计算机电磁信息泄漏与防护

1、计算机电磁信息泄漏与防护分析秦焱 摘要：信息安全是国家和军队对保密工作的基本要求，本文对计算机等电子信息设备的电磁泄漏的现象、机理、途径与特性进行了探讨，分析了电磁防护的相关技术和措施，提出了采用低辐射技术（tempest技术）是防止计算机等电子信息设备的电磁泄漏的根本措施。关键词：计算机 电磁信息泄漏 电磁防护 低辐射技术1 引言信息安全是国家和军队对保密工作的基本要求。现代军事斗争中，窃密和反泄密已成为信息战条件下的激烈对抗的一种重要的手段。以计算机为代表的电子信息技术设备在工作时存在固有的电磁泄漏的现象，信息易被截获和窃取，给国家和军队的信息安全造成越来越严重的危害和威胁。因此分析电磁泄

2、漏的机理、途径与特性并提出相应的电磁防护措施是信息安全的迫切要求。2 电磁泄漏的概念和现象电磁泄漏是指电子设备的杂散（寄生）电磁能量通过导线或空间向外扩散，任何处于工作状态的电子信息设备，如计算机、打印机、传真机等都存在不同程度的电磁泄漏，在满足一定的条件下，敌对者运用特殊的仪器可以接收（截获）电磁信号，然后利用放大、特征提取、解密、解码等技术获得保密的信息。研究的结果表明：一个普通计算机的显示终端所辐射的带有用信息的电磁波，在10米以外可以方便的接收和还原；在距计算机100米处，用普通天线可收到30dbv的泄漏。据有关报道，国外已研制出能在1000米以外接收还原计算机电磁辐射信息的设备，这些

3、窃密设备的使用严重威胁了国家和军队信息的安全，对电磁信息的防护和保密工作提出了更高的要求。3 电磁泄漏的机理分析由电磁场的理论可知，电磁场的产生是加速电流载荷引起的结果，电流（信息）通过导线（天线）的流动形成电磁场，在很远的距离内可通过接收天线收到并用相关的技术还原成类似发射天线中的电流（信息）。计算机等信息技术设备的电磁泄漏通过辐射和传导两种途径向外传播，辐射泄漏是电磁能量透过设备外壳、连接电缆等辐射出去；传导泄漏是杂散电磁能量通过各种线路（包括电源线、信息线）以电流的形式传导出去，两者存在“能量交换”的现象：一方面，沿导线传播的杂散的电磁能量可以因导线的天线效应部分的转化为电磁波辐射；另一

4、方面，辐射到空间的杂散电磁能量又可因导线的天线效应耦合到外接导线中。因此， “能量交换”的现象使杂散电磁能量衰减减慢，在空间能够传播较远的距离。4 计算机电磁信息辐射泄漏的途径计算机是采用高速脉冲数字电路工作的，因此，只要处于工作状态就会向机器外辐射含有敏感信息的电磁波。按照电磁辐射的内容，可以分为以下几种情况：（1）并行数据信息的电磁辐射。计算机系统内部的信息流主要有四个部分：数据总线、地址总线、控制总线及i/o输出，其中，前三个部分信息的共同特征是都是并行数据流（8b、16b、32b、64b等），这些并行的数据信息泄漏后是较难还原的。（2）寄生振荡，即计算机电子线路中的分布电容、布线电感在

5、特定条件下，对某一频率谐振而产生的振荡。这种辐射的频率范围不规律，从几万赫兹到上千吉赫兹都有，辐射的能量也不相等，有的辐射信号理论上可权传播数公里。（3）计算机终端的视频信号辐射。计算机的i/o传输的数据一般是串行数据，如打印机、绘图仪、传真接口等，这些数据的速率低，其辐射信息容易还原。尤其是光栅扫描式阴极射线管显示器的视频信号辐射。由显示卡输出的视频信息经预处理、放大后加在显示器的阴极及控制栅极，信号的幅度高达700vp-p，行、场信号经同步、入大后，形成了上百伏的高电压，偏转线圈的电流可以达到安培级。这些串行特征的视频信号在大幅度、大电流的情况下是很容易造成电磁信息辐射泄漏的。形成此类电磁

6、辐射的部分有显示卡、连接线、crt视放电路等。（4）计算机显示器阴极射线管产生的x射线。据报道，这种x射线也可以通过特殊的技术手段进行还原。5 计算机电磁信息辐射的特点通过对大量计算机测量发现，所有计算机都存在一定的电磁信息辐射泄漏情况。计算机的电磁辐射具有以下特点：（1）电磁辐射信号多数为窄带信号。（2）辐射信号频率主要信号在几兆赫兹到500mhz之间，100mhz以下普遍存在较强的开关电源信号。（3）辐射信号频率分布在非常宽的频域范围内，这些频率多是谐波关系。（4）单个频率点一般只包含部分的视频信息。6 计算机电磁信息辐射泄漏的防护技术与措施尽管电磁泄漏是不可避免的，但对电磁泄漏信息的截获

