От перфоленты к флэш-носителям: хранение и защита информации

УДК 004.08

ОТ ПЕРФОЛЕНТЫ К ФЛЭШ-НОСИТЕЛЯМ: ХРАНЕНИЕ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ Д.А. Копылов

В данной статье описывается краткая история развития носителей информации и их характеристики; преимущества флэш-носителей и реализуемые на них новые функции, в том числе возможности защиты информации на этом типе носителей в отличие от предыдущих

Ключевые слова: носители информации, флэш-носители, дополнительные функции флэш-носителей, комбинированная защита информации

Введение

Информация - сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления [1].

Наша цивилизация немыслима в ее нынешнем состоянии без носителей информации. Носитель информации - это устройство, предназначенное для записи, хранения и считывания информации, однако в настоящий момент данный термин не описывает все возможные функции современных носителей. История носителей информации началась довольно давно.

В 1725 году Базиль Бушон (Basile Bouchon) придумал перфорированную бумажную ленту для записи программы для ткацкого станка с целью упрощения изготовления сложных узоров. Позже Жан-Баптист Фалькон (Jean-Baptiste Falcon) усовершенствовал изобретение Бушона, заменив перфорированную бумажную ленту карточками, соединенными в цепочку.

В 1801 году французский изобретатель Жозеф Мари Жаккард (Joseph-Marie Jacquard) создал автоматический ткацкий станок, управляемый посредством перфокарт.

С середины XIX века перфоленты использовались в телеграфии.

В 1884 году Герман Голлерит (Herman Hollerith) оформил патент на хранение данных на перфокартах в качестве механической памяти.

Благодаря простоте устройств вво-

да/вывода, перфолента получила распространение в компьютерной технике. В первых вычислительных машинах прошлого века «программы» и «данные» записывались на картонные перфокарты в виде отверстий, механически воздействовавших на считывающую иглу. Результат машина выдавала, пробивая отверстия в перфоленте.

Копылов Дмитрий Александрович - МИРЭА (ТУ), аспирант, e-mail: mrdiamant-1986@mail.ru

f II II II II IIIIIII IIII I И II IIIIIII И I I

,М,, I' " 11 WWWI • „ л м.лччутъччччч, „ ЛI „

гнои ii.iii-aiioiioociioiicsoomtitiiccocoiiMiiirii 'снгнншиюашци.' llinillllllllllllllllllllNllllUn till 111 111111||1||111||1М!1МП||11Ш|1|1! _ ;iiniiii;iiniii шпи ни i.11:1111112: шин Iiiiiii.iiiiiiiiii;;;;i:r: jii iijmiimi iiiiiii Iiii i li iiiiii iiiini ниш пиннп ^lli'

окичкииишшшммшшимиииииишиимнимшшшмн'

| S||SSSMK5UMI»SSSS»SS5»SS5iS!SSUSSS9J»iS»»»»»SSS»S»»№SSKmSS } f l(HKIII!i<IHIIii!‘:№UnKI>lltll№EIUM(!«HIHIUIU!i№WU№ilHII)j

ltvmunnmniiiimimnimniiitvmnnniimmvivinnmntwi

Рис. 1. Перфокарта и перфолента

Бумажные перфоленты по сравнению с перфокартами обладали более низкой механической прочностью и невозможностью ручного редактирования текстовых файлов.

Перфоленты использовались в мини-ЭВМ для ввода/вывода информации и для управления станками с числовым программным управлением (ЧПУ) до середины 1980-х годов.

В настоящее время перфоленты и перфокарты практически не используются.

Разработка новых носителей информации идет по пути повышения емкости, скорости обмена, увеличения надежности и времени хранения информации при уменьшении размеров самих носителей.

Информация выступает главной составляющей документа, но не является его достаточным признаком. Материальная составляющая документа это его вещественная (физическая) сущность, форма, обеспечивающая его способность хранить и передавать информацию в пространстве и времени [3].

