Доступ: Анонимный

Хорев Анатолий Анатольевич,
доктор технических наук, профессор
Национальный исследовательский университет «МИЗТ», г.Москва

Способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам: экранирование

Источник: журнал «Специальная техника»

В статье рассмотрены вопросы, связанные с защитой объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам путем использования средств электромагнитного экранирования.

1. Экранирование как способ уменьшения уровня побочных электромагнитных излучений

Одним из наиболее опасных технических каналов утечки информации на объектах информатизации является канал утечки информации, возникающий вследствие побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) технических средств обработки информации (ТСОИ). Такой канал утечки информации часто называют электромагнитным [8].

В области защиты информации под побочным электромагнитным излучением обычно понимается нежелательное радиоизлучение, возникающие в результате нелинейных процессов в электронной аппаратуре.

В зарубежной литературе вместо термина ПЭМИ используются термины compromising emanations» (компрометирующие излучения) или TEMPEST (сокращение от «transient electromagnetic pulse emanation standard» - стандарт на электромагнитные импульсные излучения, вызванные переходными процессами в электронной аппаратуре).

Функционирование любого технического средства обработки информации связано с протеканием по его токоведущим элементам электрических токов и образованием разности потенциалов между различными точками его электрической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля [7].

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых имеют место большие напряжения и протекают малые токи, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием электрической составляющей. Преимущественное влияние электрических полей на элементы электронной аппаратуры наблюдается и в тех случаях, когда эти элементы малочувствительны к магнитной составляющей электромагнитного поля.

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых протекают большие токи и имеют место малые перепады напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием магнитной составляющей. Преимущественное влияние магнитных полей на аппаратуру наблюдается также в случае, если рассматриваемое устройство малочувствительно к электрической составляющей поля или последняя много меньше магнитной за счёт свойств излучателя.

Побочные электромагнитные излучения возникают также при «протекании» информативных сигналов по соединительным линиям ТСОИ.

Эффективным методом снижения уровня ПЭМИ является экранирование их источников.

Для оценки эффективности экранирования электрической или магнитной составляющей электромагнитного поля вводят понятие коэффициента экранирования (ослабления)

A_E=20lg(E_o/E_A); (1)

A_H=20lg(H_o/H_A), (2)

где

А_Е - коэффициент экранирования (ослабления) по электрической составляющей электромагнитного поля, дБ,
А_н - коэффициент экранирования (ослабления) по магнитной составляющей электромагнитного поля, дБ,
Е₀ - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения в отсутствии экрана, В/м, Е_А - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения при наличии экрана, В/м, Н₀ - напряжённость магнитной составляющей электромагнитного поля в точке измерения в отсутствии экрана, А/м,
Н_А - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения при наличии экрана, А/м.

Различают следующие способы экранирования: электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное [7].

Электростатическое и магнитостатическое экранирование основаны на замыкании экраном (обладающим в первом случае высокой электропроводностью, а во втором магнитопроводностью) соответственно электрического и магнитного полей.

Электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования.

Применение металлических экранов позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана [7, 11].

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

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.

В диапазонах метровых и более коротких длин волн соединительные проводники длиной в несколько сантиметров могут резко ухудшить эффективность экранирования. На ещё 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 [7, 11].

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

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

Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом [7]:

• 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 (δ) больше толщины (d), то есть при δ > d, 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 δ > d эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.

Магнитостатическое экранирование используется при необходимости подавить наводки на низких частотах от 0 до 3 -10 кГц [7].

Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим [7]:

• магнитная проницаемость μ_α материала экрана должна быть возможно более высокой. Для изготовления экранов желательно применять магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллой);
• увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования, однако при этом следует принимать во внимание возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам экрана;
• стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно линиям магнитной индукции магнитного поля, их число должно быть минимальным;
• заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатического экранирования.

Эффективность магнитостатического экранирования повышается при применении многослойных экранов.

Экранирование высокочастотного магнитного поля основано на использовании магнитной индукции, создающей в экране переменные индукционные вихревые токи (токи Фуко). Магнитное поле этих токов внутри экрана будет направлено навстречу возбуждающему полю, а за его пределами - в ту же сторону, что и возбуждающее поле. Результирующее поле оказывается ослабленным внутри экрана и усиленным вне его. Вихревые токи в экране распределяются неравномерно по его сечению (толщине). Это называется явлением поверхностного эффекта, сущность которого заключается в том, что переменное магнитное поле ослабевает по мере проникновения в глубь металла, так как внутренние слои экранируются вихревыми токами, циркулирующими в поверхностных слоях [7].

Благодаря поверхностному эффекту плотность вихревых токов и напряжённость переменного магнитного поля по мере углубления в металл падают по экспоненциальному закону.

Эффективность магнитного экранирования зависит от частоты и электрических свойств материала экрана. Чем ниже частота, тем слабее действует экран, тем большей толщины приходится его делать для достижения одного и того же экранирующего эффекта. Для высоких частот, начиная с диапазона средних волн, экран из любого металла толщиной 0,5-1,5 мм действует весьма эффективно. При выборе толщины и материала экрана следует учитывать механическую прочность, жёсткость, стойкость против коррозии, удобство стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобство пайки, сварки и пр. [7].

