Види вимірювань, Вимоги до вимірювачів, Вибір тестів

Проблематика ТЗІ заснована на:

– вимірюваннях в області акустики;

– вимірюванні електричних сигналів;

– вимірюванні електромагнітних полів.

Склад засобів вимірювань за оцінки захищеності інформації випливає з того переліку технічних каналів витоку інформації, які належить контролювати. Комплект засобів вимірювань, у загальному випадку, призначається для вимірювань ПЕМІН, високочастотних наведень, акустичних і віброакустичних полів, низькочастотних і високочастотних акустоелектричних перетворень, «мікрофонних ефектів», сигнали у волоконно-оптичних лініях, перехресні наведення тощо.

Електромагнітні поля у навколишньому середовищі створюють радіопередавачі, засоби мобільного зв’язку, для яких це є основною задачею, а також комп’ютери, принтери, сканери тощо, для яких це є побічними та небажаними результатами їхньої роботи. Подібні паразитні електромагнітні поля, що створюються технічними пристроями у навколишньому середовищі, називають побічними електромагнітними випромінюваннями (ПЕМВ).

Технічні пристрої, крім того, створюють електричні наведення на оточуючі їх провідні предмети. Існування побічних електромагнітних випромінювань і наведень (ПЕМВН) робить потенційно можливим перехоплення інформації, за рахунок реєстрації та демодуляції цих випромінювань.

При дослідженні можливостей витоку інформації каналом ПЕМВН перевіряють засоби обчислювальної техніки: робочі станції, сервери, інформаційні кабелі локальних обчислювальних мереж (ЛОМ) й інші технічні засоби обробки інформації з обмеженим доступом. За рахунок наведень каналами витоку можуть бути кабелі мережі електроживлення та заземлення технічного засобу, ланцюги провідних ліній зв’язку, пожежної й охоронної сигналізації, інші струмопровідні лінії та конструкції тощо, які мають вихід за межі контрольованої зони.

Розрізняють такі види спеціальних досліджень:

– лабораторні або стендові випробування технічних засобів, що направлені на оцінку радіуса контрольованої зони цього засобу;

– випробування при контролі захищеності інформації на об’єктах;

– дослідження, що проводяться для оцінки ефективності прийнятих заходів захисту інформації.

У ході випробувань контролю підлягають такі канали витоку інформації:

1) інформативні ПЕМВ технічних засобів у діапазоні частот 3 кГц … 1,8 ГГц, що вимірюються із застосуванням електричних антен, й у діапазоні частот 3 кГц … 30 МГц, які проводяться за допомогою магнітних антен;

2) наведень інформативних сигналів у діапазоні частот 3 кГц … 300 МГц на ланцюги електроживлення та заземлення технічного засобу, а також на ланцюги, які відходять від технічного засобу й які виходять за межі контрольованої зони цього засобу. Вимірювання наведених напруг виконується за допомогою активних і пасивних пробників;

3) наведень інформативних сигналів у діапазоні частот 3 кГц … 300 МГц на зосереджені та розподілені випадкові антени, що розташовані на об’єкті. Розподілені випадкові антени – це проводи, кабелі, провідні предмети, які знаходяться поблизу технічного засобу. Зосереджені випадкові антени – це допоміжні технічні засоби. Випадкові антени не мають гальванічного зв’язку з технічним засобом, але мають вихід за межі контрольованої зони.

3.2.1 Вимоги до вимірювальної лабораторії

З 70 – 90-х років минулого століття широко застосовувались висококласні засоби вимірювання загального використання, такі як Unipan 233, 237, 232B, селективні мікровольтметри SMV -8,5 і SMV -11, вимірювальні приймачі П6 - 2, «Дніпро-11» тощо. Їм на зміну прийшли програмно керовані автоматизовані вимірювальні засоби. Для експлуатації та їх підтримки у робочому стані потрібні високопрофесійні фахівці, які повинні бути упевнені, що вимірюватимуть саме те, що потрібно виміряти.

Крім згаданих основних засобів вимірювань і систем необхідна низка допоміжних засобів вимірювань: антени, генератори ВЧ (серії В3-хх) і НЧ (наприклад, Г3-112/1), звичні широкосмугові вольтметри постійного та змінного струму, осцилографи, різні первинні вимірювальні перетворювачі (мікрофони, акселерометри, струмовимірювачі, пробники), атенюатори на 3, 6, 10, 20, 40 дБ, кабелі, розніми, різні коаксіальні трансформатори та коаксіальні навантаження на 50, 600 Ом тощо.

