CC BY
89
Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
УДК 621.313:536.2.24:539.2
В.Ф. Болюх, И.С. Щукин
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА УНИЧТОЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЦИФРОВЫХ НАКОПИТЕЛЯХ
Розроблено комплекс високоефективних автономних імпульсних електромеханічних та електромагнітних пристроїв знешкодження інформації на цифрових носіях. Зазначені пристрої при обмежених масогабаритних показниках збуджують потужні механічні та магнітні імпульси. Розглянуті електромеханічні пристрої індукційно-динамічного типу, з акумулюванням механічної енергії та пристрої комбінованої дії, що використовують індукційно-динамічні, електродинамічні та електромагнітні сили. Запропоновані конструкції пристроїв, що призначені для знешкодження інформації на USB флеш-накопичувачах та твердотільних SSD накопичувачах. Запропонована конструкція імпульсного магнітно-механічного пристрою, в якому знешкодження інформації здійснюється механічним та магнітним імпульсами одночасно. Бібл. 22, табл. 1, рис. 21.
Ключові слова: імпульсні електромеханічні і електромагнітні пристрої, знищення інформації на цифрових накопичувачах, конструкції пристроїв, механічні та магнітні імпульси.
Разработан комплекс высокоэффективных автономных импульсных электромеханических и электромагнитных устройств уничтожения информации на цифровых накопителях. Указанные устройства при ограниченных массогабаритных показателях возбуждают мощные механические или магнитные импульсы. Рассмотрены электромеханические устройства индукционно-динамического типа, с аккумулированием механической энергии и устройства комбинированного действия, использующие индукционно-динамические, электродинамические и электромагнитные силы Предложены конструкции устройств, предназначенных для уничтожения информации на USB флеш-накопителях и твердотельных SSD накопителях. Предложена конструкция импульсного магнитно-механического устройства, в котором уничтожение информации осуществляется механическим и магнитным импульсами одновременно. Библ. 22, табл. 1, рис. 21.
Ключевые слова: импульсные электромеханические и электромагнитные устройства, уничтожение информации на цифровых накопителях, конструкции устройств, механические и магнитные импульсы.
Введение. В настоящее время на цифровых накопителях хранятся значительные объемы информации, имеющие большую важность, конфиденциальность и коммерческую ценность. К цифровым накопителям предъявляются высокие требования по защите хранящейся информации при несанкционированном доступе. В качестве цифровых накопителей информации (ЦНИ) используются накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), USB-Flash накопители, SSD накопители, оптические диски, карты памяти SD, CF и др. Надо иметь ввиду, что в мире ежегодно производят около 5 млрд Гбайт оригинальной информации, около 80 % которой хранится и передается при непосредственном участии накопителей, использующих принципы магнитной записи [1, 2].
Наиболее эффективным путем сохранения важной информации при несанкционированном доступе или при необходимости гарантированного ее уничтожения рассматриваются методы, при которых разрушается или невозвратимо повреждается ЦНИ, расположенный внутри или вне компьютера [3].
Решение на уничтожение информации ЦНИ принимает либо оператор, либо автоматика, которая должна обеспечивать высокую скорость, надежность, безопасность, автономность и т.п. [4]. Наибольшее распространение получили следующие способы уничтожения информации на ЦНИ [5, 6]:
Механический способ, при котором ЦНИ механически разрушается так, чтобы исключить возможность прочтения информации каким-либо способом. Данный способ можно реализовать путем измельчения ЦНИ шредером, нарушения герметичности камеры,
поскольку вскрытие корпуса гермокамеры приводит к загрязнению пластин и выводу НЖМД через несколько часов из строя, путем сверления ЦНИ, воздействием ударной нагрузки, например при помощи молота и др.
Магнитный способ, при котором осуществляется либо размагничивание НЖМД медленно затухающим магнитным полем, либо его намагничивание сильным магнитным полем. Наибольшее распространение получили импульсные установки, которые создают сильные магнитные поля кратковременного воздействия.
Термический способ, при котором осуществляется нагрев ЦНИ до температуры плавления. Гарантия уничтожения информации наступает при разогреве накопителя до температуры 800-1000 °С. Так при нагревании ферромагнетика до температуры, превышающей точку Кюри, материал становится парамагнетиком. Ферромагнитный материал рабочего слоя НЖМД теряет свою остаточную намагниченность, и все следы записанной информации уничтожаются.
