УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДЕЖНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
DEVICE FOR RELIABLE RADIATION SHIELDING OF ELECTRONIC EQUIPMENT AND METHOD OF MAKING SAID DEVICE

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к области защиты от электромагнитного излучения и предотвращения вредного влияния излучений на человека, а также к организации работ на электронном оборудовании с целью предотвращения утечки служебной и личной информации.
Известно, что любые электронные приспособления и оборудование (в том числе кабели, компьютеры, принтеры, сканеры, порты, интерфейсы и т.д.), по которым проходят электрические или электромагнитные импульсы, могут излучать в пространство соответствующие волны с информационной составляющей.
Электромагнитные каналы утечки формируются в результате побочного электромагнитного излучения элементов технических средств информации, сигнал которых (ток, напряжение, частота и фаза) изменяется так же, как и информационный.
Электрические каналы утечки появляются вследствие наводки электромагнитного излучения, возникающего при передаче информационных сигналов элементами технических средств обработки информации, а также из-за наличия гальванической связи между соединительными линиями и другими проводниками или линиями устройств; информационных сигналов в цепи электропитания вследствие магнитной связи между выходным трансформатором усилителя и трансформатором системы электропитания, а также неравномерной нагрузки выпрямителя, приводящей к изменению потребляемого тока в соответствии с изменениями информационного сигнала. Кроме того, утечки информации могут возникать при прохождении информационных сигналов в цепи заземления за счет гальванической связи с землей различных проводников (в том числе нулевого провода сети электропитания, экранов) и металлических конструктивных элементов, выходящих за пределы контролируемой зоны безопасности (см. http://kiev-securitv.org.ua). То есть любое место с компьютером (как основным компонентом систем обработки информации) можно сканировать спецприспособлениями и превратить в постоянный источник разведовательных данных.
Конструкция большинства элементов систем обработки информации не обеспечивает персональное (строго личное) использование того же самого персонального компьютера. Работающее электрооборудование (например, дисплеи, накопители, принтеры и т.п.) излучает в эфир информацию. Дисплей, как известно, состоит из устройств горизонтальной развертки, вертикальной развертки, видеоусилителя, блоков питания и устройства вывода визуальной информации. Частота следования пикселей меняется то 0 до (35-85) МГц. Мощные каналы видеоусилителя и отходящие от них соединительные проводники можно рассматривать как передатчик, несанкционированно излучающий информацию. Информация может быть восстановлена даже с помощью обычного телевизора. При использовании дополнительной приставки, перехватывающей мощные сигналы синхронизации кадровой и строчной развертки, изображение будет синхронизировано. Используя специальную антенну, фильтр и усилитель можно снять информацию с расстояния до 150 м. При использовании специализированных приемников осуществляется перехват излучения от мониторов с металлическим кожухом на расстоянии до 400 м, а для дисплеев с пластмассовым кожухом до 1200 м.
То есть стандартное (заводское) экранирование аппаратуры не обеспечивает достаточную конфиденциальность использования информации и без дополнительного экранирования не обойтись. Недостатки информационной защиты являются причиной утечки информации стратегического плана.
Из уровня техники известны устройства для защиты от различного электромагнитного излучения (US 4038660, H01Q 17/00, 1977; RU 2168879 C1 H01Q 17/00, 2001; RU 2155420, G09D 5/32, 2000; RU 94027965, Н04В 1/62, 1996; RU 43741 U1 A47B 83/02; Магия ПК - 1999 г., №5. "Неионизированное излучение персонального компьютера"; Вестник новых медицинских технологий, 1999 г., №3-4. "Энергоинформационное воздействие низкоэнергетических электромагнитных излучений на биологические объекты").
Недостатком этих устройств является отсутствие защиты от утечки информации. Несмотря на заявление изобретателей, на практике все равно имеется излучение информационной составляющей как при работе компьютера (основного источника информации), так и при работе всех переферических устройств (принтера, пабов, свичей, сканеров, накопителей и т.п.).