Для вимірювань створюють «вимірювальний майданчик» – вимірювальну лабораторію (ВЛ). Без неї неможливо виконувати лабораторні (стендові) вимірювання різних технічних засобів в області оцінки їх захищеності від витоку інформації за рахунок ПЕМВ. Передбачаються два види вимірювальної лабораторії – відкритий вимірювальний майданчик та альтернативний вимірювальний майданчик (АВМ).

Різниця між відкритою ВЛ та АВМ полягає у тому, що останній має розміщуватися не у відкритому просторі, а у деякому приміщенні, у будівлі. При цьому фізичні характеристики АВМ (перш за все закон загасання) повинні залишатися у межах встановленого допуску. Необхідно оцінити мінімум спотворень, що вносяться у розподіл електромагнітного поля конструкціями приміщення, які можна допустити. Найбільше впливають великогабаритні електропровідні елементи (металокаркас, арматура, спрямовуючі тощо). Менше впливають об’ємні елементи з діелектричною проникністю, відмінною від аналогічного показника для повітря (бетон, цегла).

Згідно з ГОСТ Р 51320-99 АВМ має відповідати нормам у частині закону загасання поля та мати оформлений Паспорт майданчика, до якого додаються:

– план будівлі з розміщенням у ньому АВМ, заземлюючі пристрої та лінії заземлення від АВМ до нього (в масштабі);

– план поверху з планом АВМ і докладною схемою систем заземлення й електроживлення (лінії, фільтри, автомати, освітлення, блоки розеток, заземлена пластина тощо);

– план АВМ із вказівкою розмірів (меж) вимірювальної зони, розміщення поворотного столу, розміщення вимірювальних антен, розміщення засобів вимірювань, розподілу радіопоглинаючих покриттів, якщо вони є;

– специфікація АВМ (повний перелік елементів від листу заземлення до вимикача освітлення);

– перелік засобів вимірювання, закріплених за АВМ (найменування, короткі характеристики, область застосування, зав. інв. №);

– протокол вимірювань закону загасання за ГОСТ Р 51320;

– протокол вимірювання рівня завад (шумів) на АВМ;

– протокол розрахунків мінімальних радіусів зони R 2, вимірюваних на АВМ (на базі вимірювань рівнів шумів).

Рівень завад на ВЛ (АВМ) визначає мінімальні значення небезпечних сигналів, які можуть бути виміряні на цьому майданчику і, отже, мінімальні значення радіуса зони R 2, які за цими вимірюваннями можуть бути розраховані. Якщо рівень завад такий, що мінімальні значення радіуса зони R 2 виявляються не менше 20 м, то така ВЛ просто мало застосовувана. Прийнятним може вважатися такий рівень завад, який дає еквівалентні значення R 2 не більше 7-10 м. Інакше потрібно змінювати дислокацію ВЛ або витрачатись на спорудження екранованої камери з безеховим покриттям.

Коли виконані вимірювання рівня завад на ВЛ, то необхідно провести розрахунок мінімальних вимірюваних радіусів зони R 2. ПЕМВН повинен імітуватися при проведенні цих розрахунків трьох пристроїв:

1) клавіатура, орієнтований діапазон сигналів 10 кГц - 10 МГц;

2) інтерфейс RGB, орієнтований діапазон сигналів 10 МГц - 800 МГц;

3) інтерфейс USB, орієнтований діапазон сигналів 100 МГц - 2 ГГц;

4) інтерфейс RSDS (mini LVDS), що орієнтований діапазон сигналів 65 МГц – 3 ГГц.

Останній інтерфейс RSDS, є представником джерел широкосмугових «небезпечних сигналів», вимагає наявності хороших засобів вимірювання та підготовки оператора. Одночасно він же є «радіусостворюючим», у переважному числі випадків визначаючи загальний для всієї ПЕОМ, максимальний радіус зони R 2.

При виборі місця розміщення ВЛ у будівлі рекомендується розміщувати її не вище другого поверху (при середній висоті поверху не більше 3,5 м) та/або не вище першого поверху (при середній висоті поверху більше 4-х м). Вибір місця розміщення приміщення ВЛ у будівлі рекомендується здійснювати з урахуванням того, що погонна довжина шини заземлення від пластини заземлення ВЛ до заземлюючого пристрою не повинна перевищувати 10 – 15 м. Якщо сумісна реалізація вищезгаданих рекомендацій не дозволяє отримати довжину шини заземлення, що рекомендується, необхідно вжити на стадії проектування заходи по зниженню погонної індуктивності шини заземлення. З цією метою рекомендується:

– пропорційне збільшення площі поверхні шини (використання тонкої та широкої стрічки, багатожильного кабелю тощо);

– заміна сталі на мідь;

– заземлення декількома окремими шинами, що об’єднуються лише біля заземлюючого пристрою.

