电磁干扰器技术研究
www.xinwenren.com  2013-01-24 20:54:11  

朱大立 高琪国家保密技术研究所摘要:本文对目前广泛使用的TEMPEST防护产品电磁干扰器的进行了分类;分析了干扰器应用的主要技术,包括信号相关、频谱控制和RF性能研究;最后指出干扰器的发展方向是智能化。关...
 
朱大立  高琪
国家保密技术研究所
摘要:本文对目前广泛使用的TEMPEST防护产品电磁干扰器的进行了分类;分析了干扰器应用的主要技术,包括信号相关、频谱控制和RF性能研究;最后指出干扰器的发展方向是智能化。
关键词:TEMPEST 电磁干扰器 信号相关 频谱控制 RF性能
 

一、干扰器分类及应用现状

  随着人们对信息设备电磁辐射造成的信息泄漏问题的重视,电磁干扰器作为一种信息安全的防护设备得到越来越广泛的应用。在国家保密部门制定的相关标准中,电磁干扰器作为一种TEMPEST防护的重要手段被推荐使用。干扰器的功能是防止电磁窃密,它应用的是主动模式,即主动干扰被防护信息设备的电磁泄漏发射,使用于窃密的电磁接收设备只能接收到被干扰了的信号,从而达到保护用户信息安全的作用。目前市场上的干扰器根据使用功能可以划分为微机视频保护型干扰器和通信阻断型干扰器以及线路电磁传导干扰器三类。

1.  微机视频干扰器

  微机视频信息干扰器是TEMPEST防护中传统意义上的干扰器,主要用于保护计算机(包括微机、工作站、服务器)的信息安全。计算机的电磁泄漏主要是由显示器和电源线传导辐射造成,这类干扰器具有抑制电源线信号传导发射和干扰计算机视频信息的作用,使目前应用最广的一类干扰器。

2.  通信阻断干扰器

  通信阻断型干扰器是近几年才出现的一类新型的干扰器,它是伴随着移动通信的迅速普及而产生的。其功能特点是在特定场所阻断正常的移动通信网络,使得安全管理部门对手机的应用做到可控,从技术手段上确保杜绝使用手机造成有意或无意信息泄密的可能性。目前,随着移动通信的普及和人们安全保密意识的深入,这类干扰器的使用越来越广泛。

3.  线路电磁传导干扰器

  线路电磁传导干扰器是为抑制通信线传导信息电磁泄漏而开发的,一般面向网线。由于采用了线路电磁传导干扰技术对网络线路进行加密,能够保 证接入涉密网用户计算机数据传导中的安全性,更有意义的是,对于涉密网改造的情况,用户不必重新布设屏蔽双绞线,节省了人力物力。

二、干扰器的作用

  电磁干扰器是TEMPEST防护中的重要设备,作为一种主动模式的干扰手段,以其方面、灵活、价格低廉的特点,成为电磁屏蔽防护方式的必要补充。图1示意了干扰器在典型TEMPEST防护系统中的应用。

 
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三、干扰器相关技术

  围绕电磁干扰器的相关技术概括起来有三类,分别是信号相关、频谱控制和RF性能研究。这三类技术分别解决干扰什么和怎么干扰的问题。其中信号相关技术研究的是需要干扰或阻断的电磁信号的特点,包括频域特性和时域特性,以期能够合理有效地进行电磁保护,这项技术实际上是对防护对象进行的研究。频谱控制研究是电磁干扰器特有的技术,主要考虑干扰信号的产生,包括频谱扩展,通带阻带控制等等。而RF性能研究则是一种通用的射频技术,要求干扰器能够高效、安全地发射干扰电磁信号。

1.信号相关

  这里说的信号相关是个广义的概念,是指干扰信号和受保护信号具有广义上的相关性。实际上信号相关技术研究的是干扰什么的问题。要想有效的对电磁辐射信息进行防护,不管开发微机视频干扰器还是通信阻断干扰器,都必须研究要干扰信号的性质,做到有的放矢。
  传统的微机视频干扰器,主要干扰计算机的视频信息泄漏。因此必须深入研究计算机电磁辐射的特点。为保证信息安全,干扰器的辐射发射应在时域和频域上完全覆盖微机的辐射发射。近年来,由于电磁兼容标准的执行,微机的辐射发射强度已得到了很好的控制,研究显示,干扰器的辐射发射强度高于电磁兼容标准A级一定量值就可满足覆盖要求。
  随着技术的发展,微机的主频和显示分辨率不断提高,微机的辐射发射向高频发展。有些微机的辐射发射频率已达700--800MHz,甚至超过1000MHz。因此干扰器的辐射发射在高频至少应达1000MHz才可满足覆盖微机高频发射的要求。
  干扰信号还应该和被保护信号具有相关性。若干扰器的干扰信号与视频信息相关性差,窃收方采用相关接收方法就可窃取信息,干扰器则起不到保护作用。因此干扰器所发射的干扰信号应与微机视频有很强的相关性。
  可以考虑采用与微机视频信息相关的随机字符信息作为干扰信号。随机字符与视频信息有相同的点频,相同的相位和相同的输出幅度,同时利用了微机视频的同步信号,使随机字符与微机显示卡的视频信息的辐射在时域上同步。这种相关干扰可以有效的防止用多点累加平均处理来提取微机视频信息,也能防止利用信息特征对信息进行识别。
  计算机信息泄漏还包括电源线传导泄漏发射。干扰器通常采取两种方式保护计算机沿电源线的传导泄漏发射:采用电源滤波器抑制计算机向电源线的传导泄漏发射;沿电源线发送干扰信号,覆盖计算机沿电源线的传导泄漏发射。
  通信阻断型干扰器在信号相关技术研究方面相对简单。所做研究实际上是针对成熟的移动通信网络空中接口的无线电信号特征进行的。需要考虑的因素包括信号的时域、频域特征、发射强度、调制特点等等,针对特定信号,产生伪随机噪声,简单阻断即可。目前国内的移动通信信号包括GSM900、DCS1800、CDMA、小灵通四种。

