Паразитные связи и наводки

В любом радиоэлектронном средстве или электрическом при­боре наряду с токопроводами (проводами, проводниками печатных плат), предусмотренными их схемами, возникают многочисленные побочные пути, по которым распространяются электрические сиг­налы, в том числе опасные сигналы акустоэлектрических преоб­разователей. Эти пути создаются в результате паразитных связей и наводок. Первопричиной их являются поля, создаваемые элект­рическими зарядами и токами в цепях радиоэлектронных средств и приборов.

Постоянные электрические заряды и электрический ток в эле­ментах и цепях радиосредств и электрических приборов создают соответствующие электрические и магнитные поля, а заряды и ток переменной частоты — электромагнитные поля. Поля распростра­няются в пространстве и воздействуют на элементы и цепи других технических средств и систем. Кроме того, для функционирования средств и систем необходимо обеспечить гальваническое соедине­ние их элементов. Из-за гальванических соединений возникают до­полнительные пути для распространения сигналов одних узлов и блоков по цепям других. В результате воздействия побочных по­лей и влияния через проводники и резисторы сигналов одних уз­лов и блоков на сигналы других блоков и узлов возникают пара­зитные связи и наводки как внутри радиоэлектронных средств, так и между рядом расположенными средствами. Эти связи и на­водки ухудшают работу узлов, блоков и средств в целом. Поэтому при проектировании радиоэлектронных средств уровни этих паразитных связей и наводок снижают до допустимых значений. Чем выше требования к характеристикам средств, тем требуются боль­шие усилия, а следовательно, и затраты для нейтрализации пара­зитных связей и наводок. Основная часть высокой цены (десятки тысяч долларов) высокоточных контрольно-измерительных при­боров фирм Hewlett Packard, Ronde & Scwarz и др. приходится на меры по уменьшению паразитных связей и наводок.

Однако несмотря на принимаемые меры по снижению уровня паразитных связей и наводок для обеспечения требуемых харак­теристик радиоэлектронного средства, остаточный их уровень со­здает угрозы для информации, содержащейся в информационных параметрах сигналов, циркулирующих в радиоэлектронном средс­тве. Поэтому любое радиоэлектронное средство или электри­ческий прибор следует с точки зрения информационной безо­пасности рассматривать как потенциальный источник угрозы безопасности информации.

Известны три вида паразитных связей:

•емкостная;

•индуктивная;

•гальваническая.

Емкостная связь образуется в результате воздействия элек­трического поля, индуктивная ~- воздействия магнитного поля, гальваническая связь — через общее активное сопротивление.

Рис. 5.5. Паразитная емкостная связь

На этом рисунке U_a - - потенциал заряда точки А относитель­но корпуса, создающий электрическое поле. В результате воздейс­твия этого поля в точке В возникает заряд противоположного зна­ка. Величина потенциала заряда (наведенного напряжения) U_b точ­ки В относительно корпуса определяется соотношением емкостно­го сопротивления С_п, и сопротивлений Z_b:

где Z = 1 /jcoC — емкостное сопротивление между точками А и В, со — круговая частота изменения потенциала заряда точки А.

Емкость С_п является паразитной и создает емкостную паразит­ную связь между точками А и В. Отношение

называется коэффициентом паразитной емкостной связи.

В большинстве реальных случаях Z_n»Z_b, поэтому p_caZJcoC_n. Следовательно, коэффициент паразитной емкостной связи пропор­ционален величине паразитной емкости и частоте колебаний элек­трического поля.

Емкостная паразитная связь возникает между любыми элемен­тами схемы: проводами, радиоэлементами схемы и корпусом (шас­си). Величина паразитной емкости на единицу длины проводов, па­раллельно расположенных на удалении b друг от друга, определя­ется по формуле:

где d — диаметр проводов; е_а — абсолютное значение диэлектри­ческой постоянной.

Из этой формулы следует, что величина емкости пропорцио­нальна диэлектрической проницаемости среды, диаметру прово­дов и обратно пропорциональна расстоянию между проводами. Максимальная паразитная емкость возникает между проводами катушек, в которых витки проводов наматываются вплотную друг к другу (b ~ d) и пропитываются лаком (е_а ~ 4,5 • 10"" Ф/м). Эта ем­кость составляет 4,4 • 10~'° Ф/м или 44 пФ/м. Емкость между дву­мя параллельными проводами длиной 100 мм и диаметром 0,1 мм уменьшается с 0,75 пф до 0,04 пф при увеличении расстояния меж­ду ними с 2 до 50 мм. Для проводов диаметром 2 мм эта емкость при тех же условиях больше и составляет 5-0,07 пф [12].