Наведені заходи можуть бути ефективними за довжини шини заземлення до 40 – 50 м. За більшої довжини шини заземлення виконати вимірювальну лабораторію відповідно до встановлених вимог неможливо.

Для забезпечення виконання відповідно до вимог ГОСТ закону загасання поля мінімальні габарити ВЛ необхідно обирати, виходячи з наступних критеріїв. Вимірювальний об’єм типової вимірювальної лабораторії для цілей вимірювань ПЕМВН, з урахуванням усіх умов вимірювань ГОСТ Р 51320-99 складає не менше: довжина 3,7 м; ширина 3,2 м; висота 2,9 м.

У варіанті з відносно «напівпрозорими» обмежуючими конструкціями приміщення (цегляна кладка, дерево, гіпсокартон на металевому незаземленому профілі та відстанню між профілями не менше 0,8 м, склоблоки з відстанню між незаземленими арматурними стрижнями не менше 0,8 м) розміри вільного простору повинні бути не менше: довжина 6,7 м; ширина 6,2 м; висота 4,4 м. При цьому будь-які обмежуючі конструкції будівлі з металокаркасом повинні бути розташовані не ближче 2,5 м від меж вимірювального об'єму вимірювальної лабораторії.

Для варіанта з «радіонепрозорими» обмежуючими конструкціями приміщення (залізобетон із заземленим каркасом, будь-які інші конструкції з кроком металевої арматури менше 0,7 м): довжина 12,5 м; ширина не менше 11,8 м; висота не менше 7,4 м. Відповідно до вимог стандарту відстань від межі вимірювального об’єму до будь-яких обмежуючих конструкцій у будь-який бік повинне бути не менше 1,5 м вільного простору.

Безпосередньо вимірюванням передує підготовчий етап, який полягає у комутації антенних систем із приймальною апаратурою за допомогою кабелів. Єдина вимога до оператора на цьому етапі – це елементарна уважність. Оскільки антени завжди калібруються з кабелем, то й використовувати їх необхідно з тим самим кабелем.

Коректність подальших вимірювань залежить і від якості кабелів, і від фіксації рознімів. Очевидно, що кабелі не повинні мати пошкоджень, а розніми повинні бути правильно підігнані та затягнені. Перевірити якість комутації, можна довільно змінюючи положення кабелю та радіус вигину. При цьому рівень сигналу на приймальній апаратурі не повинен змінюватися.

При проведенні вимірювань антену слід розташувати не ближче ніж за три її геометричні розміри від досліджуваного об’єкта. Під розміром розуміється діаметр для рамкової антени, відстань між вібраторами для диполя. При цьому бажано, щоб оператор знаходився у дальній зоні (не менше 10 довжин хвиль вимірюваного сигналу), якщо це важко, то хоча б на максимально можливому віддаленні.

Ідеальним місцем для антенних вимірювань є безлунна екранована камера. На практиці такого добитися практично неможливо. Тому необхідно прагнути до того, щоб не вводити додаткові збурення електромагнітного поля у приміщенні. Для цього необхідно, щоб:

– апаратура, що тестується та вимірювальна апаратура знаходилися один від одного на максимальному віддаленні;

– не допускати пересування людей і предметів у приміщенні;

– оператор повинен знаходитися завжди в одному й тому ж місці (після проведення ручних операцій він повинен повертатися на своє місце);

– на час досліджень не включати у приміщенні, де проводиться перевірка, пристроїв, які можуть створювати значні завади (механічні пристрої з електромоторами, лампи денного світла тощо).

3.2.2 Вимірювання в області акустики

Класичний термін «акустика» включає у себе як вимірювання у повітряному середовищі, так і вимірювання у твердому тілі. Вимірювання у твердому тілі може визначатися як вимірювання вібрації й іменується віброакустикою. «Акустика та віброакустика» скорочено позначається як АВАК.

Правильне використання терміна «віброакустика» означає об’єднання в одному слові двох областей техніки – акустики та вібрацій. А не одних «вібрацій», нехай навіть і виникаючих як наслідок звукового тиску, тобто «чистої» акустики.

Для вимірювань в області акустики, тобто для вимірювання звукового тиску, застосовується засіб вимірювання «шумомір». Останні роки практично всі моделі є тільки цифровими інтегруючими, аналогові шумоміри вже не виробляються. Переважна більшість цих виробів являє собою портативні цифрові інтегруючі прилади, в яких власне шумомір і вимірювальний мікрофон із його передпідсилювачем об’єднані в одній, жорсткій конструкції (рис. 3.3).