Пиротехнический способ, при котором разрушение ЦНИ осуществляется при помощи взрыва.
Металлотермический способ, при котором уничтожение основы НЖМД, на который непосредственно нанесено магнитное покрытие, осуществляется высокой температурой самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Для этого на основу наносится специальный слой термитного покрытия.
Химический способ, при котором разрушение рабочего слоя или основы НЖМД осуществляется путем применения химически агрессивных сред.
© В.Ф. Болюх, И.С. Щукин
36
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
Радиационный способ, при котором разрушение ЦНИ производится ионизирующими излучениями различной природы.
Однако все указанные способы, кроме механического и магнитного, требуют специальных условий и не могут использоваться в обычных офисных или жилых помещениях.
Необходимо учитывать, что если механический способ осуществлять с использованием специального устройства разрушения (шредер, сверло, молоток и др.), то ЦНИ необходимо вынимать из компьютера, что не позволяет осуществить необходимое быстродействие.
Наиболее перспективными представляются механический способ уничтожения информации ЦНИ с использованием импульсного электромеханического устройства и магнитный способ. Это способы можно реализовать на работающем или выключенном компьютере за очень короткое время при поступлении сигнала о несанкционированном доступе. При этом устройства, реализующие данные способы, должны быть автономными, иметь малые массогабаритные показатели, возбуждать мощные механические или магнитные импульсы, быть безопасными и надежными в эксплуатации.
Однако для реализации указанных требований необходимо провести комплекс работ, включающий математическое моделирование электромагнитных и механических процессов, экспериментальные исследования и разработку новых технических решений.
Целью статьи является обобщение накопленной информации по существующим конструкциям и анализ перспективных технических решений в области высокоэффективных импульсных электромеханических (ЭУЗИ) и магнитно-импульсных (МУЗИ) устройств защиты информации. В качестве импульсного источника возбуждения индуктора в данных устройствах используется емкостной накопитель энергии (ЕНЭ).
ЭУЗИ индукционно-динамического типа. Рассмотрим ЭУЗИ, в котором реализуется индукционнодинамическое взаимодействие между неподвижным индуктором, возбуждаемым от ЕНЭ, и подвижным электропроводящим якорем, ускоряющим боек в сторону цифрового носителя информации [7, 8].
Силовая часть ЭУЗИ индукционно-
динамического типа содержит неподвижный индуктор 1 с многовитковой обмоткой, которая уложена в стеклотекстолитовый кожух 2 и замоноличена эпоксидной смолой (рис. 1,а). Индуктор прикреплен к каркасу 3. Напротив обмотки индуктора установлен электропроводящий якорь 4, соединенный с силовой пластиной 5. В центре индуктора, якоря и силовой пластины выполнены отверстия, в которых расположен подвижный боек 6, имеющий концевую часть 7, и упорный выступ 8. Заостренный конец бойка 6 установлен напротив ЦНИ 9, а его концевая часть 7 - в зазоре оптического датчика положения 10. Пружина 11, прикрепленная к каркасу 3 и силовой пластине 5, обеспечивает плотное прижатие якоря 3 к индуктору 1 до и после силового импульса. Сверху устройства установлен защитный кожух 12.
Электрическая часть ЭУЗИ включает (рис. 1,6): зарядное устройство ЗУ, аккумулятор А, преобразователь ПР, обеспечивающий на выходе ток высокой частоты, трансформаторно-выпрямительный блок ТВ, обеспечивающий повышение напряжения и его выпрямление, емкостной накопитель энергии ЕНЭ, разрядник (или динистор) Р, коммутатор К, формирователь импульсов тока ФИ, обеспечивающий апериодический полярный импульс тока в индукторе И, якорь Я, датчик положения ДП и блок управления БУ, задающий величину напряжения и форму разрядного тока в индукторе.
Рис. 1. Конструктивная (а) и функциональная (6) схемы ЭУЗИ индукционно-динамического типа
После подачи управляющего импульса от коммутатора К осуществляется преобразование постоянного напряжения аккумулятора А в переменное высокой частоты. Это напряжение поступает на трансформаторно-выпрямительный блок ТВ, повышается и выпрямляется, заряжая ЕНЭ. При заданной величине напряжения разрядник Р открывается и в индукторе И посредством формирователя импульсов тока ФИ возникает апериодический импульс тока. Этот ток возбуждает магнитное поле, которое в электропроводящем якоре Я индуцирует вихревые токи.
