Методы и средства защиты информации от утечки по техническим каналам

метки: Информация, Защита, Утечка, Технический, Экранирование, Наводка, Толщина, Система

Информационная сфера играет все возрастающую роль в обеспечении безопасности всех сфер жизнедеятельности общества. Через эту сферу реализуется значительная часть угроз национальной безопасности государства.

Одними из основных источников угроз информационной безопасности являются деятельность иностранных разведывательных и специальных служб, преступных сообществ, организаций, групп, формирований и противозаконная деятельность отдельных лиц, направленная на сбор или хищение ценной информации, закрытой для доступа посторонних лиц. Причем в последние годы приоритет в данной сфере деятельности смещается в экономическую область.

При сборе разведывательной информации на территории России широко используются портативные технические средства разведки. Поэтому в последние годы защите информации от утечки по техническим каналам уделяется все большее внимание.

Цель работы:

рассмотреть методы и средства защиты информации от утечки по техническим каналам.

Поставленная цель раскрывается через решение следующих задач:

1. дать классификацию и краткую характеристику технических каналов утечки информации;

2. дать классификацию и краткую характеристику методам и средствам защиты информации, обрабатываемой техническими средствами приема, обработки, хранения и передачи информации (ТСПИ), от утечки по техническим каналам.

Экранирование технических средств

Функционирование любого технического средства информации связано с протеканием по его токоведущим элементам электрических токов разли чных частот и образованием разности потенциалов между различными точками его электрической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля, называемые побочными электромагнитными излучениями.

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 или последняя много меньше магнитной за счет свойств излучателя.

Обеспечение защиты информации в локальных вычислительных сетях

... обработки от самой себя. Целью дипломной работы является разработка общих рекомендаций для данного отдела АСУ, по обеспечению защиты информации в ЛВС и разработка типового ... помещения с аппаратурой, носителям информации). 2. Управление доступом - способ защиты информации регулированием использования всех ресурсов системы (технических, программных средств, элементов данных). Управление доступом ...

Переменные электрическое и магнитное поля создаются также в пространстве, окружающем соединительные линии (провода, кабели) ТСПИ.

Побочные электромагнитные излучения ТСПИ являются причиной возникновения электромагнитных и параметрических каналов утечки информации, а также могут оказаться причиной возникновения наводки информационных сигналов в посторонних токоведущих линиях и конструкциях. Поэтому снижению уровня побочных электромагнитных излучений уделяется большое внимание.

Эффективным методом снижения уровня ПЭМИ является экранирование их источников.

Различают следующие способы экранирования:

• электростатическое;
• магнитостатическое;
• электромагнитное.

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 ? раз, где ? — относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана.

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

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

С увеличением частоты эффективность экранирования снижается. Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом:

Защита от энергетического воздействия э/м поля и излучения

... электрического поля в табл. 2.6.6. не распространяются на радио – и теле излучения (нормируются отдельно). Защита от воздействия ЭМП - радиочастот. Основными способами защиты от воздействия ЭМП – радиочастот являются: уменьшение интенсивности облучения, экранирование рабочего ...

• ь конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
• ь в области низких частот (при глубине проникновения (?) больше толщины (d), т.е.

при ?>d) эффективность электростатического экранирования практически определяется качеством электрического контакта металлического экрана с корпусом устройства и мало зависит от материала экрана и его толщины;

• ь в области высоких частот (при 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.

Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим:

ь магнитная проницаемость ?а материала экрана должна быть возможно более высокой. Для изготовления экранов желательно применять магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллой);

• ь увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования, однако при этом следует принимать во внимание возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам экрана;
• ь стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно линиям магнитной индукции магнитного поля. Их число должно быть минимальным;
• ь 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 вызывается 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.

Благодаря поверхностному эффекту плотность вихревых токов и напряженность переменного магнитного поля по мере углубления в металл падает 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, жесткость, стойкость против коррозии, удобство стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобство пайки, сварки и пр..

Для частот выше 10 МГц медная и тем более серебряная пленка толщиной более 0,1 мм дает значительный экранирующий эффект. Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольгированного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесенным на него медным или серебряным покрытием.

Магнитные материалы

... 2.1. Кривая намагничивания Это важнейшая характеристика магнитных материалов, она показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего поля Н. Если ... Fe и других металлов с кислородом, называемые ферритами) магнитные материалы. Задача физики магнетизма - разработать пути дальнейшего изыскания новых магнитных материалов и усовершенствование уже ...

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.

Экранироваться могут не только отдельные блоки (узлы) аппаратуры и их соединительные линии, но и помещения в целом.