 

Рисунок 3.3 – Шумомір L&D 824

 

Для вимірювань в області ТЗІ, зокрема у повітропроводі вентиляції чи у міжскляному просторі, мікрофон шумоміра має бути невеликим і на довгому кабелі. Живлення подається тим самим коаксіальним кабелем. Рівень власних шумів у них вищий, ніж у класичних конденсаторних мікрофонів і зарядних акселерометрів.

Динамічний діапазон вимірюваного звукового тиску для оцінки захищеності приміщень визначається, з одного боку, мінімальним рівнем шумів у приміщенні, а з іншого – максимальним рівнем тест-сигналу. Враховуючи, що мінімальний рівень шуму за санітарними нормами СН 2.4/2.1.8.562-96 "Шум на робочих місцях, у приміщеннях житлових, громадських будівель і на території житлової забудови" складає у робочих приміщеннях не менше 50 дБ, а у лікарняній операційній не менше 25 дБ, то мінімально вимірюваний рівень можна визначити у 35-40 дБ.

Шумомір – це нормальний вольтметр, шкала якого відкалібрована в одиницях звукового тиску (абсолютних або відносних). Крім того, це вольтметр селективний, оскільки його обов’язковою приналежністю є набір октавних (а, часто, і третинооктавних) фільтрів. У деяких моделях вбудовано ще й вузько-смуговий аналіз.

Усі величини звукового тиску у відносних одиницях задаються щодо «0» дБ – 2·10^-5 Па (20 мкПа).

Максимально рівень тест-сигналу («білого» шуму у мовному діапазоні частот) складає не більше 110 дБ (що дещо менше від «больового порогу»). Звідси й динамічний діапазон шумоміра за звуковим тиском 35 - 120 дБ.

3.2.3 Вимірювання вібрацій (віброприскорень)

Віброприскорення вимірюється віброметром. Необхідний динамічний діапазон віброметра складає від 20-30 до 120-130 дБ. Причому переважна більшість мінімальних рівнів віброприскорення лежить вище 40 дБ. За «0» дБ у шкалі віброприскорень прийнято 1·10^-6 м/с². Важливо обирати моделі з меншою масою, оскільки акселерометр за установки його на легку конструкцію (наприклад, скло) не повинен помітно змінювати її властивості.

Для виконання необхідних вимірювань, крім шумоміра, потрібне джерело тест-сигналу, штативи для мікрофонів й інших пристосувань для закріплення мікрофонів, акселерометрів і колонки у самих різних місцях і конструкціях.

Діюча методика передбачає декілька вимірювань у кожній контрольній точці, а таких точок буває достатньо багато.

Джерелом акустичного тест-сигналу є генератор шуму у мовному діапазоні, підсилювач потужності й акустичний випромінювач (колонка). Тестовий сигнал повинен бути рівномірним за спектром частот, регульованим, бажано, не тільки за загальним рівнем, але й в окремих смугах частот (як правило – в октавних). Необхідно мати можливість створити звуковий тиск на відстані 1 м не менше 100-110 дБ, включатися та вимикатися, змінювати АЧХ (октавні рівні).

Корисним (а, часто, необхідним) є можливість підключити мікрофон або акселерометр бездротовим каналом, (наприклад, за закритим вікном).

Система метрологічних стандартів, методик вимірювань встановлює, що перед початком вимірювань шумомір із конкретним мікрофоном повинен бути відкалібрований калібратором (еталоном звукового тиску) для перевірки та підтримки правильних показників на пристрої відображення шумоміра.

Відносно вимірювань віброприскорення акселерометром, то методика вимірювань використовує відношення між двома вимірюваннями віброприскорення. Через це немає необхідності вимірювати абсолютні значення у м/с², бо можливі похибки компенсуються. Тому калібрування вимірювального тракту за допомогою еталона (калібратора) віброприскорення не є обов’язковим.

Спеціалізовані вимірювальні системи або комплекси надають можливість автоматичного зберігання результатів вимірювань у цифровій формі, придатній для подальшого автоматизованого розрахунку відповідно до методик. При цьому виключається можливість людських помилок. Автоматизація самого процесу вимірювання дає можливості усунути деякі джерела похибок.

3.2.4 Вимірювання електричних сигналів

В тематиці ТЗІ вимірюванням електричних сигналів займаються, виявляючи технічні канали витоку інформації за рахунок акустоелектричних перетворень (АЕП НЧ і ВЧ), за рахунок різного роду наведень і за рахунок ВЧ - нав’язування. В усіх випадках вимірюється електричний сигнал у проводному середовищі (дротовій лінії або, наприклад, у трубі системи опалювання). В усіх варіантах повинна бути виміряна або напруга змінного струму, або сила струму.