Для частот выше 10 МГц медная и, тем более, серебряная плёнка толщиной более 0,1 мм даёт значительный экранирующий эффект. Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольги-рованного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесённым на него медным или серебряным покрытием [7].

При экранировании магнитного поля заземление экрана не изменяет величины возбуждаемых в экране токов и, следовательно, на эффективность магнитного экранирования не влияет.

На высоких частотах применяется исключительно электромагнитное экранирование. Действие электромагнитного экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданным (благодаря образующимся в толще экрана вихревым токам) полем обратного направления.

2. Экранирующие материалы

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 т.д.

Таблица 1. Коэффициенты экранирования электромагнитного поля некоторых материалов

Наименование материала	Толщина, мм	Диапазон частот, МГц	Коэффициент экранирования, дБ
Листовая сталь СТ-3, ГОСТ 19903-74	1,40	30-40000	100
Фольга алюминиевая, ГОСТ 618-73	0,08	30-40000	80
Фольга медная, ГОСТ 5638-75	0,08	30-40000	80
Сетка стальная тканая, ГОСТ 5336-73	0,3-1,3	30-30000	30
Радиозащитное стекло с одно- или с двухсторонним полупроводниковым покрытием, ТУ 21-54-41-73	6,0	30-30000	20-40
Ткань хлопчатобумажная с наноструктурным ферромагнитным микропроводом		30-1000	15-40
Ткань трикотажная (полиамид + проволока), ТУ 6-06-С202-90		0,3-30000	15-40
Ткань металлизированная «Восход»	Толщина напыления 4-6 мкм	0,1-12000	60-80
Ткань металлизированная «Метакрон», ТУ 8388-008-17310584-04	Толщина напыления 1-12 мкм	0,1-12000	50-80

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

Коэффициенты экранирования некоторых материалов представлены в табл.1 [3,6,10].

Металлические материалы (сталь, медь, алюминий, цинк, латунь), применяемые для экранирования, изготавливаются в виде листов, сеток и фольги. Все эти материалы удовлетворяют требованию устойчивости против коррозии при использовании соответствующих защитных покрытий [7].

Для изготовления экрана целесообразно использовать следующие материалы [1]:

• сталь листовая декапированная толщиной от 0,35 до 2,00 мм;
• сталь тонколистовая оцинкованная толщиной от 0,35 до 2,00 мм;
• сетка стальная тканая номер 0,4; 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,5;
• сетка стальная плетёная номер 3; 4; 5; 6;
• сетка из латунной проволоки номер 0,25; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 2,6.

Теория и практика показывают, что с точки зрения стоимости материала и простоты изготовления преимущества на стороне экранированного помещения из листовой стали. Однако при применении сетчатого экрана могут значительно упроститься вопросы вентиляции и освещения помещения. В связи с этим сетчатые экраны также находят широкое применение.

Наиболее технологичными являются конструкции экранов из стали, так как при их изготовлении и монтаже можно широко использовать сварку или пайку. Металлические листы должны быть между собой электрически соединены по всему периметру. Шов электросварки или пайки должен быть непрерывным, с тем чтобы получить цельносварную конструкцию экрана. Толщина стали выбирается исходя из назначения конструкции экрана и условий его сборки, а также из возможности обеспечения сплошных сварных швов при изготовлении [7].

Экраны из стали обеспечивают ослабление электромагнитного излучения более чем на 100 дБ.

Сетчатые экраны проще в изготовлении, удобны для сборки и эксплуатации. Для защиты от коррозии сетки целесообразно покрывать антикоррозийным лаком. К недостаткам сетчатых экранов следует отнести невысокую механическую прочность и меньшую эффективность экранирования по сравнению с листовыми.

Для сетчатых экранов пригодна любая конструкция шва, обеспечивающая хороший электрический контакт между соседними полотнищами сетки не реже чем через 10-15 мм. Для этой цели может применяться пайка или точечная сварка.

Экран, изготовленный из лужёной низкоуглеродистой стальной сетки с ячейкой 2,5-3 мм, даёт ослабление порядка 55-60 дБ, а из такой же двойной (с расстоянием между наружной и внутренней сетками 100 мм) около 90 дБ. Экран, изготовленный из одинарной медной сетки с ячейкой 2,5 мм, имеет ослабление порядка 65-70 дБ [1].

Экраны, изготавливаемые из фольги, имеют толщину 0,01-0,05 мм. Монтаж экранов из фольги достаточно прост, крепление фольги к основе экрана проводится чаще всего с помощью клея.

Материалы-диэлектрики также используются в качестве основы для создания экранов. Сами по себе диэлектрики не могут экранировать электромагнитные поля. Поэтому они чаще всего встречаются в сочетании либо с проводящими включениями, либо с дополнительными металлическими элементами и конструкциями [7].

На практике для улучшения экранирующих свойств диэлектрических экранов без существенного изменения их массы и конструкционных характеристик применяют проводящее покрытие экранов напылением металлов в виде тонких плёнок или оклеивание проводящей фольгой.

С помощью вакуумного напыления можно нанести слой меди, никеля или серебра толщиной 4-5 мкм.

В общем случае при прочих равных условиях эффективность экранирования металлизированным слоем ниже, чем сплошным металлическим листом.

