Современные информационные технологии/4.Информационная безопасность

Ищук М.В.

Исследование побочного излучения двухпроводной линии путем моделирования

В 21 веке основной ценностью является информация. И одним из способов несанкционированного доступа к информации является съем информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам. Если раньше такой способ считался очень сложным и дорогостоящим, то в настоящее время с помощью многочисленных электронных устройств данная задача значительно упрощена и удешевлена.

На кафедре Радиотехники и защиты информации вопросу защиты информации придают большое значение. Одним из способов защиты является экранирование кабелей и проводных линий передачи информации. В данной статье для исследования взята двухпроводная линия передачи информации. Исследования выполнены в программах MMANA.

Основная задача – получить длинную линию с минимальными побочными электромагнитными излучениями. Под длинной линией понимаем линию, геометрическая длина которой соизмерима или значительно больше длины волны, передаваемой по ней электромагнитных колебаний. Для передачи максимальной мощности по линии нужно, что бы сопротивление нагрузки и сопротивление генератора совпадало (под нагрузкой понимаем антенну). В точно таком же согласовании нуждается и фидер, а его волновое сопротивление должно быть равно и сопротивлению нагрузки и сопротивлению генератора.

При соблюдении данных условий (а именно сопротивление генератора, сопротивление нагрузки и сопротивлении линии одинаково) потери энергии будут только потерями в токопроводящих жилах и диэлектрическом заполнении.

Рассмотрим различные варианты распределения тока в двухпроводной линии изменяя сопротивления нагрузки от минимального (режима короткого замыкания) до максимального (достаточно большого по сравнению с согласованным).

В первом варианте рассмотрим сопротивление которое стремится к бесконечности. В программе MMANA значение сопротивление нагрузки берем 100000 Ом.

Рис. 1

По графику распределения тока видно (рис.1), что волна, которая посылается генератором не найдет потребителя и полностью отразится к источнику. В двухпроводной линии образовываются прямая и обратная волны, а так как время пробега по линиям не бесконечно, то они накладываются друг на друга, тем самым образуя максимумы и минимумы. Т.е. при таком сопротивлении нагрузки распределение тока имеет явно выраженные максимумы, которые являются побочными электромагнитными излучениями. Это может привести к электрическому пробою линии, что является опасным с точки зрения безопасности передачи информации.

Рассмотри второй вариант. Пусть сопротивление нагрузки будет равно 0.

Рис. 2

При подключении в режиме короткого замыкания (рис.2) максимумы смещаются на одну четвертую длины волны по сравнению с положением в разомкнутой линии. График распределения тока очень похож на предыдущий. Разница только в расположении максимумов и минимумов, но с точки зрения передачи информации данная линия является также небезопасной.

Теперь рассмотрим идеальный случай(сопротивление генератора, сопротивление нагрузки и сопротивление линии одинаково).

Рассчитаем волновое сопротивление двухпроводной линии по формуле

,

где D – расстояние между проводами, d – диаметр провода. Перед началом работы в программе задавали D=0,2 м, d=0,8 мм.

Значит при волновом сопротивлении, равному 745 Ом, линия передачи будет согласована и побочных излучений будет минимум.

Рис. 3

По графику распределения тока (рис.3) видно что побочных электромагнитных излучений и наводок стало намного меньше, что значительно затруднит задачу несанкционированного снятия информации.

Согласовав сопротивление генератора, потребителя и фидера не стоит забывать что при изменении частоты передачи сигнала распределение тока тоже изменится. Частота в предыдущий исследованиях равнялась 21,050 МГц, в следующих исследованиях 71,000МГц.

Электрические параметры длинной линии непрерывно распределены по ее длине, т.е. она представляет собой цепь с распределенными параметрами. Резонансная частота линии зависит от ее погонных параметров. При изменении частоты передаваемого сигнала в сторону увеличения до 71 МГц будут изменяться параметры линии, что видно из графика (рис.4).

Рис. 4

Из графика видно, что распределения тока изменилось в сторону ухудшения, т.е. безопасность такой линии хуже.

Были рассмотрены для примера крайние случае минимума и максимума сопротивления, что в реальной жизни встречается крайне редко и передача информации не ведется по такому каналу. Если же сопротивление нагрузки превышает волновое сопротивление линии (и не стремится к бесконечности), то отражение волны оказывается неполным, т.к. более менее значительная часть энергии потребляется нагрузкой. Не потребленная энергия вернется к началу линии и возникнут побочные максимумы и минимуму на линиях. Они конечно не такие большие как показано на рисунках 1 и 2, но тем не менее это значительно облегчает задачу несанкционированного доступа к информации.

При проектировании линии важно согласовать все параметры линии, а в случае изменения частоты передаваемого сигнала производить замену фидера с другими резонансными параметрами.

В исследованиях использовалась программа MMANA свободного распространения.