ДонНТУ   Портал магістрів

Грабовський Костянтин Анатолійович

Факультет пожежної безпеки, радіотехніки та захисту інформації

Кафедра радіотехніки та захисту інформації

Спеціальність Захист інформації технічними засобами та автоматизація її обробки

Дослідження способів електростатичного екранування ліній передачі інформації в захищених системах зв'язку

Науковий керівник: к. т. н., доцент, Пасльон Володимир Володимирович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1 Актуальність теми
• 2 Мета і завдання дослідження, плановані результати
• 3 Огляд електростатичного екранування як методу захисту переданої інформації по лініях зв'язку
• 3.1 Електростатичне екранування
• 3.2 Вимоги для реалізації електричних екранів
• 3.3 Матеріали використовувані для екранування
• 3.4 Способи мінімізації площі контуру паралельного пробігу ліній зв'язку
• 3.5 Фольга або обплетення — що вибрати?
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

На даний час спостерігається різке зростання обсягів інформації, що передається відкритими каналами зв'язку. Звичайними телефонними каналами здійснюється взаємодія між банками, брокерськими конторами і біржами, віддаленими філіями організацій, а також проводяться торги цінними паперами. Тому все більш актуальною стає проблема захисту інформації, що передається. Незважаючи на те, що конкретні реалізації систем захисту інформації можуть істотно відрізнятися один від одного через відмінності процесів і алгоритмів передачі даних, усі вони повинні забезпечувати рішення триєдиного завдання:

- конфіденційність інформації (доступність її тільки для того, кому вона призначена);

- цілісність інформації (її достовірність і точність, а також захищеність її від навмисних і ненавмисних спотворень);

- готовність інформації (в будь-який момент, коли в ній виникає необхідність).

Основними напрямками вирішення цих завдань є криптографічний та некриптографічний захист. Некриптографічний захист включає в себе організаційно-технічні заходи з охорони об'єктів, зниження рівня небезпечних випромінювань і створення штучних перешкод.

Широко використовуються на даний час не криптографічні способи захисту інформації (екранування, зашумлення, маскування), а також організаційні заходи щодо обмеження несанкціонованого доступу порушників до обладнання і телекомунікацій.

1 Актуальність теми

Актуальність теми даного дипломного проекту обумовлена тим, що розуміння фізичних процесів при електростатичному екрануванні може сприяти виявленню шляхів скорочення витоку інформації.

2 Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою наших досліджень є за допомогою програмного продукту CST STUDIO SUITE тривимірного електродинамічного моделювання змоделювати різні способи електростатичного екранування різних спрямованих ліній передачі високочастотної енергії.

Основні завдання дослідження:

1. Дослідити способи захисту об'єктів інформатизації від витоку інформації технічними каналами шляхом використання засобів електростатичного екранування.
2. Оцінка способів зменшення електростатичного впливу зовнішніх електричних полів на передану інформацію.
3. Вибір оптимального екрану.

3 Огляд електростатичного екранування як методу захисту переданої інформації по лініях зв'язку

Електромагнітний канал витоку інформації, що виникає внаслідок побічних електромагнітних випромінювань (ПЕМВ) технічних засобів обробки інформації (ТЗОІ), є одним з найбільш небезпечних. Побічні електромагнітні випромінювання технічних засобів передачі інформації (ТЗПІ) є причиною виникнення електромагнітних і параметричних каналів витоку інформації, а також можуть виявитися причиною виникнення наведення інформаційних сигналів в сторонніх струмопровідних лініях і конструкціях. Тому зниження рівня побічних електромагнітних випромінювань приділяється велика увага. Для зниження рівня ПЕМІ використовують методи електростатичного, магнітостатичного і електромагнітного екранування [1].

3.1 Електростатичне екранування

Електростатичне екранування полягає в шунтуванні паразитної ємності (між джерелом і приймачем наведень) на корпус.

Як показано на малюнку 1 — електростатичне екранування по суті зводиться до замикання електростатичного поля на поверхню металевого екрану, що має високу електропровідність, і відведення електричних зарядів на землю (на корпус приладу). Заземлення електростатичного екрана є необхідним елементом при реалізації електростатичного екранування. При використанні діелектричних екранів, які щільно прилягають до екранованого елементу, можна послабити поле джерела наведення в ε раз, де ε — відносна діелектрична проникність матеріалу екрану. Для повного усунення впливу електростатичного поля використовують металеві екрани [1].

На частотах понад 1 ГГц зі збільшенням частоти ефективність екранування знижується.

Основним завданням екранування електричних полів є зниження ємності зв'язку між екранованими елементами конструкції. Отже, ефективність екранування визначається в основному ставленням ємностей зв'язку між джерелом і рецептором наведення до, і після установки заземленого екрану. Тому будь-які дії, що призводять до зниження ємності зв'язку, збільшують ефективність екранування.

