Литвиненко А.В. Методы и средства защиты информации

Подождите немного. Документ загружается.

Физические преобразователи 151

• НАМ органного типа (большие мобильные или стационарные установки, в частно-

сти, применяемые в пограничных войсках для прослушивания акустических сигналов

с сопредельной территории и др.), позволяет осуществлять прослушивание до 1000 м.

• Плоские НАМ, использующие в качестве антенной системы фазированную антенную

решетку (ФАР), обычно маскируются под кейс, в крышку которого монтируется

ФАР.

Акустическая разведка методом пассивного перехвата основана на перехвате акусти-

ческой волны направленными микрофонами.

Акустические методы перехвата — облучение колеблющихся предметов в УФ и ИК

диапазонах, оптическим лазерным стетоскопом. Используется также облучение радио

лучом, но при этом устойчивый прием информации возможен на расстоянии 300–400 м.

Ультразвуковой съем информации возможен во всех направлениях из-за широкой диа-

граммы направленности антенной системы и на расстоянии 300 м.

Контактные методы — это закладные устройства:

• радиомикрофоны непрерывного действия;

• радиомикрофоны с выключением питания;

• радиомикрофоны с управлением по радио;

• радиомикрофоны с дистанционным питанием;

• стетоскопы.

Осуществляется съем речевой информации по следующим цепям:

• звонковая цепь;

• реле;

• съем информации с измерительной головки вольтметров и амперметров;

• система радиотрансляции;

• система электрочасофикации;

• система пожарной и охранной сигнализации.

Физические преобразователи

В любых технических средствах существуют те или иные физические преобразовате-

ли, выполняющие соответствующие им функции, которые основаны на определенном

физическом принципе действия. Хорошее знание всех типов преобразователей позволя-

ет решать задачу определения наличия возможных неконтролируемых проявлений фи-

зических полей, образующих каналы утечки информации.

Характеристики физических преобразователей

Преобразователем является прибор, который трансформирует изменение одной фи-

зической величины в изменения другой. В терминах электроники преобразователь

обычно определяется как прибор, превращающий неэлектрическую величину в электри-

ческий сигнал или наоборот (рис. 6.11).

152 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Рис. 6.11. Схема работы преобразователя

Каждый преобразователь действует по определенным физическим принципам и об-

разует присущий этим принципам передающий канал — т.е. канал утечки информации.

Функции приборов и электронных устройств можно разделить на два основных вида

— обработка электрических сигналов и преобразование какого-либо внешнего физиче-

ского воздействия в электрические сигналы.

Во втором случае основную роль выполня-

ют датчики и преобразователи.

Многообразные эффекты внешнего мира не ограничиваются в своих проявлениях

лишь электрическими сигналами. Многочисленны различные физические явления (звук,

свет, давление и т.д.) — их можно насчитать не менее нескольких десятков. Для преоб-

разования информации о физических явлениях в форму электрического сигнала в

элек-

тронных системах используются чувствительные элементы — датчики. Датчики явля-

ются началом любой электронной системы, играя в ней роль источников электрического

сигнала.

Существуют два вида датчиков:

• специально разработанные для создания необходимого электрического сигнала;

• случайные, являющиеся результатом несовершенства схемы или устройства.

По форме преобразования датчики могут быть разделены на преобразователи сигна-

ла и преобразователи энергии.

На преобразователь воздействуют определенные силы, что порождает определенную

реакцию.

Любой преобразователь характеризуется определенными параметрами. Наиболее

важными из них являются.

• Чувствительность. Это отношение изменения величины выходного сигнала к изме-

нению сигнала на его входе.

• Разрешающая способность, характеризующая наибольшую точность, с которой

осуществляется преобразование.

Физические преобразователи 153

• Линейность. Характеризует равномерность изменения выходного сигнала в зависи-

мости от изменения входного.

• Инертность, или время отклика, которое равно времени установления выходного

сигнала в ответ на изменение входного сигнала.

• Полоса частот. Эта характеристика показывает, на каких частотах воздействия на

входе еще воспринимаются преобразователем, создавая на выходе еще допустимый

уровень сигнала.

По физической природе преобразователи делятся на многочисленные группы, среди

которых следует отметить фотоэлектрические, термоэлектрические, пьезоэлектрические,

электромагнитные и акустоэлектрические преобразователи, широко использующиеся в

современных системах связи, управления и обработки информации (рис

. 6.12).

