Защита информации. Халяпин д. Б. Защита информации. Вас подслушивают Защищайтесь!Москва
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
ГЛАВА IX. АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ Акустоэлектрические преобразователи Каналы утечки информации, возникающие за счет наличия преобра зовательных акустоэлектрических элементов в цепях различных техничес ких устройств, находящихся в выделенном помещении, опасны тем, что они сопутствуют работе этих устройств в их нормальных режимах работы и злоумышленник может воспользоваться ими без проникновения в помеще ние (или охраняемую зону), без установки специальных подслушивающих устройств. Хорошо известны способы получения информации об акустике по мещения за счет подсоединения к линиям телефонных аппаратов (особен но в случаях, когда в помещении расположены аппараты с электромехани ческими вызывными звонками), линиям диспетчерской или громкоговоря щей связи, вторичной часофикации, некоторым линиям охранной сигнали зации и т.п. Подобные каналы утечки информации могут возникнуть на основе так называемых акустоэлектрических преобразователей. Акустоэлектрический (или электроакустический) преобразователь - это устройство, преобразующее акустическую энергию (т.е. энергию упругих волн в воздушной среде) в электромагнитную энергию в схемах тех уст ройств, в которых находятся акустоэлектрические преобразователи (или, наоборот, энергию электромагнитных волн в акустическую). Из окружаю щих нас устройств наиболее известны такие электроакустические преоб разователи как системы звукового вещания, телефоны, из акустоэлектри ческих - микрофоны. Следует учитывать, что в большинстве электроакус тических преобразователей имеет место двойное преобразование энергии - электромеханическое, в результате которого электрическая энергия, под водимая к преобразователю переходит в энергию колебаний механической системы (например, диффузор динамика), колебание которой и создает в среде звуковое поле. Наиболее распространенные электроакустические преобразователи линейны, т.е. удовлетворяют требованиям неискаженной передачи сигнала и обратимы, т.е. могут работать и как излучатель и как приемник и подчи няются принципу взаимности. В большинстве случаев при электроакусти ческом преобразовании преобладает преобразование в механическую энер гию энергии либо электрического, либо магнитного полей (и обратно - пре образования акустической энергии в электрическую, либо в магнитную). В соответствии с этим обратимые электроакустические преобразователи мо гут быть представлены следующими группами: (рис. 9.1). 375 Рис.9.1. Акустоэлектрические преобразователи. а) электродинамических преобразователей, действие которых основа но на электродинамическом эффекте. 376 Электродинамическими называют индукционные системы, электричес кий контур которых перемещается в магнитном поле, порожденном внешним по отношению к контуру источником МДС (таким источником может слу жить электромагнит или постоянный магнит, входящий в состав магнит ной цепи системы). Величина ЭДС перемещения, наводимая в в электроди намических системах при перемещении контура (провода), приведена на рис.9.1. б) электромагнитных преобразователей. У этих систем, в отличие от электродинамических, электрическая часть является неподвижным контуром. Так же, как и у электродинамических систем, внешним источником МДС могут служить электромагнит или по стоянный магнит, входящий в состав магнитной цепи системы (рис. 9.1); Действие подобных преобразователей основано на колебании ферро магнитного сердечника в переменном магнитном поле или изменении маг нитного потока при движении сердечника; в) электростатических, действие которых основано на изменении силы притяжения обкладок конденсатора при изменении напряжения на нем и на изменении положения обкладок конденсатора относительно друг дру га под действием, например, акустических волн; г) пьезоэлектрические основаны на прямом и обратном пьезоэлектри ческом эффекте. К пьезоэлектрическим относятся кристаллические веще ства и специальные керамики, в которых при сжатии и растяжении в опре деленных направлениях возникает электрическое напряжение. Это так на зываемый прямой пьезоэффект, при обратном пьезоэффекте появляются механические деформации под действием электрического поля; д) магнитострикционные (механострикционные) преобразователи, использующие прямой и обратный эффект магнитострикции. Магнитострикция - изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании - вызывается изменением энергетического состо яния кристаллической решетки в магнитном поле, и, как следствие, рассто яний между узлами решетки. Наибольших значений магнитострикция дос тигает в ферро- и ферритомагнетиках, в которых магнитное взаимодействие частиц особенно велико. Обратное по отношению к магнитострикции явление - Виллари эф фект - изменение намагничиваемости тела при его деформации. Виллари эффект обусловлен изменением под действием механических напряжений доменной структуры ферромагнетика, определяющей его намагниченность. В усилителях с очень большим коэффициентом усиления входной транс форматор на ферритах при определенных условиях вследствие магнито- стрикционного эффекта способен преобразовывать механические колеба ния в электрические. В магнитострикционном преобразователе используется линейная магнитострикция ферромагнетиков в области технического намагничи вания. Магнитострикционный преобразователь представляет собой сер дечник из магнитострикционных материалов с нанесенной на него обмоткой (такие конструкции используются в фильтрах, резонаторах и 377 других устройствах акустоэлектроники). В подобном преобразователе энергия переменного магнитного поля, создаваемого в сердечнике проте кающим по обмотке переменным электрическим током, преобразуется в энергию механических колебаний сердечника или наоборот, энергия меха нических колебаний, наведенная, например, акустическим сигналом, воз действующим на сердечник преобразуется в энергию магнитного поля на водящего переменную ЭДС в обмотке. е) к особому классу электроакустических преобразователей относятся необратимые приемники звука, принцип действия которых основан на при менении электрического сопротивления чувствительного элемента под дей ствием звукового давления. Например, угольный микрофон или полупро водниковые приемники, в которых используется так называемый тензоре- зистивный эффект - зависимость сопротивления полупроводниковых при боров от механических напряжений. Таким образом наряду со специально созданными для преобразова ния акустических сигналов в электрические так называемых приемников звука (например, в воздухе - микрофоны, в воде - гидрофоны, в грунте - геофоны) существуют “паразитные”, не предусмотренные идеей прибора акустоэлектрические преобразователи. Проявление акустопреобразователь- ных каналов утечки информации в большинстве случаев не связано с ка чеством исполнения механизма прибора, а является сопутствующим его деятельности по предназначению, т.е. их подавление в ряде случаев не может быть проведено путем более качественного исполнения или на стройки механизмов. В ряде случаев они возникают за счет взаимности действия элемента, заложенного в его конструкцию (динамики), в других случаях за счет некачественности исполнения элементов (рыхлая намот ка индуктивностей, изменение расстояния между обкладками конденсато ра под действием механических волн) и т.п.; По своей природе электроакустические преобразователи часто срав нивают с микрофонным эффектом. Микрофонный эффект - появление в цепях радиоэлектронной аппара туры посторонних (паразитных) электрических сигналов, обусловленных механическими воздействиями (звуком, сотрясениями, вибрациями и т.п.). Свое название микрофонный эффект получил по аналогии с соответству ющими процессами, происходящими в микрофоне. Наиболее сильно мик рофонный эффект проявляется при работе электронных приборов (в уси лителях электрических колебаний звуковых частот, супергетеродинных приемниках и т.п. Технические характеристики акустопреобразовательного канала Электроакустический (акустоэлектрический) преобразователь-устрой ство, преобразующее электромагнитную энергию в энергию упругих волн в среде и обратно. В зависимости от направления преобразования различают электроаку стические преобразователи излучатели и приемники (Л.94). 378 Акустоэлектрический преобразователь-приемник характеризуется чув ствительностью в режиме холостого хода Y xx = U'/P и внутренним сопро тивлением Z эл . По виду частотной зависимости U7P различают широкопо лосные и резонансные приемники акустического излучения. Электроакустический преобразователь-излучатель характеризуется: - чувствительностью, равной отношению Р на определенном расстоя нии от излучателя на оси характеристики направленности к U или I; - внутренним сопротивлением, представляющим собой нагрузку для источника электрической энергии; - акустоэлектрическим КПД где Р ак - активная излучаемая акустическая мощность; Р эл - активная электрическая потребляемая мощность. Конструкции акустоэлектрических преобразователей существенно за висят от их назначения и применения и поэтому весьма многообразны. К акустоэлектрическим преобразователям может быть отнесен весь ма широкий круг окружающих нас приборов, элементов различных элект рических сетей, линий связи и управления и т.