Боборыкин Сергей Николаевич,
Рыжиков Сергей Сергеевич, кандидат технических наук
ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ УНИЧТОЖЕНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ
Использование высокой температуры для уничтожения носителей информации известно с древних времен. На заре мировой истории сожгли фонды Александрийской библиотеки, нанеся тем самым непоправимый и невосполнимый урон человечеству. С ходом веков способы уничтожения информации на бумажных носителях практически не менялись – бумагу продолжали жечь и жгут до сих пор.
В настоящее время подлежащие периодическому уничтожению носители конфиденциальной информации (кино- и фотопленки, магнитные ленты, диски, магнитооптика, постоянные запоминающие устройства на микросхемах и т.д.) стали необычайно разнообразны, компактны и достаточно устойчивы к физическим воздействиям. Специалисты ведут непрекращающийся поиск новых способов уничтожения. Создаются установки, генерирующие мощные магнитные и электрические поля [1, 2], разрабатываются химические составы, разлагающие в соответствующий момент носитель секретов на исходные компоненты.
В предлагаемой статье рассматриваются методы, связанные с разогревом носителя конфиденциальной информации до температуры, при которой информация на нем исчезает полностью и навсегда.
Достоинства термохимических методов уничтожения носителей информации
К началу ХХI века наметилось большое разнообразие носителей, которым разные ведомства доверяют свои секреты. История секретных служб обогатилась примерами того, сколь дорого приходится платить за низкое качество средств экстренного уничтожения. Примеров довольно много, из них можно выделить историю с посольством США в Иране в период антишахского восстания, судьбу архивов службы безопасности ГДР во время крушения берлинской стены, задержание Китаем американского разведывательного самолета. Во всех вышеприведенных случаях возникала экстренная необходимость уничтожения секретоносителей всех видов – бумажных, магнитных и аппаратных. И во всех трех случаях (по данным прессы) оперативности в уничтожении как раз и не хватило.
В то же время существует достаточно универсальный и эффективный метод, применение которого позволяет минимизировать ущерб от внезапного вторжения искателей чужих секретов. Химические реакции, лежащие в его основе, открыты еще в середине ХIХ века выдающимся русским ученым Н.Н. Бекетовым. В дальнейшем они получили название металлотермии. На их базе созданы термитные зажигательные смеси, широко применявшиеся в войнах ХХ века. Мощный импульс развитию этого направления химической науки придали исследования советских ученых А.Г.Мержанова, И.П.Боровинского и В.М.Шкирко, открывших в 1967 году явление самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Их исследования позволили создать теорию процессов СВС и обеспечить их практическое внедрение.
Рассмотрим достоинства СВС-процессов при уничтожении носителей информации:
- СВС-составы позволяют обеспечить локальный разогрев носителя до температуры в 3000 K и выше без использования специальных печей.
- СВС-составы являются самодостаточными, т.е. после инициации процесс тепловыделения при определенных условиях самоподдерживается до полного завершения химического превращения компонентов.
- Существует целый класс СВС-составов, которые в процессе разогрева практически не выделяют газов и жидких продуктов горения (брикет из такого состава за короткий срок нагревается до температуры в несколько тысяч градусов, сохраняя при этом свою форму и не выбрасывая видимых языков пламени).
- У большинства СВС-составов не существует связи между массой и свойствами, присущей большинству взрывчатых веществ. Реакция в килограммовом брикете СВС-состава развивается точно так же, как и в брикете весом в несколько граммов.
- Горение большинства СВС-составов ни при каких условиях не переходит в детонацию.
- СВС-составы обладают, как правило, значительной химической устойчивостью, что позволяет встраивать их в аппаратуру на весь срок ее эксплуатации без периодических замен.
- Температура воспламенения значительной части СВС-составов лежит в диапазоне от 600 до 1200? C, что исключает самовоспламенение при установке их на работающие элементы электронной аппаратуры.
- Для начала процесса горения СВС-состава достаточно весьма малого количества средств инициации, что позволяет создать систему воспламенения на автономном питании, обеспечив ее энергонезависимость от внешних источников.
- Используя СВС-средства уничтожения, при необходимости можно обеспечить высокую адресность уничтожения (до конкретной микросхемы или группы микросхем), сохранив остальные элементы и блоки.
- Брикету СВС-состава можно придать прессованием или заливкой компаундом любую форму, что особенно важно при камуфлировании средств уничтожения носителей информации.
- В силу высокой температуры СВС-процесса и высокой скорости распространения волны горения (0,5 – 15 см/сек) [3] существующие средства пожаротушения не способны прервать СВС-процесс.
- Большинство химических реактивов, используемых в СВС-процессах, достаточно дешевы и доступны, что упрощает их использование в составе спецтехники.
