電磁泄漏電磁泄漏防護

分析通信系統(tǒng)各組成部分對通信質(zhì)量的影響，從阻礙竊收設(shè)備信息接收處理角度，研究電磁泄漏防護的技術(shù)手段。通信系統(tǒng)的通信能力和質(zhì)量受到信源、信道和信宿3個環(huán)節(jié)影響，而電磁泄漏中可控制的只有信源與信道，因此可從泄漏源和泄漏路徑兩方面研究電磁泄漏的安全防護 。

電磁泄漏信號鏈路構(gòu)成與通信系統(tǒng)具有可比之處。通信系統(tǒng)由信源、信宿、信道、發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備五部分組成。其中發(fā)送設(shè)備的功能是將信源和傳輸媒介匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號變換為便于傳送的信號形式，調(diào)制、編碼和加密是常見的變換方式；信號在傳輸媒介中傳播必然受到噪聲的干擾，影響信息的傳輸；而接收設(shè)備的功能是完成發(fā)送設(shè)備的逆變換，對攜帶干擾的信號進行解調(diào)、譯碼和解密進而恢復出原始消息。

根據(jù)電磁泄漏過程的分析可以看出，電磁泄漏實際是從“泄漏源”向“竊收系統(tǒng)”無意的信息傳輸，因此從泄漏源產(chǎn)生電磁發(fā)射到竊收系統(tǒng)還原信息各環(huán)節(jié)可視為一個“無意發(fā)送、蓄意接收”的通信系統(tǒng)，稱為“電磁泄漏通信系統(tǒng)”。該系統(tǒng)中信息技術(shù)設(shè)備是信源，同時也是潛在發(fā)射設(shè)備，將設(shè)備處理的信息調(diào)制加載到電磁波信號中發(fā)射出去。其傳輸媒介為電磁波及適合電磁發(fā)射的介質(zhì)，傳輸方式包括輻射和傳導兩種，兩種傳輸方式都會受到空間電磁噪聲的干擾。竊收系統(tǒng)具有很強的信號接收與處理能力，能夠接收泄漏發(fā)射進行信息還原。綜上所述，電磁泄漏通信系統(tǒng)的泄漏源同時是信源和發(fā)送設(shè)備，而竊收系統(tǒng)則同時作為接收設(shè)備和住宿。

由于電磁現(xiàn)象而引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降稱為電磁干擾，針對電磁干擾與防護問題的系統(tǒng)研究即為電磁兼容（electromagnetic　compatibility，EMC）。電磁干擾按傳播途徑分為傳導干擾和輻射干擾，按干擾源的性質(zhì)分為自然干擾和人為干擾，按干擾實施者的主觀意向分為有意干擾和無意干擾。電磁兼容研究內(nèi)容是如何確保電磁干擾不影響信息技術(shù)設(shè)備的正常運行。

電磁泄漏是信息技術(shù)設(shè)備在運行過程中，由于無意電磁發(fā)射而造成的信息失密問題。電磁干擾關(guān)注電磁發(fā)射對敏感設(shè)備的影響，實質(zhì)是電磁能量從干擾源向敏感設(shè)備的傳輸；而電磁泄漏側(cè)重于電磁發(fā)射中的信息相關(guān)成分，實質(zhì)是泄漏源的信息以電磁發(fā)射形式傳遞到竊收設(shè)備。

從發(fā)射源來講，泄漏源的電磁發(fā)射來自信息技術(shù)設(shè)備上與信息處理相關(guān)的電壓和電流變化，而干擾源除信息技術(shù)設(shè)備的信號變化外，還包括自然界的熱噪聲、雷電與靜電放電等，以及人類活動中的電源開關(guān)動作、照明設(shè)備以及強電磁脈沖等廣泛的電磁能量釋放。兩者的傳輸路徑都是指空間的電磁輻射和導體中的信號傳導，但在傳輸中，電磁能量衰減到一種程度后即不再影響敏感設(shè)備；而微弱電磁信號被竊收還原問題的可能仍然存在，且隨著竊收分析技術(shù)的發(fā)展，越來越微弱的電磁信號能夠被接收處理。另外，電磁干擾與電磁泄漏產(chǎn)生的后果也不相同，前者的影響是造成敏感設(shè)備的性能降級，甚至器件損壞而無法工作，危害設(shè)備的物理安全；后者則造成源設(shè)備信息外泄，破壞信息的機密性，危害信息安全。

從電磁發(fā)射信號產(chǎn)生與傳遞的角度，根據(jù)信息技術(shù)設(shè)備的工作過程與特征，可將電磁泄漏源劃分為數(shù)據(jù)信息、電信號、自然天線3個模塊。信息技術(shù)設(shè)備的運行都伴隨著數(shù)據(jù)信息的處理，而信息在設(shè)備硬件中是以電信號形式進行處理和傳輸?shù)?，變化的電信號將激發(fā)設(shè)備內(nèi)的天線效應器件，形式天然的天線（即自然天線），將電信號的能量轉(zhuǎn)化成電磁波向外發(fā)射。