п. Степень возможной опасности создания акустоэлектрического кана ла утечки информации зависит от коэффициента преобразования акустоэ лектрического преобразователя - чем он выше, тем больше мощность (на пряжение) преобразованного в электрический опасного сигнала при оди наковой мощности акустического сигнала: Существенным в этом соотношении является то, что в состав коэф фициента преобразования входит величина механического сопротивления соответствующего акустоэлектрического преобразователя, связанная с ве личиной трения перемещающихся под воздействием акустического поля элементов. Величина чувствительности акустоэлектрических преобразова телей определяется в милливольтах опасного электрического сигнала к звуковому давлению опасного акустического сигнала в Па, т.е. мВ/Па. На практике часто сравнивают чувствительность акустоэлектричес ких преобразователей с чувствительностью специально созданных акусто электрических преобразователей, таких, как микрофоны. Например, у кон денсаторного электретного микрофона МКЭ-3 чувствительность по сво бодному акустическому полю на частоте 10 кГц не более 3 мВ/Па, у элект родинамических миниатюрных микрофонов ММ-5 средняя чувствитель ность в диапазоне частот 0,5 - 5,0 кГц на сопротивление нагрузки не менее 0.6 мВ/Па (для низкоомных - 600 Ом) и 1,2 мВ/Па (для высокоомных -1200 Ом). 379 Сравнение акустопреобразовательных элементов показывает, что не которые из них по “чувствительности” близки к специально созданным для преобразования звуковой энергии в электрическую (микрофонов).Так, нап ример, "чувствительность" некоторых звонковых цепей телефонных аппа- ратов достигает 0,15-0,4 мВ/Па. Учитывая такую “мощность” возможных источников утечки инфор мации, специалисты уделяют серьезное внимание защите подобных кана лов. Существующее многообразие конструкций акустоэлектрических пре образователей может быть учтено с помощью возможных систем подобно го преобразования (рис.9.1). Электродинамические преобразователи При движении проводника длинной l в постоянном магнитном поле индукцией В со скоростью V в нем индуцируется ЭДС сигнала Механическое сопротивление одноконтурной механической сис темы может быть определено из соотношения: 380 где: F - действующая на проводник сила В равномерном магнитном поле Учитывая, что колебательная скорость V равна действующей на проводник силе, деленной на механическое сопротивление ( Z M ) т.е. V - колебательная скорость r - активное сопротивление (трение) мех Ом т - масса провода (кг) С м - гибкость (м/ньютон) Принцип электродинамической системы преобразования проявляет ся при акустическом воздействии на электродинамические головки гром коговорителей, электровторичных часов, трансформаторов, дросселей. Изменить параметры, входящие в рассмотренные выше соотношения с целью уменьшения опасности возникновения акустопреобразовательного канала часто не представляется возможным, т.к. это может повлиять на рабочие параметры устройства (например, для уменьшения коэффици ента преобразования трансформатора его можно залить компаундом, а в головке громкоговорителя нельзя). Электромагнитные преобразователи Принцип преобразования состоит в индуцировании ЭДС сигнала в обмотке при изменении магнитного потока E ис =P ис η , где: Примерами преобразователей электромагнитной системы являют ся электромагнитные капсюли, электрические звонки постоянного и переменного тока, электромагнитные реле. Следует обратить внимание на то, что и в этом случае не пред ставляется возможным уменьшить коэффициент преобразования у по добных систем при сохранении требуемых рабочих параметров этих элементов. Электростатические преобразователи Простейшим преобразователем этой системы является электричес кий конденсатор, одна пластина которого подвижная, другая закрепле на неподвижно. 