik 26 (1977) 7. S. 330-333.
50. Schubert Y. Physikalische Effekte: Anwendung, Beschei-
bungen, Tabellen. — Weinheim: Physik-Verlag, 1982.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Принятые сокращения 5
Глава 1
Системный подход как основа создания эффективной
инженерно-технической защиты информации 6
1.1. Сущность системного подхода при решении задач
инженерно-технической защиты информации 6
1.2. Стадии жизненного цикла источника информации 7
1.3. Взаимосвязь источника информации
с компонентами окружающей среды 11
1.4. Физические основы образования каналов утечки
информации 13
Вопросы для самопроверки 18
Глава 2
Физические основы технических систем 19
2.1. Использование физических эффектов
в технических системах 19
2.2. Закономерности проявления физических эффектов 23
2.2.1. Стадии проявления физических эффектов 23
2.2.2. Закономерности приложения воздействий 25
2.2.3. Закономерности проявления результатов
воздействий ." 27
2.2.4. Закономерности проявления физических эффектов
на одном физическом объекте 32
2.2.5. Группы физических эффектов 33
2.3. Закономерности технической реализации
физических эффектов 40
2.3.1. Конструктивно-технологические закономерности 40
2.3.2. Закономерности реализаций функций
технических систем 43
2.3.3. Закономерности взаимосвязи физических
эффектов 46
219
2.3.4. Взаимосвязь между параметрами технической
системы и параметрами физического эффекта 49
2.3.5. Уменьшение числа и значений параметров
побочных результатов воздействий 50
2.3.6. Уменьшение влияния окружающей среды
на техническую реализацию физических эффектов
и условия их проявления 51
2.4. Некоторые особенности построения
физических схем 52
2.5. Место физических схем 56
2.6. База данных по физическим эффектам 58
Вопросы для самопроверки 64
Глава 3
Технические каналы утечки информации 65
3.1. Классификация технических каналов
утечки информации 65
3.2. Роль физических эффектов в образовании каналов
утечки информации 67
Вопросы для самопроверки 73
Глава 4
Физические основы акустических каналов
утечки информации 74
4.1. Классификация акустических каналов
утечки информации 74
4.2. Прямой акустический канал 76
4.2.1. Используемые технические средства 78
4.2.2. Средства противодействия перехвату
информации по прямому акустическому каналу 81
4.3. Акустовибрационный канал 85
4.3.1. Используемые технические средства 88
4.3.2. Средства противодействия перехвату
информации по акустовибрационному каналу 89
4.4. Акустоэлектрический канал утечки информации 91
4.4.1. Используемые технические средства 93
220
4.4.2. Средства противодействия перехвату
информации по акустоэлектрическому каналу 94
4.5. Акусторадиоэлектронный канал 95
4.5.1. Используемые технические средства 95
4.5.2. Технические средства обнаружения
радиомикрофонов 98
4.5.3. Технические средства подавления
радиомикрофонов 98
4.6. Акустопараметрический канал 99
4.6.1. Используемые технические средства 101
4.6.2. Технические средства обнаружения
утечки информации по параметрическому каналу 102
4.6.3. Технические средства подавления
утечки информации по параметрическому каналу 103
4.7. Акустооптический канал 104
4.7.1. Используемые технические средства 105
4.7.2. Средства противодействия перехвату
информации по акустооптическому каналу 107
4.7.3. Технические средства обнаружения
утечки информации по акустооптическому каналу 108
Вопросы для самопроверки 109
Глава 5
Физические основы электрических каналов
утечки информации ПО
5.1. Классификация электрических каналов утечки
информации 110
5.2. Канал утечки информации по телефонной линии 111
5.2.1. Контактные способы подключения 111
5.2.2. Бесконтактные способы подключения 112
5.2.3. Способы перехвата речевой информации
из телефонной линии 113
5.2.4. Предотвращение утечки информации
по телефонной линии 115
5.2.4. Методы выявления утечки информации
по телефонной линии 121
221
5.3. Канал утечки информации по цепям электропитания .... 122
5.3.1. Предотвращение утечки информации
по цепям электропитания 123
5.3.2. Средства контроля цепей электропитания
для предотвращения утечки информации 124
5.4. Канал утечки информации по цепям
заземления 125
5.4.1. Предотвращение утечки информации
по цепям заземления 125
5.4.2. Средства контроля цепей заземления
для предотвращения утечки информации 125
Вопросы для самопроверки 127
Глава б
Физические основы оптических каналов утечки
информации 128
6.1. Классификация оптических каналов
утечки информации 128
6.2. Визуально-оптический канал 130
6.3. Фототелеканалы 131
6.4. Канал инфракрасного излучения 133
6.5. Волоконно-оптический канал 134
6.6. Системы обнаружения оптических устройств 135
6.7. Средства противодействия утечке
информации по оптическим каналам 137
Вопросы для самопроверки 140
Глава 7
Электромагнитные излучения в образовании каналов
утечки информации 141
7.1. Классификация электромагнитных
каналов утечки информации 141
7.2. Перехват сигналов связных радиостанций 142
7.3. Перехват радиотелефонных сигналов 144
7.4. Радиомаяки 145
7.5. Радиозакладки 146
7.6. Методы и средства предотвращения утечки
информации по радиотехническим каналам 149
7.7. Методы и средства контроля
утечки информации по радиоканалам 152
Вопросы для самопроверки 158
Глава 8
Электромагнитные явления и эффекты в создании
каналов утечки информации 159
8.1. Источники электромагнитных
излучений и наводок 159
8.2. Использование эффектов паразитных связей 167
8.3. Использование эффектов электромагнитных
наводок 170
8.4. Использование эффектов для образования
случайных антенн 172
8.5. Методы защиты информации от утечки через
ПЭМИН 173
8.5.1. Методы пассивной защиты 173
8.5.2. Методы активной защиты 187
8.6. Методы и средства контроля побочных
электромагнитных излучений и наводок ] 89
Вопросы для самопроверки 192
Глава 9
Структурные схемы образования комплексных
каналов утечки информации 193
Заключение 197
Приложение
Примеры описания физических эффектов 198
Тензорезистивный эффект 198
Фотоупругий эффект 202
Список литературы 215
Учебное издание
Соболев Анатолий Николаевич
Кириллов Владимир Михайлович
Физические основы технических средств
обеспечения информационной безопасности
Заведующая редакцией Т. А. Денисова
Корректор Г. И. Синяева
Компьютерная верстка А. А. Чаянова
Издательство «Гелиос АРВ»
Издательская лицензия ЛР № 066255 от 29.12.1998 г.
107140, г. Москва, Верхняя Красносельская ул.. 16.
Тел./факс: (095) 264-44-39, e-mail: info@gelios-arv.ru
Internet: http://www.gelios-arv.ru
Формат 84x108/32. Печать офсетная. 7 п.л.
Тираж 2000 экз. Бумага газетная.
Заказ №1320.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в ОАО "Чебоксарская типография .Ny 1".
428019, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева. 15.
•Учебное пособие
На основе системного подхода
рассмотрен комплекс вопросов,
связанных с обеспечением
информационной безопасности:
стадии жизненного цикла
источника информации и его
связь с компонентами
окружающей среды, физические
основы технических средств
обеспечения информационной
безопасности и их связь
с созданием технических каналов
утечки информации и с задачами
противодействия и контроля
состояния систем
информационной безопасности.