Барсуков Вячеслав Сергеевич, кандидат технических наук
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ЗАЩИТА СПЕЦИАЛЬНЫХ ЭКРАНИРОВАННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Источник: журнал "Специальная Техника"
Основой современного подхода к защите информации является обеспечение физической защиты, которая реализуется, в первую очередь, средствами ограничения доступа и блокирования физических каналов утечки. Причем, современный системный подход к обеспечению защиты информации предопределяет необходимость обеспечения экологической защиты обслуживающего персонала и пользователей. Учитывая это, в статье рассматриваются современные возможности создания интегрированной защиты специальных экранированных помещений, обеспечивающих одновременно электромагнитную, акустическую и экологическую безопасность.
Как известно, научно-технический прогресс развивается по спирали. Человек периодически обращается к одной и той же актуальной нерешенной проблеме, пытаясь ее решить каждый раз на новом, более высоком технологическом уровне. Аналогичная ситуация создалась в настоящее время с проблемой пассивной защиты информации, решение которой связывается с созданием эффективных электромагнитных экранов на основе новых современных технологий и материалов. В последнее время в решении этой проблемы наметился новый, дуалистический подход, направленный на создание не только эффективных экранов, но и экологически чистых защищенных помещений.
Постоянное совершенствование специальной техники стимулирует поиск новых, все более эффективных электромагнитных экранов, в том числе и для защиты от утечки информации по техническим каналам из специальных защищенных помещений, в частности, помещений для обработки шифрованной информации, комнат для ведения конфиденциальных переговоров, камер для настройки и испытаний специальной техники и т.д. До настоящего времени основным требованием ко всем типам электромагнитных экранов являлось получение максимально возможного коэффициента затухания электромагнитной волны на выходе из материала экрана. Схематично прохождение электромагнитной волны через экран в защищенном экранированном помещении показано на рис. 1. В целом, оценка эффективности экранирования с учетом реальных условий является достаточно сложной задачей. Однако во многих случаях для предварительной оценки можно воспользоваться приближенными выражениями (см., например, “Конфидент”, № 6 '99). В этом случае, эффективность экранирования можно представить суммой соответствующих составляющих:
Э экр = Э погл + Э отр + Э вн.отр,
где Э погл - эффективность экранирования за счет поглощения энергии экраном;
Э отр - эффективность экранирования за счет отражения волны экраном;
Э вн.отр - эффективность экранирования за счет многократного внутреннего переотражения волны от поверхностей экрана.
Рис.1 Прохождение электромагнитной волны в защищенном помещении
Однако для защищеных помещений, учитывая современные требования по экологической безопасности, требования по максимально возможному экранированию уже явно недостаточно и необходимо предъявить второе, не менее важное, требование обеспечения нормированного затухания отраженного сигнала, опасного для персонала. А в условиях объемного резонанса экранированного помещения даже небольшие излучения на отдельных частотах используемых там технических средств могут усиливаться в тысячу раз и превысить установленные безопасные для человека нормы. Так, например, для СВЧ-диапазона опасным для человека является уровень воздействия излучений свыше 10 мкВт/см2. Выполнить современные требования к защищенным помещениям стало возможным лишь после появления на российском рынке новых защитных материалов, краткий анализ которых проведен в следующем разделе.
Обзор российского рынка
Научно-производственная фирма “ФЕРРАТ” предлагает ферритовые радиопоглощающие покрытия (РПП) семейств “Феррилен” и “Феррилар”. Указанные РПП обладают высокими характеристиками поглощения волн в широком диапазоне и предназначены, в первую очередь, для облицовки внутренней поверхности безэховых камер (БЭК), необходимых для проведения испытаний электро- и радиоприборов на электромагнитную совместимость. Однако указанные РПП могут быть использованы и при создании экологически чистых защищенных помещений.
При использовании РПП “Феррилен-1” и “Феррилен-2” металлические листы с наклеенными на них ферритовыми плитками (с габаритами 60х60х6,5 мм и массой 33 кг/м2) прикрепляются к стенам и потолку БЭК. Пол для измерения излучаемых испытываемым прибором электромагнитных волн делается металлическим, а при определении помехоустойчивости - покрывается РПП.
Для значительного расширения частотного диапазона может быть использовано РПП “Феррилар-5”, отличающийся тем, что на внешнюю поверхность ферритового покрытия наклеивается несколько слоев радиопоглощающих матов, выполненных из базальтовых волокон с определенным количеством полупроводящих нитей. На внешнюю поверхность матов наклеивается тонкая белая диэлектрическая пленка, которая обеспечивает комфорт в БЭК и предохраняет диэлектрическое покрытие от пыли и возможных повреждений. В этом случае толщина РПП увеличивается до 170 мм, а масса – до 38 кг/м2 (без учета металлического листа).
