Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время наблюдается резкий рост объемов информации, передаваемой по открытым каналам связи. По обычным телефонным каналам осуществляется взаимодействие между банками, брокерскими конторами и биржами, удаленными филиалами организаций, проводятся торги ценными бумагами. Поэтому все более актуальной становится проблема защиты передаваемой информации. Несмотря на то, что конкретные реализации систем защиты информации могут существенно отличаться друг от друга из-за различия процессов и алгоритмов передачи данных, все они должны обеспечивать решение триединой задачи:

— конфиденциальность информации (доступность ее только для того, кому она предназначена);

— целостность информации (ее достоверность и точность, а также защищенность ее преднамеренных и непреднамеренных искажений);

— готовность информации (в любой момент, когда в ней возникает необходимость).

Основными направлениями решения этих задач являются не криптографическая и криптографическая защита. Не криптографическая защита включает в себя организационно-технические меры по охране объектов, снижению уровня опасных излучений и созданию искусственных помех.

Широко используемые в настоящее время не криптографические способы защиты информации (экранирование, зашумление, маскирование), а также организационные меры по ограничению несанкционированного доступа нарушителей к оборудованию и телекоммуникациям.

1 Актуальность темы

Актуальность темы данного дипломного проекта обусловлена тем, что понимание физических процессов при электростатическом экранировании может способствовать выявлению путей сокращения утечки информации.

2 Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью наших исследований является с помощью программного продукта CST STUDIO SUITE трехмерного электродинамического моделирования смоделировать различные способы электростатического экранирования различных направленных линий передачи высокочастотной энергии.

Основные задачи исследования:

  1. Исследовать способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам путем использования средств электростатического экранирования.
  2. Оценка способов уменьшения электростатического влияния внешних электрических полей на передаваемую информацию.
  3. Выбор оптимального экрана.

3 Обзор электростатического экранирования как метода защиты передаваемой информации по линиям связи

Электромагнитный канал утечки информации, возникающий вследствие побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) технических средств обработки информации (ТСОИ), является одним из наиболее опасных. Побочные электромагнитные излучения технических средств передачи информации (ТСПИ) являются причиной возникновения электромагнитных и параметрических каналов утечки информации, а также могут оказаться причиной возникновения наводки информационных сигналов в посторонних токоведущих линиях и конструкциях. Поэтому снижению уровня побочных электромагнитных излучений уделяется большое внимание. Для снижения уровня ПЭМИ используют методы электростатического, магнитостатического и электромагнитного экранирования [1].

3.1 Электростатическое экранирование

Электростатическое экранирование состоит в шунтировании паразитной емкости (между источником и приемником наводок) на корпус.

Как показано на рисунке 1 — электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана, обладающего высокой электропроводностью, и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в ε раз, где ε — относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана. Для полного устранения влияния электростатического поля используют металлические экраны [1].

На частотах свыше 1 ГГц с увеличением частоты эффективность экранирования снижается.


Рисунок 1 — Пример электростатического экранирования

Основной задачей экранирования электрических полей является снижение емкости связи между экранируемыми элементами конструкции. Следовательно, эффективность экранирования определяется в основном отношением емкостей связи между источником и рецептором наводки до, и после установки заземленного экрана. Поэтому любые действия, приводящие к снижению емкости связи, увеличивают эффективность экранирования.

В диапазонах метровых и более коротких длин волн соединительные проводники длиной в несколько сантиметров могут резко ухудшить эффективность экранирования. На еще более коротких волнах дециметрового и сантиметрового диапазонов соединительные проводники и шины между экранами недопустимы. Для получения высокой эффективности экранирования электрического поля здесь необходимо применять непосредственное сплошное соединение отдельных частей экрана друг с другом [2].

Вместе с тем соединение оболочки провода с корпусом в одной точке не ослабляет в окружающем пространстве магнитное поле, создаваемое протекающим по проводу током. Для экранирования магнитного поля необходимо создать поле такой же величины и обратного направления. С этой целью необходимо весь обратный ток экранируемой цепи направить через экранирующую оплётку провода. Для полного осуществления этого принципа необходимо, чтобы экранирующая оболочка была единственным путём для протекания обратного тока.

Узкие щели и отверстия в металлическом экране, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, практически не ухудшают экранирование электрического поля.

Магнитостатическое экранирование используется при необходимости подавить наводки на низких частотах от 0 до 3–10 кГц. На высоких частотах применяется исключительно электромагнитное экранирование.