5
5
6
6
5
6
6
6
6
6
Известны устройства для защиты процесса обработки информации на компьютере от несанкционированного доступа: RU 94027965, Н04В 1/62, 1996; RU 2204889, C2, Н05K 9/00, 2003, "Способ энергоинформационной защиты клавиатуры компьютера"; патент 5223806, США, МКИ Н04В 3/28, "Способ и устройство для уменьшения электромагнитных помех и излучений, связанных с сопряжениями с компьютерными сетями"; патент 5276277, США, МКИ Н05K 9/00, "Способ и оборудование для управления распределением электромагнитных сигналов в помещениях"; заявка 4413523, ФРГ, МКИ Н04K 1/02, "Защита информации путем наложения широкого спектра электромагнитного поля"; заявка 2333883, Великобритания, МКИ С11В 5/55, "Простой способ противодействия перехвату электромагнитного излучения компьютера"; патент 5265273, США, МКИ Н04 В 1/08, "Экран электромагнитных помех для дисплея"; заявка 2322012, Великобритания, МКИ Н05K 9/00, "Экранирующий корпус с самоуплотнением"; патент 404777, Австрия, МКИ Н05K 9/00, "Способ экранировки корпусов РЭА, выполняемых из пластических материалов"; заявка 19701005, Германия, МКИ Н05K 9/00, "Экран для РЭА"; заявка 19747562, Германия, МКИ H04R 1/02, "Способ и устройство для управления распределением магнитных полей в корпусах РЭА"; патент 5920984, США, МКИ Н05K 3/30, "Метод электромагнитной экранировки РЭА".
Недостатком известных способов и устройств является недостаточность локального экранирования и тем более неприемлемость наложения фонового «шумового излучения» для зашумления информационного сигнала. Общая нагрузка на организм оператора только возрастает, а сигнал достаточно уверенно сканируется современными средствами.
2
Известны также в технике и военном деле защищенные компьютеры и элементы периферии. Например, защищенные ЖК мониторы (Shark от фирмы Dolch Computer Systems, PowerVue, DiamondVue и другие от фирмы VarTech Systems); цифровые и аналоговые RGB интерфейсы от фирмы NEC LCD Technologies; бортовые компьютеры М-Мах 600, М-Мах 600-Longhorn, М-Мах 700 от фирмы MicroMax Computer Intelligence, Inc.; портативные компьютерные платформы (FlexPAC, MilPAC, File Works 8000) от фирмы Dokh Computer Systems; защищенные ноутбуки NotePAC от фирмы Dolch Computer Systems); носимые компьютеры Mobile Assistant V (MA V), Mobile Assistant TC (MA TC), Atigo, iX104C от Xybernaut Corporation (см. http://www.cta.ru, www.dataforth.com: www.eurotech.it, www.commell.com.tw, www.rtsoft.ru, www.ampro.ru, www.ampro.com, www.micromax.ru, The magazine of record for the embedded computing industry Archives: March 2006, Вестник связи №2/2006, www.vestniksviazy.ru).
Недостатком известных устройств является недостаточное снижение уровня информационно значимых составляющих в общем спектре излучений аппаратуры и, практически, нет защиты человека (оператора) от воздействия на него электромагнитных излучений и ионизированных газов.
Ближе всего к настоящему изобретению в области защиты информации от несанкционированного доступа находятся патенты RU 2168879, RU 2204889 и RU 2300857, а по организации рабочего места оператора - патенты RU 2150221 и RU 43741. В области изготовления материала для ограждающих панелей или пленочных поверхностей, предмету изобретения довольно близок патент РФ 2155420.
В патенте РФ 2168879 приведено устройство для защиты от электромагнитных излучений, состоящее из трех слоев проводника и двух слоев диэлектрика, а также клеевого слоя и возможного металлического слоя на поверхности устройства. Данное устройство вполне может быть использовано для переносной радиоизлучающей аппаратуры без претензий на хорошую защищенность от прослушивания.
По мнению автора изобретения, если соединить первый и третий проводящие слои электрическим контактом, то излучение станет проходить первый слой токопроводящей пленки и достигать третий слой в противофазе, что станет способствовать уничтожению излучения.
По нашему же мнению, обе соединенные токопроводящие поверхности при наведении в них любого тока станут работать как одна большая поверхность. Это действительно будет экранировка излучения и даже двойная экранировка. Но… плоские поверхности (вне зависимости от пропускания или отражения падающей на них волны) излучают информационно значимую составляющую, которая может быть считана достаточно простыми средствами. Такой тип защиты важной информации не может быть рекомендован даже в простом офисе.