Для вимірювання цих фізичних величин застосовуються засоби вимірювання під назвою селективні «вольтметр» й «амперметр». Тобто вибіркові за частотою вимірюваного сигналу. Діапазон частот вимірюваних сигналів від десятків Гц до одиниць ГГц. Одним приладом такий діапазон не виміряти. Для різних сигналів у різних діапазонах частот важливі різні параметри та властивості засобу вимірювання.

У мовному діапазоні основним засобом вимірювання був селективний вольтметр, зараз, найчастіше, застосовується загальна назва «аналізатор спектра». Значну частину засобів вимірювань складають прилади цифрового типу. Вимірюваний сигнал або напряму, або після попереднього каліброваного посилення, оцифровується і, далі, вся його обробка відбувається виключно у цифровій формі процесором.

Аналогові селективні вольтметри у деяких випадках мають низку переваг порівняно з цифровими аналізаторами. Аналогові прилади, у більшості своїй, мають нижчий рівень власних шумів одночасно з великим динамічним діапазоном. Крім того, чисте ручне керування, не дивлячись на свою архаїчність, має і свої переваги.

Цифрові аналізатори спектра наочно показують візуалізацію спектра сигналів. Якість надто цінна, особливо враховуючи можливість вільного масштабування «картинки» за частотою. Крім того, надто зручною властивістю цифрових систем є постійна за робочим діапазоном смуга пропускання, що особливо важливо при вимірюванні шумів і широкосмугових сигналів. В аналогових вимірювачів вона часто залежить від частоти настройки, чим вища частота – тим ширша смуга пропускання.

Є засоби вимірювання, засновані на кореляційних методах виділення сигналів із суміші сигнал/шум. Аналоговим представником такого класу був фазочутливий нановольтметр «Unipan типу 232B». За їхньою допомогою можливо «витягати» сигнали (особливо суворо детерміновані, синусоїдальні) з відношенням сигнал/шум багато менше одиниці. Схема вимірювання виявляється складнішою, оскільки потрібно забезпечити наявність опорного сигналу та при цьому гарантувати відсутність паразитного витоку його «на вхід» тракту вимірювання.

При вимірюваннях у мовній області величини сигналів, які потрібно вимірювати, визначаються «знизу» нормами на допустимі значення, а «зверху» – рівнями шумів. Вимірювати потрібно рівні, які менше найменшої норми. Це перші десятки нВ, тобто 2-3·10^-9В. А рівні шумів у часто неекранованих лініях, зокрема від мережі промислового електроживлення, складає до одиниць вольт. Необхідний динамічний діапазон засобу вимірювання повинен був складати не менше 140 дБ. Величина величезна і, як правило – нереалізована. Але 120-130 дБ вже знаходиться у межах розумного. Точність за частотою селективного засобу вимірювання повинна бути не гірше (мінімальна еквівалентна смуга пропускання) 1 Гц. Інакше відналаштуватися від мережевих завад буде складно. Відповідно і спектральна густина власних шумів тракту вимірювання не повинна перевищувати 2-3 нВ/√Гц при навантаженні не менше 1-2 МОм.

Вимоги до вхідного опору приладу (пробника). Коли вимірюються сигнали у лініях, які штатно навантажені на обох кінцях, як правило, цей параметр не надто важливий. Але як тільки необхідно виконати дослідження на лінії у режимі «холостого ходу», на відключеній лінії, внутрішній опір «джерела сигналу» часто перевищує декілька МОм. Практика вимагає вхідного опору не нижче 10 МОм і вхідної ємності не більше 10 … 15 пФ (включаючи ємність вимірювального кабелю).

Як правило, при проведенні вимірювань акустоелектричних перетворень або високочастотних наведень досліджуваний технічний засіб піддається надто значному звуковому тиску тестового сигналу. Весь вимірювальний комплекс перебуває під тією ж дією. Тому вкрай важлива вимога – повна відсутність в усіх складових тракту вимірювання мікрофонних ефектів. Відсутність означає, що викликані цими ефектами паразитні сигнали не перевищують половини (– 6 дБ) від мінімально вимірюваного сигналу за дії звукового тиску не нижче 100 дБ. За такого звукового тиску відрізок будь-якого кабелю «генерує» сигнал, часто на порядок перевищуючий необхідний рівень.

Вимірювання струму у лінії. У переважному числі випадків включитися у лінію, тобто «у розрив», неможливо. Тому найбільше застосування мають різні моделі струмових трансформаторів, струмовимірювачів. При цьому вимірювати потрібно наноампери на фоні завад в ампери. Тому всі вимоги до власних шумів, динамічного діапазону та відсутності мікрофонного ефекту відносяться і до цих пристроїв.

