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美國核動力潛艇“吉米·卡特”2005年下水后，利用母艇上的巨型計(jì)算機(jī)通過各種程序?qū)e國海底光纜進(jìn)行竊聽、信息收集和破解,面對世界強(qiáng)國紛紛建立網(wǎng)絡(luò)軍隊(duì)的日益嚴(yán)峻形式，今年5月我國已正式成立了網(wǎng)絡(luò)藍(lán)軍。這說明我國對信息安全越來越重視，通常人們討論的重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)攻擊、安全漏洞和計(jì)算機(jī)病毒與此同時(shí)還要重視網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備在運(yùn)行過程中由于電磁輻射所造成的信息泄漏的問題。目前利用計(jì)算機(jī)的電磁泄漏竊取信息是國內(nèi)外情報(bào)機(jī)關(guān)獲取信息的重要途徑。因此防止信息電磁泄漏已成為網(wǎng)絡(luò)信息安全的重要課題，應(yīng)受到我們足夠重視。

一、歷史背景

早在20世紀(jì)60年代，美國軍方發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電磁輻射會導(dǎo)致重要的信息泄漏，并且國外在這方面加緊研究并在視頻信息泄漏研究領(lǐng)域已取得了不少成果，下面舉兩個(gè)例子加以說明：

1. 1985年，荷蘭人W.vanEck第一次向世界介紹了顯示器電磁輻射造成信息泄漏的試驗(yàn)結(jié)果和分析。他使用一臺改裝過的電視接收機(jī)(黑白電視接收機(jī)，并配有增益為18dB的高頻放大器，被截獲的內(nèi)容能清晰地顯示在屏幕上。

2. 1997年，瑞士的CRYPTOAG公司對考察者進(jìn)行了截獲計(jì)算機(jī)泄漏信息的演示。該公司的TEMPE機(jī)和接收天線及接收放大器放在同一問屏蔽室內(nèi)，測試設(shè)備放在另一間屏蔽室內(nèi)。所用的放大器帶寬為1GHz，放大倍數(shù)500倍(從導(dǎo)線上竊聽)和1000倍(從空中竊聽)，供電電源用的是電池，測試設(shè)備是德國的羅德與施瓦茨公司生產(chǎn)的。再現(xiàn)了竊收監(jiān)視器工作內(nèi)容。

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二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電磁泄漏分析

計(jì)算機(jī)是一個(gè)十分復(fù)雜的電子系統(tǒng)，外來的電磁輻射，內(nèi)部元件之間、分系統(tǒng)之間、各傳送通道間的串?dāng)_對計(jì)算機(jī)及其數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的干擾與破壞，嚴(yán)重的威脅著工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，接下來我們會逐一分析每一部件電磁分布情況。

電磁輻射除了會對信息設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾外，電磁的輻射還會導(dǎo)致電磁信息的泄漏。因?yàn)殡姶判孤┦侵鸽娮釉O(shè)備的雜散電磁能量通過導(dǎo)線或空間向外擴(kuò)散。任何處于工作狀態(tài)的電磁信息設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、手機(jī)電話等，都存在不同程度的電磁泄漏問題，這是無法擺脫的電磁現(xiàn)象。如果這些泄漏“夾帶”著設(shè)備所處理的信息，就構(gòu)成了所謂的電磁信息泄漏，如下圖所示。

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1.計(jì)算機(jī)主板的電磁泄漏

計(jì)算機(jī)主機(jī)板基本可分為5個(gè)功能塊：處理子系統(tǒng)(CPU)及其支持部件、只讀存儲器(ROM)子系統(tǒng)、隨機(jī)存儲器(RAM)子系統(tǒng)、板上的I/O適配器和I/O通道。板上器件主要是集成電路芯片，由于其結(jié)構(gòu)尺寸和驅(qū)動電流都很小，所以其輻射作用也很小。另一方面芯片處理的都是并行信號，即使泄漏信息被截獲也很難接收和恢復(fù)，所以通常并不把集成芯片認(rèn)為是主要的泄漏源。并行數(shù)據(jù)對計(jì)算機(jī)及其他系統(tǒng)信息泄漏防護(hù)具有很大優(yōu)越性。因此，應(yīng)該更多地注意串行信號的泄漏問題，盡可能把串行信號并行化。

2.磁盤存儲器的電磁輻射

硬盤存儲器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最重要的存儲設(shè)備。主要由四部分組成，即磁頭盤片組件( HAD：Head Disk Assembly)、印制電路板、面板、減震安裝支架及其他附件。其原理是通過磁頭向高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的涂覆有磁性材料的硬盤片寫入或讀出數(shù)據(jù)。

