办公设备的电磁辐射泄漏及防范技术研究.docx
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办公设备的电磁辐射泄漏及防范技术研究
办公设备的电磁辐射泄漏及防范技术研究
(原文已在《空降兵杂志》发表,请勿转载)
金海亮
办公设备电磁信息泄漏通常是指微机、打印机等办公设备正常工作时所产生的电磁波信号辐射泄漏。
由于办公设备在输入、编辑、调阅、传送和打印文件时,被处理的文件信息会以电磁波的形式向四周辐射,该辐射信号容易被附近的窃密设备接收、截获,并从中解调出有用信息,从而造成失泄密事故,因此有必要对电磁信息泄漏产生的根源、危害及其防范措施进行探讨和研究。
一、电磁信息泄漏产生的根源及危害
电磁信息泄漏的产生是一个十分复杂的电磁学问题,在此不从理论上进行更深入的探讨和研究,仅从可能引起泄漏的源头上进行概略的分析。
电磁信息泄漏都是以一定频率的电磁波形式向空间辐射的,容易引起辐射的部件主要是显示器、主机、打印机以及各种数据连接线。
第一,在输入文稿时,我们要击打键盘,每个键位的动作都将转换为二进制代码,然后通过键盘与主机之间的连线以一定的传输率输入主机;第二,主板工作时都有一个可以设置的外部工作频率,即主板的外频;第三,CPU存在一个内核工作频率,即内频;第四,主板与各种板卡、外设进行数据交换时,都是通过数据线传输的,且都有一定的传输速率;第五,显示器工作时,显示器屏幕上的可视信息是通过逐行(或隔行)扫描、逐屏扫描方式实现的,存在一定的行工作频率和场工作频率;第六,打印机工作时,输出信息将通过并口(或串口)经打印连接线以一定的传输率输出给打印机,也具有一定的工作频率。
这些信号的工作频率除场频较低,不满足发射条件以外,其余的频率较高,就好像一个个的小发射机一样,都能以基波或谐波的形式向空间发射信号,成为电磁辐射泄漏的根源。
因此如何解决办公设备的电磁信息泄漏问题必须引起我们的高度重视,尤其是军队的作战、机要、通信、军务、自动化指挥、科研以及所有的司、政、后、装等单位、乃至地方上的政府部门、金融、保险、证券、航空、交通运输以及所有处理保密载体的企事业单位等部门,这些秘密信息一旦被别有用心的人接收、解调和利用,其后果将不堪设想。
通过接收计算机外泄的微弱电磁波获取并显示微机荧光屏上的图像并不是十分复杂的技术。
据报道,1985年,在法国召开的一次国际计算机安全会议上,年轻的荷兰人范·艾克当着各国代表的面,公开了他窃取微机信息的技术。
他用价值仅几百美元的电子元件对普通电视机进行改造,然后安装在汽车里,这样就从楼下的街道上,收到了放置在8层楼上的计算机电磁波信息,并还原出了计算机屏幕上显示的图像。
其实,电磁辐射的防范与应用研究早在苹果电脑出现以前就受到了各国的高度重视。
为了防止军事机密外泄,早在20世纪70年代,美国政府就由国防部牵头,投入了大量的人力、物力,对计算机系统的安全问题进行了深入的研究工作,尤其是近十多年来,随着计算机应用的快速普及,欧美等国家都制订了相应的电磁场辐射规范和电磁辐射技术标准,我国也先后制定了电磁辐射防护规定和环境电磁波卫生标准。
但随着电子技术的飞速发展,利用电磁信息辐射的微弱信号获取情报的技术研究发展的似乎更快一些,目前国外在窃取微机辐射信息方面技术已经十分成熟,常用的手段是,在距离微机数十米的隐蔽处投放一个微型的无线电接收器,该接收器截获有用信息以后,再将信号放大,然后转发到更远的距离上,在距离数百米乃至数千米以外的地方,都可以收到并还原出微机屏幕上显示的图像信息。
在国外有实验表明,银行计算机显示的密码指令在马路上就能轻易地被截获。
通常窃取这种微弱电磁辐射的方法是:
用定向天线对准微机所在的方向搜索信号,然后经过电子设备处理以后,从键盘输入的各种代码即可原原本本地重现了。