Канал тест-сигналу. Для акустоелектричних перетворень та/або високочастотного накачування/відбиття необхідна можливість створення тонального тестового акустичного сигналу з безперервною перебудовою в усьому мовному діапазоні частот. Вимоги до вихідної потужності (створюваного звукового тиску на відстані 1 м) аналогічні. Але найважливіша додаткова вимога – всі складові (генератор, підсилювач потужності, колонка, кабелі) не повинні створювати паразитних електричних та/або магнітних полів. Не «створювати», це значить, що величини напруженості цих полів (полів розсіяння) не повинні перевищувати першого десятка мкВ/м і сотих часток мкА/м.

Типові підсилювачі потужності та типові колонки створюють такі поля з рівнями на 3-5 порядків вище наведених. Для виконання робіт в області вимірювань ТЗІ придатні лише спеціально розроблені підсилювачі і, тим більше – колонки. Інакше наведення від підсилювача та колонки завжди на порядок перевищують сигнали акустоелектричних перетворень і виділити останні неможливо.

3.2.5 Вибір засобів вимірювання у ВЧ області

Сучасний розподіл діапазонів довжин хвиль і частот фотонів і радіовипромінювань показано у табл. 3.1. ВЧ областю будемо називати частоти від «кінця» мовних до перших сотень МГц.

 

Таблиця 3.1 – Діапазони довжин хвиль і частот фотонів і радіовипромінювань

Діапазони	Довжини хвиль (радіус фотонів), м	Частота коливань, с^-1
1. Низькочастотний	r = λ ≈ 3 ∙ 10^6 … 10^4	f ≈ 10^1 … 10^4
2. Радіо	r = λ ≈ 3 ∙ 10^4 … 10^-1	f ≈ 10^4 … 10^9
3. Мікрохвильовий	r = λ ≈ 3 ∙ 10^-1 … 10^-4	f ≈ 10^9 … 10^12
4. Реліктовий (максим.)	r = λ ≈ 1 ∙ 10^-3	f ≈ 3 ∙ 10^11
5. Інфрачервоний	r = λ ≈ 3 ∙ 10^-4 … 7,7 ∙ 10^-7	f ≈ 10^1^2 … 3.9 ∙ 10^14
6. Світловий	r = λ ≈ 7,7 ∙ 10^-7 … 3,8 ∙ 10^-7	f ≈ 3.9 ∙ 10^14 … 7.9 ∙ 10^14
7. Ультрафіолетовий	r = λ ≈ 3,8 ∙ 10^-7 … 3 ∙ 10^-9	f ≈ 7.9 ∙ 10^14 … 1 ∙ 10^17
8. Рентгенівський	r = λ ≈ 3 ∙ 10^-9 … 3 ∙ 10^-12	f ≈ 10^1^7 … 10^20
9. Гама діапазон	r = λ ≈ 3 ∙ 10^-12 … 3 ∙ 10^-18	f ≈ 10^20 … 10^24

 

Відповідно для вимірювань напруги (сили струму) змінного струму в цьому діапазоні частот у даний час застосовуються майже виключно аналізатори спектра з робочим діапазоном від 9 (10) кГц до декількох ГГц. З меншими діапазонами їх не виробляють. Ці ж прилади застосовуються і при вимірюваннях полів.

Є ще один клас засобів вимірювань, який називається вимірювальним приймачем. Він, як правило, помітно дорожчий, ніж аналізатор. Хоча вимірює те ж саме. Різниця у тому, що для вимірювання (селективного вимірювання) напруги малих сигналів призначено саме вимірювальний приймач. Його головна функція – вимірювати з максимальною точністю. А візуалізація спектра – це допоміжна функція.

Аналізатор призначено, у першу чергу, для візуалізації спектра сигналів, його задача показати частотний розподіл сигналів й їхніх амплітуд. Вимірювання їхніх значень для аналізатора функція другого плану. Головне, це щонайшвидше побудувати спектр. Саме тому приймачі і тепер будуються за класичною супергетеродинною схемою з подвійним/потрійним перетворенням, часто з переналаштовуваними передпідсилювачами перед першим змішувачем. Вони не мають високих швидкостей сканування. Зате мають прекрасні метрологічні параметри, вкрай низькі власні шуми, великий набір смуг пропускання, повний набір різних детекторів, можливість вимірювати параметри модуляції тощо. Аналізатори, як правило, будуються за зовсім іншою схемою. З одним перетворенням і подальшим оцифровуванням сигналу. Усі подальші процедури виконуються сигнальним процесором у цифровому вигляді. Саме за рахунок цього досягається висока швидкість роботи.

