電磁泄漏

分析通信系統(tǒng)各組成部分對(duì)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(hù)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(gè)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(hù) 。

信息技術(shù)設(shè)備在工作過(guò)程中，模擬與數(shù)字信號(hào)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(wèn)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(hào)”是指與敏感信息有關(guān)的電信號(hào)，否則為黑信號(hào)。電磁泄漏伴隨設(shè)備的運(yùn)行一直存在，時(shí)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(duì)信息技術(shù)設(shè)備帶來(lái)的安全隱患日益突現(xiàn) 。

電磁泄漏信號(hào)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(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式，調(diào)制、編碼和加密是常見(jiàn)的變換方式；信號(hào)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(duì)攜帶干擾的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼和解密進(jìn)而恢復(fù)出原始消息。

根據(jù)電磁泄漏過(guò)程的分析可以看出，電磁泄漏實(shí)際是從“泄漏源”向“竊收系統(tǒng)”無(wú)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(gè)“無(wú)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(shí)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(hào)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(dǎo)兩種，兩種傳輸方式都會(huì)受到空間電磁噪聲的干擾。竊收系統(tǒng)具有很強(qiáng)的信號(hào)接收與處理能力，能夠接收泄漏發(fā)射進(jìn)行信息還原。綜上所述，電磁泄漏通信系統(tǒng)的泄漏源同時(shí)是信源和發(fā)送設(shè)備，而竊收系統(tǒng)則同時(shí)作為接收設(shè)備和住宿。

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

基于視頻信號(hào)的干擾方法是通過(guò)增加硬件模塊，對(duì)視頻信號(hào)的主要信號(hào)進(jìn)行相關(guān)置亂，并將亂碼信號(hào)反饋至視頻輸出端，通過(guò)共同的天線效應(yīng)器件產(chǎn)生電磁發(fā)射，達(dá)到相關(guān)干擾的效果。結(jié)合電磁泄漏模型，該方法是通過(guò)專門設(shè)置虛假紅信號(hào)，經(jīng)相同的天線效應(yīng)器件產(chǎn)生電磁發(fā)射，使接收方無(wú)法從中恢復(fù)真正的紅信號(hào)及其對(duì)應(yīng)信息。

同步時(shí)鐘調(diào)制方法是對(duì)視頻信號(hào)的同步時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制，使同步信號(hào)的電磁發(fā)射產(chǎn)生適度變化，使得竊收者無(wú)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(hù)方式是利用人眼的顏色合成特征，對(duì)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(jué)上恢復(fù)正常，而視頻信號(hào)的電磁發(fā)射中添加了更多的噪聲成份。兩種方法都通過(guò)處理視頻信號(hào)改變其電磁發(fā)射，達(dá)到電磁泄漏防護(hù)的目的。結(jié)合電磁泄漏模型，相當(dāng)于在發(fā)送端隨機(jī)地減少或增加信號(hào)發(fā)送內(nèi)容，但對(duì)于竊收設(shè)備，這種信號(hào)的隨機(jī)變化由于不可逆而無(wú)法還原的。針對(duì)數(shù)據(jù)量大又要重復(fù)顯現(xiàn)的視頻信息存在的電磁泄漏問(wèn)題，結(jié)合對(duì)3種防護(hù)技術(shù)的分析，其電磁泄漏防護(hù)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(duì)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)進(jìn)行加密調(diào)制等處理，三是對(duì)視頻信息進(jìn)行差量傳輸減少冗余信息，四是從主板向外即以光信號(hào)傳輸和顯示視頻信息 。2100433B

泄漏路徑只有信道處理，故應(yīng)基于信道容量，研究泄漏路徑上的安全防護(hù)。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(hào)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(lái)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(shí)有意施放偽電磁發(fā)射，其依據(jù)是電磁泄漏防護(hù)以確保信息不失密為目標(biāo)，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(duì)不含信息的發(fā)射并不關(guān)心。

要達(dá)到預(yù)期的效果，干擾噪聲應(yīng)在時(shí)域、空域、能域、頻域上滿足要求，即時(shí)間上要與紅信號(hào)發(fā)射同時(shí)產(chǎn)生，空間上應(yīng)臨近信息技術(shù)設(shè)備并與紅信號(hào)的發(fā)射方向性一致，頻率上要求包括紅信號(hào)發(fā)射的頻率范圍，能量上則應(yīng)能夠覆蓋紅信號(hào)電磁發(fā)射。

時(shí)域和空域的要求容易實(shí)現(xiàn)，而根據(jù)干擾噪聲在能域和頻域上與紅信號(hào)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(hào)發(fā)射，但由于未針對(duì)目標(biāo)設(shè)備的發(fā)射進(jìn)行設(shè)計(jì)，白噪聲與紅信號(hào)發(fā)射沒(méi)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(fù)有用信號(hào)。

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(duì)電磁干擾與防護(hù)問(wèn)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(dǎo)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(shí)施者的主觀意向分為有意干擾和無(wú)意干擾。電磁兼容研究?jī)?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(yùn)行。

電磁泄漏是信息技術(shù)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，由于無(wú)意電磁發(fā)射而造成的信息失密問(wèn)題。電磁干擾關(guān)注電磁發(fā)射對(duì)敏感設(shè)備的影響，實(shí)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(shí)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(lái)講，泄漏源的電磁發(fā)射來(lái)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(hào)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(dòng)中的電源開(kāi)關(guān)動(dòng)作、照明設(shè)備以及強(qiáng)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(dǎo)體中的信號(hào)傳導(dǎo)，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(hào)被竊收還原問(wèn)題的可能仍然存在，且隨著竊收分析技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越微弱的電磁信號(hào)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(jí)，甚至器件損壞而無(wú)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(jī)密性，危害信息安全。