Рис. 6.12. Группы первичных преобразователей

Виды акустоэлектрических преобразователей

Акустическая энергия, возникающая во время звучания речи, может вызвать механи-

ческие колебания элементов электронной аппаратуры, что в свою очередь приводит к

появлению электромагнитного излучения или его изменению при определенных обстоя-

тельствах. Виды акустоэлектрических преобразователей представлены на рис. 6.13. Наи-

более чувствительными к акустическим воздействиям элементами радиоэлектронной

аппаратуры являются катушки индуктивности и конденсаторы

переменной емкости.

Рис. 6.13. Виды акустоэлектрических преобразователей

Индуктивные преобразователи

Если в поле постоянного магнита поместить катушку индуктивности (рамку) и при-

вести ее во вращение с помощью, например, воздушного потока (рис. 6.14), то на ее вы-

ходе появится ЭДС индукции.

154 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Рис. 6.14. Вращение рамки в магнитном поле приводит к генерации ЭДС

Во время звучания человеческой речи возникает воздушный поток переменной плот-

ности. Раз так, то можно ожидать, что под воздействием воздушного потока речи будет

вращаться и катушка (рамка), что вызовет пропорциональное изменение ЭДС индукции

на ее концах. Так можно связать акустическое

воздействие на проводник в магнитном

поле с возникающей ЭДС индукции на его концах. Это типичный пример группы ин-

дукционных акустических преобразователей. Представителем этой группы является, на-

пример, электродинамический преобразователь.

Рассмотрим акустическое воздействие на катушку индуктивности с сердечником

(рис. 6.15). Механизм и условия возникновения ЭДС индукции в такой катушке сводятся

к следующему

Рис. 6.15. Возникновение ЭДС на катушке индуктивности

• Под акустическим давлением Р появляется вибрация корпуса и обмотки катушки.

• Вибрация вызывает колебания проводов обмотки в магнитном поле, что и приводит к

появлению ЭДС индукции на концах катушки. Эта ЭДС определяется по формуле:

E =

фс

+ N

фв

) =

⎣

⎢

⎡

⎦

⎥

⎤

(t)

cosϕ

(t) + S

(t) cosϕ

(t) ,

где N

фс

— магнитный поток, замыкающийся через сердечник; N

фв

— магнитный по-

ток, замыкающийся через обмотки по воздуху;

— вектор магнитной индукции; μ

(t)

— магнитная проницаемость сердечника;

(t) — магнитная постоянная; ϕ

(t) — угол

между вектором

и осью сердечника; ϕ

(t) — угол между вектором B

и осью ка-

тушки;

— площадь поперечного сечения сердечника; S

— площадь поперечного

сечения катушки.

Физические преобразователи 155

Индуктивные преобразователи подразделяются на электромагнитные, электродина-

мические и магнитострикционные.

К электромагнитным преобразователям относятся такие устройства, как громкогово-

рители, электрические звонки (в том числе и

вызывные звонки телефонных аппаратов), элек-

трорадиоизмерительные приборы.

Примером непосредственного использования

этого эффекта для цепей акустического преобра-

зования является электродинамический микро-

фон (рис. 6.16). ЭДС на выходе катушки опреде

ляется по формуле:

E = –L

, L = k 4πμ

где L — индуктивность; k — коэффициент, зависящий от соотношения; I — длина на-

мотки катушки;

d — диаметр катушки; μ

— магнитная проницаемость; S — площадь

поперечного сечения катушки;

N — количество витков катушки.

Возникновение ЭДС на входе такого преобразователя принято называть микрофон-

ным эффектом. Можно утверждать, что микрофонный эффект способен проявляться как

в электродинамической, так и в электромагнитной, конденсаторной и других конструк-

циях, широко используемых в микрофонах самого различного назначения и использова-

ния.

Микрофонный эффект электромеханического звонка телефонного аппарата

Электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата — типичный образец

индуктивного акустоэлектрического преобразователя, микрофонный эффект которого

проявляется при положенной микротелефонной трубке.

ЭДС микрофонного эффекта звонка (рис. 6.17) может быть определена по формуле:

мэ

= ηP,

где η— акустическая чувствительность звонка, P — акустическое давление.

η =

VSμ

где V — магнитодвижущая сила постоянного магнита; S — площадь якоря (пластины);

— магнитная проницаемость сердечника; N — количество витков катушки; S

—

площадь полосного наконечника;

d — величина зазора; Z

— механическое сопротив-

ление.