硬盤存儲器的最大特點(diǎn)是采用全封閉的HDA結(jié)構(gòu)，將磁頭、盤片密封在一個(gè)腔體中，里面安裝有空氣過濾器，構(gòu)成一個(gè)超凈化的密封腔工作環(huán)境，以避免外界灰塵及其他雜物影響磁頭及盤片的工作。里面還有磁頭定位機(jī)構(gòu)、盤片驅(qū)機(jī)構(gòu)、讀出前置電路。從功能上來說，硬盤驅(qū)動器包括三大部分，即主軸穩(wěn)速系統(tǒng)，磁頭定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)讀寫系統(tǒng)。盤片的高速旋轉(zhuǎn)是靠一個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)來驅(qū)動的，磁頭定位系統(tǒng)能夠使磁頭移動到所需的磁道和扇區(qū)。它們在工作時(shí)都會產(chǎn)生一定的電磁噪聲，通過傳導(dǎo)和輻射的方式發(fā)射出去。因此，它們是主要的輻射源之一。硬盤的讀寫操作都是通過硬盤控制器控制進(jìn)行的，因此，硬盤控制器所在的印制電路板也是一個(gè)重要的輻射源。傳輸電纜和連接器，用于和計(jì)算機(jī)主板相連以及獲得電源。它們在完成這些工作的同時(shí)，一些無用的電磁噪聲也會通過傳導(dǎo)或輻射的方式，耦合到這些電和連接器上。而且因?yàn)殡娎|有天線效應(yīng)，當(dāng)這些電磁噪聲或有用信號頻率較高時(shí)，就容易產(chǎn)生電磁輻射。因此，這些傳輸電纜和連接器，也是不可忽視的輻射源。

3. CD-ROM驅(qū)動器的電磁輻射

由于光盤驅(qū)動器內(nèi)部存在有精密的光學(xué)系統(tǒng)，其防塵要求是非常嚴(yán)格的。一般情況下，整個(gè)驅(qū)動器封裝在一個(gè)密閉的金屬盒中。這在客觀上起到了屏蔽作用，降低了驅(qū)動器的電磁輻射。但是，磁噪聲，仍然能夠通過耦合到連接電纜發(fā)射出去而產(chǎn)生電磁泄漏。

4. 電源的電磁輻射

電源是PC機(jī)的最重要部件之一，其主要功能是將外部的交流電轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)各部件需要的、各種類型的、穩(wěn)定的直流電源。一般個(gè)人計(jì)算機(jī)的電源通常是開關(guān)電源。開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比，具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，但開關(guān)電源會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，影響周圍設(shè)備的正工作，同時(shí)電源還會通過與其連接的電源線向外輻射電磁波。

5. 機(jī)箱的電磁輻射

機(jī)箱在制造過程中不可避免的產(chǎn)生接縫和孔隙，而且很多有關(guān)機(jī)箱散熱等要求，需要有孔隙。在機(jī)箱內(nèi)的各元器件、集成電路、印制電路板的走線、有信號電流經(jīng)過的地方都可能向周圍空間輻射電磁能量，并通過機(jī)箱的孔隙輻射出去，主機(jī)頻率越高就越容易產(chǎn)生電磁輻射。因此我們要選擇高導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性材料做的機(jī)箱，要使其具有良好的屏蔽效果，以防止電磁輻射而導(dǎo)致的信息電磁漏，并且還要有良好的接地措施外擴(kuò)散和外電磁環(huán)境對機(jī)箱內(nèi)部器件的影響。我們把機(jī)箱放在專業(yè)紅外線相機(jī)前拍攝，可以明顯看到機(jī)箱的輻射分布(越紅的區(qū)域輻射越大)。另外提醒大家一點(diǎn)，如果夏天因散熱問題把機(jī)箱蓋打開，輻射將大大加強(qiáng)。

6. CRT顯示的電磁泄漏

顯示器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分，也是人與計(jì)算機(jī)的接口部件。上圖顯示出了顯示器的內(nèi)部實(shí)物圖，其中偏轉(zhuǎn)線圈、主電路板、信號線元件成為顯示器電磁輻射的最主要源頭。在一定強(qiáng)度的電磁輻射作用下，人體的眼睛、大腦、神經(jīng)等器官容易受到損害。另一方面，由于計(jì)算機(jī)處理的是各種數(shù)據(jù)和信息，其輻射的電磁波中會攜帶這些信息。若這些電磁波被人用專門設(shè)備接收，則會造成信息泄密。左圖為正常電腦顯示，右圖為截獲的畫面顯示。