Так как между рядом расположенными основными и вспомо­гательными средствами существует паразитная емкостная связь, способствующая передаче сигналов с защищаемой информацией от ОТСС к ВТСС, то для определения величины наводки надо знать их паразитные емкости. Эти емкости называются собственными емкостями радиоэлектронного средства и электрического прибо­ра. Вычислить собственную емкость можно только для простей­ших конфигураций типа штырь, шар, диск. Например, для шты­ря длиной L паразитная емкость составляет С_п ~ 0,1L, для диска С_п ~ 0,35D, шара — С_п ~ 0,56D, где D — диаметр шара и диска. Для реальных радиоэлектронных средств сложной конфигурации собс­твенная емкость С_п определяется экспериментально путем разме­щения средства в однородном электрическом поле и измерением наведенного напряжения на его выходе U_H. Предварительно изме­ряется наведенное эталонное напряжение U в простейшем уст­ройстве (диске, шаре и др.) с известной (эталонной) собственной емкостью С_пэ, помещенном в это поле. На основе полученных дан­ных собственная емкость исследуемого средства определяется ме­тодом замещения, в соответствии с которым С_п = C_n3U/U_|i3.

Паразитная индуктивная связь иллюстрируется рис. 5.6.

Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнит­ное поле, силовые линии которого достигают проводников другой цепи В и наводят в ней ЭДС величиной

где со —• круговая частота переменного тока в цепи A; Z_a — полное сопротивление цепи А; М_п — паразитная взаимная индуктивность между цепями А и В.

ЭДС величиной u_b создает в цепи В ток 1_в, обратно пропорцио­нальный суммарному сопротивлению Z_b цепи В и сопротивлению нагрузки Z. Этот ток вызывает на нагрузке напряжение наводки U, = UZ_H/(Z_B + Z,_i) = U_aG)M_nZ_H/Z_a(Z_B + Z_ii). Отношение Р_и = Ц/и = = o)M_nZ /Z_a(Z_g + z_h) называется коэффициентом паразитной ин­дуктивной связи. Он, как следует из приведенного выражения, пропорционален частоте переменного тока и величине паразитной взаимной индуктивности и обратно пропорционален сопротивле­нию цепей.

Взаимная индуктивность замкнутых цепей зависит от взаим­ного расположения и конфигурации проводников. Она тем больше, чем большая часть магнитного поля тока в одной цепи пронизыва­ет проводники другой цепи.

Следует различать взаимную индуктивность между проводни­ками разных цепей от индуктивности проводника. Индуктивность характеризует свойство проводника препятствовать изменению проходящего через него тока, которое обусловлено явлением са­моиндукции. Она возникает, когда силовые линии переменного магнитного поля пронизывают проводники, по которым протека­ет ток, создающий это магнитное поле. Следовательно, переменное магнитное поле, как гоголевская унтер-офицерская вдова, способ­но само себя высечь.

Гальваническую паразитную связь еще называют связью через общее сопротивление, входящее в состав нескольких це­пей. Такими общими сопротивлениями могут быть сопротивле­ние соединительных проводов и устройств питания и управления. Например, узлы и блоки компьютера, осуществляющего обработ­ку информации, соединены с напряжением +5 В блока питания. Для установки «О» триггеров дискретных устройств на соответствующие их входы подается одновременно соответствующий сиг­нал управления. На рис. 5.7 приведена упрощенная схема, иллюст­рирующая возникновение гальванической связи.

Рис. 5.7. Паразитная гальваническая связь

В соответствии с ним к блоку питания через общие сопротив­ления Z₀₎, Z₀₂ и Z₀₃ подключены узел 1 и узел 2 радиоэлектронного средства. Сигнал напряжением u_h 1-го узла создает токи 1_ц, и!_ц2, в результате которых на эквивалентном сопротивлении Z_u 2-го узла возникает напряжение наводки U. Отношение р = U /U называ­ется коэффициентом паразитной гальванической связи.

Если побочные поля и электрические токи являются носителя­ми защищаемой информации, то паразитные наводки и связи мо­гут приводить к утечке информации. Следовательно, паразитные связи и наводки представляют собой побочные физические про­цессы и явления, которые могут приводить к утечке защищаемой информации.