В обычных (неэкранированных) помещениях основной экранирующий эффект обеспечивают железобетонные стены домов. Экранирующие свойства дверей и окон хуже. Для повышения экранирующих свойств стен применяются дополнительные средства, в том числе:

• токопроводящие лакокрасочные покрытия или токопроводящие обои;
• шторы из металлизированной ткани;
• металлизированные стекла (например, из двуокиси олова), устанавливаемые в металлические или металлизированные рамы.

В помещении экранируются стены, двери и окна.

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.

В настоящее время существуют различные типы заземлений. Наиболее часто используются одноточечные, многоточечные и комбинированные (гибридные) схемы.

Одноточечная последовательная схема заземления.

Эта схема наиболее проста. Однако ей присущ недостаток, связанный с протеканием обратных токов различных цепей по общему участку заземляющей цепи. Вследствие этого возможно появление опасного сигнала в посторонних цепях.

Рис. 1 Одноточечная последовательная схема заземления.

Одноточечная параллельная схема

В одноточечной параллельной схеме заземления нет недостатка присущего одноточечной последовательной схеме. Однако такая схема требует большого числа протяженных заземляющих проводников, из-за чего может возникнуть проблема с обеспечением малого сопротивления заземления участков цепи.

Кроме того, между заземляющими проводниками могут возникать нежелательные связи, которые создают несколько путей заземления для каждого устройства. В результате в системе заземления могут возникнуть уравнительные токи и появиться разность потенциалов между различными устройствами.

Рис. 2 Одноточечная параллельная схема заземления

Многоточечная схема заземления

Многоточечная схема заземления практически свободна от недостатков, присущих одноточечной схеме. В этом случае отдельные устройства и участки корпуса индивидуально заземлены. При проектировании и реализации многоточечной системы заземления необходимо принимать специальные меры для исключения замкнутых контуров.

Рис. 3 Многоточечная схема заземления

Как правило, одноточечное заземление применяется на низких частотах при небольших размерах заземляемых устройств и расстояниях между ними менее 0,5х?.

Измерительные сигналы

... электромагнитные волны (радиоволны, оптическое излучение и др.) Перечислите признаки, по которым классифицируются измерительные сигналы По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы ... процесса, приходящуюся на единицу полосы частот: Спектральная плотность стационарного случайного процесса является неотрицательной функцией частоты S(ω)≥0. Площадь, заключенная под ...

На высоких частотах при больших размерах заземляемых устройств и значительных расстояниях между ними используется многоточечная система заземления. В промежуточных случаях эффективна комбинированная (гибридная) система заземления, представляющая собой различные сочетания одноточечной, многоточечной и плавающей заземляющих систем [128].

Заземление технических средств систем информатизации и связи должно быть выполнено в соответствии с определенными правилами.

Основные требования, предъявляемые к системе заземления, заключаются в следующем:

• ь система заземления должна включать общий заземлитель, заземляющий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

• ь сопротивления заземляющих проводников, а также земляных шин должны быть минимальными;
• ь каждый заземляемый элемент должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых элементов запрещается;
• ь в системе заземления должны отсутствовать замкнутые контуры, образованные соединениями или нежелательными связями между сигнальными цепями и корпусами устройств, между корпусами устройств и землей;
• ь следует избегать использования общих проводников в системах экранирующих заземлений, защитных заземлений и сигнальных цепей;
• ь качество электрических соединений в системе заземления должно обеспечивать минимальное сопротивление контакта, надежность и механическую прочность контакта в условиях климатических воздействий и вибрации;
• ь контактные соединения должны исключать возможность образования оксидных пленок на контактирующих поверхностях и связанных с этими пленками нелинейных явлений;
• ь контактные соединения должны исключать возможность образования гальванических пар для предотвращения коррозии в цепях заземления;

— ь запрещается использовать в качестве заземляющего устройства нулевые фазы электросетей, металлоконструкции зданий, имеющие соединение с землей, металлические оболочки подземных кабелей, металлические трубы систем отопления, водоснабжения, канализации и т.д.

Сопротивление заземления определяется главным образом сопротивлением растекания тока в земле. Величину этого сопротивления можно значительно понизить за счет уменьшения переходного сопротивления между заземлителем и почвой путем тщательной очистки перед укладкой поверхности заземлителя и утрамбовкой вокруг него почвы, а также подсыпкой поваренной соли.

Таким образом, величина сопротивления заземления будет в основном определяться сопротивлением грунта.

Удельное сопротивление различных грунтов (т.е. электрическое сопротивление 1 см3 грунта) зависит от влажности почвы, ее состава, плотности, температуры и т.п. и колеблется в очень широких пределах.

Филь трация информационных сигналов

Одним из методов локализации опасных сигналов, циркулирующих в технических средствах и системах обработки информации, является фильтрация. В источниках электромагнитных полей и наводок фильтрация осуществляется с целью предотвращения распространения нежелательных электромагнитных колебаний за пределы устройства — источника опасного сигнала. Фильтрация в устройствах — рецепторах электромагнитных полей и наводок должна исключить их воздействие на рецептор.