По такому же принципу (принципу электромеханического вызывного звонка) обра-

зуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного

назначения и даже в электрических вызывных звонках бытового назначения.

Рис. 6.16. Возникновение ЭДС в

электродинамическом микрофоне

156 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Акустические колебания воздействуют на якорь реле (рис. 6.18). Колебания якоря

изменяют магнитный поток реле, замыкающийся по воздуху, что приводит к появлению

на выходе катушки реле ЭДС микрофонного эффекта.

Рис. 6.17. Схема возникновения ЭДС

на вызывном звонке

Рис. 6.18. Схема возникновения

ЭДС на реле

Микрофонный эффект громкоговорителей

Динамические головки прямого излучения, устанавливаемые в абонентских громко-

говорителях, имеют достаточно высокую чувствительность к акустическому воздейст-

вию (2–3 мВ/Па) и сравнительно равномерную в речевом диапазоне частот амплитудно-

частотную характеристику, что обеспечивает высокую разборчивость речевых сигналов.

мэ

= ηP, η=

BIS

где η— акустическая чувствительность звонка, I — длина проводника, движущегося в

магнитном поле с индукцией

B; B — магнитная индукция; S — площадь поверхности,

подверженной влиянию давления акустического поля;

— механическое сопротивле-

ние.

Рис. 6.19. Схема возникновения ЭДС на громкоговорителе

Известно, что абонентские громкоговорители бывают одно- и многопрограммными.

В частности, территории бывшего СССР достаточно широко распространены трехпро-

граммные громкоговорители.

Трехпрограммные абонентские громкоговорители, в соответствии с ГОСТ 18286-88

(“Приемники трехпрограммные проводного вещания. Общие технические условия”),

Физические преобразователи 157

имеют основной канал (НЧ) и каналы радиочастоты (ВЧ), включенные через усилитель-

преобразователь. Усилитель-преобразователь обеспечивает преобразование ВЧ сигнала

в НЧ сигнал с полосой ≈ 100–6300 Гц за счет использования встроенных гетеродинов.

Так, например, в трехпрограммном громкоговорителе “Маяк 202” используется два ге-

теродина для второй и третьей программ ВЧ. Один вырабатывает частоту 78 кГц, а

другой

— 120 кГц.

Наличие сложной электронной схемы построения трехпрограммных громкоговори-

телей (обратные связи, взаимные переходы, гетеродины) способствует прямому проник-

новению сигнала, наведенного в динамической головке, на вход устройства (в линию).

Не исключается и излучение наведенного сигнала на частотах гетеродина (78 и 120 кГц).

Микрофонный эффект вторичных электрочасов

Исполнительное устройство вторичных электрочасов представляет собой шаговый

электродвигатель, управляемый трехсекундными разнополярными импульсами

U = ± 24

В, поступающими с интервалом 57 с от первичных электрочасов.

Микрофонный эффект вторичных часов, обусловленный акустическим эффектом ша-

гового электродвигателя (рис. 6.20), проявляется в основном в интервалах ожидания им-

пульсов управления.

Рис. 6.20. Схема возникновения ЭДС на шаговом двигателе

Степень проявления микрофонного эффекта вторичных электрочасов существенно

зависит от их конструкции, т.е. выполнены ли они в пластмассовом, деревянном или ме-

талическом корпусе; с открытым или закрытым механизмом; с жестким или подвесным

креплением.

Глава 7

Классификация электрических

каналов утечки информации

Паразитные связи и наводки

Элементы, цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых электронных

систем и схем постоянно находятся под воздействием собственных (внутренних) и сто-

ронних (внешних) электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих

или наводящих в них значительные напряжения. Такое воздействие называют электро-

магнитным влиянием или просто влиянием на элементы цепи. Коль скоро такое влияние

образуется

непредусмотренными связями, в подобных случаях говорят о паразитных

(вредных) связях и наводках, которые приводят к образованию электрических каналов

утечки информации.

Основными видами паразитных связей в схемах радиоэлектронного оборудования

(РЭО) являются емкостные, индуктивные, электромагнитные, электромеханические связи

и связи через источник питания и заземления РЭО.

Паразитные емкостные связи

Паразитные емкостные связи обусловлены электрической емкостью, образующейся

между элементами, деталями и проводниками схем, несущих потенциал сигнала (рис.