В патенте РФ 2204889 приведен пример корпусной защиты одного из элементов (клавиатуры компьютера). Клавиатура заключена в дополнительный корпус, например, из тонкого листового железа, а доступ к клавишам осуществлен с помощью штоковой системы. Это действительно неплохой вариант для отдельно взятого предмета и вполне может быть использован в нашем изобретении как часть системы. Однако и железный корпус далеко не всегда способен защитить от излучения информационной составляющей и прочтении ее с помощью специальных средств, например, при специальной провокации подобной (резонирующей) частотой со стороны. Простое поглощение волнового излучения не всегда достаточно.
В патенте РФ 2300857 приведено устройство для защиты от помех систем передачи информации. Сущность изобретения состоит в том, что устройство защиты от помех представлено экранирующим элементом и дополнительно снабжено радиопоглощающим устройством, причем экранирующий элемент является промежуточным для уплотняющего проводящего перекрытия экранируемых участков.
Недостатком большинства перечисленных устройств является отсутствие полной защиты от считывания информации специальными средствами разведки.
В более продвинутом устройстве повышения помехоустойчивости систем передачи информации (одновременно и повышения устойчивости к считыванию информации посторонними лицами) по заявке РФ 94027965 предусмотрены первый и второй коррегирующие фильтры и первый и второй предискажающие фильтры. Однако схематические решения этого устройства сложны и во многих случаях не всегда доступны.
Из уровня техники известно устройство (радиопоглощающее покрытие), которое изготавливают путем использования синтетического клея «Элатон» на основе латекса и карбонильного железа или феррита, причем клея может быть в композиции 20-80%, а железа 80-20% (патент РФ 2155420). Радиопоглощающее покрытие наносят на отражающую электромагнитные волны поверхность в несколько слоев. То есть покрытие наносится на поверхность (которая и без того отражает электромагнитные волны) для целей искажения сигнала.
Недостатком такого рода устройств является сложность обеспечения равномерности покрытия, от толщины которого зависит качество радиопоглощения, а также подверженность пленки механическим повреждениям. Кроме того, если покрытие на поверхности очень тонкое (пленочное), то отражающая поверхность (основа конструкции) все равно отражает (излучает) информационно значимый сигнал, (хотя и ослабленный) поддающийся сканированию и дешифровке.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение простой системы защиты компьютерного оборудования (то есть систем обработки информации) в домашних и офисных условиях, путем использования стандартизированного стеллажа (профессионального рабочего места с компьютером) как предмета мебели, выполненного из специальных панелей, способ изготовления которых приводится ниже. Дополнительной целью является защита человека от электромагнитного излучения и ионизированных газов при работе разных устройств системы (сканеров, принтеров, дисплеев и т.д.).
Поставленные цели достигаются использованием в конструкции стеллажа замкнутых полостей (камер), известных уже и ранее, но выполненных с применением панелей с композиционными материалами, искажающими паразитные и полезные излучения компьютерных систем и поглощающие эти излучения, причем внутренние панели выполнены с отверстиями для организации воздушного потока из зоны лица оператора вверх, к вентиляционному отверстию комнаты или к дефлектору.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является совершенная профилактика информационных утечек, защита оператора от электромагнитных излучений и ионизированных газов. Кроме того, являясь предметом мебели, стеллаж подобного исполнения создает комфортные условия для работы в ограниченных пространствах офисов.
Реализация предлагаемого изобретения достигается использованием особых конструктивных панелей, изготовленных по ниже описываемому способу.
В предлагаемом нами изобретении поглощающее, отражающее и одновременно искажающее электромагнитные волны устройство представляет собой композитный материал, например, на основе акрилата или другого пластика, причем композит составлен из опилок (частичек) разных металлов, покрытых тонкой пленкой с содержанием более тяжелых металлов (например, свинца, ртути и др.) и с добавкой графита и/или сажи. Предпочтительная величина опилок находится в пределах от 0,2 до 0,7 мм, но для разных металлов и для разных случаев защиты от излучения эта величина может изменяться в более широких пределах (например, от 0,001 до 0,9 мм). В последнем случае, когда величина частиц металла близка к 0,001 мм, поглощающие и искажающие сигнал свойства композитных панелей заметно возрастают.