Для фильтрации сигналов в цепях питания ТСПИ используются разделительные трансформаторы и помехоподавляющие фильтры.

Разделительные трансформаторы. Такие трансформаторы должны обеспечивать развязку первичной и вторичной цепей по сигналам наводки. Это означает, что во вторичную цепь трансформатора не должны проникать наводки, появляющиеся в цепи первичной обмотки. Проникновение наводок во вторичную обмотку объясняется наличием нежелательных резистивных и емкостных цепей связи между обмотками.

Для уменьшения связи обмоток по сигналам наводок часто применяется внутренний экран, выполняемый в виде заземленной прокладки или фольги, укладываемой между первичной и вторичной обмотками. С помощью этого экрана наводка, действующая в первичной обмотке, замыкается на землю. Однако электростатическое поле вокруг экрана также может служить причиной проникновения наводок во вторичную цепь.

Разделительные трансформаторы используются с целью решения ряда задач, в том числе для:

ь разделения по цепям питания источников и рецепторов наводки, если они подключаются к одним и тем же шинам переменного тока;

ь устранения асимметричных наводок;

ь ослабления симметричных наводок в цепи вторичной обмотки, обусловленных наличием асимметричных наводок в цепи первичной обмотки.

Средства развязки и экранирования, применяемые в разделительных трансформаторах, обеспечивают максимальное значение сопротивления между обмотками и создают для наводок путь с малым сопротивлением из первичной обмотки на землю.

Помехоподавляющие фильтры. В настоящее время существует большое количество различных типов фильтров, обеспечивающих ослабление нежелательных сигналов в разных участках частотного диапазона. Это фильтры нижних и верхних частот, полосовые и заграждающие фильтры и т.д.. Основное назначение фильтров — пропускать без значительного ослабления сигналы с частотами, лежащими в рабочей полосе частот, и подавлять (ослаблять) сигналы с частотами, лежащими за пределами этой полосы.

Для исключения просачивания информационных сигналов в цепи электропитания используются фильтры нижних частот.

Фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает сигналы с частотами ниже граничной частоты (f < fгр) и подавляет- с частотами выше граничной частоты.

Последовательная ветвь ФНЧ должна иметь малое сопротивление для постоянного тока и нижних частот. Вместе с тем для того, чтобы высшие частоты задерживались фильтром, последовательное сопротивление должно расти с частотой. Этим требованиям удовлетворяет индуктивность L.

Параллельная ветвь ФНЧ, наоборот, должна иметь малую проводимость для низких частот с тем, чтобы токи этих частот не шунтировались параллельным плечом. Для высоких частот параллельная ветвь должна иметь большую проводимость, тогда колебания этих частот будут ею шунтироваться, и их ток на выходе фильтра будет ослабляться. Таким требованиям отвечает емкость С.

Более сложные многозвенные ФНЧ (Чебышева, Баттерворта, Бесселя и т.д.) конструируют на основе сочетаний различных единичных звеньев.

Основные требования, предъявляемые к защитным фильтрам, заключаются в следующем:

ь величины рабочего напряжения и тока фильтра должны соответствовать напряжению и току фильтруемой цепи;

ь величина ослабления нежелательных сигналов в диапазоне рабочих частот должна быть не менее требуемой;

ь ослабление полезного сигнала в полосе прозрачности фильтра должно быть незначительным;

ь габариты и масса фильтров должны быть минимальными;

ь фильтры должны обеспечивать функционирование при определенных условиях эксплуатации (температура, влажность, давление) и механических нагрузках (удары, вибрация и т.д.);

ь конструкции фильтров должны соответствовать требованиям техники безопасности.

Простран ственное и линейное зашумление

Реализация пассивных методов защиты, основанных на применении экранирования и фильтрации, приводит к ослаблению уровней побочных электромагнитных излучений и наводок (опасных сигналов) ТСПИ и тем самым к уменьшению отношения опасный сигнал/шум (с/ш).

Однако в ряде случаев, несмотря на применение пассивных методов защиты, на границе контролируемой зоны отношение с/ш превышает допустимое значение. В этом случае применяются активные меры защиты, основанные на создании помех средствам разведки, что также приводит к уменьшению отношения с/ш.

Для исключения перехвата побочных электромагнитных излучений по электромагнитному каналу используется пространственное зашумление, а для исключения съема наводок информационных сигналов с посторонних проводников и соединительных линий ВТСС — линейное зашумление.