Классификация и свойства СВС составов
В зависимости от химической природы реакции горения и агрегатного состояния реагентов можно выделить четыре основных класса систем СВС [3]:
- безгазовые системы;
- фильтрационные системы;
- газовыделяющие системы;
- системы металлотермического типа.
Наибольший интерес для использования в качестве средств уничтожения носителей информации представляют СВС-системы первого и четвертого класса.
Безгазовые системы
Особенностью этого класса СВС-систем является то, что и исходные реагенты, и результирующее вещество находятся в твердой фазе. В силу этого процесс превращения происходит без выделения газов (как следует из названия) и без пламени. После инициации процесса СВС по образцу проходит фронт разогрева, не меняющий существенно его формы и геометрических размеров. Газовыделение происходит только за счет примесей в реагентах и за счет продуктов горения уничтожаемого носителя информации.
Процессы, происходящие в СВС-реакциях такого типа можно представить в виде следующего соотношения:
А + В = С + Q,
где:
А – металл в твердом состоянии,
В – металл (неметалл) в твердом, жидком или газообразном состоянии,
С – продукты синтеза (карбиды, бориды, силикаты, оксиды и т.д.),
Q – выделяющаяся в процессе реакции тепловая энергия.
Компоненты А, В и С приведены в табл. 1. [4]
Таблица 1.
| А | В | С |
| Металлы Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, … | Металлоиды B, C, Si (нелетучие) | Бориды, карбиды, силициды |
| Металлы Ni, Co, … | Металлы Al, Ti, … | Интерметаллические соединения |
| Металлоиды B, Si | Металлоиды C, N2 | Карбиды, нитриды |
Теплота образования соединения, температура плавления и расчетная температура горения безгазовых СВС-составов приведены в табл. 2. [4]
Таблица 2.
| Соединение | Теплота образования, КДж/моль | Температура плавления Tm, К | Температура горения Tad, |
| TiC | 165 | 3343 | 3343 |
| SiC | 69 | 2973 | 1775 |
| B4C | 71 | 2490 | 1000 |
| HfC | 252 | 3890 | 3900 |
| TiB2 | 293 | 3193 | 3193 |
| ZrB2 | 305 | 3313 | 3313 |
| NbB2 | 247 | 3173 | 2400 |
| Si3N4 | 748 | 2100* | 4670 |
| AlN | 320 | 2600* | 2900 |
| BN | 254 | 3240* | 3700 |
| TiN | 336 | 3220 | 5100 |
| NbN | 237 | 2480 | 3480 |
| ZrN | 365 | 3200 | 5400 |
| TaN | 247 | 3400 | 3400 |
| MoSi2 | 117 | 2300 | 1779 |
| Ti5Si2 | 577 | 2393 | 2393 |
| TiAl | 75 | 1733 | 1557 |
| TiNi | 67 | 1513 | 1420 |
| NiAl | 118 | 1912 | 1912 |
* Температура возгонки
На основе таблиц 1 и 2 может быть произведен подбор исходных реагентов с целью достижения заданной температуры для СВС-реакции уничтожения того или иного носителя информации.
Например, для достижения температуры более 3000 К и отсутствия жидких шлаков в процессе горения необходимо смешать порошки титана и графита (TiC) или титана и бора (TiB2), спрессовать из них брикет и поджечь.
Однако следует учитывать, что на эффективность СВС-реакции существенное влияние оказывают размеры частиц порошков исходной смеси, соотношение реагентов, качество теплоизоляции и способ инициации процесса. Некоторые из этих факторов будут рассмотрены в данной статье, остальные нашли отражение в [3, 6 – 9].
Системы металлотермического типа
Этот класс СВС систем, также предлагаемый к использованию при уничтожении носителей информации, отличается от предыдущего тем, что в ходе СВС процесса происходят одновременно две реакции – окисления и восстановления. В общем виде этот процесс может быть записать как:
A + B = C + D + Q,
где А – исходный металл,
В – исходный оксид,
С – результирующий металл,
D – результирующий оксид,
Q – выделившаяся в процессе реакции теплота.
Эффективность металлотермической реакции и ее энергетические характеристики зависят от теплоты образования оксидов из исходных элементов А и В. Эти характеристики для некоторых имеющих практическое применение оксидов приведены в табл. 3. [5]
Таблица 3.