7.1). Так как сопротивление емкости, создающей паразитную емкостную связь, падает с

ростом частоты (

= 1/ωC), проходящая через нее энергия с повышением частоты уве-

личивается. Поэтому паразитная емкостная связь может привести к самовозбуждению

усилителя на частотах, превышающих его высшую рабочую частоту.

Чем больше усиление сигнала между цепями и каскадами, имеющими емкостную

связь, тем меньше емкости требуется для его самовозбуждения. При усилении в 105 раз

(100 дБ) для самовозбуждения

усилителя звуковых частот иногда достаточно емкости

между входной и выходной цепями порядка 0,01 пФ.

Паразитные индуктивные связи

Паразитные индуктивные связи обусловлены наличием взаимоиндукции между

проводниками и деталями РЭО, главным образом между ее трансформаторами. Пара-

зитная индуктивная обратная связь между трансформаторами усилителя — например,

между входным и выходным трансформаторами, — может вызвать режим самовозбу-

ждения в области рабочих частот и гармониках.

Паразитные связи и наводки 159

Рис. 7.1. Схема возникновения паразитной емкостной связи

Для усилителей с малым входным напряжением (микрофонные, магнитофонные и

др.) очень опасна индуктивная связь входного трансформатора с источниками перемен-

ных магнитных полей (трансформаторы питания). При расположении такого источника

вблизи от входного трансформатора ЭДС, которая наводится на вторичной обмотке

трансформатора средних размеров, может достигать нескольких

милливольт, что в сотни

раз превосходит допустимое значение. Значительно слабее паразитная индуктивная

связь проявляется при торроидальной конструкции входного трансформатора. При

уменьшении размеров трансформатора паразитная индуктивная связь ослабляется.

Паразитные электромагнитные связи

Паразитные электромагнитные связи приводят к самовозбуждению отдельных каска-

дов звуковых и широкополосных усилителей на частотах порядка десятков и сотен мега-

герц. Эти связи обычно возникают между выводными проводниками усилительных эле-

ментов, образующими колебательную систему с распределенными параметрами и резо-

нансной частотой определенного порядка.

Паразитные электромеханические связи

Паразитные электромеханические связи проявляются в устройствах, корпус которых

имеет механическую связь с включенным на вход усилителя громкоговорителем; в уси-

лителях расположенных вблизи от громкоговорителя, а также в усилителях, подвергаю-

щихся вибрации (сотрясения). Механические колебания диффузора близкорасположен-

ного громкоговорителя через корпус последнего и шасси усилителя, а также через воз-

дух передаются усилительным

элементам. Вследствие микрофонного эффекта эти

колебания вызывают в цепях усилителя появление переменной составляющей тока, соз-

дающего паразитную обратную связь.

Транзисторы почти не обладают микрофонным эффектом, поэтому паразитная элек-

тромеханическая связь проявляется в основном в ламповых усилителях.

Паразитные обратные связи через источники питания

Паразитные обратные связи через источники питания в многокаскадном усилителе

возникают вследствие того, что источники питания имеют внутреннее сопротивление.

160 Глава 7. Классификация электрических каналов утечки информации

Так, например, ток сигнала I

вых

усилителя (рис. 7.2), проходя через источник пита-

ния, создает на внутреннем сопротивлении

последнего падение напряжения U, рав-

ное

вых

. Это напряжение подается на предыдущие каскады вместе с постоянной со-

ставляющей напряжения источника питания, а затем через элементы межкаскадной свя-

зи попадает на входы усилительных элементов, создавая в усилителях паразитную

обратную связь. В зависимости от соотношения фаз паразитной обратной связи и полез-

ного сигнала, это напряжение может увеличивать напряжение сигнала

и (при достаточ-

ной глубине) привести к его самовозбуждению.

Рис. 7.2. Схема возникновения паразитной связи в многокаскадном усилителе

Опасный сигнал может попасть в цепи электрического питания, создавая каналы

утечки информации. В линию электропитания ВЧ передается за счет паразитных емко-

стей трансформаторов блоков питания (рис. 7.3).

Утечка информации по цепям заземления

Заземление (рис. 7.4) — это устройство, состоящее из заземлителей и проводников,

соединяющих заземлители с электронными и электрическими устройствами, приборами

и т.д. Заземлителем называют проводник или группу проводников, выполненных из

проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом.

Заземлители могут быть любой формы — в виде трубы, стержня, полосы, листа, прово-

локи и

т.п. В основном они выполняют защитную функцию и предназначаются для со-

единения с землей приборов.

Рис. 7.3. Схема утечки информации по цепям питания