淺談軍用計(jì)算機(jī)電磁信息安全與防護(hù)

　　摘要：利用電磁學(xué)的方法分析了計(jì)算機(jī)電磁信息輻射的原理?引入偶極子分析計(jì)算了計(jì)算機(jī)電磁信息輻射場(chǎng)的頻譜與場(chǎng)強(qiáng);研究了計(jì)算機(jī)電磁信息輻射接收機(jī)的接收原理?進(jìn)一步定量分析了輻射場(chǎng)強(qiáng)與接收機(jī)帶寬、噪聲系數(shù)、接收天線(xiàn)定向性和增益之間的數(shù)值關(guān)系;闡述了計(jì)算機(jī)電磁信息泄露的方式和途徑?概括了基于實(shí)際的軍隊(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中電磁信息安全與防護(hù)的主要手段。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)　電磁輻射　信息安全　TEMPEST

　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)要處理、傳輸、存儲(chǔ)的軍事機(jī)密的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的用?計(jì)算機(jī)已成為目前最關(guān)鍵、應(yīng)用最廣泛的信息處威脅?給國(guó)家和軍隊(duì)造成重大損失。理、傳輸和存儲(chǔ)的電子設(shè)備。軍隊(duì)指揮自動(dòng)化、國(guó)防為了確保涉及軍事機(jī)密的信息的處理、傳輸、存工程的通訊與指揮、現(xiàn)代化的武器裝備以及智能化儲(chǔ)更安全有效?就必須重視軍用計(jì)算機(jī)的電磁信息的信息技術(shù)產(chǎn)品等無(wú)不與計(jì)算機(jī)有關(guān)。由于計(jì)算機(jī)安全與防護(hù)?研制、開(kāi)發(fā)和使用防信息泄漏的計(jì)算的特殊構(gòu)造方式?它在工作時(shí)?會(huì)向周?chē)�空間輻射電機(jī)。在計(jì)算機(jī)信息安全領(lǐng)域?電磁信息輻射的研究磁波?這些電磁輻射信號(hào)包含豐富的頻譜資源?攜帶屬于TEMPEST(Transient ElectroMagnetic Pluse Em-大量有用信息?一旦被敵方接收并破譯?就對(duì)計(jì)算機(jī)anationStandard)的研究范圍。

　　1、電磁信息泄露原理

　　1.1計(jì)算機(jī)輻射原理

　　麥克斯韋于1846年歸納出了麥克斯韋方程組。根據(jù)麥克斯韋方程組(方程組(1))可知?電路中只要有電流的變化就會(huì)有電磁波的產(chǎn)生?任何時(shí)變電磁場(chǎng)都會(huì)向四周空間輻射電磁信號(hào)?任何載有時(shí)變電磁信號(hào)的導(dǎo)體都可作為發(fā)射天線(xiàn)向周?chē)�空間輻射電磁信號(hào)。

　　由公式(2)、(3)可以看出?偶極子所載信號(hào)幅度越大?頻率越高;功率越大?輻射場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng);信號(hào)波形越尖銳?其頻譜越寬;高頻分量越豐富?其輻射場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)。

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件有主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)和其他外設(shè)備?電源線(xiàn)、主機(jī)與外設(shè)備間的互連線(xiàn)纜(信號(hào)線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn))?連接主機(jī)、外設(shè)備與互連線(xiàn)纜的連接器。計(jì)算機(jī)電路組成復(fù)雜?各個(gè)部件以及各種時(shí)鐘電路都存在電磁輻射?產(chǎn)生攜帶大量信息的輻射電磁波。這些電磁波就通過(guò)計(jì)算機(jī)的主機(jī)、外設(shè)備、線(xiàn)纜和連接器向周?chē)�空間輻射?產(chǎn)生的電磁信息泄漏伴隨計(jì)算機(jī)對(duì)信息的接收、處理和發(fā)送的全過(guò)程。

　　從信息種類(lèi)來(lái)分?計(jì)算機(jī)電磁輻射信息包括視頻信息、鍵盤(pán)輸人信息、磁盤(pán)讀寫(xiě)信息等。從輻射部件來(lái)分?計(jì)算機(jī)的電磁輻射可以分為處理器的輻射、通信線(xiàn)路的輻射、轉(zhuǎn)換設(shè)備的輻射、輸出設(shè)備的輻射等。