| Оксид | Теплота образования, Дж/г-экв | Оксид | Теплота образования, Дж/г-экв | Оксид | Теплота образования, Дж/г-экв |
| CuO | 78450 | Fe2O3 | 136110 | Na2O | 208070 |
| Cu2O | 84935 | WO3 | 136480 | Та2O5 | 208780 |
| Bi2O3 | 96106 | Fe3O4 | 138610 | SiO2 | 217820 |
| CrO3 | 97150 | SnO2 | 144470 | TiO2 | 228150 |
| Co3O4 | 102510 | Cs2O | 171750 | B2O3 | 243380 |
| PbO | 109540 | ZnO | 174390 | ZrO2 | 269990 |
| CoO | 120300 | Mn3O4 | 175980 | AI2O3 | 274260 |
| NiO | 122170 | V2O3 | 182840 | BaO | 278200 |
| MoO3 | 125810 | Cr2O3 | 190380 | Li2O | 297690 |
| CdO | 130460 | Nb205 | 193720 | MgO | 305640 |
| MnO2 | 131170 | MnO | 194760 | CaO | 317560 |
| FeO | 134930 | V3O4 | 196140 | La2O3 | 318690 |
На практике все, естественно, несколько сложнее. Некоторые оксиды (например, оксид марганца) восстанавливаются в несколько стадий, и процесс СВС без внешнего источника тепла может не пойти. Другие оксиды, наоборот, реагируют с металлами слишком бурно. Например, процесс горения медно-алюминиевого термита больше напоминает взрыв, чем горение как таковое [6]. Аналогичная картина наблюдается при использовании оксидов свинца Pb3O4 и PbO2 в смеси с алюминием или магнием.
Наибольшее практическое применение нашли составы, в которых в качестве исходного металла используется порошок Al или Mg, а в качестве оксида металла – Fe2O3 или Fe3O4. Кардинальное отличие между магниевым и алюминиевым термитом в том, что первый в отличие от второго в процессе горения не дает жидких шлаков. Кроме Mg и Al в качестве горючего может быть использован целый ряд металлов и металлоидов. Характеристики смесей на их основе с использованием в качестве оксида Fe2O3 приведены в табл. 4. [6]
Таблица 4.
| Горючее | Плотность горючего | Процент FeO3 в смеси | Процент горючего в смеси | Теплота сгорания 1 грамма термита, Ккал |
| Al | 2,7 | 75 | 25 | 0,93 |
| Mg | 1,7 | 69 | 31 | 1,05 |
| Ca | 1,5 | 57 | 43 | 0,93 |
| Ti | 4,5 | 69 | 31 | 0,57 |
| Si | 2,3 | 79 | 21 | 0,58 |
| B | 2,3 | 88 | 12 | 0,59 |
Характеристики термитных составов на базе различных оксидов и алюминия приведены в табл. 5.
Таблица 5.
| Оксид | Плотность оксида | Процент оксида в смеси | Процент алюминия в смеси | Теплота сгорания 1 грамма термита, Ккал |
| B2O3 | 1,8 | 56 | 44 | 0,73 |
| SiO2 | 2,2 | 63 | 37 | 0,56 |
| Cr2O3 | 5,2 | 74 | 26 | 0,60 |
| MnO2 | 5,0 | 71 | 29 | 1,12 |
| Fe2O3 | 5,1 | 75 | 25 | 0,93 |
| Fe3O4 | 5,2 | 76 | 24 | 0,85 |
| CuO | 6,4 | 81 | 19 | 0,94 |
| Pb3O4 | 9,1 | 90 | 10 | 0,47 |
СВС-составы могут состоять и более чем из двух исходных составляющих. В ряде случаев это позволяет достичь необходимые характеристики горения с использованием меньших объемов СВС смеси. Примеры таких реакций приведены в [4]
TiO2 + 2Mg +C = TiC + 2MgO (Т ад = 3100 К)
3CrO3 + 6Al + 2C = Cr3C3 + 3Al2O3 (Т ад = 4800 К)
MoO3 + 2Al + 2Si = MoSi2 + Al2O3 (Т ад = 3800 К)
Способы инициации СВС процессов
Для инициации СВС-процессов необходим нагрев смеси до высокой температуры (в зависимости от состава ингредиентов от 600? C до 1000 и выше). Если бы для инициации процесса до такой температуры необходим был нагрев всего образца, то использование СВС-процессов в изделиях спецтехники вряд ли стало бы возможным. Однако СВС-составы обладают тем же свойством, что и обычный порох – свойством локальной инициации процесса. Достаточно нагреть до стартовой температуры малую часть СВС-смеси, и волна горения начинает распространяться по образцу. Для инициации СВС-процессов могут быть применены так называемые ступенчатые схемы. Например, электровоспламенитель – нитроклетчатка – пероксид бария (BaO2) – пероксид бария с алюминиевой пудрой – СВС-состав (рис. 1).
Рис 1.
В качестве составов могут быть применены [6]:
- оксид марганца MnO2 (68%), алюминиевая пудра (7,5%), магниевый порошок (17%);
- оксид бария BaO2 (88%), магний Mg (12%);
- оксид бария BaO2 (31%), оксид железа Fe3O4 (29%), алюминиевый порошок (40%).