由此可见,电磁信息泄漏的危害是非常巨大的,必须引起我们的高度警惕,因此,对如何防范电磁信息泄漏的措施进行技术研究就显得十分必要。
二、防范电磁信息泄漏的技术措施
为了避免由电磁波信息泄漏而造成的失密、泄密事故发生,通常可采用以下两种常用的技术方案来解决。
1、被动式静电屏蔽方案
该方案是建造一个专用的屏蔽室,将可能产生电磁辐射的设备安装在屏蔽室内,阻止电磁波信息泄漏向空间传播。
该方案适用于集中办公的中心机房以及辐射较为严重的通信研发和试验场所,这种方案曾在我军的有关通信试验及研制单位得到推广应用,并发挥出了较好的军事效益,但由于该方案代价高昂,因此不便于向分散的机关单位和军队的基层连队推广普及。
2、主动式信号干扰方案
该方案是在可能产生电磁信息辐射的办公设备附近安装无线电干扰装置,用较强的干扰信号压制办公设备外泄出来的微弱辐射信号,同时也干扰附近隐藏的窃密设备的正常接收,从而避免失泄密事故发生。
该方案具有体积小巧、重量轻便、安装简单、成本低廉的特点,非常适合于分散单位及移动办公场所推广使用。
由于各种办公设备的主板外频、总线频率、显示器的行场扫描频率、刷新率、以及各种打印设备的数据传输率各不相同,因此办公设备产生的信号辐射频率点不是一个,而是很多个,即便是同一台电脑,在不同的工作任务情况下其辐射频率也有差别,且各频点的辐射频率值也不是一成不变的,因此干扰设备干扰频率的大小及干扰频点的个数难以事先设定。
根据我们对多种办公设备的实际检测和分析结果,总结出办公设备产生电磁信息泄漏的特点是:
泄漏频率点众多,各频点分布在中波、短波、超短波、乃至微波的整个波段范围内,占据频带范围极为宽广,各频点的频率值有时不固定,谐波极为丰富,主要干扰成分大都集中在超短波以下的频率范围内,其中短波以下的辐射波峰较为密集,各频点的信息泄漏成分随操作任务而有所不同,但电磁辐射泄漏的强度都普遍偏低,辐射距离很近。
根据以上分析和检测结果,我们认为,干扰信号必须覆盖中短波以上,且最高干扰频率不能低于1000MHz才能满足工作需要。
对于分布在不同波段范围内的许多波峰辐射点,如何实施干扰才能有效的扰乱电磁辐射以及可能隐藏在附近的窃密设备呢?
从干扰信号的产生方式来讲,干扰信号的产生理论上可采用单频点连续变频扫描方式、多频点同时施加干扰方式以及宽频带压制方式等多种。
(1)单频点连续变频扫描方式
所谓单频点连续变频扫描方式,就是由一个振荡器产生一个单一的干扰频率,且该频率的值在时间轴上处于连续不停的变化或跳动状态,也就是说,干扰频率是按照一定的变化速率连续扫描或跳变的,从而实现对每个辐射泄漏频点的逐个间歇性干扰,当振荡频率的变化速率达到或超过一定的下限值时,从效果上看就能起到对一定频带范围内的每个辐射点的干扰作用。
举例来说,就像用一把聚光效果良好的手电筒在几个间隔不太远的目标上不停的扫射或逐个轮番照射。
该方案适用于窄幅频率范围内的远距离目标实施扫描式干扰,干扰源的发射功率可以做的很大,效率也比较高,但干扰频谱范围不能太宽,干扰频谱范围越宽,干扰效果越差。
然而存在的问题是,窃密人员不会事先告诉我们将使用哪一个频带范围内的哪一个波峰点来接收,由于我们不知道窃密设备的工作频率范围,因此只能采取全频谱扫描的方案实施干扰,由于干扰频率在全频谱范围内不停的变化,因此对每个辐射泄漏频点的干扰都是呈现出脉冲式干扰状态,即在时间轴上都是每隔一个时间间隙,干扰信号才到来一次,换句话说,在单个辐射泄漏频点上的干扰不是连续施加的,而是间断施加的,因此干扰效果不会太好,因为干扰的过程就好像在一张文件上涂抹线条一样,如果干扰频带做得很宽,就好像涂抹的线条之间间隔太远,只有很少的部分被涂抹掉了,这就起不到干扰作用;只有当干扰频带很狭窄时,才能做到涂抹上去的线条很密集,这样才能有好的干扰效果,另外,干扰频点的变化速率也决定涂抹线条的密集度和宽度,速率变化越块,涂抹上去的线条越密集而且越窄,否则,速率变化越漫,涂抹的线条越稀疏而且越宽,但无论变化速率值有多大,也无论干扰频带有多么狭窄,这种干扰方式决定了对文件的干扰效果都不会太理想,因此我们决定不采用该方案。