7、还原也不是无条件的，只有当信号的强度和信噪比满足一定的条件才可能被截获和还原。因此采用一定的技术措施，针对电磁信息辐射的特点，弱化电磁泄漏信号的强度，减少泄漏信号的信噪比，就能达到电磁防护的目的。目前的防电磁信息泄漏技术措施主要有三种：信号干扰技术、电磁屏蔽技术和tempest技术。（1）信号干扰技术干扰技术又称为伪信息泄漏防护技术，是指把干扰器发射出来的电磁波和计算机辐射出来的电磁小组混合在一起，以掩盖原泄漏信息的内容和特征等，使窃密者即成截获这一混合信号也无法提取其中的信息。计算机电磁辐射干扰器大致可以分为两种：白噪声干扰器和相关干扰器。白噪声干扰器采用白噪声作为干扰源，对计算机辐射信号进

8、行覆盖。此类干扰器的优点是结构简单、成本低，可以对放置在一起的多台计算机同时起到干扰作用，但保密效果不太理想。计算机视频辐射相关干扰器模仿计算机的显示规律，生成的干扰信号和计算机视频辐射信号具有相同的频谱特性，使辐射信号和干扰信号在空间混混合后形成一种复合信号，因而被破坏了原辐射的信号形态，干扰信号具有相当程度的隐蔽性和欺骗性并能够自动跟踪显示模式的改变，自动适应各种不同模式下工作，使窃收者无法还原保密信息。相关干扰器的特点决定了相关干扰器和要保护的计算机必须是一对一的配置关系。也就是说，一台相关干扰器只能对一台计算机的视频辐射起到相关保护作用，对于周围的其他计算机只相当于是不相关干扰。由于相

9、关干扰采用的并不是高扬强覆盖式原理，其干扰信号的场强值可以做得非常接近或略高于计算机辐射的最大场强值，因而相关干扰器一般不会影响其他电子设备的正常工作。（2）屏蔽技术屏蔽室是一个导电的金属材料制成的大型六面体，它基于“法拉弟笼”的原理（即闭合导电球面体内电位差为零、电波的趋肤效应、反射衰减），能够抑制和阻挡电磁波在空中传播，它具有两种基本功能：阻止外部电磁干扰进入屏蔽室；使屏蔽室内的电磁量不外泄。屏蔽技术是防止计算机信息泄漏的重要手段，将计算机及其外设置于高性能屏蔽室中，获得良好的电磁屏蔽效果，一般可以使电磁波衰减60db140db。妨碍屏蔽技术普遍应用的主要原因是造价太高、受安装场地等条件的

10、限制。一般2030场地的屏蔽室的造价即需几十万元至上百万元。因此屏蔽技术较为适用于一些保密等级要求较高、较重要的信息设备放置的场合，如国防军事中心、大型军事指挥所、情报机构的计算中心等，此方法安全性能好、信息泄漏非常小，但造价昂贵。（3）tempest技术tempest技术即低辐射技术，中指在设计和生产计算机设备时，就对能可产生电磁辐射的元器件、集成电路、连接线、显示器等采取防辐射措施，从而达到减少计算机信息泄漏的最终目的。目前广泛采用的tempest技术有：屏蔽，红、黑设备隔离，布线与元器件选择，滤波，i/o接口和连接处理，tempest测试技术等。tempest，即“瞬时电磁脉冲发射标准”

11、（transient electro-magnetic pulse emanation standard）或者“瞬时电磁脉冲发射监测技术” （transient electro-magnetic pulse emanation surveillance technology）的英文缩写。目前广泛采用的tempest防护技术和手段有以下几种：屏蔽。 屏蔽是tempest技术中采用的基本措施。使用屏蔽室、屏蔽柜对整个电子设备进行屏蔽，使用隔离仓、屏蔽印刷电路板对电子设备中容易产生辐射的元器件进行屏蔽。红黑设备隔离。在安全通信和tempest系统中，其基本单元可划分为红设备和黑设备两个部分。其中，红

12、设备是处理保密信息、数据的设备；黑设备是处理非保密信息、数据的设备。红黑单元之间绝对不允许进行数据传输，通常在两者之间建立红/黑界面，避免两单元的直接连接，仅仅实现黑单元到红单元之间的单向信息传输。布线与元器件选择。tempest系统中，设备采用多层布线和表面安装技术，尽量减少线路板上走线和元器件引线的长度，尽量选用低速和低功耗逻辑器件以减少高次谐波。滤波。tempest系统中，使用恰当的滤波器，减弱高次谐波，减少线路板上各种传输线之间的辐射和红/黑信号的耦合。i/o接口和连接处理。在i/o接口除了使用滤波器，还要使用屏蔽电缆，尽量减少电缆的阻抗和不匹配程度，使用屏蔽连接器减少设备之间的干扰。tempest测试技术。采用tempest测试技术检验、评估计算机等电子设备是否符合tempest标准，检验电磁发射的强度，分析鉴别发射信号的内容，对不符合tempest标准者，及时采取相应的技术手段，防患于未然。7 结束语“电磁泄漏”与“电磁防护”两者本身就处于一对矛盾中。随着科学技术的发展和进步，电磁防护的技术也在不断发展。在现阶段，综合采用tempest技术，运用系统的观念，从电子设备的基本电路和元器件入手，从根本上消除产生较强电磁波的根源，生产和使用低辐射设备，再结合屏蔽和测试技术进行综合防护。实践证