顯示系統(tǒng)主要的泄漏源包括顯示卡到監(jiān)視器的視頻接口、顯示器，如下圖所示。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的電磁輻射對信息安全的危害程度是不同的，顯示器因?yàn)榫哂虚_放性好、串行信號處理單元豐富和視頻通路電流大、視放電平高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是首要的信息泄漏因素。筆者認(rèn)為視頻信號處理電路和電子束的電磁輻射是主要原因，CRT部件和視頻放大器為主要的泄漏發(fā)射源。但隨著液晶顯示器的逐漸普及，液晶顯示器的輻射量要遠(yuǎn)小于CRT顯示器。

7.鍵盤和鼠標(biāo)的電磁輻射

鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最長用的部件，它一般由按鍵、導(dǎo)電塑膠、微處理器和接口電路組成。鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中人機(jī)交互的重要工具之一，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入裝置。如果截獲到鍵盤輻射出的電磁信息，其中不僅包含在顯示器屏幕上直接顯示的內(nèi)容，還包含一些在鍵盤上輸入的非顯示信息的指令。有實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)在鍵盤連續(xù)保持按下“H”鍵時(shí)，可以用頻譜儀測量鍵盤與主機(jī)連接的信號線的傳導(dǎo)發(fā)射特性;當(dāng)按不同的鍵時(shí)，頻譜儀接收到的譜線會發(fā)生頻移。

鼠標(biāo)同鍵盤一樣，都是通過其與計(jì)算機(jī)之間的連接電纜向外輻射電磁波，這種電磁波可以被一定規(guī)格的偵收電路所接收、解碼與還原。

8. PCB電磁泄漏

PCB是一種復(fù)雜的信息泄漏源。PCB板上器件本身，即其引腳、印制板連線、插頭、插座及電纜都像天線，在各種波形工作電流的激勵下，向空間發(fā)射電磁波，并以此種形式向外泄漏信息。其輻射效果與PCB的結(jié)構(gòu)、傳輸線的長度、電路組成、回路面積、地線走向及整體布局等諸多因素有關(guān)。可以引用電偶極子和偶極子在自由空間的電磁場分布模型來討論計(jì)算機(jī)PCB板的電磁輻射問題，這種討論對裸露的PCB板的輻射情況是很接近的。因?yàn)橛捎赑CB板大都采用大規(guī)模集成電路，線度小，容易滿足電偶極子和磁偶極子的輻射模型的應(yīng)用條件，如果要精確地討論實(shí)物的輻得電路各處的實(shí)際激勵電流，考慮電磁波在不同介質(zhì)中的傳播規(guī)律及邊界條件求得實(shí)際的空間電磁場分布。但這是一個(gè)非常復(fù)雜的工作。由磁偶極子的輻模型，推得磁偶極子的總輻射功率與激勵電流的平方、回路面積的平方、激勵流的四次方成正比。對于任意電流分布，可以看作是上述單位電流元的某種加權(quán)分布，按空間積分，進(jìn)行矢量疊加求得。軟盤存儲器與硬盤存儲器的主要電信息輻射之一就是讀/寫它們電路的PCB板。

9. 線纜電磁泄漏

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于視頻電纜傳送的信號是串行信號，而且電纜在波長天是其物理長度3倍的情況下起天線諧振作用，因此它是最容易產(chǎn)生電磁輻射和信信息泄漏的泄漏源。已有實(shí)驗(yàn)研究證明，液晶顯示器、平板顯示器和等離子顯示器能的視頻接口電纜在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輻射頻譜中占有相當(dāng)大的比重。因而應(yīng)該采措施如多點(diǎn)接地來降低和抑制電纜連線的電磁泄漏。對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的其他纜，同樣存在著電磁泄漏的問題，其泄漏途徑同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的視頻電纜類似。

10. 其他網(wǎng)絡(luò)器件的電磁泄漏

對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的其他元器件，比如路由器、交換機(jī)等，同樣也存在著電電磁泄漏的現(xiàn)象。相關(guān)的電磁泄漏原理同上述的電子器件類似，必須充分考慮上述電磁泄漏現(xiàn)象，采取相關(guān)的拘防范措施，以防止關(guān)鍵有用信息的電磁泄漏。

三、常見電磁信息泄漏防護(hù)技術(shù)