Радиотехнические свойства пластин (поглощающая, отражающая и искажающая сигнал величины) формируются на основании того факта, что поверхность опилок покрыта тонкой пленкой с вкраплениями другого металла. Пленка проницаема для электромагнитных излучений, а масса опилок непроницаема, но обладает свойствами как поглощать, так и отражать некоторую часть энергии сигнала. (У каждого металла эти характеристики различны).
Пройдя через пленку с тяжелыми металлами, сигнал видоизменяется и ослабляется, а затем часть его отражается от массы металла в опилке. Эти процессы сопряжены с некоторым изменением не только амплитуды сигнала, но и его фазы. Отраженная часть сигнала от опилок разных металлов немного отличается друг от друга, и это способствует лучшему, так называемому «зашумлению» сигнала, то есть его искажению.
Другим аспектом предмета изобретения является возможность создавать на маленьком объеме опилки нечто подобное гальваническим парам (например, медь - цинк и другие комбинации). При наличии токонепроводящей пленки между этими металлами опилка как бы «спокойна», но при воздействии на нее электромагнитной волны биметаллическая пара становится электрически активна и в гораздо большей степени, чем отдельные металлы, взаимодействует с этой волной. Это также способствует искажению и поглощению информационной составляющей несущей волны.
Для каждого вида опилок из конкретного металла выбирается целесообразный, с точки зрения биметаллических пар или других соображений, более тяжелый металл. Это дает, кроме всего прочего, возможность облегчить вес пластин (панелей), создавая внутри них очень большую поверхность из пленки тяжелого металла при фактическом его малом содержании.
При толщине конструкционной панели в 5 мм на ее внешней стороне не определяется никакого сигнала, который мог бы быть считан или спровоцирован синхронным резонансным излучением со стороны наблюдателя. То есть сканирование аппаратуры (считывание информации) через такой тип защиты становится невозможным. Наличие дополнительной металлической сетки внутри пластины, выведенной на заземление, еще в большей степени увеличивает защитные свойства панели.
Изготовить конструкционные панели можно разными способами. Один из вариантов способа изготовления конструкционных панелей представлен в следующем виде.
Опилки нескольких металлов, например аллюминия, железа, меди, цинка (где толщина слоя металла более глубины проникновения волны в данный металл), раздельно отмывают от жира и грязи, раздельно помещают в раствор солей более тяжелых металлов (например, свинца, ртути, хрома, титана и др.), причем раствор содержит и некоторую долю клеящего вещества. При изготовлении панелей из акрилата клеящим веществом может быть сам акрилат, растворенный в смеси хлороформа и ацетона.
Растворами (основными рабочими растворами) для нанесения пленок могут являться уксуснокислый свинец, сернокислый цинк, сулема, любые растворимые соединения хрома, титана, ванадия, меди. Эти растворы дорабатывают до технологического раствора для каждого конкретного металла и каждого конкретного случая с включением, например, пленкообразующего компонента.
Затем опилки раздельно высушивают до образования пленки на их поверхностях и после ее образования составляют порошкообразную композицию для формирования панелей, например, для стеллажа.
В ряде случаев на частицы металла целесообразно нанести еще один пленочный слой, например, укрепляющий пленку с тяжелым металлом на поверхности опилки.
Пленку другого металла на материал опилки можно нанести и другими способами, например напылением (в том числе и в вакууме).
Композиция из готовых к смешиванию опилок (в одном из возможных вариантов) выглядит следующим образом:
аллюминиевые опилки
60-80%
железные опилки
20-10%
медные опилки
18-5%
графит технический
2-5%
Эту композицию (или композицию по другой рецептуре) в виде порошка или пасты добавляют в различном количестве (до 70%) в акрилатные или другие смеси для отливки пластин. В зависимости от количества композитного порошка в общей массе пластика последний обрабатывают разными (соответствующими заданным прочностным и электротехническим свойствам) способами, например прогревают, прессуют, повторно прокатывают и т.д.