Предложенные составы могут инициироваться с помощью нихромовой проволоки. Однако в случае большой массы рабочего СВС-состава целесообразно введение между воспламеняющим составом и рабочим дополнительного переходного состава, состоящего из 40 – 60% воспламеняющего состава и 60 – 40% рабочего СВС-состава.
Управляющие датчики для подачи сигнала на уничтожение носителей информации могут быть самые разнообразные – от обычной кнопки до сложной совокупности сенсоров и радиокомандных устройств.
Варианты практической реализации СВС-средств уничтожения носителей информации
Учитывая ограниченный объем журнальной статьи, далее будет рассмотрено только несколько типовых вариантов применения СВС-составов для уничтожения распространенных в настоящее время носителей конфиденциальной информации.
Бумажные носители. Наиболее традиционный вид носителей конфиденциальной информации пребывает обычно в двух состояниях: либо хранится в сейфах, либо перемещается с помощью курьеров. И в том, и в другом случае главная задача при возникновении опасности – быстро, а главное, гарантированно уничтожить документы. Очевидно, что наиболее удобными в этом случае будут специальные папки (контейнеры) из термостойкого материала, вмещающие ограниченное количество бумажных носителей (например, листов бумаги формата А4). Внутренние стенки такой папки делаются двойными, между ними помещаются СВС-брикеты, связанные общей системой инициации уничтожения. Для переноски курьером папка (или папки) помещается, например, в портфель и подключается к автономной системе инициации уничтожения в случае возникновения угрозы захвата. В стационарных условиях папка может храниться в сейфе и подключаться к общей системе инициации учреждения. В этом случае удобны СВС-составы на базе магниевого или алюминиевого термита в силу их дешевизны, доступности и высокой скорости СВС-процесса (термитный брикет весом 1 килограмм сгорает за 40 секунд [6]).
Накопители на жестких и гибких магнитных дисках, флэш-карты и прочие съемные магнитные носители. Для уничтожения информации на носителях этих классов подходит абсолютное большинство СВС-процессов, т.к. в случае магнитных носителей достаточно нагреть весь их объем выше точки Кюри (1000 – 1200 К). Такой нагрев приводит к безвозвратной утрате информации [1, 2]. Конструктивно устройства уничтожения могут быть выполнены либо в виде хранилищ (по типу приведенных выше папок для бумажных носителей), либо в виде встраиваемых в ПЭВМ блоков.
Микросхемы памяти, шифраторы, кодировщики, генераторы фиксированных частот. Поскольку обычно все эти устройства обычно монтируются на отдельных платах, СВС-ликвидатор может быть размещен в керамическом картридже (для исключения пожара) прямо над соответствующей микросхемой. Картриджа с несколькими десятками граммов СВС-состава будет достаточно для полного уничтожения любой микросхемы, а термическая устойчивость и долговечность смесей не создают дополнительных проблем в процессе эксплуатации аппаратуры.
Заключение
Применение СВС-процессов естественно не ограничивается только уничтожением носителей конфиденциальной информации. Свойства СВС-реакций широко используются в различных областях науки и техники [3]. Широкое применение СВС-процессы могут найти в изделиях спецтехники, т.к. это по сути портативный, надежный и эффективный источник тепловой энергии. Прямое преобразование тепловой энергии в механическую (например, в энергию водяного пара) позволяет создать разнообразные приводы для аварийного закрытия дверей в убежищах, аварийных заслонок, противопожарных завес и т.д. Такие исполнительные механизмы не требуют внешних источников энергии и, в отличие от пороховых, не выделяют токсичных окислов азота. Тройное преобразование энергии (тепловая – механическая – электрическая) позволяет создавать мощные и портативные генераторы электромагнитных импульсов, импульсные передатчики с высокой энергией излучения с самым разнообразным диапазоном их применения.
Литература
- Болдырев А.И., Сталенков С.Е. Надежное стирание информации – миф или реальность? //Защита информации. Конфидент № 1, 2001.
- Беседин Д.И., Боборыкин С.Н., Рыжиков С.С. Предотвращение утечки информации, хранящейся в накопителях на жестких магнитных дисках//Специальная техника № 1, 2001.
- Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: ЗАО "Издательство БИНОМ", 1999.
- Химия синтеза сжиганием. Мир, 1998.
- Ключников Н.Г. Практические занятия по химической технологии. – М.: Просвещение, 1978.
- Шидловский А.А. Основы пиротехники. – М.: Машиностроение, 1964.
- Химическая энциклопедия, т. 3. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1992.
- Энциклопедия неорганических материалов, т. 2. - Киев, Главная редакция украинской советской энциклопедии, 1977.
- Техническая энциклопедия, т.1. – М.: Главная редакция технических энциклопедий и словарей, 1937.
Статья опубликована на сайте: 02.07.2003