最初信息電磁泄漏防護(hù)技術(shù)是從EMC領(lǐng)域借鑒而來的，比如屏蔽、濾波、接地等技術(shù)措施，隨著人們對信息電磁泄漏問題的認(rèn)識逐漸清晰，防護(hù)技術(shù)也獨(dú)立地發(fā)展起來了，研究角度從頻域轉(zhuǎn)向時(shí)頻結(jié)合，技術(shù)手段從以硬件為主而轉(zhuǎn)向軟硬結(jié)合。新的屏蔽材料和部件的出現(xiàn)使信息電磁泄漏屏蔽性能不斷提高。目前，電磁屏蔽玻璃、導(dǎo)電橡膠、金屬纖維等材料和屏蔽窗、襯墊、套管等部件已處于實(shí)用階段。Soft-TEMPEST(Transient Electromagnetic Pulse Emanation Surveillance Technology)技術(shù)是新近發(fā)展起來的信息,表示電磁泄漏防護(hù)技術(shù)，通過改變信息技術(shù)設(shè)備的工作狀態(tài)或信號特征實(shí)現(xiàn)泄漏防護(hù)。必需采取一些綜合技術(shù)方法和手段來實(shí)現(xiàn)對信息電磁泄漏的抑制效果與防護(hù)要求.

1.抑源法

抑源法主要是解決元件與源器件、系統(tǒng)布局等一些初期設(shè)計(jì)中可能潛伏的電磁泄漏問題。現(xiàn)今很多低輻射技術(shù)和產(chǎn)品都由此產(chǎn)生，如超大規(guī)模集成芯片、多層印制板電路、低輻射系統(tǒng)布局軟件、接口插件、低噪源器件、屏蔽與吸收材料、導(dǎo)電玻璃與波導(dǎo)窗等。

2.屏蔽法

電磁屏蔽主要有兩個(gè)目的：一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量越出某一區(qū)域;二是防止外來的電磁輻射進(jìn)入某一區(qū)域。在信息電磁泄漏的防護(hù)中，屏蔽法主要是針對輻射源實(shí)施電磁屏蔽的一種技術(shù)手段，以實(shí)現(xiàn)對電磁輻射的有效抑制。這種方法既可以對系統(tǒng)的組件進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)，也可以對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)。屏蔽效果的好壞取決與于所采用的屏蔽技術(shù)和輻射源的泄漏情況，如所選用的蔽材料的性能、輻射源的輻射頻率、屏蔽體的形狀等等因素組成。對于不同性質(zhì)的電磁場，屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽以及低頻、高頻屏蔽等技術(shù)方下面對通常采用的幾種屏蔽方法技術(shù)進(jìn)行簡要的介紹。

1.整體屏蔽技術(shù)

整體屏蔽是指利用金屬箱(殼)將整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)屏蔽起來，達(dá)到一定的屏蔽效果，必要時(shí)采用多層或多重屏蔽。如下圖所示,顯示器打印機(jī),機(jī)箱都被整體金屬箱屏蔽起來起到良好的防護(hù)作用。

2.密封屏蔽技術(shù)

由于信息技術(shù)設(shè)備的多樣性與復(fù)雜性，機(jī)械結(jié)構(gòu)上的開口或者縫隙是在所難免的。但是從電磁屏蔽的角度上看，屏蔽結(jié)構(gòu)應(yīng)該是無縫隙的。信息設(shè)備中的電磁波可能會通過設(shè)備中的縫隙向外進(jìn)行輻射，產(chǎn)生信息電磁泄漏。因此必須對有縫隙的結(jié)構(gòu)的設(shè)備采用密封屏蔽技術(shù)來達(dá)到對電磁泄漏的防護(hù)。

3.防泄漏外套技術(shù)

防泄漏外套管可用于計(jì)算機(jī)與其他信息技術(shù)設(shè)備之間連線的屏蔽，對射頻輻射、電磁干擾、周圍環(huán)境實(shí)現(xiàn)密封，具有全方位屏蔽，并且實(shí)現(xiàn)lOOdB甚至更高的屏蔽效果。該類外套分為三種：鋅鑄件外套管、內(nèi)側(cè)金屬噴涂的塑料外套管金屬拉伸外套管，在這三種類型中，金屬拉伸外套管的防護(hù)效果最好。

4.導(dǎo)電涂層技術(shù)