Для изготовления стеллажа используют пластины (или панели) нескольких разных видов. Например, для формирования наружных поверхностей пластины прокатывают в состоянии температурной релаксации с нанесением на поверхность сложно-отражающего орнамента с углублениями и выпуклостями. При толщине конструкционной пластины (панели) 5 мм достаточной глубиной, например, треугольных впадин орнамента является глубина в 0,5-0,9 мм.
Для построения внутренних камер и пространств, предназначенных для излучающей аппаратуры, используют пластины с вентиляционными отверстиями, причем отверстия формируют наклонно, чтобы вход и выход отверстия находились на разных вертикалях и перекрывали прямую видимость через пластину.
Для формирования ячеек (камер), предназначенных для книг, запасных материалов и бумаги, используют простые пластины из оргстекла с вентиляционными отверстиями. Вентиляционные отверстия и отверстия для прохода кабелей и другого коммуникационного оборудования способствуют образованию восходящего воздушного потока через зону дыхания оператора, причем образующийся воздушный поток внутри стеллажа выносит из зоны дыхания оператора озон и ионизированный воздух.
В предлагаемом изобретении все панели с внешних сторон (то есть поверхности пластин) выполнены электропроводными (например, путем напыления пленки металла), а стеллаж установлен на заземленную металлическую или металлизированную раму.
Организация рабочего места оператора предполагает (в оптимальном варианте) расположение компьютерного оборудования (основного оборудования для обработки информации) в закрытых со всех сторон ячейках стеллажа, имеющих опускающиеся дверцы, которые постоянно находятся в закрытом (опущенном) состоянии.
При использовании жидкокристаллических мониторов их можно расположить глубоко внутрь стеллажа, вблизи задней стенки и еще больше углубить внутрь стеллажа зону работы с клавиатурой.
Клавиатура расположена на выдвигающейся панели, но внутри экранированного пространства стеллажа. Оператор размещен таким образом, что его руки и зона работы с клавиатурой находятся в экранированном пространстве стеллажа.
Характеристики стеллажа.
Стеллаж для постоянного рабочего места с компьютером и другой электронной техникой выполнен из многих отдельных панелей, собранных на металлической или металлизированной платформе с хорошей токопроводимостью. Платформа или рама заземлена и имеет выравнивающие опорные винты с большими опорными поверхностями. Собранный и выровненный в нагруженном состоянии стеллаж (его задняя стенка) крепится винтами к стене во избежание опрокидывания или сдвига.
Некоторые горизонтально и вертикально устанавливаемые панели выполнены с возможностью переноса на более высокий или низкий уровень, вправо или влево, формируя нужный объем замкнутой ячейки. Панель для клавиатуры и мыши выполнена выдвигающейся с возможностью переноса на разные уровне по высоте, обеспечивая работу как сидя, так и стоя.
Боковые панели стеллажа выполнены без сквозных отверстий и способствуют формированию направленного воздушного потока вдоль вертикальной оси стеллажа.
Нижняя панель имеет множество вентиляционных отверстий, а верхняя - только по числу дефлекторов. Вместо дефлектора может использоваться труба, соединенная со стандартным вентиляционным каналом здания. Во избежание попадания пыли из вентиляционного канала здания переход от стеллажа к вентиляционному каналу выполнен с соответствующим по плотности и структуре материала фильтром.
Панели в зонах расположения электронной аппаратуры выполнены также с отверстиями для прохода кабелей, разъемов или интерфейсов коммуникаций.
Все объемы (или ячейки) стеллажа выполнены с возможностью закрывания их соответствующими по размерам дверками, или вставными панелями, или подъемными крышками для достижения замкнутости объемов.
Предпочтительным размещением стандартной офисной аппаратуры является крайняя левая вертикаль стеллажа, например, в таком порядке: блоки питания, стабилизаторы - в нижнем отсеке, компьютер - во втором снизу отсеке, сканер в третьем снизу отсеке, а далее идут принтер и ксерокс.
Стеллаж имеет наружно расположенный тумблер отключения питания модема или другой Интернет-аппаратуры для соблюдения правила сетевой безопасности: подключение к Интернету осуществляется только во время активного его использования оператором и отключения в другие периоды работы.
Характеристики панелей и отверстий в них.