Материальную составляющую документа определяет носитель информации. Существование документа вне материального носителя невозможно. Следовательно, материальный объект становится документом только в случае единства вещественного носителя и заключенной в нем

информации. При отсутствии одной из перечисленных характеристик нет единства, а, следовательно, и документа.

Развитие носителей информации

Современный мир характеризуется постоянным повышением роли информации [4]. Производственные процессы включают материальную (оборудование, материалы, энергия и т.д.) и нематериальную (технология производства) составляющие. Растет число отраслей производства, которые почти на 100% состоят из одной информации, например, дизайн, создание программного обеспечения, реклама и другие. Значение и, соответственно, стоимость информационной компоненты в любом современном производстве возрастает.

Информация не может существовать сама по себе, в отрыве от материального носителя, который постоянно совершенствуется.

В 1950 - 1960-х годах во многих вычислительных машинах широко использовался магнитный барабан, в котором располагались программы и данные.

В 1952 году магнитная лента была использована для хранения, записи и считывания информации в компьютере IBM System 701 и впоследствии получила огромное признание и распространенность в форме компакт-кассет.

Магнитные диски (середина 50-х гг. XX века) нашли широкое применение ввиду их достаточно большого (по тем временам) объема хранимых данных и низкой стоимости на единицу запоминаемой информации (бит) при высокой эксплуатационной надежности.

Жесткий магнитный диск — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Информация в него записывается на алюминиевые или стеклянные пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала.

Первая дискета (магнитный диск на гибкой пленке, помещенный в конверт) диаметром в 203,2 мм (8") с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM в 1968 году. Одной из главных проблем, связанных с использованием дискет, была их недолговечность, а также малая скорость считывания и записи, малая емкость, и высокий процент выхода из строя самих дискет.

Накопитель Бернулли по виду был похож на обычную дискету и характеризовался в 20 раз большей долговечностью, чем дискета. Носитель с бариево-ферритовым покрытием не только позволял записывать данные с втрое более

высокой плотностью, но и отличался существенно большей стойкостью к износу, чем дискета. Недостаток накопителя Бернулли выражался в менее точном позиционировании головок и соответственно меньшей плотности записи и емкости, поэтому подобная технология нашла применение преимущественно в архивных накопителях средней емкости.

Магнитооптический компакт-диск (1988 г) (CD-MO - Compact Disc-Magneto-Optical) позволял многократно записывать и стирать информацию. Первые магнитооптические диски были размером 5,25", потом - 3,5". Достоинства CD-MO заключаются в слабой подверженности механическим повреждениям и магнитным полям и гарантированном качестве записи. К недостаткам относят низкую скорость записи и высокое энергопотребление.

Оптический накопитель (Optical storage) - запоминающее устройство на основе использования полупроводникового лазера. Оптические накопители подразделяются на накопители с нестираемой, одноразовой и стираемой записью; выпускаются в виде компакт дисков (CD дисков) и DVD дисков.

При малых физических размерах CD-ROM обладают высокой информационной емкостью, считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются, стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.

Основной недостаток CD - неустойчивость к повреждениям и ультрафиолетовой составляющей дневного света.

Основополагающим достоинством DVD-дисков является их емкость: они могут хранить более чем в 26 раз больше данных по сравнению с обычным CD-ROM, при этом имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска.

К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. Однако из-за гораздо более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более значительными.

Помимо перечисленных, в вычислительной технике широко применялись и другие носители информации.

Перейдем к рассмотрению флэш-

носителей.

Флэш-память (конец 1980-х гг.) является представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ с электрическим стиранием, которое осуществляется сразу в целой области ячеек: блоке или всей микросхеме, что обеспечивает более быструю запись информации. Для этого в микросхему включаются специальные

блоки, делающие запись «прозрачной» для аппаратного и программного окружения. К достоинствам флэш-памяти относят способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокую надежность и приемлемую цену, приведшие к широкому распространению данного типа носителей. Флэш-память используется для резервного копирования информации из компьютера, а также для хранения встроенного программного обеспечения в различных периферийных устройствах.

Технология флэш-памяти применяется в флэш-носителях с и8Б-интерфейсом.

