Технические каналы утечки информации

     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.

     В металлическом экране узкие щели и отверстия, 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 

     – 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 (d ) больше толщины (d), т.е. при d > 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 d < 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 [1] :

     – магнитная проницаемость 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, и 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 [2] .

     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. [6] .

     Для частот выше 10 МГц медная или 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 [2] .

     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.

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

     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 оплетку  провода. Для полного осуществления  этого принципа необходимо, чтобы  экранирующая оболочка была единственным путем для протекания обратного  тока.

     Высокая эффективность экранирования обеспечивается при использовании витой пары, защищенной экранирующей оболочкой [1] .

     На  низких частотах приходится использовать более сложные схемы экранирования  – коаксиальные кабели с двойной  оплеткой (триаксиальные кабели).

     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 емкость 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 избежании искажений формы передаваемого  сигнала должна быть нагружена на сопротивление, равное волновому.

     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.).

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

     Кабельные экраны выполняются в форме цилиндра из сплошных оболочек, в виде спирально  намотанной на кабель плоской ленты  или в виде оплетки из тонкой проволоки. Экраны при этом могут быть однослойными и многослойными 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 разъемов являются экранами и должны иметь  надежный электрический контакт  с общей шиной или землей прибора, а зазоры между разъемом и корпусом должны быть закрыты электромагнитными  уплотняющими прокладками.

     В области высоких частот коаксиальные кабели должны быть согласованы по волновому сопротивлению с используемыми  высокочастотными разъемами. При заделке  коаксиального кабеля в высокочастотные  разъемы жила кабеля не должна иметь  натяжения в месте соединения с контактом разъема, а сам  кабель должен быть жестко прикреплен к шасси аппаратуры вблизи разъема.

     Для эффективного экранирования низкочастотных полей применяются экраны, изготовленные  из ферромагнитных материалов с большой  относительной магнитной проницаемостью. При наличии такого экрана линии  магнитной индукции проходят в основном по его стенкам, которые обладают малым сопротивлением по сравнению  с воздушным пространством внутри экрана. Качество экранирования таких полей зависит от магнитной проницаемости экрана и сопротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и меньше в нем стыков и швов, идущих поперек направления линий магнитной индукции.

     Наиболее  экономичным способом экранирования  информационных линий связи между  устройствами ТСПИ считается групповое  размещение их информационных кабелей в экранирующий распределительный короб. Когда такого короба нет, то приходится экранировать отдельные линии связи [2, 7] .

     Для защиты линий связи от наводок  необходимо разместить линию в экранирующую оплетку или фольгу, заземленную  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 течет 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 оплетке протекает  возвратный ток, также отвечают требованию минимизации площади контура  линии.

     Наилучшую защиту как от электрического, так  и от магнитного полей обеспечивают информационные линии связи типа экранированно го бифиляра, трифиляра (трех скрученных вместе проводов, из которых  один используется в качестве электрического экрана), триаксильного кабеля (изолированного коаксильального кабеля, помещенного  в электрический экран), экранированного  плоского кабеля (плоского многопроводного  кабеля, покрытого с одной или  обеих сторон медной фольгой).

     Для уменьшения магнитной и электрической  связи между проводами необходимо уменьшить площадь петли, максимально  разнести цепи и максимально уменьшить  длину параллельного пробега  линий ТСПИ с посторонними проводниками.

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

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