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电磁泄漏成新安全威胁 你的电脑安全吗?

  1. 计算机主板的电磁泄漏

  计算机主机板基本可分为5个功能块:处理子系统(CPU)及其支持部件、只读存储器(ROM)子系统、随机存储器(RAM)子系统、板上的I/O适配器和I/O通道。板上器件主要是集成电路芯片,由于其结构尺寸和驱动电流都很小,所以其辐射作用也很小。另一方面芯片处理的都是并行信号,即使泄漏信息被截获也很难接收和恢复,所以通常并不把集成芯片认为是主要的泄漏源。并行数据对计算机及其他系统信息泄漏防护具有很大优越性。因此,应该更多地注意串行信号的泄漏问题,尽可能把串行信号并行化。

  2. 磁盘存储器的电磁辐射

  硬盘存储器是计算机系统最重要的存储设备。主要由四部分组成,即磁头盘片组件( HAD:Head Disk Assembly)、印制电路板、面板、减震安装支架及其他附件。其原理是通过磁头向高速运转中的涂覆有磁性材料的硬盘片写入或读出数据。

  硬盘存储器的最大特点是采用全封闭的HDA结构,将磁头、盘片密封在一个腔体中,里面安装有空气过滤器,构成一个超净化的密封腔工作环境,以避免外界灰尘及其他杂物影响磁头及盘片的工作。里面还有磁头定位机构、盘片驱机构、读出前置电路。从功能上来说,硬盘驱动器包括三大部分,即主轴稳速系统,磁头定位系统和数据读写系统。盘片的高速旋转是靠一个转轴电机来驱动的,磁头定位系统能够使磁头移动到所需的磁道和扇区。它们在工作时都会产生一定的电磁噪声,通过传导和辐射的方式发射出去。因此,它们是主要的辐射源之一。硬盘的读写操作都是通过硬盘控制器控制进行的,因此,硬盘控制器所在的印制电路板也是一个重要的辐射源。传输电缆和连接器,用于和计算机主板相连以及获得电源。它们在完成这些工作的同时,一些无用的电磁噪声也会通过传导或辐射的方式,耦合到这些电和连接器上。而且因为电缆有天线效应,当这些电磁噪声或有用信号频率较高时,就容易产生电磁辐射。因此,这些传输电缆和连接器,也是不可忽视的辐射源。

  3. CD-ROM驱动器的电磁辐射

  由于光盘驱动器内部存在有精密的光学系统,其防尘要求是非常严格的。一般情况下,整个驱动器封装在一个密闭的金属盒中。这在客观上起到了屏蔽作用,降低了驱动器的电磁辐射。但是,磁噪声,仍然能够通过耦合到连接电缆发射出去而产生电磁泄漏。

  4. 电源的电磁辐射

面对电磁泄漏您的电脑还安全?--计算机设备信息泄漏与安防揭秘

  电源是PC机的最重要部件之一,其主要功能是将外部的交流电转换成计算机各部件需要的、各种类型的、稳定的直流电源。一般个人计算机的电源通常是开关电源。开关电源与线性稳压电源相比,具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点,但开关电源会产生较强的电磁干扰,影响周围设备的正工作,同时电源还会通过与其连接的电源线向外辐射电磁波。

  5. 机箱的电磁辐射

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  机箱在制造过程中不可避免的产生接缝和孔隙,而且很多有关机箱散热等要求,需要有孔隙。在机箱内的各元器件、集成电路、印制电路板的走线、有信号电流经过的地方都可能向周围空间辐射电磁能量,并通过机箱的孔隙辐射出去,主机频率越高就越容易产生电磁辐射。因此我们要选择高导电性、导磁性材料做的机箱,要使其具有良好的屏蔽效果,以防止电磁辐射而导致的信息电磁漏,并且还要有良好的接地措施外扩散和外电磁环境对机箱内部器件的影响。我们把机箱放在专业红外线相机前拍摄,可以明显看到机箱的辐射分布(越红的区域辐射越大)。另外提醒大家一点,如果夏天因散热问题把机箱盖打开,辐射将大大加强。