У діапазонах метрових і коротших довжин хвиль сполучні провідники довжиною в кілька сантиметрів можуть різко погіршити ефективність екранування. На ще більш коротких хвилях дециметрового і сантиметрового діапазонів з'єднувальні провідники і шини між екранами неприпустимі. Для отримання високої ефективності екранування електричного поля тут необхідно застосовувати безпосереднє суцільне з'єднання окремих частин екрану один з одним [2].

Разом з тим з'єднання оболонки дрота з корпусом в одній точці не послабляє в навколишньому просторі магнітне поле, створюване протіканням по дроту струмом. Для екранування магнітного поля необхідно створити поле такої ж величини та зворотного напрямку. З цією метою необхідно весь зворотний струм екранованого ланцюга направити через екрануючу оплітку дрота. Для повного здійснення цього принципу необхідно, щоб екрануюча оболонка була єдиним шляхом для протікання зворотнього струму.

Вузькі щілини і отвори в металевому екрані, розміри яких малі в порівнянні з довжиною хвилі, практично не погіршують екранування електричного поля.

Магнитостатичне екранування використовується при необхідності придушити наведення на низьких частотах від 0 до 3 – 10 кГц. На високих частотах застосовується виключно електромагнітне екранування.

3.2 Вимоги для реалізації електричних екранів

Основні вимоги, які пред'являються до електричних екранів, можна сформулювати наступним чином [1]:

- конструкція екрана повинна вибиратися такою, щоб силові лінії електричного поля замикалися на стінки екрану, не виходячи за його межі;

- в області низьких частот (при глибині проникнення (s) більше товщини (c1), таким чином при s > c1) ефективність електростатичного екранування практично визначається якістю електричного контакту металевого екрана з корпусом пристрою і мало залежить від матеріалу екрану і його товщини;

- в області високих частот (при с1 < s) ефективність екрана, що працює в електромагнітному режимі, визначається його товщиною, провідністю і магнітною проникністю.

Для зменшення магнітного і електричного зв'язку між проводами необхідно максимально їх рознести і максимально зменшити довжину їх паралельного пробігу.

3.3 Матеріали використовувані для екранування

Вибір матеріалу екрану проводиться виходячи із забезпечення необхідної ефективності екранування в заданому діапазоні частот при певних обмеженнях. Ці обмеження пов'язані з масо габаритними характеристиками екрану, його впливом на екранований об'єкт, з механічною міцністю і стійкістю екрану проти корозії, з технологічністю його конструкції та інше [1].

Найбільш економічним способом екранування інформаційних ліній зв'язку між пристроями ТЗОІ вважається групове розміщення їх інформаційних кабелів в екранованому розподільному коробі. Коли такого короба немає, то доводиться екранувати окремі лінії зв'язку.

Для виготовлення екранів використовуються: металеві матеріали, матеріали-діелектрики, скло з струмопровідним покриттям, спеціальні металізовані тканини, струмопровідні фарби.

Для виготовлення екрана доцільно використовувати такі матеріали [1]:

• сталь листова товщиною від 0,35 до 2,00 мм;
• сталь тонколистова оцинкована товщиною від 0,35 до 2,00 мм;
• сітка сталева ткана номер 0,4; 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,5;
• сітка сталева плетена номер 3; 4; 5; 6;
• сітка з латунного дроту номер 0,25; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 2,6.

Екран з металевого листа істотно залежить від якості з'єднання екрану з корпусом приладу і частин екрану один з одним. Особливо важливо не мати з'єднувальних проводів між частинами екрана і корпусом.

Зазвичай для захисту ліній зв'язку від наведень, викликаних нееквіпотенціальностью точок заземлення, лінію поміщають в екрануючу оплітку або фольгу, заземлену в одному місці.

3.4 Способи мінімізації площі контуру паралельного пробігу ліній зв'язку

Для захисту лінії зв'язку від наведень необхідно мінімізувати площу контуру, утвореного прямим і зворотним проводами лінії. Якщо лінія є одиночним проводом, а поворотний струм тече по деякій заземлюючій поверхні, то необхідно максимально наблизити провід до поверхні. Якщо лінія утворена двома проводами, то їх необхідно скрутити, утворивши біфіляр (кручену пару). Лінії, виконані з екранованого проводу або коаксіального кабелю, в яких по оплітці протікає зворотній струм, також відповідають вимоги мінімізації площі контуру лінії [1].

Найкращий захист як від електричного, так і від магнітного полів забезпечують інформаційні лінії зв'язку типу екранованого біфіляра, тріфіляра (трьох скручених разом дротів, з яких один використовується в якості електричного екрана), тріаксільного кабелю (ізольованого коаксіального кабелю, поміщеного в електричний екран), екранованого плоского кабелю (плоского баготодротового кабелю, вкритого з одного або обох сторін мідною фольгою).

На малюнку 2 наведемо кілька схем використовуваних на частотах близько 100 кГц, де перехідне загасання дорівнює [1]:

• а) 0 дБ;
• б) 2 дБ;
• в) 5 дБ;
• г) 49 дБ, скручена пара, 18 витків на метр;
• д) 57 дБ;
• е) 64 дБ, схема краща на високих частотах;
• ж) 64 дБ;
• з) 71 дБ;
• і) 79 дБ, скручена пара (54 витка на метр).