Металлизация поверхности может применяться для экранирования отдельных отсеков радиоэлектронной и электронной аппаратуры при наличии неметаллических несущих конструкций, пластмассовых корпусов аппаратуры и т.д. К металлизированным поверхностям могут быть припаяны контакты для заземления и подключения других цепей.

Токопроводящие краски создаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих компонентов, пластификатора и отвердите-ля. В качестве токопроводящих составляющих используются графит, сажа, коллоидное серебро, окиси металлов, порошковая медь, алюминий [7].

Стёкла с токопроводящим покрытием должны обеспечивать требуемую эффективность экранирования при ухудшении их оптических характеристик не ниже заданных граничных значений. Электрические и оптические свойства стёкол с токопроводящим покрытием зависят от природы окислов, составляющих плёнку, условий и методов её нанесения и свойств самого стекла. При условии сохранения прозрачности стёкол с потерями не более 20% и обеспечения достаточной электропроводности толщина плёнки покрытия может колебаться в широких пределах от 0,5 до 3 мкм. Наибольшее распространение получили плёнки на основе оксида олова, оксида индия олова и золота, так как они обеспечивают наибольшую механическую прочность, химически устойчивы и плотно соединяются со стеклянной подложкой [6, 7].

Стёкла с токопроводящим покрытием в основном используются в экранированных камерах при необходимости обеспечения в них освещённости. Выпускаемые промышленностью стёкла с токопроводящим покрытием имеют поверхностное сопротивление не менее 6 Ом при ухудшении прозрачности не более чем на 20%. Эффективность экранирования у таких стёкол в радиодиапазоне составляет около 30 дБ [7].

Специальные металлизированные ткани содержат в своей структуре металлические нити или специальные токопроводящие покрытия, наличие которых приводит к отражению электромагнитных волн. Такие ткани предназначены для защиты от электромагнитного поля.

Например, хлопчатобумажная экранирующая ткань с наноструктурным ферромагнитным микропроводом, выпускаемая ОАО «ЦКБ РМ», имеет коэффициент экранирования электромагнитного поля в диапазоне 30 МГц-1ГГц от 15 до 40 дБ в зависимости от количества использованного на-ноструктурного ферромагнитного микропровода на 1 см². Возможная ширина полотна от 90 см до 1,75 м. Плотность переплетения - от марлевой ткани до полотна [10].

В последние годы в качестве экранирующих материалов стали широко использоваться металлизированные ткани, производимые химико-гальваническим методом нанесения металлического покрытия на ткани, выполненные из полимерных, базальтовых, стеклянных, кремнезёмных, графитовых нитей. При данном методе на поверхности ткани осаждается тонкая плёнка никеля или сплава никеля с железом и другими металлами толщиной в несколько мкм.

После металлизации ткань сохраняет текстильные свойства: гибкость, воздухопроницаемость, что позволяет её сшивать, склеивать, паять.

Металлизированные ткани производятся рулонами до 100 м длиной и шириной 0,9-1,2 м.

В качестве примера таких тканей можно привести металлизированные ткани «Метакрон» и «Восход» [3, 6].

Металлизированная ткань «Метакрон» изготавливается химико-гальваническим методом, обеспечивающим сплошное двухстороннее никелевое или никелево-медное покрытие материала толщиной от 1 до 12 мкм соответственно. Металлизации указанным методом могут подвергаться разные виды тканей, в том числе полиэфирная, полиамидная, арамидная, кевлар, финелон, базальтовая, графитовая, стеклоткань, хлопок [3].

Коэффициент экранирования инфракрасного излучения в диапазоне длин волн 2-14 мкм находится в пределах 0,4-0,65. Электрическое сопротивление ткани (по поверхности) от 0,002 до 0,4 Ом/см². Масса 1 м² ткани составляет от 60 до 300 гр, в зависимости от типа ткани.

Ткани предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от - 40°С до +65°С и относительной влажности до 95%.

Внешний вид тканей типа «Метакрон» приведён на рис. 1, а расшифровка их марок - на рис. 2 [3].

Для экранирования помещений приборов используются экранирующие ткани средней жёсткости марок 1П11Н5, 1,05П14-Н5, 1П12-Н3 (Н5), 1,2П25-Н3 (Н5), 1П22-Н5 и 0,94П17-Н3 (Н5) и экранирующие ткани с высокими показателями экранирования марок 1П11-Н10, 1,05П14-Н10, 1,2П13-Н5, 1,2П13-Н10, 1П3-Н3 и 1П4-Н3.

Ткани «Метакрон» имеют высокую отражательную способность (свыше 99,99%) в диапазоне неионизирующих электромагнитных излучений. Для ткани с Ni-покрытием толщиной 10 мкм ослабление электромагнитного поля в диапазоне частот 1 МГц 10 ГГц составляет от 80 до 100 дБ, с толщиной покрытия 5 мкм - от 50 до 80 дБ. Ослабление магнитного поля в диапазоне частот 0,1 30 МГц составляет от 5 до 60 дБ.

Рис. 1. Внешний вид тканей типа «Метакрон»

Рис. 2. Расшифровка марок тканей «Метакрон»

Металлизированная ткань «Восход» представляет собой тканую основу, покрытую несколькими слоями различных металлов. Общая толщина покрытий составляет 4-6 мкм. Вес 1 м² ткани составляет до 240 г. Ткань имеет светопроницаемость 43%.