Частотная зависимость коэффициента отражения РПП “Феррилен-2” и “Феррилар-5” при нормальном падении плоской волны в диапазоне от 30 до 1000 МГц приведена на рис. 2, причем для сравнения на том же рисунке приведена характеристика аналогичного материала фирмы TDK (Япония).
Рис 2. Частотная зависимость коэффициента отражения для различных материалов.
Целый букет современных радиопоглощающих покрытий предлагает на российском рынке фирма “Форпост-7”. В первую очередь, это сверхширокополосный Ферритодиэлектрический поглотитель электромагнитных волн (ФДПЭВ), предназначенный для облицовки потолков, стен, полов универсальных безэховых камер и экранированных помещений, которые обеспечивают условия проведения высокоточных измерений радиоэлектронной аппаратуры и антенной техники. ФДПЭВ отвечает требованиям международных стандартов IEC 801.3 и ANSI 63.4 для проведения испытаний технических средств на электромагнитную совместимость и представляет собой трехслойное изделие, состоящее из металлической подложки, ферритового и диэлектрического материалов, соединенных в сборную панель посредством клея. Диэлектрический материал выполнен из пеностекла в виде клиновидных согласующих элементов. Конструктивно ФДПЭВ представляет собой панель с узлами механического крепления к потолку и стенам камеры, поэтому при необходимости возможен демонтаж без разрушения поглотителя.
ФДПЭВ является экологически чистым поглотителем, при эксплуатации не выделяет вредных веществ, стабилен по своим радиотехническим характеристикам (в диапазоне от 0,03 до 40 ГГц (!) коэффициент отражения изменяется от -12 до -40 дБ), устойчив к воздействию повышенных температур и открытого огня. Отличительной особенностью данного радиопоглощающего покрытия является достижение оптимального соотношения толщины и электрофизических свойств ферритового и диэлектрического материалов.
Магнитный экран из лент аморфного металлического сплава (АМС) предназначен для экранирования постоянных и переменных магнитных полей радиоэлектронной аппаратуры, для изготовления защитной одежды, штор, защитных занавесей в служебных помещениях с повышенной напряженноетью электромагнитных полей, для создания многослойных конструкций и объемов, экранирующих магнитное поле Земли. Он представляет собой гибкий листовой материал типа “рогожка” полотняного переплетения, изготовленный из лент марки КНСР, шириной 850-1750 мм, толщиной 0,02-0,04 мм. Длина поставляемого материала не ограничивается. Особенностью данного материала является то, что он обеспечивает эффективность экранирования в 10 раз большую, чем экран из пермаллоя той же массы.
Экранирующая ткань с микропроводом предназначена для снижения уровня электромагнитного излучения в бытовых условиях не менее чем в три раза (от 10 дБ). Ткань изготавливается из хлопчатобумажных нитей полотняного переплетения. В качестве активного компонента содержит комбинированную нить, получаемую дублированием аморфного ферромагнитного микропровода в стеклянной изоляции с нитью хлопчатобумажной основы. Ткань используется для изготовления специальных штор, гардин, для пошива спецодежды.
Тепло- звуко- радиоизоляционные плиты на основе ячеистого бетона с углеродным наполнителем предназначены для внутренней отделки производственных и жилых помещений с целью снижения вредного воздействия тепловых, звуковых и электромагнитных излучений на человека (см. табл. 1).
Таблица 1. Основные характеристики ячеистого бетона с углеродным наполнителем
| Радиопоглощение на частоте 1000 МГц, дБ/см | 2-3 |
| Теплопроводность при 25° С, Вт/мК | 0,14 |
| Коэффициент звукопоглощения в диапазоне 125 – 4000 Гц | 0,4 – 0,95 |
| Прочность на сжатие, МПа | 1,5 |
| Температура эксплуатации, ° С | -50... +60 |
| Относительная влажность при 35 ° С, %, не более | 80 |
Тепло- звуко- радиоизоляционные плиты на основе пеностекла с углеродным наполнением относятся к высокоэффективным тепло- звукоизоляционным конструкционным материалам. Они не горят, не выделяют токсичных веществ в процессе эксплуатации, устойчивы к воздействию воды и большинства химических реагентов, устойчивы к гнили, воздействию микроорганизмов и грызунов. Основное применение находят как звуко- и радиопоглощающие покрытия для различных типов объектов и как тепловая изоляция. По комплексу физико-технических и эксплуатационных характеристик не уступают аналогичным образцам зарубежных производителей.