從電磁發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生與傳遞的角度，根據(jù)信息技術(shù)設(shè)備的工作過(guò)程與特征，可將電磁泄漏源劃分為數(shù)據(jù)信息、電信號(hào)、自然天線3個(gè)模塊。信息技術(shù)設(shè)備的運(yùn)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(hào)形式進(jìn)行處理和傳輸?shù)?，變化的電信?hào)將激發(fā)設(shè)備內(nèi)的天線效應(yīng)器件，形式天然的天線（即自然天線），將電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)化成電磁波向外發(fā)射。

電信號(hào)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(guò)電磁發(fā)射方式進(jìn)行信息傳遞過(guò)程，因此可通過(guò)將之與通信系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，研究電磁泄漏及其防護(hù)問(wèn)題 。

泄漏源信息變換有數(shù)據(jù)信號(hào)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(hù)可從這兩種處理展開(kāi)。

首先數(shù)據(jù)信號(hào)編碼處理，在適宜的情況下進(jìn)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(duì)敏感信息起到很好的防護(hù)效果；在不適合加密的情況，編碼信號(hào)的電平和特征將影響電磁發(fā)射，因而在條件允許時(shí)，應(yīng)選擇低電平、信號(hào)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(yīng)避免金屬與電子器件對(duì)紅信號(hào)的天線效應(yīng)發(fā)射。采用低輻射器件、實(shí)施紅黑分離、線纜濾波、紅信號(hào)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(hù)設(shè)計(jì)主要考慮3個(gè)因素，首先信號(hào)編碼方式對(duì)泄漏發(fā)射的影響；其次減弱紅信號(hào)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(hù)技術(shù)包括紅信號(hào)模塊抑源法低輻射設(shè)計(jì)、紅黑模塊分區(qū)隔離設(shè)計(jì)、模塊設(shè)備間各連線的濾波設(shè)計(jì)、模塊級(jí)與設(shè)備級(jí)的屏蔽設(shè)計(jì)等。

分區(qū)隔離是在設(shè)計(jì)階段將紅信號(hào)與黑信號(hào)分別集中放置，也可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)紅信號(hào)模塊或黑信號(hào)模塊，然后對(duì)紅信號(hào)模塊進(jìn)行獨(dú)立嚴(yán)格防護(hù)。紅黑隔離技術(shù)有助于防護(hù)串?dāng)_搭載、交叉耦合、二次發(fā)射等更復(fù)雜的電磁泄漏問(wèn)題。

在設(shè)備研制階段，紅信號(hào)區(qū)域內(nèi)采用低輻射設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)器件選擇、電路設(shè)計(jì)等步驟，減小紅信號(hào)發(fā)射的強(qiáng)度，從源頭上控制電磁信息泄漏。

紅信號(hào)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(jì)，通過(guò)濾除信號(hào)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(guò)傳導(dǎo)發(fā)射產(chǎn)生泄漏，并防止信號(hào)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(jí)屏蔽是對(duì)紅信號(hào)模塊的局部屏蔽，合理的模塊級(jí)屏蔽不僅能控制紅信號(hào)發(fā)射范圍，同時(shí)可以有效避免紅黑信號(hào)交叉耦合；設(shè)備級(jí)屏蔽是對(duì)整個(gè)設(shè)備的防護(hù)，對(duì)紅信號(hào)電磁發(fā)射作進(jìn)一步的電磁隔離 。

零泄漏電磁閥原理：通電時(shí)，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(kāi)；斷電時(shí)，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(gè)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(duì)電磁波的衰減可以用下面公式進(jìn)行計(jì)算這里假設(shè)孔洞深度為0

在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：SE=100-20lgL-20lgf 20lg(1 2.3lg(L/H))

若L≥λ/2，則SE=0 dB ，這時(shí)，孔洞是完全泄漏的

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

這個(gè)公式是在遠(yuǎn)場(chǎng)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(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更大一些）

在近場(chǎng)區(qū)：

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

若輻射源是磁場(chǎng)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(zhǎng)、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）

注意：

1)近場(chǎng)區(qū),孔洞的泄漏與輻射源的特性有關(guān)當(dāng)輻射源是電場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏遠(yuǎn)比遠(yuǎn)場(chǎng)小（屏蔽效能高），當(dāng)輻射源是磁場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏遠(yuǎn)比遠(yuǎn)場(chǎng)大（屏蔽效能低）

2）對(duì)于近場(chǎng)，磁場(chǎng)輻射源的場(chǎng)合，屏蔽效能與電磁波的頻率沒(méi)有關(guān)系，因此，千萬(wàn)不要認(rèn)為輻射源的頻率較低（許多磁場(chǎng)輻射源的頻率都較低），而掉以輕心

3）這里對(duì)磁場(chǎng)輻射源的假設(shè)是純磁場(chǎng)源，因此可以認(rèn)為是一種在最壞條件下，對(duì)屏蔽效能的保守計(jì)算

對(duì)于磁場(chǎng)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(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意，磁場(chǎng)輻射源一定要遠(yuǎn)離孔洞

多個(gè)孔洞的情況：當(dāng)N個(gè)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(shí)，造成的屏蔽效能下降為10lgN在不同面上的孔洞不會(huì)增加泄漏，因?yàn)槠漭椛浞较虿煌@個(gè)特點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)中用來(lái)避免某一個(gè)面的輻射過(guò)強(qiáng)