Электрическое сопротивление (по поверхности) ткани составляет по медному покрытию 0,002 Ом/см², по никелевому от 0,1 до 0,6 Ом/см².

Ослабление электрического поля в диапазоне частот 0,1-30 МГц составляет от 70 до 100 дБ, а магнитного от 5 до 50 дБ. Ослабление электромагнитного поля в диапазоне 30-12000 МГц составляет от 60 до 80 дБ.

Электропроводный клей создаётся на основе эпоксидной смолы, заполняемой металлическими порошками (железо, кобальт, никель и др.). Электропроводный клей применяется наряду с пайкой, сваркой и болтовым соединением, а также в целях электромагнитного экранирования. Заполнение щелей и малых отверстий, установка экрана на несущей конструкции, крепление различных элементов экранов - эти и другие операции могут быть успешно выполнены с помощью электропроводного клея. Эффективность экранирования, обеспечиваемая с применением эпоксидного клея, составляет 50-65 дБ [7].

3. Экранирование технических средств обработки информации и их соединительных линий

С целью уменьшения уровня побочных электромагнитных излучений средства обработки информации ограниченного доступа выпускаются в специальном защищённом исполнении.

В качестве примера, на рис. 3 представлена ПЭВМ, выполненная в специальном экранированном корпусе [5].

Наряду c техническими средствами экранированию подлежат монтажные провода и соединительные линии [1,7,11].

Чтобы уменьшить уровень ПЭМИ, необходимо особенно тщательно выполнять соединение оболочки провода (экрана) с корпусом аппаратуры. Подключение оболочки должно осуществляться путём непосредственного контакта (лучше всего путём пайки или сварки) с корпусом.

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.

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. При использовании более длинных участков экранированных проводов необходимо иметь в виду, что в этом случае экранированный провод следует рассматривать как длинную линию, которая во избежание искажений формы передаваемого сигнала должна быть нагружена на сопротивление, равное волновому [7].

Для уменьшения взаимного влияния монтажных цепей следует выбирать длину монтажных высокочастотных проводов наименьшей, для чего элементы высокочастотных схем, связанные между собой, следует располагать в непосредственной близости, а неэкранированные провода высокочастотных цепей - при пересечении под прямым углом. При параллельном расположении такие провода должны быть максимально удалены друг от друга или разделены экранами, в качестве которых могут быть использованы несущие конструкции электронной аппаратуры (кожух, панель и т.д.) [1, 11].

Экранированные провода и кабели следует применять в основном для соединения отдельных блоков и узлов друг с другом.

Кабельные экраны выполняются или в форме цилиндра из сплошных оболочек, или в виде спирально намотанной на кабель плоской ленты, или в виде оплётки из тонкой проволоки. Экраны при этом могут быть однослойными, многослойными и комбинированными, изготовленными из свинца, меди, стали, алюминия и их сочетаний (алюминий-свинец, алюминий-сталь, медь-сталь-медь и т.д.).

В кабелях с наружными пластмассовыми оболочками применяют экраны ленточного типа в основном из алюминиевых, медных и стальных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабеля.

В области низких частот корпуса применяемых многоштырьковых низкочастотных разъёмов являются экранами и должны иметь надёжный электрический контакт с общей шиной или землёй прибора, а зазоры между разъёмом и корпусом должны быть закрыты электромагнитными уплотняющими прокладками. В области высоких частот коаксиальные кабели должны быть согласованы по волновому сопротивлению с используемыми высокочастотными разъёмами. При заделке коаксиального кабеля в высокочастотные разъёмы жила кабеля не должна иметь натяжения в месте соединения с контактом разъёма, а сам кабель должен быть жёстко прикреплён к шасси аппаратуры вблизи разъёма [7].

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 защиты линии связи от наводок необходимо разместить её в экранирующую оплётку или фольгу, заземлённую в одном месте, чтобы избежать протекания по экрану токов, вызванных неэквипотенциальностью точек заземления.

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.

Рис. 3. ПЭВМ«ЕС1855.М.02» в специальном
защищенном исполнении

Рис. 4. Сравнение защищённости различных цепей
от влияния внешних магнитных и электрических полей:
а) 0 дБ; б) 2 дБ; в) 5 дБ;
г) 49 дБ, скрученная пара, 18 витков на метр;
д) 57 дБ; е) 64 дБ, схема предпочтительна на высоких частотах;
ж) 64 дБ; з) 71 дБ; и) 79 дБ, скрученная пара (54 витка на метр)

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 многопроводного кабеля, покрытого с одной или обеих сторон медной фольгой).

Приведём несколько схем, используемых на частотах порядка 100 кГц [11].

Цепь, показанная на рис. 4 (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. 4 (б - и).

Схема на рис. 4 (б) практически не уменьшает магнитную связь, так как обратный провод заземлён с обоих концов, и в этом смысле она аналогична схеме на рис. 4 (а). Степень улучшения соизмерима с погрешностью расчёта (измерения).

Схема на рис. 4 (в) отличается от схемы на рис. 4 (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. 4 (г) позволяет существенно повысить защищённость цепи благодаря скрутке проводов. В этом случае (по сравнению со схемой на рис. 4 (б)) петли нет, поскольку правый конец цепи не заземлен.