Тканый радиопоглощающий материал (ТРМ) предназначен для поглощения энергии электромагнитного излучения. Материал применяется, главным образом, для защиты от СВЧ- излучения, особенно для борьбы с переотражениями. При использовании в замкнутом пространстве материал препятствует возникновению стоячих волн. ТРМ представляет собой гибкое тканое покрытие, которое можно крепить как непосредственно на защищаемую поверхность, так и в виде штор. Материал покрытия негорюч, прекращает горение при удалении открытого пламени, устойчив к воздействию на него влаги, ГСМ и моющих средств, не выделяет вредно воздействующих веществ. Цвет и размер материала могут быть любыми (см. табл. 2).
Таблица 2. Основные характеристики ТРМ
| Коэффициент отражения в диапазоне 0,3-10 см, не более | -23...-10 |
| Срок непрерывной эксплуатации, лет, не менее | 3 |
| Водопоглощение покрытия, %, не более | 20 |
| Масса 1 кв. м материала, кг, не более | 1 |
Определенный интерес представляет специальная радиозащитная ткань “Восток”, предназначенная для экранировки спецпомещений (комнат для переговоров, помещений для подготовки и обработки конфиденциальной информации и т.п.) с целью защиты от несанкционированного съема информации (радиозакладки, ПЭМИН) в диапазоне частот от 1 до 2000 МГц. Результаты исследования эффективности экранирования защитной ткани “Восток” представлены в табл. 3.
Таблица 3. Частотная зависимость затухания радиозащитной ткани “Восток”.
| F, кГц | 50 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 1000 |
| B, дБ | 30 | 33 | 31 | 31 | 41 | 43 | 45 | 40 | 36 | 26 |
Поставщиками радиозащитной ткани “Восток” являются фирма “Прогресстех” и ассоциация “ЕВРААС”.
Специалисты российской фирмы “Тико” разработали защитную краску “Тиколак”, покрытия из которой способны надёжно защищать от неблагоприятного воздействия электромагнитных излучений в широком диапазоне частот от нескольких герц до десятков гигагерц. Если излучение на низких частотах, в основном, отражается, то на высоких и СВЧ - большая часть его поглощается, переходя в тепло из-за возникновения вихревых токов. Меняя состав наполнителя (он является предметом ноу-хау), удается управлять соотношением “отражение – поглощение”. Один слой “Тиколака” толщиной всего в 70 мкм снижает интенсивность ЭМИ в 3 – 3,5 раза.
Достаточно нанести краску “Тиколак” на внутреннюю или внешнюю поверхность строения или конструкции – и вы получите защитное покрытие, которое во много раз снижает проникающую способность электромагнитного излучения, исходящего от внешних источников, и поглощает электромагнитные волны от различных приборов, находящихся внутри помещения. Кроме того, это защитное покрытие может снижать воздействие геомагнитных бурь.
Краска сохраняет свои качества при температуре от -60 до +150° С, влагостойка, не подвержена воздействию солнечных лучей. Поверх защитного покрытия “Тиколак” можно наносить на любой отделочный материал: обои, краску, вагонку, керамическую плитку и т.д. Защитное покрытие ложится на гипсовые плиты для внутренних перегородок, на панели ДСП, фанеру, ДВП, стеновые панели из ПВХ, различные утеплители и т.п. “Тиколак” нетоксичен, что подтверждено гигиеническим сертификатом Минздрава РФ.
Сфера применения новой краски весьма широка:
- создание экранов для защиты от электромагнитного излучения;
- защита жилых и офисных зданий от соседства ЛЭП, радарных установок, телевизионных, радиовещательных и радиотелефонных станций;
- защита от электростатических зарядов в помещениях и на поверхности оборудования;
- внутренняя обработка автомобилей;
- защита сооружений от воздействия блуждающих токов;
- создание высокоэффективных низковольтных нагревательных элементов;
- антикоррозионное покрытие и герметизация.
Расход краски в зависимости от цели использования составляет 200-400 г на квадратный метр поверхности. Защитная краска “Тиколак” стоит 50 долларов США за 1 кг (в 20 раз меньше, чем стоят зарубежные аналоги). С 1999 года налажен серийный выпуск краски “Тиколак” на одном из предприятий Москвы.