381 S' - площадь полюсного наконечника со стороны зазора, S - площадь якоря, V - магнитодвижущая сила постоянного магнита, ω - число витков, a - величина зазора Коэффициент преобразования определяется соотношением: U 0 - напряжение приложенное к пластинам, S - площадь пластин, a- зазор между пластинами, Z M - механическое сопротивление системы, ω - частота воздействующего поля. Для получения эффекта преобразования на пластины необходимо по дать напряжение. Примерами устройств действующих по этой системе яв ляются пластины различных реле (если провода от них выходят за пределы контролируемой зоны), монтажные провода или электрические детали плат, расположенные вблизи металлического корпуса технического средства. Уменьшить коэффициент преобразования (и, соответственно величи ну опасного сигнала) возможно при уменьшении площади пластины кон денсатора или увеличении механического сопротивления системы с помощью заливки (проводников, плат, схем и т.п.). Механострикционные преобразователи Механострикция - деформация, возникающая в ферро-, ферри- и ан- тиферромагнитных материалах при наложении механических напряжений (например, звуковая волна), изменяющих магнитное состояние (намагни ченность) образцов. В отсутствие внешнего магнитного поля механические напряжения вызывают в таком материале процессы смещения границ магнитных доме нов и вращения векторов их самопроизвольной намагниченности, что при водит к дополнительному, по сравнению с упругим, изменению намагни ченности. Возможность подобных каналов утечки информации основана на свойствах магнитных материалов изменять намагниченность под дей ствием внешней силы. Если на сердечнике из магнитного материала раз местить обмотку, то действие звукового поля на сердечник приведет к появлению в обмотке ЭДС опасного сигнала. Механострикционный эффект свойственен электрическим трансфор маторам, дросселям, электромагнитным реле и другим элементам, в кото рых витки расположены на магнитном сердечнике. Чувствительность в системе (коэффициент акустоэлектрического преобразования) зависит от магнитострикционной чувствительности ма териала. Как показывает опыт, при изменении процентного содержания кремния в сплавах стали с никелем можно существенно уменьшить магни- тострикционную составляющую чувствительности сплава. Можно в ряде случаев использовать комбинированную систему умень- 382 шения коэффициента преобразования за счет заливки трансформатора, находящегося в экране, вязким компаундом. Акусторезистивные преобразователи Наиболее известным акусторезистивным преобразователем является угольный микрофон, конструкция которого представляет собой металли ческую коробку с угольным порошком. Сверху коробка закрыта тонкой пластиной - мембраной, сделанной из проводящего электрический ток ма териала. Пластинка изолирована от коробки и лежит прямо на порошке. Действие такого микрофона (преобразователя) основано на свойстве уголь ного порошка менять электрическое сопротивление в зависимости от дав ления. Звуковые волны речи заставляют мембрану колебаться и она силь нее или слабее сдавливает порошок, изменяя величину сопротивления столба порошка. В стандартном угольном микрофоне это свойство используют для пре вращения звуковых колебаний в электрические, для чего к микрофону под соединяют электрическую батарею так, чтобы ток проходил через уголь ный порошок. Сила тока будет изменяться в зависимости от сопротивления порош ка (а последнее зависит от силы акустического сигнала) и таким образом акустические волны превращаются в электрические колебания. Аналогичный резистивный эффект, связанный с изменением электри ческого сопротивления твердого проводника (полупроводника, металла), возникает в результате его деформации под механическим воздействием. Наиболее серьезно этот эффект проявляется в полупроводниках, где он свя зан с изменением энергетического спектра носителей заряда при деформа ции, с изменением ширины запрещенной зоны и энергией примесных уров ней, с изменением эффективных масс носителей заряда и т.п. Вольтамперная характеристика полупроводниковых приборов часто определяется малой областью объема полупроводников и поэтому при кон центрации механических напряжений именно в этой области даже малое механическое усилие создает значительные изменения высоты потенциаль ного барьера для носителей, что приводит к изменению вольтамперной характеристики прибора. Существует целый ряд полупроводниковых элементов, которые служат датчиками механических напряжений и уско рений. Таким образом, значительное количество элементов, окружающих нас различных устройств, используемых в практической деятельности, облада ет акустопреобразовательным эффектом и, следовательно, могут являться источником для создания канала утечки конфиденциальной акустической информации. Возможный перечень таких элементов приведен на рис.9.2. |