Дальнейшее повышение защищённости цепи достигается применением схемы на рис. 4 (с), коаксиальная цепь которой обеспечивает лучшее магнитное экранирование, чем скрученная пара на рис. 4 (г).

Площадь петли в схеме на рис. 4 (д) не больше, чем в схеме на рис. 4 (г), так как продольная ось экрана коаксиального кабеля совпадает с его центральным проводом.

Таблица 2. Степень экранирующего действия различных типов зданий

Тип здания	Степень экранирования, дБ
	100 МГц	500 МГц	1000 МГц
Оконный проём 30 % от площади стены
Кирпичное здание с толщиной стен 1,5 кирпича	13-15	15-17	16-19
Железобетонное здание с ячейкой арматуры 15 х15 см и толщиной стен 160 мм	20-25	18-19	15-17
Оконный проём 30 % от площади стены, закрытый металлической решёткой с ячейкой 5 x 5 см
Кирпичное здание с толщиной стен 1,5 кирпича	17-19	20-22	22-25
Железобетонное здание с ячейкой арматуры 15 х15 см и толщиной стен 160 мм	28-32	23-27	20-25

Схема на рис. 4 (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. 4 (ж) имеет ту же защищённость, что и схема на рис. 4 (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. 4 (з) по сравнению с рис. 4 (ж) объяснить трудно. Возможной причиной может быть уменьшение площади эквивалентной петли.

Более плотная скрутка проводов (схема рис. 4 (и)) позволяет дополнительно уменьшить магнитную связь. Кроме того, при этом уменьшается и электрическая связь (в обоих проводах токи наводятся одинаково).

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

При нулевых уровнях сигналов (0 dB ) в соединительных линиях ТСОИ между ними и посторонними проводниками должно обеспечиваться переходное затухание не менее 114 dB (13 Нп) [1]. Данное переходное затухание обеспечивается, как правило, при прокладке кабелей ТСОИ на расстоянии не менее 0,1 м от посторонних проводников. При этом допускается прокладка кабелей ТСОИ вплотную с посторонними проводниками при суммарной длине их совместного пробега не более 70 м [1].

4. Экранированные помещения, сооружения и камеры

В обычных (неэкранированных) помещениях основной экранирующий эффект обеспечивают железобетонные стены домов (табл. 2) [4].

Как правило, степень экранирования обычных помещений невысока вследствие наличия в них окон, дверей и вентиляционных отверстий, поэтому их экранированию необходимо уделять первостепенное внимание.

Таблица 3. Предельно достижимые величины ослабления электромагнитных излучений для различных типов экранирующих помещений

Тип конструкции экранированного помещения	Степень экранирования, дБ
Одиночный экран из сетки; одиночная экранированная дверь, оборудованная зажимными устройствами; внутренние рольставни на окно; специальные электрические фильтры; экранирующие фильтры для притока и вытяжки (вентиляционные).	40
Одиночный экран из металлизированной ткани; одиночная экранированная дверь, оборудованная зажимными устройствами; экранированное окно с экранированным стеклом, внутренние рольставни на окно; специальные электрические фильтры; экранирующие фильтры для притока и вытяжки (вентиляционные).	60
Двойной экран из сетки или металлизированной ткани; двойная экранированная дверью-тамбуром и зажимными устройствами конструкция; специальные электрические фильтры; экранирующие фильтры для притока и вытяжки (вентиляционные).	80
Сплошной стальной экран; пневматическая экранированная дверь; специальные электрические фильтры; экранирующие фильтры для притока и вытяжки (вентиляционные).	100

Рис. 5. Схема экранированного сооружения

Рис. 6. Экранированные двери: а) без тамбура; б) и в) с тамбуром

а)

б)
Рис. 7. Фильтры помехоподавляющие электрические:
а) типа ФП (индуктивно-ёмкостные многопроводные);
б) типа ФСПП (на основе электродинамических замедляющих
 структур, однопроводные и многопроводные)
 

Для экранирования дверей в основном используется листовая сталь, а на окна устанавливается одно или двухслойная медная сетка с ячейкой не более 2x2 мм, причём расстояние между слоями сетки должно быть не менее 50 мм. Сетки удобнее делать съёмными в металлическом обрамлении.

В экранированных помещениях также могут устанавливаться оконные металлизированные рамы со стёклами, на которые нанесено специальное токопроводящее покрытие. Эффективность экранирования у таких стёкол в радиодиапазоне составляет около 30 дБ.

Для повышения эффективности экранирования могут использоваться шторы из металлизированной ткани.

Для повышения качества экранирования вентиляционных отверстий в них устанавливают экраны, представляющие собой сотовые конструкции, закрывающие вентиляционное отверстие, с прямоугольными, круглыми, шестигранными ячейками. Для достижения эффективного экранирования размеры ячеек должны быть менее одной десятой от длины волны.

При необходимости повышения экранирования помещения более чем на 20-25 дБ необходимо дополнительно экранировать не только двери, но и ограждающие конструкции (стены, пол, потолок), а также устанавливать на окна рольставни. Такие помещения уже можно называть экранированными.

Степень экранирования помещения зависит от используемых средств экранирования и может составлять от 40 до 60 дБ при наличии окон в помещении и до 100 дБ при их отсутствии (табл. 3).