Результаты сравнительного анализа некоторых рассмотренных выше радиозащитных материалов представлены в таблице 4.
Таблица 4. Сравнительные характеристики современных защитных материалов
| Характеристика (параметр) | Пеностекло с углеродн. наполнит. | Ферритоди -электрич. поглотитель ФДПЭВ | Тканый радиопогл. материал ТРМ | Аморфный металлич. сплав АМС | Радиопогл. покрытие Феррилен-2 | Радиопогл. покрытие Феррилар-5 | Защитная краска Тиколак- ЭМИ |
| Радио- поглощение, дБ/см | 0,2 - 5 (на 4 ГГц) | ||||||
| Коэффициент отражения, дБ | -12 ...-40 (0,03-40 ГГЦ) | -10 ...-23 (0,3-10 см) | См. рис.1 | См. рис.1 | |||
| Эффективность экраниров., дБ | 20 | 40 - 80 в диапазоне 0,001-100ГГц | 2 - 4 на 1 слой | ||||
| Размер, мм | 350х200х100 400х400х100 | 500х500х350 | Любой ( заказ) | “Рогожка”из ленты АМС марки КНСР | 60х60х6,5 | 1000х 1000х 170 | |
| Рабочая температура, оС | - 200...+400 | +5...+50 | -40...+50 | -40...+50 | -30...+50 | -30...+50 | -60...+150 |
| Отн. влажность среды, % | 97 | 90 | 97 | 90 | 90 | 97 | |
| Масса 1 кв.м., кг, не более | 16 | 65 | 1 | 0,5...2,0 | 33 | 38 | 0,2 |
| Эксплуатация, не менее лет | 10 | 10 | 3 | 5 | 10 | 10 | 5...10 |
| Цена, дол.США (ориентир.) | 65/кв.м | 1600 / кв.м | 140/кв.м | 180/кв.м (одинарный) | 900 /кв.м | 1000 / кв.м | 50 / кг |
| Поставщик | Форпост-7 | Форпост-7 | Форпост-7 | Форпост-7 | Феррат, Фортуна- Инвест | Феррат, Фортуна- Инвест | Тико |
| Основное применение | Конструкц. материал | Облицовка для БЭК | Облицов. материал | Защитная ткань | Облицовка для БЭК | Облицовка для БЭК | Защитная краска |
Специальные защищенные помещения
С целью эффективного противодействия несанкционированному съему информации при помощи радиотехнической аппаратуры из помещений, технических линий связи и средств вычислительной техники фирма “Фортуна-Инвест” разработала и предлагает типовой проект оборудования специального экранированного помещения, которое может быть использовано в качестве комнаты для конфиденциальных переговоров, кабины для шифрования, узла связи и других специальных применений.
Как известно, при использовании различных закладных радиопередающих устройств, а также внешних радиоэлектронных устройств для считывания данных ПЭВМ или принимающих отраженный радиосигнал, промодулированный акустическими колебаниями, образуется канал утечки информации. В настоящее время наиболее надежная защита от утечки обеспечивается электромагнитным и акустическим экранами.
Электромагнитный экран обычно выполняется в виде электрогерметичного стального металлического корпуса, оснащенного специальными фильтрами для ввода электрических коммуникаций и обеспечивающего экранировку электромагнитных волн до 100 дБ в диапазоне частот от 0,15 до 1500 МГц. Однако, в обычных экранированных помещениях небольших объемов за счет переотражений при работе даже слабо излучающей аппаратуры, например, персонального компьютера на различных частотах возникают резонансы, увеличивающие напряженность электромагнитного поля, излучаемого аппаратурой, до 1000 раз. При этом могут быть многократно превышены предельно допустимые уровни воздействия на людей электромагнитных излучений, особенно СВЧ-диапазона, составляющие 10 мкВт/см2. С целью погашения возникающих резонансов электромагнитного поля в помещении устанавливаются панели со специальным радиопоглощающим покрытием. В зависимости от рабочего диапазона частот применяемой аппаратуры используются однослойные или многослойные радиопоглощающие покрытия.
Для обеспечения требуемой звукоизоляции обычно используют акустический экран, изготовленный из специальных вибропоглощающих и звукоизолирующих панелей, пригодных для отделки внутренних поверхностей стен офисов и других рабочих помещений. Основные технические характеристики подобных панелей приведены в таблице 5.