Возможность утечки информации через паразитные связи и наводки носит вероятностный характер и зависит от многих фак­торов, в том числе от конфигурации, размеров (относительно пе­риода колебаний протекающих токов) и взаимного положения из­лучающих и принимающих токопроводящих элементов средств. В отличие от предусмотренных для связи функциональных антенн, конструкция и характеристики которых определяются при создании радиопередающих и радиоприемных средств, эти элементы можно назвать случайными антеннами.

Случайными антеннами могут быть монтажные провода, со­единительные кабели, токопроводы печатных плат, выводы радио­деталей, металлические корпуса средств и приборов и другие эле­менты средств. Параметры случайных антенн существенно хуже функциональных. Но из-за небольших расстояний между переда­ющими и приемными случайными антеннами (в радиоэлектрон­ном средстве или одном помещении) они создают угрозы утечки информации.

Случайные антенны имеют сложную и часто априори неопре­деленную конфигурацию, достаточно точно рассчитать значения их электрических параметров, совпадающих с измеряемыми, очень сложно. Поэтому реальную случайную антенну заменяют ее моде­лями в виде проволочной антенны — отрезка провода (вибратора) и рамки.

В ближней зоне вибратор создает преимущественно электри­ческое поле. Свойства проволочной антенны преобразовать элек­трический сигнал в поле (радиосигнал) и наоборот характеризу­ются параметром антенны, названным действующей высотой h и измеряемым в м. Действующая высота передающей антенны пред­ставляет собой параметр, связывающий напряженность электри­ческого поля, создаваемого антенной в направлении главного из­лучения, с уровнем сигнала в самой антенне. Действующая высо­та приемной антенны равна отношению ЭДС в приемной антен­не к напряженности вызывающего ее электрического поля: h = = U_a/E_a. При этом предполагается, что приемная антенна ориенти­рована в пространстве в соответствии с поляризацией электромаг­нитного поля и прием осуществляется с направления максимально­го уровня поля. Так как отношение напряженностей электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля возле случай­ной антенны равно волновому сопротивлению среды (Z = Е /Н),

тоь_д = и/нг_в.

Коэффициент усиления случайной антенны в виде замкну­той цепи (рамки) оценивается с помощью параметра, названного действующей длиной антенны Ь_д = U_a/H_a. По аналогии со спо­собами определения собственной емкости средства действующая высота (длина) случайной антенны находится методом замеще­ния.

Паразитные связи могут вызывать утечку информации по проводам и создавать условия для возникновения побочных элек­тромагнитных излучений. За счет паразитных связей возникают опасные сигналы в проводах кабелей различных линий и цепей, в том числе в цепях заземления и электропитания, а также возни­кают паразитные колебания в усилителях, дискретных устройс­твах и др.

Серьезную угрозу безопасности информации создают наводки сигналов ОТСС на провода и кабели, выходящие за пределы кон­тролируемой зоны (рис. 5.8). Когда ток проходит по проводникам первой цепи (Ц1), вокруг них создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают проводники второй цепи (Ц2). В ре­зультате этого по цепи Ц2 потечет помимо основного еще и пере­ходной ток, создающий помеху основному. Защищенность от вза­имных помех оценивается так называемым переходным затухани­ем Z_|2 = 101gP_c|/P_H2, где P_cl и Р_п2 — мощность сигналов в 1-й цепи и наводки от них во 2-й цепи. Для надежной защиты информации пе­реходное затухание должно быть не менее величины 101gP_c/P, где ^Рс ^{и р},,р — мощность сигнала с информацией и чувствительность приемника злоумышленника, перехватывающего наведенный сиг­нал. Так как кабели в здании укладываются в специальных колод­цах и нишах, то между кабелями за счет их достаточно близкого и параллельного на большом расстоянии расположения возника­ют достаточно большие паразитные связи между кабелями внут­ренней и городской АТС, других информационных линий связи, цепями электропитания и заземления. Так как сотрудники органи­зации при разговоре по телефонам внутренней АТС чаще допуска­ют нарушения режима секретности (конфиденциальности), чем во время разговора по городской АТС, то при регулярном подслуши­вании разговоров по внутренней АТС можно добыть ценную ин­формацию.

Рис. 5.8. Паразитные наводки

Современная архитектура служебных помещений предусмат­ривает создание между межэтажными перекрытиями и потолком (полом) свободного пространства для прокладки различных ка­белей (электропитания, внутренней и городской АТС, трансля­ции, оперативной и диспетчерской связи, сетей передачи данных и др.). Это создает дополнительные возможности для возникновения между проводами кабелей паразитных связей и появления опасных сигналов, распространяющихся за пределы контролируемой зоны.