На практике экранировку электромагнитных волн более 60 дБ можно обеспечить только в специальных экранированных сооружениях (ЭС) или в экранированных камерах (ЭК) [2, 9].

Выполняются экранированные сооружения из стальных сплошных листов, соединённых электродуговой сваркой.

Экранированное сооружение обеспечивает затухание электромагнитной энергии 60-120 дБ в диапазоне частот от 10 кГц до 37500 МГц и более [2].

В экранированных сооружениях (камерах) устанавливаются экранированные двери, технологические проёмы, системы контроля и сигнализации экранированных дверей, фильтры помехоподавляющие (электрические, воздуховодные, трубопроводные, световые, телекоммутационные), системы вентиляции и кондиционирования, системы пожарной сигнализации, дымоудаления и автоматического пожаротушения (рис. 5) [9].

а)

б)
Рис.8. Фильтры: воздуховодный (а) и трубопроводный (б)

Рис. 9. Мобильная (перевозимая) экранированная камера

Таблица 4. Классы экранированных камер

Классы экранированных камер	I класс	II класс	III класс
Эффективность экранирования, дБ	Свыше 80 до 120	Свыше 30 до 80	До 30 Включительно
Конструктивное исполнение	Неразборная	Неразборная, сборно-разборная

Экранированные двери предназначены для организации оперативного входа-выхода обслуживающего персонала в экранированное сооружение. Они имеют контактное магнитное уплотнение и в них отсутствуют механические запоры и прижимы, что обеспечивает безопасность прохода в экстремальных условиях.

При закрытии экранированной двери должен обеспечиваться надёжный электрический контакт со стенками помещения (с дверной рамой) по всему периметру.

Стандартные размеры дверей составляют 900x2000 мм и 1500x2000 мм. Установка нескольких дверей через систему тамбуров в комплекте с системой сигнализации обеспечивает проход персонала без нарушения защитных функций экранированного помещения.

Внешний вид некоторых экранированных дверей представлен на рис. 6 [9].

Экранированные ворота предназначены для оперативного ввоза-вывоза крупногабаритного оборудования в экранированное сооружение.

Системы сигнализации и контроля экранированных дверей и ворот предназначены для контроля их положения, световой и звуковой сигнализации при нарушении экранировки и для разрешения или запрещения прохода персонала в экранированное помещение в зависимости от положения дверей.

Фильтры помехоподавляющие электрические (рис. 7) предназначены для подавления побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) в цепях электропитания и сигнализации, а также организации ввода этих цепей в защищаемые и экранированные сооружения и помещения.

Фильтры воздуховодные (рис.8а) предназначены для воздухообмена внутреннего объёма экранированного сооружения с внешней средой в целях жизнеобеспечения обслуживающего персонала и дымоудаления, а также ввода световолоконных кабелей

Рис. 10. Сборно-разборное экранированное сооружение (камера):
а) вид снаружи; б) и в) вид внутри в экранированное сооружение для информационного обмена с установленной в нём аппаратурой.

Фильтры трубопроводные (рис. 8б) предназначены для подачи в экранированные сооружения жидкостей и газов.

Фильтры телекоммуникационные предназначены для ввода в экранированные камеры цифровых кодовых сигналов без нарушения экранирующих характеристик сооружения.

Для установки технических средств обработки информации ограниченного доступа кроме специальных экранированных сооружений могут использоваться экранированные камеры, предназначенные для испытания технических средств по параметрам электромагнитной совместимости и обеспечивающие эффективность экранирования в полосе частот 0,01-37500 МГц.

В зависимости от эффективности экранирования и конструктивного исполнения ЭК подразделяют на три класса в соответствии с табл. 4 [2].

Неразборные ЭК должны состоять из конструктивно унифицированных типовых элементов, которые собирают на месте установки. Они могут быть стационарными и мобильными.

Мобильные (перевозимые) ЭК полностью собираются в заводских условиях и выполняются как перевозимые контейнеры на любом виде соответствующего транспорта.

Внешний вид мобильной экранированной камеры представлен на рис. 9. Её габаритные размеры составляют: 12,0 (длина) x 4,5 (ширина) x 3,2 (высота) м, а вес 10 т [9].

ЭК укомплектована технологическим оборудованием, системами жизнеобеспечения и безопасности (принудительной приточно-вытяжной вентиляцией, кондиционированием, автоматической системой газового пожаротушения и сигнализации) и предназначена для эксплуатации при температуре от -40 ⁰С до +50 ⁰С. Гарантийный срок службы этой ЭК составляет 10-15 лет [9].

Таблица 5. Предпочтительные размеры экранированных камер

 

Внутренний размер			Площадь (S), м2	Объём (V), м3
Высота (H), м	Ширина (В), м	Длина (L), м
3,0	3,0	6,0	18,0	54,0
	3,6	6,0	21,0	64,8
	4,2	6,0	25,0	75,0
	4,8	6,0	28,0	86,4
	6,0	6,0	36,0	108,0
	6,6	15,0	99,0	297,0
3,6	3,0	6,0	18,0	54,0
	3,6	6,0	21,6	77,7
	3,6	9,6	34,5	124,2
	4,2	6,0	25,2	90,7
	4,8	6,0	28,8	103,7
	6,0	18,6	111,6	401,7
	6,6	9,6	63,6	228,0
	6,6	20,4	134,6	484,7
4,2	3,0	6,0	18,0	75,6
	4,8	6,0	28,8	120,9
	6,0	6,0	36,0	151,2
	6,0	9,6	57,6	241,9
	6,0	13,2	79,2	332,6
	6,0	15,0	90,0	378,0
	6,0	18,6	111,6	486,7
	6,6	18,6	122,7	515,3
	6,6	20,4	134,6	565,3

Рис. 11. Зависимость эффективности экранирования камеры от частоты

Сборно-разборные ЭК должны состоять из конструктивно унифицированных типовых элементов, изготавливаемых в заводских условиях, которые собирают на месте установки.