Рис. 2. Устройство флэш-носителя

Современные типы носителей представляют собой компактные, носимые человеком устройства, приспособленные для переноса информации.

Рис. 3. Развитие характеристик носителей информации

По критериям: емкость памяти, количество циклов перезаписи информации, надежность, компактность и цена среди носителей информации явное преимущество имеют флэш-носители.

Заметим, что современные тенденции по увеличению емкости микросхем флэш-памяти с

одной стороны приводят к сокращению общего количества циклов записи с другой, поскольку ячейки становятся все более миниатюрными и для рассеивания оксидных перегородок, изолирующих «плавающий» затвор, требуется все меньшее напряжение.

Дополнительные функции флэш-носителей

Следует отметить, что широкое распространение флэш-носителей привело разработчиков к идее расширения функциональных возможностей и разработки программного обеспечения, работающего непосредственно на данном типе носителей.

Флэш-носители можно использовать не только для транспортировки данных, но и для запуска портативных приложений и даже операционных систем.

Пользователи Windows Vista/7 могут использовать флэш-носитель для повышения быстродействия системы с помощью технологии ReadyBoost. Эта технология предусматривает использование пространства на USB-накопителе в качестве дополнительной кэш-памяти, в дополнение к кэшу на жестком диске.

Активное развитие рынка портативных приложений привело к необходимости стандартизации программного обеспечения флэш-носителей, которое больше не зависело от фирмы-производителя, а также операционных систем, установленных на компьютерах конечных пользователей. В результате был разработан стандарт U3.

Стандарт U3 (Y ou free) - стандарт, обеспечивающий используемым на USB флэш-носителям настройкам и приложениям большую мобильность, индивидуальность и большую степень защиты.

Основные возможности, поддерживаемые стандартом U3:

- Мобильность программного обеспечения - поддерживающее стандарт U3 программное обеспечение запускается на любом U3 устройстве без его предварительной установки на компьютер.

- Совместимость программного обеспечения со всеми U3 флэш-носителями - поддерживающее стандарт U3 программное обеспечение работает на любом U3 флэш-носителе, независимо от производителя устройства и прочих параметров.

- Единый интерфейс U3 Launchpad, обеспечивающий как работу с приложениями, так и доступ к настройкам носителя.

- Обеспечение высокой степени защиты данных и конфиденциальности работы - после отключения флэш-носителя от компьютера в системе не остается следов работы пользователя. Кроме того, стандарт и3 предоставляет возможность реализации различных систем безопасности (предусматривающих шифрование данных и предоставление доступа к информации по факту предъявления пароля).

- Запуск и завершение работы в фоновом режиме - при подключении и3 флэш-носителя к компьютеру, все необходимые приложения запускаются автоматически; а при отсоединении от компьютера - закрываются автоматически, не оставляя следов присутствия пользователя в системе.

- Возможность записи на каждое устройство более одного приложения - число приложений, записываемых на и3 флэш-носитель, зависит исключительно от емкости данного флэш-носителя.

- Функция накопителя первична - это позволяет подключить и3 флэш-носитель даже к старому ПК или ПК с неподдерживаемой операционной системой и получить доступ к данным, сохраненным на накопителе.

За счет добавления дополнительных функций во флэш-носители, их преимущество в сравнении с другими носителями стало еще значительнее.

Аспекты защиты информации

С повышением значимости и ценности информации на носителях возникает необходимость ее надежного хранения и защиты. Утечка или утрата информации может повлечь материальный ущерб. Следует обратить внимание, что информация может быть одним из элементов управления, несанкционированное вмешательство в которое может привести к катастрофическим последствиям в производстве, транспорте, военном деле.

Надежная защита информации обойдется дорого, поэтому необходимо сравнить возможный ущерб от разглашения или потери информации с ценой затрат на ее защиту и принять решение о ее необходимости.

При постановке задач защиты информации определяют перечень вероятных угроз, включающий их источники, а также технические и организационные методы защиты.