2.频谱控制

  频谱控制是电磁干扰器特有的技术,它解决的是怎么干扰的问题。干扰器一般都需要在特定的频段和时间段内,以一定强度的发射特定的干扰信号。其干扰信号的产生需要考虑频谱扩展和通带截止问题,必须有效覆盖受保护信号而同时又不干扰空间正常传播的无线电信号。
  通常情况下,干扰器会发射特定频率的伪随机序列作为干扰信号,覆盖特定的频谱。伪随机序列最重要的特性是具有近似于随机信号的性能。因为噪声具有完全的随机性,所以也可以说伪随机序列具有近似于噪声的性能。
  伪随机序列具有类似于随机序列的性质,归纳起来有下列三点:
  (1)平衡特性:随机序列中0和1的个数接近相等;
  (2)游程特性:把随机序列中连续出现0或1的子序列称为游程。连续的0或1的个数称为游程长度。随机序列中长度为1的游程约占游程总数的1/2,长度为2的游程约占游程总数的1/22,长度为3的游程约占游程总数的1/23等等;
  (3)相关特性:随机序列的自相关函数具有类似于白噪声自相关函数的性质,频谱也类似于白噪声的频谱。
  鉴于伪随机序列这种类似白噪声的特性,采用伪随机序列控制电磁干扰器的频谱,使受保护信息淹没在可控噪声中,是干扰器最基本最常用的频谱控制技术手段。

3.RF性能

  RF性能研究是一项通用的发射/接收机电路技术。涉及到高频电路设计,输出控制,天线设计等内容。目的是使电磁干扰器的信号发射系统在各个频段发射的干扰信号的强度比较均匀。发射机工作效率高,稳定可靠,一致性好,并且在保证可靠保护用户信息的前提下,控制干扰信号的发射强度和时间,同时尽量减少对其它电子设备的干扰。
  近几年随着网络和通信设备的小型化,干扰器的研制中也出现了提高集成度,改显式天线为隐式天线的趋势。精心设计的隐式天线不但发射效率高,而且稳定可靠,更使设备轻便耐用,渐渐成为主流。

四、干扰器的发展方向

  随着对信息安全的重视,电磁干扰器的使用越来越普遍。作为一种简单有效的TEMPEST防护产品,干扰器发挥着重要的作用。但是,由于其技术简单,功能单一,随着敌我双方对信息安全争夺的愈演愈烈,现有水平的干扰器渐渐难以适应新形势的需要,必须向前发展。其发展方向将是智能干扰器。
  目前,网络已经普及,信息设备很少以独立的形式存在,都是作为信息系统的一部分。单一功能的干扰器显然已经不能满足实际需要,未来的干扰器要求能够自适应设备及其工作环境的不同工作状态。同时,为防护信息设备电磁泄漏而开发的干扰器防护技术,也要求干扰器在干扰信号的产生和干扰器工作方式上不断提高其技术水平。干扰信号必须和受保护信号具有高度相关性,干扰力度和有效性要随着窃收技术水平的提高而不断加强。这要依靠使用信号分析,数字信号处理等技术深入研究受保护信号的特征来实现。干扰器在工作方式上必须具有一定的智能,具体说就是实时分析受保护信号的特点,根据防护等级和设备的工作状态,随时调整自己的工作方式,始终做到有效合理防护。即电磁干扰器的发展方向为高相关性,低辐射性并且具有自适应功能的智能干扰器。
  随着社会信息化程度的深入,围绕TEMPEST的争夺愈演愈烈,防护和窃收技术始终呈螺旋型进步。电磁干扰器作为TEMPEST防护的重要手段,其应用将越来越广泛,其技术也将随着信息安全技术的发展而不断前进。

 
参考文献
  1.《微机电磁干扰器技术性能探讨》,国家保密技术研究所  陈琼 

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