Внешний вид сборно-разборной ЭК представлен на рис. 10 [9].

Основные требования к конструкции ЭК и её элементам приведены в [2].

Конструкция ЭК должна обеспечивать возможность многократной сборки-разборки камеры без снижения её эффективности экранирования.

Конструкция элементов ЭК должна иметь габариты, позволяющие транспортировать их через дверные проёмы помещений.

Панели и элементы ЭК соединяют между собой болтами и гайками с прокладкой уплотнителей.

Материалы и покрытия контактирующих элементов должны выбираться так, чтобы гальваноконтактное напряжение, возникающее между ними, не вызывало коррозийного напряжения.

Зависимость эффективности экранирования от частоты приведена на рис. 11 [2].

Комплектацию ЭК типовыми элементами экранирования (дверьми, воротами, электрическими воздуховодными фильтрами, фильтрами для технологических вводов, светопроницаемыми проёмами), системой пожаротушения, сигнализацией, элементами освещения, телефонной связью проводят в соответствии с требованиями технического задания на ЭК конкретного типа.

Конструкция ЭК должна быть электрогерметичной. Размеры ЭК выбирают с учётом целевого назначения, технологии проводимых работ, количества установленных технических средств, их габаритов, а также с учётом количества рабочих мест. Предпочтительные размеры ЭК приведены в табл. 5 [2].

При размещении ЭК необходимо предусматривать проходы шириной не менее 1 м между стенками ЭК и выступающими конструкциями помещений для обеспечения сборки ЭК и проверки экрана.

Материал экрана должен обеспечивать [2]:

• требуемую величину эффективности экранирования в заданном диапазоне частот;
• механическую прочность конструкции ЭК;
• технологичность изготовления и монтажа;
• устойчивость против коррозии.

Для ЭК I и II классов рекомендуется в качестве экрана применять листовую сталь следующих марок: холоднокатаная ст. 3 по ГОСТ 19904; горячекатаная ст. 3 по ГОСТ 19903; углеродная качественная и обыкновенного качества общего назначения ст. 3 по ГОСТ 16523.

В отдельных случаях может быть рекомендовано применение следующих металлических листовых материалов: листы из алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 21631; листы из алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 13726; листы и полосы медные по ГОСТ 495; ленты медные по ГОСТ 1173.

Таблица 6. Размеры дверных проёмов экранированных камер

Тип двери	Размеры дверного проёма в свету, м
	ширина	высота
Однопольная	0,9	2,0
Двупольная	1,5	2,0

Для ЭК III класса рекомендуется в качестве экрана применять следующие материалы: фольгу алюминиевую для упаковки по ГОСТ 745; фольгоизол по ГОСТ 20429; фольгу медную электролитическую по ТУ 48-0318- 49; фольгу медную рулонную для технических целей по ГОСТ 5638; сетки стальные проволочные, тканевые с квадратными ячейками общего назначения по ГОСТ 3826; сетки латунные и бронзовые проволочные тканевые с квадратными ячейками нормальной точности по ГОСТ 6613.

Листы (панели) экрана, выполненные из стального проката и стальной сетки, соединяют герметичным, непрерывным швом, выполненным электродуговой сваркой в среде защитного газа по ГОСТ 14771.

Металлическую сетку из цветных металлов соединяют пайкой припоем ПОС-40 по ГОСТ 21931.

Конструкция экранированных дверей, ворот и щитов должна обеспечивать требуемую эффективность экранирования в заданном диапазоне частот.

В случае, когда конструкция дверей или ворот не обеспечивает требуемую эффективность экранирования, в ЭК предусматриваются экранированные многотамбурные системы.

Внутренние размеры тамбуров выбирают с учётом размеров дверей или ворот и возможности транспортировки ТСОИ и другого технического оборудования, необходимого для проведения работ внутри ЭК.

Конструкция экранированных дверей, ворот и щитов должна обеспечивать электрический контакт по периметру соприкосновения с полотном проёма коробки двери, ворот или щита.

Конструкция экранированных дверей должна быть распашного типа, не иметь механического запирающего устройства и открываться вручную изнутри и снаружи.

Размеры дверных проёмов в свету должны соответствовать приведённым в табл. 6 [2].

Конструкция экранированных ворот должна быть откатного варианта однопольного типа и должна предусматривать возможность их транспортировки от завода-изготовителя потребителю.

Система управления и сигнализация экранированных ворот должна предусматривать возможность отключения технических средств при нарушении их нормального функционирования.

Конструкция радиочастотных фильтров (РЧФ) для защиты вводов электрических сетей, воздуховодов и трубопроводов должна обеспечивать требуемую эффективность экранирования в заданном диапазоне частот.