К системе пространственного зашумления, применяемой для создания маскирующих электромагнитных помех, предъявляются следующие требования:

ь система должна создавать электромагнитные помехи в диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;

ь создаваемые помехи не должны иметь регулярной структуры;

ь уровень создаваемых помех (как по электрической, так и по магнитной составляющей поля) должен обеспечить отношение с/ш на границе контролируемой зоны меньше допустимого значения во всем диапазоне частот возможных побочных электромагнитных излучений ТСПИ;

ь система должна создавать помехи как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией (поэтому выбору антенн для генераторов помех уделяется особое внимание);

ь на границе контролируемой зоны уровень помех, создаваемых системой пространственного зашумления, не должен превышать требуемых норм по ЭМС.

Цель пространственного зашумления считается достигнутой, если отношение опасный сигнал/шум на границе контролируемой зоны не превышает некоторого допустимого значения, рассчитываемого по специальным методикам для каждой частоты информационного (опасного) побочного электромагнитного излучения ТСПИ.

В системах пространственного зашумления в основном используются помехи типа «белого шума» или «синфазные помехи».

Системы, реализующие метод «синфазной помехи», в основном применяются для защиты ПЭВМ. В них в качестве помехового сигнала используются импульсы случайной амплитуды, совпадающие (синхронизированные) по форме и времени существования с импульсами полезного сигнала. Вследствие этого по своему спектральному составу помеховый сигнал аналогичен спектру побочных электромагнитных излучений ПЭВМ. То есть, система зашумления генерирует «имитационную помеху», по спектральному составу соответствующую скрываемому сигналу.

В настоящее время в основном применяются системы пространственного зашумления, использующие помехи типа «белый шум», то есть излучающие широкополосный шумовой сигнал (как правило, с равномерно распределенным энергетическим спектром во всем рабочем диапазоне частот), существенно превышающий уровни побочных электромагнитных.

Системы линейного зашумления применяются для маскировки наведенных опасных сигналов в посторонних проводниках и соединительных линиях ВТСС, выходящих за пределы контролируемой зоны. Они используются в том случае, если не обеспечивается требуемый разнос этих проводников и ТСПИ.

В простейшем случае система линейного зашумления представляет собой генератор шумового сигнала, формирующий шумовое маскирующее напряжение с заданными спектральными, временными и энергетическими характеристиками, который гальванически подключается в зашумляемую линию (посторонний проводник).

На практике наиболее часто подобные системы используются для зашумления линий электропитания (например, линий электропитания осветительной и розеточной сетей).

При построении защиты нужно руководствоваться следующим принципом. На защиту информации можно потратить средств не свыше необходимого. Необходимый же уровень определяется тем, чтобы затраты вероятного противника на преодоление защиты были выше ценности этой информации с точки зрения этого противника.

Основные выводы о способах использования рассмотренных выше средств, методов и мероприятий защиты, сводится к следующему:

1. Наибольший эффект достигается тогда, когда все используемые средства, методы и мероприятия объединяются в единый, целостный механизм защиты информации.

2. Механизм защиты должен проектироваться параллельно с созданием систем обработки данных, начиная с момента выработки общего замысла построения системы.

3. Функционирование механизма защиты должно планироваться и обеспечиваться наряду с планированием и обеспечением основных процессов автоматизированной обработки информации.

4. Необходимо осуществлять постоянный контроль функционирования механизма защиты.

Тип здания	Степень экранирования, дБ
	100 МГц	500 МГц	1000 МГц
Оконный проем 30 % от площади стены
Деревянное здание с толщиной стен 20 см	5…7	7…9	9…11
Кирпичное здание с толщиной стен 1,5 кирпича	13 … 15	15… 17	16 …19
Железобетонное здание с ячейкой арматуры 15х15 см и толщиной стен 160 см	20… 25	18… 19	15 …17
Оконный проем 30 % от площади стены, закрытый металлической решеткой с ячейкой 5х5 см.
Деревянное здание с толщиной стен 20 см	6…8	10 … 12	12 …14
Кирпичное здание с толщиной стен 1,5 кирпича	17 …19	20 …22,	22… 25
Железобетонное здание с ячейкой арматуры 15х15 см и толщиной стен 160 см	28… 32	23 … 27	20 …25

Тип конструкции экранированного помещения	Степень экранирования, Дб
Одиночный экран из сетки с одиночной дверью, оборудованной зажимными устройствами	40
Двойной экран из сетки с двойной дверью-тамбуром и зажимными устройствами	80
Сплошной стальной экран с двойной дверью-тамбуром и зажимными устройствами	100

Тип грунта	Удельное сопротивление (Ом/см3).
	среднее	минимальное	максимальное
Золы, шлаки, соляные отходы	2370	500	7000
Глина, суглинки, сланцы	4060	340	16300
То же с примесями песка	15800	1020	135000
Гравий, песок, камни с небольшим количеством глины или суглинков	94000	59000	458000