導(dǎo)電涂層包括用各種涂覆方法形成的金屬導(dǎo)電層、導(dǎo)電膠帶或其他專用的材料。導(dǎo)電涂層主要用途是通過金屬化涂敷的方法在非導(dǎo)電材料(如塑料)表面上構(gòu)成一層完整的導(dǎo)電層，已達(dá)到對電磁波的吸收和屏蔽的效果。

5.磁屏蔽技術(shù)

磁屏蔽技術(shù)是解決電磁泄漏的重要手段之一。主要是用來抑制電磁輻射沿空間的傳播，通過切斷電磁輻射的途徑來達(dá)到電磁防護(hù)的目的。其實(shí)質(zhì)是將關(guān)鍵部分用特殊材料封裝起來：如屏蔽電纜、屏蔽機(jī)箱等。電磁屏蔽的特點(diǎn)是不需要對被保護(hù)設(shè)備進(jìn)行任何改造，性價(jià)比高。電磁屏蔽室、屏蔽機(jī)桌、屏蔽機(jī)柜等與大地相連，為屏蔽體上的電荷提供了一條低阻抗的電氣泄放通路。電磁屏蔽的效果與屏蔽體接地的好壞有密切的關(guān)系，一般屏蔽體的接地阻抗要求小于4歐

6.接地法

良好的接地為電流提供低阻抗回路，減弱電磁發(fā)射。在信息技術(shù)設(shè)備中需要注意的情況：信號的接地、屏蔽的接地和濾波器接地。計(jì)算機(jī)陰極射線管(CRT)顯示器中的電子束到達(dá)熒光屏后必須通過地線泄放，這個(gè)地線的阻抗要盡量低。屏蔽箱體良好接地才能發(fā)揮最大屏蔽效能，電纜屏蔽層、顯示器屏幕屏蔽窗等都要良好接地。

7.數(shù)據(jù)壓縮法

為了避免和減少數(shù)據(jù)信息通過信息技術(shù)設(shè)備之間的傳輸產(chǎn)生泄漏，應(yīng)盡可能減少傳輸線的長度和數(shù)量。為此，可以使用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，把需要若干條線路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息經(jīng)壓縮后在一條或少數(shù)幾條線路上進(jìn)行傳輸。為確保分散的個(gè)人計(jì)算機(jī)與工作站之間的數(shù)據(jù)通信安全，可以采用復(fù)接器技術(shù)，把眾多終端的數(shù)據(jù)信息合并成一個(gè)數(shù)據(jù)流，以很高的比特率傳送出去，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮與傳送功能。

8.Soft-TEMPEST技術(shù)

上述的一些防護(hù)技術(shù)手段基本上都是屬于物理抑制方法，都需要對信息技術(shù)設(shè)備進(jìn)行硬件方面的改進(jìn)。20世紀(jì)末，Soft-TEMPEST的概念被提出，目前這種技術(shù)在美國已運(yùn)用相當(dāng)成熟，我國還在起步階段，這是一種全新的信息泄漏防護(hù)手段，只需改變信息設(shè)備的工作狀態(tài)和方式，用軟件的方法進(jìn)行信息電磁泄漏的軟件防護(hù)

利用屏蔽技術(shù)，如用金屬之類的東西將整個(gè)視頻顯示器屏蔽起來或用屏蔽電纜對連接視頻電纜線進(jìn)行視頻信號的傳輸屏蔽，雖然可以達(dá)到一定的屏蔽水平，但是卻不容易提高，同時(shí)也很難滿足TEMPEST技術(shù)指標(biāo)，并且還受到一定的空間上的局限性。

9.偽泄漏技術(shù)

信息電磁泄漏防護(hù)的根本目的是防止載有重要信息的電磁發(fā)射被偵收與破譯。所以除了上面介紹過幾種的技術(shù)外，在不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)的前提下，采用偽泄漏進(jìn)行防護(hù)。偽泄漏技術(shù)是通過有意設(shè)計(jì)使系統(tǒng)產(chǎn)生不帶信息的偽噪聲或偽泄漏，以淹沒或掩飾系統(tǒng)中的有用設(shè)備，使得實(shí)際偵收到的信息基本不是真正的信息，加強(qiáng)了信息的安全性。右圖為一款為數(shù)不多的某款偽噪聲設(shè)備。

上述多種方法雖然在國外應(yīng)用的比較成熟了，但在國內(nèi)目前的技術(shù)前提下容易實(shí)現(xiàn)的有屏蔽法、接地法等，在設(shè)備選型的時(shí)候就避免使用傳統(tǒng)的CRT顯示器我們把這幾種方法綜合運(yùn)用就能在單位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電磁信息泄露方面收到良好的效果。