　　從輻射方式來(lái)分?還可以分為一次泄漏和二次泄漏。對(duì)于處于復(fù)雜電磁環(huán)境中的計(jì)算機(jī)?周?chē)�的電磁波接收和發(fā)射裝置有可能成為計(jì)算機(jī)二次泄漏輻射的載體。如果計(jì)算機(jī)輻射信號(hào)以某種形式藕合到計(jì)算機(jī)周?chē)�的發(fā)射電路中?它以?xún)煞N形式二次發(fā)射出去:輻射信號(hào)藕合在放大器的前級(jí)?被放大器直接放大發(fā)射出去;輻射信號(hào)藕合在混頻器前級(jí)?與發(fā)射機(jī)內(nèi)的本振經(jīng)混頻器混頻再經(jīng)放大器發(fā)射出去。二次泄露輻射的強(qiáng)度可能超過(guò)一次泄漏的輻射強(qiáng)度?降低了計(jì)算機(jī)設(shè)備的防護(hù)等級(jí)?增加了信號(hào)泄露的危險(xiǎn)。

　　1.2計(jì)算機(jī)輻射信息的接收

　　計(jì)算機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的極其豐富的諧波資源可達(dá)兆赫茲(GHz)以上?電磁輻射最強(qiáng)的頻帶范圍一般在20~so Hz之間?計(jì)算機(jī)的串口、并口、線(xiàn)纜和連接器?其信息泄露的帶寬一般較低?約在01 MH:?只要接收機(jī)的帶寬大于01 MHz?就能有效地接收計(jì)算機(jī)的輻射信息。計(jì)算機(jī)視頻信息的電磁輻射較為嚴(yán)重?隨著顯示器的分辨率越來(lái)越高?輻射的頻率范圍也越來(lái)越寬?輻射強(qiáng)度也不斷增加?被接收還原的可能性也不斷增大。1958年?vna.Eck在論文中提出?可以在1儀x〕m處接收還原視頻信息?20世紀(jì)90年代英國(guó)人稱(chēng)可以在 160 m接收還原視頻信號(hào)。其余部件的輻射?在滿(mǎn)足接收機(jī)條件的情況下?

　　當(dāng)確定了接收機(jī)的帶寬B、接收機(jī)的噪聲系數(shù)凡、接收機(jī)天線(xiàn)的定向性D(或者增益G)?便可以確定接收機(jī)能接收到的最低場(chǎng)強(qiáng)?只要大于最低接收?qǐng)鰪?qiáng)的計(jì)算機(jī)電磁輻射信號(hào)均可以被接收機(jī)接收。

　　2、安全與防護(hù)

　　為了降低計(jì)算機(jī)電磁輻射信息泄露的危險(xiǎn)?確保涉及軍事機(jī)密的信息的處理、傳輸、存儲(chǔ)更安全有效?必須采取安全防護(hù)措施。目前的計(jì)算機(jī)防電磁信息泄露所采取的措施主要有3種?即信號(hào)干擾技術(shù)、電磁屏蔽技術(shù)和TEMPEST技術(shù)。

　　2.1信號(hào)千擾技術(shù)

　　信號(hào)干擾技術(shù)是指利用相關(guān)原理?將能夠產(chǎn)生噪聲的干擾機(jī)放在計(jì)算機(jī)旁?把干擾機(jī)發(fā)射出來(lái)的噪聲電磁波和計(jì)算機(jī)輻射出來(lái)的信息電磁波混在一起?通過(guò)不同技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)輻射信息的相關(guān)聯(lián)?并產(chǎn)生了大量與計(jì)算機(jī)相同頻譜特性的偽隨機(jī)干擾信號(hào)?使干擾信號(hào)與計(jì)算機(jī)設(shè)備的信息輻射混合在一起向外輻射?所以能破壞原輻射信號(hào)的形態(tài)?降低輻射信息被接收后還原的可能。它具有造價(jià)低廉、移動(dòng)方便、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)?是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的一種防泄漏措施。

　　信號(hào)干擾技術(shù)主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)的視頻輻射信息泄漏采取的一種防護(hù)措施?缺點(diǎn)是干擾機(jī)的干擾噪聲 (白噪聲)和計(jì)算機(jī)的輻射信號(hào)(主要是視頻信號(hào))的特性是不同的?可以被接收者區(qū)分開(kāi)?提取到其中的有用信息。而且?信號(hào)干擾技術(shù)多采用覆蓋式干擾信號(hào)? 容易造成電磁污染和防護(hù)對(duì)象單一。

　　2.2電磁屏蔽技術(shù)

　　電磁屏蔽技術(shù)是利用電磁屏蔽原理?將計(jì)算機(jī)關(guān)鍵部分用特殊材料包起來(lái)?抑制近場(chǎng)感應(yīng)和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射、中斷電磁輻射沿空間的傳播途徑?是解決電磁信息泄漏的重要手段。