Успіхи як в області математики, так і в області цифрової схемотехніки помітно підвищили параметри типових аналізаторів останнім часом. Різниця між ними та приймачами зменшилася, але у деяких випадках (при вимірюваннях сигналів «на межі можливого») вона залишається суттєвою.

Параметри входу в усіх приладів однакові – 50 Ом. Набір смуг пропускання багато у чому збігається, звичайно менше 300 Гц застосовувати не доводиться. Смугу ширше за 3 МГц – надто рідко.

Первинні перетворювачі. Для вимірювання напруги – це пробники, для вимірювання струму – струмовимірювачі, а також «еквіваленти мережі». Струмовимірювачі мають діаметр внутрішнього отвору 18-30 мм і до 65 мм. Усі прилади базуються на тих самих вимірювальних приймачах та/або аналізаторах, що скомплектовані з набором первинних перетворювачів (пробники, струмовимірювачі, антени тощо). Їхнє керуюче програмне забезпечення помітно полегшує й автоматизує процеси вимірювань, разом автоматизуючи фіксацію результатів й їхній розрахунок відповідно до затвердженої методики. Мозку інженера автомат не замінює, але помітно вивільняє час для «подумати».

3.2.6 Вимірювання електромагнітного поля

Дослідження ПЕМВН вимагає широкого спектра знань загального характеру: приймального, антенно-фідерного обладнання, проведення антенних вимірювань, робіт з верифікації сигналів тощо.

Дослідження захищеності інформації виконується двома етапами. На першому етапі визначаються частоти інформаційних складових ПЕМВ технічного засобу. На другому етапі вимірюються інтенсивності знайдених складових і розраховується результуючий показник захищеності [24].

Для пошуку інформаційних складових ПЕМВ окремі вузли технічного засобу по черзі переводять у тестовий режим роботи. У тестовому режимі сигналам блоків надають вигляд послідовності пачок імпульсів, що забезпечують концентрацію потужності сигналів у вузьких смугах частот і полегшують виявлення спектральних складових ПЕМВ.

Показником захищеності служить відношення Δ середньоквадратичних значень інформативного сигналу Е _с та шуму Е _ш. Це відношення не повинно перевищувати визначеного нормативними документами максимально допустимого відношення інформативного сигналу та завади δ, за якого ще не можливо розкрити захищену інформацію.

. (3.2)

У випадку, коли реальне відношення Δ перевищує допустиме δ, для забезпечення захищеності інформації може бути використана система активного зашумлення.

Вимірювати напруженість поля у проблематиці ТЗІ потрібно при виявленні технічних каналів витоку інформації та проведенні спеціальних досліджень за рахунок акустоелектричних перетворень (ВЧ і НЧ), за рахунок ВЧ накачування та за рахунок ВЧ відбиття. Необхідно як виміряти сам сигнал, так і виявити (виміряти) параметри його можливої паразитної модуляції мовою з украй низькими значеннями коефіцієнта (індексу) модуляції. Це викликає необхідність високої реальної чутливості тракту вимірювання та надто низьких рівнів власних шумів, включаючи низькі фазові шуми.

У більшості випадків вимірювати доводиться не електромагнітне поле, а його електричний і магнітний компоненти. Для класичного електромагнітного, що описується вектором Умова-Пойтінга, коефіцієнт пропорційності між середньоквадратичними значеннями цих компонент описується формулою

, (3.3)

де W – хвильовий опір середовища. Його розмірність – «Ом», у вакуумі дорівнює 377 Ом. У повітрі – трохи (несуттєво) менше, в іншому діелектрику – менше пропорційно відносної діелектричної проникності цього діелектрика.

. (3.4)

Все це вірно для «дальньої зони» випромінювання. А переважна частина наших вимірювань виконується у «ближній» або «проміжній» зонах від випромінювача. А в них, у зоні індукції, вищенаведені співвідношення порушуються. Саме тому вимірювати доводиться кожну з компонент окремо.

Як основний засіб вимірювання застосовуються вимірювач напруженості поля. Таким вимірювачем є «зв’язка» антени (відповідно, електричної та/або магнітної) та селективного вольтметра. Селективним вольтметром може бути вольтметр, вимірювальний приймач або аналізатор спектра. Шкала істинного вимірювача напруженості поля оцифрована в абсолютних або відносних одиницях напруженості поля – В/м й А/м (з урахуванням коефіцієнта передачі – «діючої висоти» первинного перетворювача). Вимірювання напруженості поля у проблематиці ТЗІ необхідно виконувати у діапазоні від десятків Гц до десятків ГГц. Одним приладом це виконувати неможливо. Тому, звичайно, розглядають НЧ («мовний», від десятків Гц до десятків кГц) і ВЧ.