3.2 Требования для реализации электрических экранов

Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом [1]:

— конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;

— в области низких частот (при глубине проникновения (s) больше толщины (с1), т. е. при s > с1) эффективность электростатического экранирования практически определяется качеством электрического контакта металлического экрана с корпусом устройства и мало зависит от материала экрана и его толщины;

— в области высоких частот (при с1 < s) эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.

Для уменьшения магнитной и электрической связи между проводами необходимо максимально их разнести и максимально уменьшить длину их параллельного пробега.

3.3 Материалы используемые для экранирования

Выбор материала экрана проводится исходя из обеспечения требуемой эффективности экранирования в заданном диапазоне частот при определённых ограничениях. Эти ограничения связаны с массогабаритными характеристиками экрана, его влиянием на экранируемый объект, с механической прочностью и устойчивостью экрана против коррозии, с технологичностью его конструкции и так далее [1].

Наиболее экономичным способом экранирования информационных линий связи между устройствами ТСОИ считается групповое размещение их информационных кабелей в экранирующий распределительный короб. Когда такого короба не имеется, то приходится экранировать отдельные линии связи.

Для изготовления экранов используются: металлические материалы, материалы-диэлектрики, стёкла с токопроводящим покрытием, специальные металлизированные ткани, токопроводящие краски.

Для изготовления экрана целесообразно использовать следующие материалы [1]:

Экранирующее действие металлического листа существенно зависит от качества соединения экрана с корпусом прибора и частей экрана друг с другом. Особенно важно не иметь соединительных проводов между частями экрана и корпусом.

Обычно для защиты линий связи от наводок, вызванных неэквипотенциальностью точек заземления, линию помещают в экранирующую оплётку или фольгу, заземлённую в одном месте.

3.4 Способы минимизации площади контура параллельного пробега линий связи

Для защиты линии связи от наводок необходимо минимизировать площадь контура, образованного прямым и обратным проводами линии. Если линия представляет собой одиночный провод, а возвратный ток течёт по некоторой заземляющей поверхности, то необходимо максимально приблизить провод к поверхности. Если линия образована двумя проводами, то их необходимо скрутить, образовав бифиляр (витую пару). Линии, выполненные из экранированного провода или коаксиального кабеля, в которых по оплётке протекает возвратный ток, также отвечают требованию минимизации площади контура линии [1].

Наилучшую защиту как от электрического, так и от магнитного полей обеспечивают информационные линии связи типа экранированного бифиляра, трифиляра (трёх скрученных вместе проводов, из которых один используется в качестве электрического экрана), триаксильного кабеля (изолированного коаксиального кабеля, помещённого в электрический экран), экранированного плоского кабеля (плоского много проводного кабеля, покрытого с одной или обеих сторон медной фольгой).

На рисунке 2 приведём несколько схем используемых на частотах порядка 100 кГц, где переходное затухание равно [1]:

Сравнение защищённости различных цепей от влияния внешних магнитных и электрических полей

Рисунок 2 — Сравнение защищённости различных цепей от влияния внешних магнитных и электрических полей

(анимация: 9 кадров, 10 циклов повторения, 80,6 килобайт)

Цепь, показанная на рис. 2 (а), имеет большую площадь петли, образованной прямым проводом и землёй. Эта цепь подвержена прежде всего магнитному влиянию. Экран заземлён на одном конце и не защищает от магнитного влияния. Переходное затухание для этой схемы примем равным 0 дБ для сравнения с затуханием схем на рис. 2 (б–и).

Схема на рис. 2 (б) практически не уменьшает магнитную связь, так как обратный провод заземлён с обоих концов, и в этом смысле она аналогична схеме на рис. 2 (а). Степень улучшения соизмерима с погрешностью расчёта (измерения).

Схема на рис. 2 (в) отличается от схемы на рис. 2 (а) наличием обратного провода — коаксиального экрана, однако экранирование магнитного поля ухудшено, так как цепь заземлена на обоих концах, в результате чего с землёй образуется петля большой площади.

Схема на рис. 2 (г) позволяет существенно повысить защищённость цепи благодаря скрутке проводов. В этом случае (по сравнению со схемой на рис. 2 (б)) петли нет, поскольку правый конец цепи не заземлен.