При выборе схемы защиты информации большое значение имеет объективная надежность и наличие сертификата, что дает гарантию

о недоступности защищаемой информации злоумышленнику.

Важно различать два вида защиты информации носителя - защита носителя и защита непосредственно информации.

Первый вид включает методы защиты носителей информации, которые можно подразделить на программные, аппаратные и комбинированные. Методом защиты самой информации является криптография. Организационные мероприятия защиты значительно снижают риск утери носителя и самой информации.

Комбинированная защита носителей информации

Комбинированные методы подразумевают как защиту непосредственно носителя - аппаратную защиту, так и хранящейся в нем информации - программную защиту.

Аппаратная защита сканер отпечатка пальца на корпусе

ввод пароля непосредственно на самом носителе

полное уничтожение информации без возможности восстановления при вводе пароля «под принуждением»

полное уничтожение информации без возможности восстановления при вводе неправильного пароля определенное число раз

экстренное уничтожение хранящейся в носителе информации при нажатии специальной кнопки на устройстве

аппаратные функции шифрования информации

резиновый корпус

влагостойкий вариант корпуса

корпус с защитой от электромагнитного излучения

корпус из особо прочного материала

Программная защита распознавание носителем «своих» компьютеров при подключении

криптографическая защита информации в носителе

защита информации от попыток несанкционированного доступа

встроенное в носитель программное обеспечение для управления доступом к хранящимся файлам

скрытие определенных областей памяти носителя, доступных при вводе пароля

Рис. 4. Комбинированные методы защиты

Следует обратить внимание, что все еще нерешенной проблемой защиты является полное уничтожение информации без возможности ее восстановления в флэш-носителях. Использование специализированных программных средств позволяет восстанавливать блоки данных, поэтому в настоящий момент самым разумным

подходом к удалению особо важной информации является физическое уничтожение носителя, например, термическим воздействием.

Решение этой проблемы позволит гарантировать сохранность, например, коммерческой тайны при форс-мажорных обстоятельствах.

Заключение

По критериям оценки носителей информации таких как, емкость памяти, количество циклов перезаписи информации, надежность, компактность и цена флэш-носители обладают явным преимуществом по сравнению с другими.

Флэш-носители - устройства, для работы с которыми не нужно подключение к компьютеру дополнительного оборудования - накопителей. Более того, с 1999 года все персональные ЭВМ комплектуются и8Б-интерфейсами, что позволяет подключать к ним флэш-носители, а появление дополнительных функций способствует расширению их технических возможностей, и таким образом из пассивного устройства хранения информации, флэш-носители можно отнести к законченным устройствам.

Практическая реализация разнообразных требований во флэш-носителях существенно расширяет возможности их применения как при хранении информации так и ее защиты, в том числе от несанкционированного доступа.

В экономическом аспекте, реализация дополнительных функций по защите информации в флэш-носителях (в т.ч. комбинированных методов) приводит к резкому повышению стоимости последних. Данное обстоятельство ограничивает круг потенциальных покупателей.

Литература

1. Федеральный закон РФ об информации, информатизации и защите информации от 20.02.1995 № 24-ФЗ.

2. Колесниченко О.В., Шишигин И.В., Аппаратные средства PC. - 5-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 1152 с.

3. Соотношение понятий "документ", "информация"

и "материальный носитель",

http://cde.osu.ru/demoversion/course123/3_1.html

4. Защита информации. Значение информации и её защиты, http://www.college.ru/UDP/texts/zi02.html

5. iXBT: Флэш-накопители Corsair, Digma, NCP, Pretec, Rundisk, Silicon Power, Sony, Traxdata и TwinMOS, http://www.ixbt.com/storage/flashdrives-p14.shtml

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

FROM THE PUNCHED TAPE TO FLASH-CARRIERS: STORAGE AND INFORMATION PROTECTION D.A. Kopylov

In this article is describe the short history of development of data carriers and their characteristic; advantages of flash-carriers and new functions realised on them, including possibilities of protection of the information on this type of carriers unlike the previous

Key words: an additional functions of the flash-carriers, data carriers, flash-carriers, the combined protection of the information