Для проведення антенних вимірювань існує декілька типів вимірювальних приладів: селективні вольтметри, вимірювальні приймачі, аналізатори спектра.

Селективні вольтметри (нановольтметри) ідеально підходять для вимірювань напруженості електричного та магнітного полів. Але, вони не мають візуальних органів відображення картини панорами досліджуваного діапазону частот і тому не витримують конкуренції з вимірювальними приймачами як за ергономічними показниками, так і за продуктивністю.

Вимірювальні приймачі поєднують у собі кращі риси селективних вольтметрів й аналізаторів спектра (візуальне представлення панорами аналізованого діапазону частот). Але, на жаль, вони коштовні.

Аналізатори спектра за функціональними можливостями конкурують із вимірювальними приймачами, але низка метрологічних характеристик у них гірш. Проте їхня ціна у 4-5 разів нижча за ціну аналогічного вимірювального приймача. Не можна проводити вимірювання відкаліброваними та доопрацьованими зв’язковими приймачами. Для них не проводилися теоретичні розрахунки зі стабільності параметрів, що впливають на метрологічні характеристики та не проводилися їхнє випробування відповідно до методик проведення випробувань.

Антени. Для вимірювання напруженості електричного поля у діапазоні частот від Гц до 1 ГГц застосовуються симетричні диполі й їхні різні модифікації й комбінації. На частотах до 30 МГц раніше застосовувалися штирьові антени. Вони вимірювали тільки вертикальну складову електричної компоненти поля. На вищих частотах, звичайно, застосовуються рупорні антени. Для вимірювання магнітної компоненти у діапазоні частот від десятків Гц до першої сотні МГц застосовуються екрановані рамки й їхні модифікації. Якщо в антену вбудований підсилювальний пристрій, то така антена іназивається активною. Враховуючи величезний частотний діапазон, наведений вище, перекрити його однією антеною неможливо. Чим більш широкосмугова антена, тим менше вона чутлива. Серйозною вимогою до антен є обмеження їхніх габаритів. Відповідно до вимог методики розмір рамки для диполя не повинен перевищувати 50 см. У низькочастотному діапазоні чутливість антени прямо пропорційна саме цьому параметру.

Якщо вимірювання напруженості поля проводиться у процесі вимірювань акустоелектричних перетворень ВЧ нав’язування або ВЧ відбиття, то антена опиняється в акустичному полі тест-сигналу. Отже, вона не повинна «мікрофонити», у тому числі й у вигляді паразитної модуляції сигналу, що приймається.

Пасивні антени, які можна застосовувати, за необхідності, й як випромінюючі. Активні антени характеризуються широким діапазоном частот вимірювань і підвищеним рівнем шуму порівняно з пасивними антенами. Широкий діапазон робочих частот (наприклад, від 50 кГц до 1 ГГц) суттєво скорочує час проведення спецдосліджень і здешевлює апаратуру, що використовується. Рівень власних шумів складає, як правило, – 30…+10 дБ). Для проведення спецдосліджень високого класу захищеної апаратури краще використовувати набір вузькосмугових пасивних антен.

Майже всі антени мають типовий 50-омний вихід, без будь-яких проблем підключаються до входів типових приймачів чи аналізаторів. Те ж відноситься і до кабелів. Надто важливе погонне загасання, особливо на частотах понад 1 ГГц. Еластичність і ступінь екранування кабелю теж найважливіші параметри. Причому ці два параметри, як правило, взаємозалежні та протилежні. Потрібні, як правило, кабелі з подвійним обплетенням (високий ступінь екранування), фторопластовим діелектриком і провідниками лише з міді. Провідники бажано з посрібленням.

Додаткові вимоги до вимірювального обладнання виникають з необхідності виконання вимірювань реального загасання електромагнітного сигналу. Для виконання таких вимірювань необхідне джерело тест-сигналу. Таким джерелом, звичайно, є переналаштовуваний генератор синусоїдального коливання потужності, порядку 1 … 10 Вт і випромінюючі магнітна й електрична антени. Найбільше поширення при контролі ПЕМВН у Росії набули комплекси «Навігатор», «Легенда», «Сігурд». В Україні використовується атестований універсальний вітчизняний виріб АКОР у різних модифікаціях.

Вибір комплексу основних і допоміжних засобів вимірювань для виконання спеціальних досліджень й оцінки захищеності об’єктів інформатизації є задача багатопланова. Кількість факторів, які необхідно врахувати, значна, а ціна прорахунків надто висока. Вирішувати ці питання потрібно дуже серйозно.