電信號作為數(shù)據(jù)信息特定編碼的表式形式，其變化特征將被加載在電磁波中發(fā)射出去，被截收后可能還原數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容。電磁泄漏是通過電磁發(fā)射方式進行信息傳遞過程，因此可通過將之與通信系統(tǒng)進行對比分析，研究電磁泄漏及其防護問題 。

信息技術(shù)設(shè)備在工作過程中，模擬與數(shù)字信號處理中電流的變化將產(chǎn)生電磁發(fā)射，這些電磁發(fā)射如被接收分析即可能還原相關(guān)信息，從而造成信息泄密。這種由于電磁發(fā)射而造成的信息安全保密問題即為電磁泄漏，或稱電磁信息泄漏、信息電磁泄漏、TMEPEST等。在電磁泄漏研究中，“紅信號”是指與敏感信息有關(guān)的電信號，否則為黑信號。電磁泄漏伴隨設(shè)備的運行一直存在，時刻威脅著各類設(shè)備的信息安全。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁泄漏對信息技術(shù)設(shè)備帶來的安全隱患日益突現(xiàn) 。

泄漏源信息變換有數(shù)據(jù)信號編碼處理與自然天線發(fā)射處理兩部分，因此在泄漏源防護可從這兩種處理展開。

首先數(shù)據(jù)信號編碼處理，在適宜的情況下進行信息加密，即使天線發(fā)射和信道衰減都很有利，竊收系統(tǒng)也只能還原出加密后的信息，從而對敏感信息起到很好的防護效果；在不適合加密的情況，編碼信號的電平和特征將影響電磁發(fā)射，因而在條件允許時，應選擇低電平、信號邊沿緩慢的編碼方式。

其次自然天線的發(fā)射，在信息技術(shù)設(shè)備中應避免金屬與電子器件對紅信號的天線效應發(fā)射。采用低輻射器件、實施紅黑分離、線纜濾波、紅信號模塊屏蔽等都是抑制自然天線發(fā)射的常用方法。

泄漏源防護設(shè)計主要考慮3個因素，首先信號編碼方式對泄漏發(fā)射的影響；其次減弱紅信號直接相關(guān)的電磁發(fā)射，第三防止交叉調(diào)制與二次發(fā)射。泄漏源防護技術(shù)包括紅信號模塊抑源法低輻射設(shè)計、紅黑模塊分區(qū)隔離設(shè)計、模塊設(shè)備間各連線的濾波設(shè)計、模塊級與設(shè)備級的屏蔽設(shè)計等。

分區(qū)隔離是在設(shè)計階段將紅信號與黑信號分別集中放置，也可根據(jù)需要設(shè)置多個紅信號模塊或黑信號模塊，然后對紅信號模塊進行獨立嚴格防護。紅黑隔離技術(shù)有助于防護串擾搭載、交叉耦合、二次發(fā)射等更復雜的電磁泄漏問題。

在設(shè)備研制階段，紅信號區(qū)域內(nèi)采用低輻射設(shè)計技術(shù)，通過器件選擇、電路設(shè)計等步驟，減小紅信號發(fā)射的強度，從源頭上控制電磁信息泄漏。

紅信號模塊與其它模塊、電源及外設(shè)間的連線都采用濾波設(shè)計，通過濾除信號傳輸線、電源線以及公共地線等線纜上的特定頻率成份，阻止信息通過傳導發(fā)射產(chǎn)生泄漏，并防止信號的二次發(fā)射。

屏蔽將電磁能量限制在一定區(qū)域內(nèi)，減弱電磁能量的發(fā)射。模塊級屏蔽是對紅信號模塊的局部屏蔽，合理的模塊級屏蔽不僅能控制紅信號發(fā)射范圍，同時可以有效避免紅黑信號交叉耦合；設(shè)備級屏蔽是對整個設(shè)備的防護，對紅信號電磁發(fā)射作進一步的電磁隔離 。

泄漏路徑只有信道處理，故應基于信道容量，研究泄漏路徑上的安全防護。降低電磁泄漏發(fā)射頻率范圍內(nèi)的信噪比可以減小信道容量，減小紅信號能量發(fā)射、增加電磁噪聲是降低信噪比的基本方式。增加噪聲來降低信噪比的方法即為干擾技術(shù)，該技術(shù)是在源設(shè)備工作時有意施放偽電磁發(fā)射，其依據(jù)是電磁泄漏防護以確保信息不失密為目標，以抑制有用信息的電磁發(fā)射、阻撓竊收設(shè)備的接收還原為主要手段，而對不含信息的發(fā)射并不關(guān)心。

要達到預期的效果，干擾噪聲應在時域、空域、能域、頻域上滿足要求，即時間上要與紅信號發(fā)射同時產(chǎn)生，空間上應臨近信息技術(shù)設(shè)備并與紅信號的發(fā)射方向性一致，頻率上要求包括紅信號發(fā)射的頻率范圍，能量上則應能夠覆蓋紅信號電磁發(fā)射。