Ланцюг, показаний на рис. 2 (а), має велику площу петлі, утворену прямим проводом і землею. Цей ланцюг схильний насамперед магнітному впливу. Екран заземлений на одному кінці і не захищає від магнітного впливу. Перехідне загасання для цієї схеми приймемо рівним 0 дБ для порівняння з загасанням схем на рис. 2 (б-і).

Схема на рис. 2 (б) практично не зменшує магнітний зв'язок, так як зворотній провід заземлений з обох кінців, і в цьому сенсі вона аналогічна схемі на рис. 2 (а). Ступінь поліпшення порівнянна з похибкою розрахунку (вимірювання).

Схема на рис. 2 (в) відрізняється від схеми на рис. 2 (а) наявністю зворотного дрота — коаксіального екрану, проте екранування магнітного поля погіршено, так як ланцюг заземлено на обох кінцях, в результаті чого з землею утворюється петля великої площі.

Схема на рис. 2 (г) дозволяє істотно підвищити захищеність ланцюга завдяки скрутці проводів. У цьому випадку (у порівнянні зі схемою на рис. 2 (б)) петлі немає, оскільки правий кінець ланцюга не заземлений.

Подальше підвищення захищеності ланцюга досягається застосуванням схеми на рис. 2 (с), коаксіальний ланцюг, який забезпечує краще магнітне екранування, ніж скручена пара на рис. 2 (г).

Площа петлі в схемі на рис. 2 (д) не більше, ніж в схемі на рис. 2 (г), так як поздовжня всього екрану коаксіального кабелю збігається з його центральним проводом.

Схема на рис. 2 (е) дозволяє підвищити захищеність ланцюга завдяки тому, що скручена пара заземлена лише на одному кінці. Крім того, в цій схемі використовується незалежний екран.

Схема на рис. 2 (ж) має ту ж захищеність, що і схема на рис. 2 (е): ефект той же, що і при заземленні на обох кінцях, оскільки довжина ланцюга і екрану істотно менше робочої довжини хвилі.

Причини поліпшення захищеності схеми на рис. 2 (з) в порівнянні з рис. 2 (ж) пояснити важко. Можливою причиною може бути зменшення площі еквівалентної петлі.

Більш щільне скручування проводів (схема рис. 2 (і)) дозволяє додатково зменшити магнітний зв'язок. Крім того, при цьому зменшується і електричний зв'язок (в обох проводах струми наводяться однаково).

Висока ефективність екранування забезпечується при використанні крученої пари, захищеної екрануючою оболонкою.

На низьких частотах доводиться використовувати більш складні схеми екранування — коаксіальні кабелі з подвійною опліткою.

На більш високих частотах, коли товщина екрана значно перевищує глибину проникнення поля, необхідність в подвійному екранування відпадає. У цьому випадку зовнішня поверхня грає роль електричного екрана, а по внутрішній поверхні протікають зворотні струми.

Застосування екрануючої оболонки істотно збільшує ємність між проводом і корпусом, що в більшості випадків небажано. Екрановані дроти більш громіздкі і незручні при монтажі, вимагають запобігання від випадкових сполук зі сторонніми елементами і конструкціями.

Довжина екранованого монтажного проводу повинна бути менше чверті довжини найкоротшої хвилі переданого по дроту спектра сигналу.

3.5 Фольга або обплетення — що вибрати?

Для вибору методу екранування порівняємо залежності коефіцієнта екранування фольги і обплетення від частоти (рис. 3) [2].

На відносно низьких частотах до декількох десятків мегагерц обплетення забезпечує краще екранування, ніж фольга, головним чином за рахунок своєї товщини. Однак потім екрануючі здатності обплетення різко падають і стають майже неприйнятними ще до 100 МГц [2].

У той же час фольга має плоску АЧХ, зберігаючи задовільні екрануючі здатності в дуже широкому діапазоні частот, аж до гігагерц.

На практиці нерідко доводиться екранувати цілі приміщення, споруди і камери.

Висновки

В даному рефераті ми розглянули один із способів захисту ліній передачі від ПЕМІ — екранування. Було встановлено, що при якісному екрануванні ми отримаємо:

- Підвищення точності і чистоти передачі сигналів, шляхом ізоляції від перешкод;

- Велику конфіденційність передачі інформації. Якщо кабель не сприймає випромінювання ззовні внаслідок високого екранування, отже, він і не випромінює.

Підводячи підсумок, можна відзначити, що при правильно виконаному екрануванні, з дотриманням всіх правил, норм і вимог, перехоплення інформаційних сигналів з технічних засобів обробки інформації стає неможливим.

У цей час на кафедрі Радіотехнікі та захисту інформації ведуться роботи по вдосконаленню способів зменшення рівня побічних електромагнітних випромінювань.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2017 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

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.