(2)多频点同时施加干扰方式
所谓多频点同时施加干扰方式,就是对每个辐射泄漏频点进行一对一的同频率对抗干扰,即用若干个振荡器同时产生具有固定频率值的若干个干扰信号,对每个辐射泄漏频点分别施加干扰。
举例来说,就像使用几把手电筒,每一把手电筒分别锁定在一个固定的目标上实施干扰照射。
该方案适用于辐射泄漏频点少,且各频点相对稳定或变化不大的场合,对专用设备的干扰手段可采用这种干扰方式,但由于军队自动化办公设备型号众多,各种办公设备产生的主要辐射泄漏频点各不相同,且有些辐射频率点也不是固定不变的,因此要想做到对每一种型号的办公设备产生的每一个辐射频率点都进行实时跟踪且实现动态同步干扰是不现实的,即干扰设备难以实现通用化,尽管理论上讲能够实现,但要实现自动捕捉和锁定目标实施干扰,研制一套这种干扰设备的成本要比建造专用屏蔽室的代价还要昂贵的多,因此该方案我们也不予采用。
(3)宽频带压制干扰方式
所谓宽频带压制方式干扰,就是采用频谱合成方式合成出宽频谱的多谐波干扰脉冲频带,对辐射泄漏源附近的所有信号进行全频带压制干扰。
举例来说,就像一盏没有聚光的灯一样,普照整个地域。
该方案的特点是,干扰信号覆盖频率范围极为宽广,但干扰距离不能太远,否则影响军队的正常通信,适用于小范围、近距离的干扰场所,尤其适合于分散的办公设备及独立办公场所使用,而且干扰设备能满足通用化要求,但存在的不足是,干扰源对附近的所有电子设备都存在同样的干扰作用,不区分对象,比如靠近干扰源附近的手机将无法正常拨打和接听,收音机将呈现一片噪声等。
三、正确使用干扰装置,确保不出电磁辐射泄漏事故
为了避免因电磁信息泄漏而造成失泄密事故的发生,本人在军队从事科研工作当中作了大量的技术研究工作,通过我们奋力攻关,GRJ—1200A型电磁辐射干扰机在本人所在部队研制成功并投入使用,产品如下图所示:
该干扰机采用宽频带压制方式实施干扰,体积150mm×120mm×50mm,重700g,覆盖干扰频谱不低于1200MHz,噪声信号电平不小于-40dB,具有声、光故障报警功能,目前已通过有关部门的质量体系认证,自使用以来工作稳定可靠,对保障涉密文件的安全保密工作起到了重要作用。
在各级首长的高度重视和关心支持下,军队各单位都配发或购置了电磁辐射干扰机,在日常办公、科研和学习中一定要正确安装、合理使用和维护,决不能因为本单位暂时还没有出现失泄密事故而忽视干扰机的作用,使用中要注意以下几点:
1、安装时,将干扰机放置于办公设备附近,抽出拉杆天线,插好电源插头,使用时只需打开电源开关即可。
2、绿色指示灯亮表示电源接通,红色指示灯为故障报警指示,正常工作状态下红灯应熄灭。
故障时红灯点亮,同时机内发出鸣音。
3、使用时应先打开干扰机,后打开办公设备;关机时应先关闭办公设备,后关闭干扰机。
5、干扰机与办公设备之间的距离不能太远,通常应在0.5米以内。
6、两根拉杆天线应有一定的夹角,该夹角通常应在30°—90°之间,但不能使两天线交叉或相碰。
7、该设备为安全保密专用装置,严禁私自打开和调试机内有关元器件,以免引起参数变化,影响干扰效果。
8、长时间不使用时,应将干扰机置于关机状态。
9、故障时应及时送修。
(作者是空降兵某研究所原正团职研究员)
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