時域和空域的要求容易實現(xiàn)，而根據(jù)干擾噪聲在能域和頻域上與紅信號發(fā)射之間的關(guān)系，干擾技術(shù)可以分為白噪干擾和相關(guān)干擾。白噪干擾是產(chǎn)生某一頻段的電磁輻射，從能量上覆蓋紅信號發(fā)射，但由于未針對目標設(shè)備的發(fā)射進行設(shè)計，白噪聲與紅信號發(fā)射沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系，電磁噪聲可能不在分析泄漏發(fā)射頻率范圍內(nèi)，因此仍可能恢復有用信號。

計算機視頻信息泄漏是研究最為廣泛的一種電磁泄漏問題，利用電磁泄漏模型分析現(xiàn)有的視頻泄漏防護技術(shù)，借鑒其中的防護思想方法，將為其它敏感信息的泄漏防護提供借鑒。在視頻信息的電磁防護中，屏蔽、濾波、干擾等仍是使用最多的方法，一些專門的防護技術(shù)展現(xiàn)了很好的防護效果，包括基于視頻信號的干擾方法、同步時鐘調(diào)制方法、基于人腦顏色混合的防護技術(shù)等。

基于視頻信號的干擾方法是通過增加硬件模塊，對視頻信號的主要信號進行相關(guān)置亂，并將亂碼信號反饋至視頻輸出端，通過共同的天線效應器件產(chǎn)生電磁發(fā)射，達到相關(guān)干擾的效果。結(jié)合電磁泄漏模型，該方法是通過專門設(shè)置虛假紅信號，經(jīng)相同的天線效應器件產(chǎn)生電磁發(fā)射，使接收方無法從中恢復真正的紅信號及其對應信息。

同步時鐘調(diào)制方法是對視頻信號的同步時鐘進行調(diào)制，使同步信號的電磁發(fā)射產(chǎn)生適度變化，使得竊收者無法重建視頻圖像且不影響顯示器的正常圖像顯示?；谌四X顏色混合的防護方式是利用人眼的顏色合成特征，對圖像間隔地添加不同的噪聲。在快速切換的顯示終端上，相鄰兩幀圖像從視覺上恢復正常，而視頻信號的電磁發(fā)射中添加了更多的噪聲成份。兩種方法都通過處理視頻信號改變其電磁發(fā)射，達到電磁泄漏防護的目的。結(jié)合電磁泄漏模型，相當于在發(fā)送端隨機地減少或增加信號發(fā)送內(nèi)容，但對于竊收設(shè)備，這種信號的隨機變化由于不可逆而無法還原的。針對數(shù)據(jù)量大又要重復顯現(xiàn)的視頻信息存在的電磁泄漏問題，結(jié)合對3種防護技術(shù)的分析，其電磁泄漏防護主要有以下幾種，一是采用有效的屏蔽、濾波與相關(guān)干擾技術(shù)，二是對傳輸?shù)囊曨l信號進行加密調(diào)制等處理，三是對視頻信息進行差量傳輸減少冗余信息，四是從主板向外即以光信號傳輸和顯示視頻信息 。2100433B

零泄漏電磁閥原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。

如前所述，屏蔽體上的孔洞是造成屏蔽體泄漏的主要因素之一孔洞產(chǎn)生的電磁泄漏并不是一個固定的數(shù)，而是與電磁波的頻率、種類、輻射源與孔洞的距離等因素有關(guān)孔洞對電磁波的衰減可以用下面公式進行計算這里假設(shè)孔洞深度為0

在遠場區(qū)：SE=100-20lgL-20lgf 20lg(1 2.3lg(L/H))

若L≥λ/2，則SE=0 dB ，這時，孔洞是完全泄漏的

式中： L=縫隙的長度（mm），H=縫隙的寬度（mm），f=入射電磁波的頻率（MHz）

這個公式是在遠場區(qū)中，最壞的情況下（造成最大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實際情況下屏蔽效能可能會更大一些）

在近場區(qū)：

若輻射源是電場輻射源 SE=48 20lgZC-20lgLf 20lg(1 2.3lg(L/H))

若輻射源是磁場輻射源 SE=20lg（πD/L） 20lg(1 2.3lg(L/H))

式中：ZC=輻射源電路的阻抗（Ω），D=孔洞到輻射源的距離（m）， L、H=孔洞的長、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）

注意：

1)近場區(qū),孔洞的泄漏與輻射源的特性有關(guān)當輻射源是電場源時，孔洞的泄漏遠比遠場小（屏蔽效能高），當輻射源是磁場源時，孔洞的泄漏遠比遠場大（屏蔽效能低）

2）對于近場，磁場輻射源的場合，屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系，因此，千萬不要認為輻射源的頻率較低（許多磁場輻射源的頻率都較低），而掉以輕心

3）這里對磁場輻射源的假設(shè)是純磁場源，因此可以認為是一種在最壞條件下，對屏蔽效能的保守計算

對于磁場源，屏蔽與孔洞到輻射源的距離有關(guān)，距離越近，則泄漏越大這點在設(shè)計時一定要注意，磁場輻射源一定要遠離孔洞

多個孔洞的情況：當N個尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距離小于1/2）時，造成的屏蔽效能下降為10lgN在不同面上的孔洞不會增加泄漏，因為其輻射方向不同，這個特點可以在設(shè)計中用來避免某一個面的輻射過強