  6. CRT显示的电磁泄漏

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  显示器是计算机系统的主要组成部分,也是人与计算机的接口部件。上图显示出了显示器的内部实物图,其中偏转线圈、主电路板、信号线元件成为显示器电磁辐射的最主要源头。在一定强度的电磁辐射作用下,人体的眼睛、大脑、神经等器官容易受到损害。另一方面,由于计算机处理的是各种数据和信息,其辐射的电磁波中会携带这些信息。若这些电磁波被人用专门设备接收,则会造成信息泄密。左图为正常电脑显示,右图为截获的画面显示:

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  显示系统主要的泄漏源包括显示卡到监视器的视频接口、显示器,如下图所示:

面对电磁泄漏您的电脑还安全?--计算机设备信息泄漏与安防揭秘

  计算机系统各部件的电磁辐射对信息安全的危害程度是不同的,显示器因为具有开放性好、串行信号处理单元丰富和视频通路电流大、视放电平高等特点,被认为是首要的信息泄漏因素。笔者认为视频信号处理电路和电子束的电磁辐射是主要原因,CRT部件和视频放大器为主要的泄漏发射源。但随着液晶显示器的逐渐普及,液晶显示器的辐射量要远小于CRT显示器。

  7. 键盘和鼠标的电磁辐射

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  键盘是计算机系统中最长用的部件,它一般由按键、导电塑胶、微处理器和接口电路组成。键盘是计算机系统中人机交互的重要工具之一,同时也是计算机的数据输入装置。如果截获到键盘辐射出的电磁信息,其中不仅包含在显示器屏幕上直接显示的内容,还包含一些在键盘上输入的非显示信息的指令。有实验证明:当在键盘连续保持按下“H”键时,可以用频谱仪测量键盘与主机连接的信号线的传导发射特性;当按不同的键时,频谱仪接收到的谱线会发生频移。

  鼠标同键盘一样,都是通过其与计算机之间的连接电缆向外辐射电磁波,这种电磁波可以被一定规格的侦收电路所接收、解码与还原。

  8. PCB电磁泄漏

  PCB是一种复杂的信息泄漏源。PCB板上器件本身,即其引脚、印制板连线、插头、插座及电缆都像天线,在各种波形工作电流的激励下,向空间发射电磁波,并以此种形式向外泄漏信息。其辐射效果与PCB的结构、传输线的长度、电路组成、回路面积、地线走向及整体布局等诸多因素有关。可以引用电偶极子和偶极子在自由空间的电磁场分布模型来讨论计算机PCB板的电磁辐射问题,这种讨论对裸露的PCB板的辐射情况是很接近的。因为由于PCB板大都采用大规模集成电路,线度小,容易满足电偶极子和磁偶极子的辐射模型的应用条件,如果要精确地讨论实物的辐得电路各处的实际激励电流,考虑电磁波在不同介质中的传播规律及边界条件求得实际的空间电磁场分布。但这是一个非常复杂的工作。由磁偶极子的辐模型,推得磁偶极子的总辐射功率与激励电流的平方、回路面积的平方、激励流的四次方成正比。对于任意电流分布,可以看作是上述单位电流元的某种加权分布,按空间积分,进行矢量叠加求得。软盘存储器与硬盘存储器的主要电信息辐射之一就是读/写它们电路的PCB板。

  9. 线缆电磁泄漏

  在计算机系统中,由于视频电缆传送的信号是串行信号,而且电缆在波长天是其物理长度3倍的情况下起天线谐振作用,因此它是最容易产生电磁辐射和信信息泄漏的泄漏源。已有实验研究证明,液晶显示器、平板显示器和等离子显示器能的视频接口电缆在整个计算机系统的辐射频谱中占有相当大的比重。因而应该采措施如多点接地来降低和抑制电缆连线的电磁泄漏。对于网络系统中的其他缆,同样存在着电磁泄漏的问题,其泄漏途径同计算机系统中的视频电缆类似。

  10. 其他网络器件的电磁泄漏

  对于网络系统中的其他元器件,比如路由器、交换机等,同样也存在着电电磁泄漏的现象。相关的电磁泄漏原理同上述的电子器件类似,必须充分考虑上述电磁泄漏现象,采取相关的拘防范措施,以防止关键有用信息的电磁泄漏。

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