Дальнейшее повышение защищённости цепи достигается применением схемы на рис. 2 (с), коаксиальная цепь которой обеспечивает лучшее магнитное экранирование, чем скрученная пара на рис. 2 (г).

Площадь петли в схеме на рис. 2 (д) не больше, чем в схеме на рис. 2 (г), так как продольная ось экрана коаксиального кабеля совпадает с его центральным проводом.

Схема на рис. 2 (е) позволяет повысить защищённость цепи благодаря тому, что скрученная пара заземлена лишь на одном конце. Кроме того, в этой схеме используется независимый экран.

Схема на рис. 2 (ж) имеет ту же защищённость, что и схема на рис. 2 (е): эффект тот же, что и при заземлении на обоих концах, поскольку длина цепи и экрана существенно меньше рабочей длины волны.

Причины улучшения защищённости схемы на рис. 2 (з) по сравнению с рис. 2 (ж) объяснить трудно. Возможной причиной может быть уменьшение площади эквивалентной петли.

Более плотная скрутка проводов (схема рис. 2 (и)) позволяет дополнительно уменьшить магнитную связь. Кроме того, при этом уменьшается и электрическая связь (в обоих проводах токи наводятся одинаково).

Высокая эффективность экранирования обеспечивается при использовании витой пары, защищённой экранирующей оболочкой.

На низких частотах приходится использовать более сложные схемы экранирования — коаксиальные кабели с двойной оплёткой.

На более высоких частотах, когда толщина экрана значительно превышает глубину проникновения поля, необходимость в двойном экранировании отпадает. В этом случае внешняя поверхность играет роль электрического экрана, а по внутренней поверхности протекают обратные токи.

Применение экранирующей оболочки существенно увеличивает ёмкость между проводом и корпусом, что в большинстве случаев нежелательно. Экранированные провода более громоздки и неудобны при монтаже, требуют предохранения от случайных соединений с посторонними элементами и конструкциями.

Длина экранированного монтажного провода должна быть меньше четверти длины самой короткой волны передаваемого по проводу спектра сигнала.

3.5 Фольга или оплётка — что выбрать?

Для выбора метода экранирования сравним зависимости коэффициента экранирования фольги и оплетки от частоты (рис. 3) [2].

Коэффициенты экранирования оплетки и фольги

Рисунок 3 — Коэффициенты экранирования оплетки и фольги

На относительно низких частотах до нескольких десятков мега–герц оплетка обеспечивает лучшее экранирование, чем фольга, главным образом за счет своей толщины. Однако затем экранирующие способности оплетки резко падают и становятся почти неприемлемыми еще до 100 МГц [2].

В то же время фольга имеет плоскую АЧХ, сохраняя удовлетворительные экранирующие способности в очень широком диапазоне частот, вплоть до гигагерц.

На практике не редко приходится экранировать целые помещения, сооружения и камеры.

Выводы

В данном реферате мы рассмотрели один из способов защиты линий передачи от ПЭМИ — экранирование. Было установлено, что при качественном экранировании мы получим:

– повышение точности и чистоты передачи сигналов, путём изоляции от помех;

– большую конфиденциальность передачи информации. Если кабель не воспринимает излучения извне вследствие высокой экранировки, следовательно, он и не излучает.

Подводя итог, можно отметить, что при правильно выполненном экранировании, с соблюдением всех правил, норм и требований, перехват информационных сигналов с технических средств обработки информации становится невозможным.

В настоящее время на кафедре Радиотехники и зашиты информации ведутся работы по совершенствованию способов уменьшения уровня побочных электромагнитных излучений.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам: экранирование [Электронный ресурс]. — Режим доступа: bnti.ru/showart...
  2. Настоящий инженер должен уметь отличать кабель от кабеля [Электронный ресурс]. — Режим доступа: rts.ua/rus...
  3. Электростатическое поле [Электронный ресурс]. — Режим доступа: megabook.ru...
  4. Сапожков М. А. Защита трактов радио и проводной связи от помех и шумов. — М.: Связьиздат. 1959 г. 254 с.
  5. ГОСТ 21655–87. Каналы и тракты магистральной первичной сети Единой автоматизированной системы связи. Электрические параметры и методы измерений.
  6. Спесивцев A. B. и др. Защита информации в персональных ЭВМ. — М.: Радиосвязь, 1992 г., 378 с.
  7. Найтли Ф, Ким Филби. Cупершпион КГБ. — М.:Республика Беларусь, 1992 г., 127 с.