Таблица 5. Основные характеристики акустических панелей
| Коэффициент потерь, не менее | 0,1 |
| Звукоизоляция в диапазоне частот 125 – 8000 Гц, дБ | 28 – 70 |
| Группа горючести по ГОСТ 12.1.044-89 | трудногорючая |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/мК | 0,09 – 0,135 |
| Габариты панелей, мм | 2440х1220х60 |
Проведенный анализ по заявленным характеристикам показывает, что наиболее эффективно проблема создания экологически безопасных защищенных помещений решается путем использования рассмотренных выше радиопоглощающих панелей “Феррилар-5”.В этом случае одновременно решаются задачи электромагнитной и акустической защиты, а также экологической безопасности персонала. Все материалы, из которых строится защищенное помещение, являются экологически чистыми и отвечают требованиям пожарной безопасности. Структура (состав и последовательность слоев) интегрированной защитной панели показана на рис. 3
Рис. 3. Структура интегрированной панели для защищенного помещения.
Конечно, потенциальные технические характеристики защищенного помещения определяются, в основном, характеристиками интегрированной панели. Однако реальные характеристики существенно зависят от качества выполненных работ, среди которых можно отметить следующие:
- подготовка внутренней поверхности помещения (стен, пола, потолка) к установке электромагнитного экрана (ЭЭ);
- проектирование и изготовление ЭЭ;
- установка крепежной арматуры для навесного оборудования;
- установка ЭЭ;
- изготовление и установка защитной поверхности экрана;
- вывод электрических коммуникаций через электрофильтры;
- подготовка поверхности экранированных стен, пола и потолка к чистовой отделке;
- установка системы вентиляции с волноводным фильтром;
- установка экранированной двери.
Необходимо отметить, что полное выполнение требований по экологической защите персонала в экранированном помещении является достаточно дорогим мероприятием. Поэтому, на практике, представляют определенный интерес более дешевые промежуточные варианты с использованием, например, защитной краски, пленки, штор, драпировок и т.п. Выбор конкретного варианта зависит, в конечной степени, от решаемой задачи. Так, например, при использовании в защищенном помещении излучающих приборов весьма эффективным является экологическая защита с использованием рассмотренной выше защитной краски “Тиколак”.
Нельзя не сказать и об альтернативных вариантах. Необычное решение проблемы экологической защиты человека нашла группа московских ученых. Они разработали устройство защиты человека от энергетических аномалий “Гамма-7.Н”, которое представляет собой широкополосный автопреобразователь сверхслабых электромагнитных полей, работающий от энергии аномалии среды без использования дополнительного источника электропитания. В отсутствии энергетических аномалий нейтрализатор находится в слабо активном состоянии от естественных полей Земли и окружающих объектов. При размещении его в зоне энергетической аномалии, создаваемой техническим средством, нейтрализатор автоматически переходит в рабочее состояние, вырабатывая стабильное высокочастотное поле, противодействующее энергетической аномалии технического средства. Взаимодействие излучения нейтролизатора и аномального излучения технического средства приводит к ослаблению биовоздействия последнего в 30 - 100 раз, уменьшая, таким образом, воздействие излучения технических средств на организм. Так происходит нейтрализация внешнего излучения. Конструктивно нейтрализатор выполнен в виде многоступенчатой спирали из специального сплава, уложенной по определенному соотношению осей.
Всероссийский Центр Медицины Катастроф “Защита”, основываясь на положительных результатах исследований влияния нейтрализатора “Гамма-7.Н” на состояние организма человека при воздействии электромагнитного излучения, рекомендовал нейтрализатор “Гамма-7” (модификаций “Гамма-7.Н”, “Гамма-7.Н-РТ” и “Гамма-7.Н-ИЗ”) как средство защиты человека от негативного воздействия электромагнитного излучения. Эффективность применения нейтрализатора подтверждена НИИ медицины труда. Госстандарт России разрешил его к реализации.
Таким образом, в настоящее время для создания экологически чистых стационарных помещений высокого уровня защиты на российском рынке появились новые материалы, представляющие собой специальные широкополосные поглотители, выполненные в виде керамических пластин и пеностекла, препятствующих проникновению резонансов электромагнитного поля в диапазоне частот от 30 до 40000 (!) МГц. Работа в помещении с таким поглотителем даже в течение длительного времени безопасна и комфортна для пользователя. Для более простых ситуаций можно использовать более дешевые материалы в виде защитной краски, пленки, лент, ткани и т.п. Наиболее эффективно проблема создания экологически безопасных защищенных помещений решается с использованием интегрированных защитных панелей, обеспечивающих одновременно электромагнитную, акустическую и экологическую защиту.
Статья опубликована на сайте: 12.04.2001