При невозможности обеспечения требуемой эффективности экранирования в заданном диапазоне частот одним типом фильтра допускается последовательное соединение требуемого числа фильтров одного или нескольких типов.

Конструкция радиочастотного фильтра для защиты вводов коммуникаций должна отвечать следующим требованиям [2]:

• обладать достаточной механической прочностью, удобством крепления и монтажа;
• не содержать дефицитных и дорогостоящих деталей;
• иметь минимальные габаритные размеры и вес.

Места соединения корпуса радиочастотного фильтра с экраном ЭК должны иметь эффективность экранирования в заданном диапазоне частот не ниже эффективности экранирования ЭК. Способ соединения конструкции радиочастотных фильтров с экраном определяет разработчик ЭК.

РЧФ устанавливают в местах ввода в ЭК сетей освещения, силовых низковольтных и высоковольтных сетей, цепей управления, блокировки, сигнализации, связи и т. д.

Тип РЧФ выбирают с учётом: диапазона частот; величины требуемого вносимого затухания фильтра; количества вводимых проводов, вводов (жил кабеля); электрических параметров вводимых сетей (частоты и напряжения сети, силы тока постоянного и переменного); климатических и вибрационных условий; габаритных размеров, веса.

Корпуса РЧФ для защиты вводов электрических сетей должны иметь клемму заземления.

Радиочастотные воздуховодные фильтры (РЧВФ) устанавливают в местах ввода в ЭК систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Тип РЧВФ выбирают с учётом: диапазона частот; величины требуемой эффективности экранирования; размеров сечения вентиляционного проёма, выбираемого с учётом обеспечения требуемого воздухообмена и поддержания нормальных климатических условий в ЭК для работы обслуживающего персонала, ТС и обеспечения технологии проведения работ.

Радиочастотные трубопроводные фильтры (РЧТФ) устанавливают в местах ввода в ЭК трубопроводов отопления, водопровода.

Тип РЧТФ выбирают с учётом: диапазона рабочих частот; внутреннего геометрического размера трубопровода; радиотехнических характеристик среды, заполняющей полость трубопровода.

Экран камеры и металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, должны быть заземлены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030 и СНиП 3.05.06.

Экран камеры должен быть связан с шиной заземления.

Жилы заземления и ответвления от них должны быть доступны для осмотра, кроме нулевых жил и заземляющих защитных проводников, проложенных в трубах и коробах.

Контактные соединения в цепи заземления или зануления должны соответствовать классу 2 по ГОСТ 10434.

Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к частям оборудования, подлежащих заземлению или зану-лению, должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением. Для болтового соединения должны быть предусмотрены меры против ослабления и коррозии контактного соединения.

Каждая часть технического средства, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки не допускается.

ЭК не должны примыкать к стенам здания из лёгких ограждающих конструкций со сгораемыми и трудносгораемыми утеплителями.

Для изготовления ЭК должны применяться только несгораемые и трудносгораемые отделочные материалы.

Двери ЭК должны открываться по ходу эвакуации.

В ЭК площадью более 100 м² должны быть предусмотрены не менее двух выходов, расположенных рассредоточено.

Автоматика системы пожаротушения ЭК должна функционировать от датчиков, реагирующих на дым и тепло. Срабатывание этих датчиков должно обеспечивать отключение всех систем вентиляции ЭК и электропитания технических средств и другого оборудования.

Установка технических средств обработки информации ограниченного доступа в экранированных сооружениях и камерах с эффективностью экранирования свыше 60 дБ исключает возможность перехвата защищаемой информации не только по техническим каналам утечки информации, возникающим вследствие побочных электромагнитных излучений и их наводок, но и по каналам утечки, создаваемым методом «высокочастоного облучения» и внедрением в технические средства электронных устройств перехвата информации.

Литература

1. Гавриш В.Ф. Практическое пособие по защите коммерческой тайны. - Симферополь: Таврида, 1994. - 112 с.

2. ГОСТ Р 50414-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для испытаний. Камеры экранированные. Классы, основные параметры, технические требования и методы испытаний. - Введ. 1993-07-01. - М.: Госстандарт России, 1992. - 28 с.

3. Металлизированная ткань «Метакрон». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.metakron.ru/kat.htm

4. Николаенко Ю.С. Противодействие радиотехнической разведке // Системы безопасности, связи и телекоммуникаций. - 1995. - № 6. - С. 12 - 15.

5. Рабочая станция ЕС1855.М.02. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.niievm.by/products/ec1855_m_02.htm.

6. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vrednost.ru/224218055.php.

7. Технические методы и средства защиты информации / Ю.Н. Максимов, В.Г. Сонников, В.Г. Петров и др. - СПб.: «Издательство Полигон», 2000. - 320 с.

8. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. - М.: НПЦ «Аналитика», 2008. - 436 с.

9. Экранированные сооружения. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.elfilter. ru/levadnyi/kamers.htm.

10. Экранирующие материалы для защиты от электромагнитных излучений и решения проблем электромагнитной совместимости. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ckbrm.ru/index.php?products=64

11. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып 2. Внутрисистемные помехи и методы их уменьшения: Сокращ. пер. с англ./Под ред. А.И.Саприга. - М.: Сов. Радио, 1978. - 272 с.

Статья опубликована на сайте: 03.07.2012