Вентиляционные отверстия в панелях выполнены под наклоном к горизонту, причем внутренняя поверхность каналов в ряде случаев формируется в виде высокой резьбы. Отверстия для прохода кабелей и разъемов также выполнены не перпендикулярно поверхности панели, а под углом. Если отверстие сделано большим (например, для параллельного или СКАЗИ-разъема), то часть отверстия закрывается заглушкой с характеристиками самой поверхности.
Панель, например, из полиакрилата или поликарбоната, предназначенную для наружных поверхностей стеллажа, покрывают с обеих сторон металлической пленкой любым из доступных способом. Любой участок панели является токопроводным и может выполнять роль контакта с заземляющим устройством. Поверх пленки, где она не используется в качестве контакта с заземлением, может быть нанесен любой краситель.
Другой вариант панелей предусматривает дополнительную запрессовку тонкой металлической сетки (например, латунной) в толщу панели с выходом контактных поверхностей по всему периметру.
Третий вариант панелей предусматривает формование их из композита с графитовым или другим токопроводящим или рассеивающим излучение наполнителем (например, тонкими металлическими опилками).
Наиболее предпочтительными являются панели из композитов с прочной внешней токопроводящей пленкой и тонкой металлической сеткой внутри панели для надежного заземления. При рациональном подборе композитной смеси из опилок разных металлов панели задерживают все мыслимые виды излечения, за исключением торсионного.
То есть в кратком выражении мы имеем следующее.
Способ изготовления устройства (панель, стеллаж, обрамление рабочего места) для надежного экранирования электромагнитного излучения, основанный на использовании порошков металлов и металлической сетки, отличающийся тем, что одновременно используют порошки нескольких металлов, причем на частицы каждого металла наносят пленку, содержащую другой, например, более тяжелый металл, а готовую смесь порошков, выполненную как композитная смесь, используют в качестве добавки в пластические материалы для формирования панелей стеллажа.
Изобретение поясняется фиг.1, 2, 3, 4 и 5, где на фиг.1 представлены схематичные расположения пленок на опилках металлов, на фиг.2 - показан один из вариантов сборки стеллажа (рабочего места оператора), на фиг.3 - представлен один из вариантов реализации изобретения для одного оператора, а на фиг.4 - вариант офисного стеллажа на 4 рабочих места; на фиг.5 представлены варианты исполнения панелей.
Опилка 1 из основного металла в варианте А (фиг.1) покрыта слоем (пленкой) 2 диэлектрика и слоем (пленкой) 3 с содержанием молекул более тяжелого металла. В варианте Б опилка 1 из основного металла покрыта слоем 3 из другого металла. В варианте В опилка 1 имеет слой (пленку) 2 из диэлектрического материала, слой 3 из металла с большим молекулярным весом и пленку 4 из упрочняющего материала.
Панель 5 (фиг.2), сформированная из смеси порошков металлов и связующего пластика, выполнена с токопроводящими пленками 6 и металлической сеткой 7. Панели соединены в стеллаж армирующими токопроводящими профилями 8 и винтами 9.
Стеллаж 10 (фиг.3) установлен на токопроводящую раму 11 с регулировочными винтами 12 и заземлением 13. Задняя стенка стеллажа прикреплена к стене винтами 14. Компьютерное оборудование расположено с возможностью формирования восходящего потока воздуха: источники питания, стабилизаторы - ячейка 15, компьютер - ячейка 16, принтер - ячейка 17, сканер или ксерокс - ячейка 18. Восходящий поток воздуха удаляется из стеллажа через дефлектор 19. Клавиатура с мышкой размещены на панели 20.
В офисном варианте стеллаж выполнен, например, на три или четыре места (фиг.4) сразу. По тому же принципу выполняются подводящие каналы с коммуникациями.
Один из вариантов выполнения панели представлен на фиг.5-а и 5-б. Панель выполнена с токопроводными поверхностными пленками 21 и срединной латунной сеткой 22. Панель во всю толщину заполнена и композитной смесью 23 и сформирована на основе этой смеси. Токопроводные поверхности и латунная сетка заземлены контактами 24.
На фиг.5-6 показаны углубления внешнего орнамента 25 пластины, ее вентиляционный канал 26, выполненный в этом варианте с резьбой 27.