　　電磁屏蔽有雙重作用:減小電磁輻射泄漏;防止外界電磁干擾。屏蔽方法有多種?根據(jù)不同需要可以采用整體屏蔽、部件屏蔽和元器件屏蔽。如:屏蔽電纜、屏蔽電路、屏蔽機(jī)柜、屏蔽室等。屏蔽效果與材料性能、輻射頻率、屏蔽體結(jié)構(gòu)和輻射源的距離等有關(guān)。屏蔽體都需與大地相連?為屏蔽體上的電荷提供一條低阻抗的電氣泄放通路。電磁屏蔽的效果與屏蔽體接地的好壞密切相關(guān)?一般屏蔽體的接地電阻都要求。從使用的效果來(lái)看?屏蔽室更理想?好的屏蔽室可使信號(hào)衰減60一140dB?缺點(diǎn)是造價(jià)高。采用電磁屏蔽的方法防止電磁輻射泄漏時(shí)?并不是所有的設(shè)備和元器件都能完全封閉在屏蔽室?內(nèi)。比如?電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)等均與外界有聯(lián)系?輻射電磁波可以通過(guò)傳導(dǎo)方式傳到屏蔽室外造成信息泄漏。

　　2.3 TEMPEST技術(shù)

　　TEMPEST技術(shù)即低輻射技術(shù)?是指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)計(jì)算機(jī)設(shè)備時(shí)?對(duì)可能產(chǎn)生電磁輻射的元器件、集成電路、連接線(xiàn)、顯示器等采取防輻射措施?從而達(dá)到減少計(jì)算機(jī)信息泄漏的目的。前景較好的是紅、黑設(shè)備分離技術(shù)。采用紅黑分離技術(shù)制造紅黑分離式計(jì)算機(jī)?是指在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引人紅黑工程概念?將計(jì)算機(jī)設(shè)備上的信號(hào)分為紅黑兩種信號(hào)?紅信號(hào)是指能被接收破譯?并復(fù)現(xiàn)出有用信息的信號(hào);黑信號(hào)是指即使被接收到?也不能復(fù)現(xiàn)出有用信息的信號(hào)。把紅信號(hào)與黑信號(hào)完全隔離開(kāi)來(lái)?然后對(duì)隔離后的紅信號(hào)采取特殊處理措施?使其達(dá)到防電磁信息泄漏極限值的要求。在計(jì)算機(jī)設(shè)備中?相應(yīng)地也定義了紅設(shè)備、黑設(shè)備等概念。紅設(shè)備是處理保密數(shù)據(jù)信息的設(shè)備?黑設(shè)備是處理非保密數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。

　　紅黑設(shè)備之間是不允許進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)�。通常是在兩者之間建立紅黑隔離界面?僅僅實(shí)現(xiàn)黑到紅設(shè)備之間的單向信息傳輸。

　　軟件TEMPEST技術(shù)191是國(guó)外近年發(fā)展起來(lái)的新的電磁防護(hù)技術(shù)?基本原理是通過(guò)給視頻字符添加高頻“噪聲”并伴隨發(fā)射偽字符?使敵方無(wú)法正確還原真實(shí)信息?而我方可正常顯示。它替代了過(guò)去由硬件完成的抑制干擾功能?成本較低。采用TEM-PEST技術(shù)的防護(hù)型TEMPEST計(jì)算機(jī)?使用軟件來(lái)控制計(jì)算機(jī)輻射信號(hào)的發(fā)射?同時(shí)加入了專(zhuān)用的攻擊程序?當(dāng)有人企圖截獲信息時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)保護(hù)并進(jìn)行自衛(wèi)反擊。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　軍隊(duì)的安全保密工作尤為重要?信息截獲與保密歷來(lái)是軍事斗爭(zhēng)異常尖銳激烈的方式?軍用計(jì)算機(jī)電磁信息安全與防護(hù)問(wèn)題日益突出?是近年來(lái)情報(bào)戰(zhàn)的新熱點(diǎn)?成為關(guān)系軍事安全和國(guó)家信息安全的重大問(wèn)題。防止軍用計(jì)算機(jī)信息泄露?保障計(jì)算機(jī)安全可靠的工作?已成為世界各國(guó)尤其是軍事安全部門(mén)的重要研究課題?有著重要的軍事價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。必須研究計(jì)算機(jī)電磁信息安全與防護(hù)的規(guī)律?加大技術(shù)投入和管理力度?提高軍隊(duì)計(jì)算機(jī)信息安全的防護(hù)水平。

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