Взаимодействие магнитного поля индуктора и индуцированных токов в якоре приводит к возникновению электродинамических сил (СЭД) отталкивания якоря от индуктора. Якорь Я вместе с силовой пластиной толкает боек, заостренный конец которого пробивает ЦНИ 9. Под действием пружины 11 якорь Я вместе с силовой пластиной возвращаются в исходное положение до соприкосновения с индуктором И.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
37
Такой цикл повторяется до проникновения бойка в ЦНИ на глубину, задаваемую датчиком положения ДП, после чего коммутатор К прекращает процесс [9].
На рис. 2 показаны ЭУЗИ индукционно-
динамического типа моноблочного и двухблочного исполнения. В двухблочном исполнении имеется силовой и электронный блоки, которые соединены между собой гибкими проводами. В этих ЭУЗИ имеется круглый якорь, наружный диаметр которого совпадает с диаметром обмотки индуктора. С якорем соединена силовая пластина.
а
б
Рис. 2. Общий вид ЭУЗИ моноблочного исполнения с НЖМД (а) и двухблочного исполнения (б), с силовым (на переднем плане) и электронным (на заднем плане) блоками
Указанные ЭУЗИ имеют следующие параметры обмотки индуктора: внешний диаметр Dex1 = 100 мм, внутренний диаметр Din1=10 мм, высота H1=10 мм, количество витков ^=46 шт, сечение шины a*b = = 1,8^4,8 мм2; медного якоря: внешний диаметр Dex2=100 мм, внутренний диаметр Din2=6 мм, высота H2=3 мм; ЕНЭ: емкость C = 2850 мкФ, зарядное напряжение U0 = 400 В.
Математическая модель импульсного индукционно-динамического преобразователя, описывающая комплекс взаимосвязанных электромагнитных, механических и тепловых процессов, представлена в работах [10-12].
На рис. 3 показаны временные характеристики ЭУЗИ: плотность тока в индукторе j\, усредненная по сечению плотность тока в якоре j2, величина f и импульс Fz =|fzdt СЭД, действующие на якорь в аксиальном направлении.
Разрядный ток в индукторе, индуцированный ток в якоре и СЭД имеют характер полярных импульсов. В результате сохранения полярности величины СЭД f происходит увеличение аксиального импульса СЭД Fz в начале рабочего процесса с последующим насыщением к его окончанию.
Рис. 3. Временные характеристики ЭУЗИ индукционнодинамического типа
В каждый момент времени наблюдается пространственная неравномерность электромеханических процессов. На рис. 4 показано 2D распределение магнитной индукции в активных элементах ЭУЗИ в момент максимума СЭД (0,37 мс). В последующем все распределения параметров будем рассматривать при максимуме СЭД, действующих на якорь. Можно отметить существенную неравномерность распределения индукции магнитного поля, как в радиальном, так и в аксиальном направлениях в активных элементах ЭУЗИ. Наибольшая индукция возникает в центральной области индуктора и в зоне между индуктором и якорем, а наименьшая - внутри индуктора.
В, Тл
Р 2,50-3.00 2.00-2.49 1.50-1.99 Ш 1.00-1.49 0.50-0.99 0.00-0,49
1 2
Рис. 4. Распределение индукции магнитного поля в индукторе 1 и якоре 2 ЭУЗИ
Были проведены экспериментальные исследования ЭУЗИ, при которых с помощью электронного осциллографа RIGOL измерялись ток в индукторе и динамическое давление на НЖМД. Для измерения динамического давления использовался датчик М101А06 фирмы PCB, который снабжен встроенным усилителем, имеет динамический диапазон 0,68-3450 кПа, чувствительность 1,45 мВ/кПа и выдерживает максимальное давление 34,5 МПа. На рис. 5,а показан измеренный ток в индукторе при отсутствии начального зазора между бойком и НЖМД, который удовлетворительно совпадает с рассчитанным током (см. рис. 3). На рис. 5,б показано измеренное значение динамического давления, которое удовлетворительно совпадает с рассчитанным.
38
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
Рис. 5. Измеренные ток в индукторе (а) и динамическое давление (б) ЭУЗИ индукционно-динамического типа
В процессе испытаний установлено, что пробой стандартного НЖМД происходит после 1 удара, на что необходимо 3 с после подачи запускающего импульса. В случае использования НЖМД с особо прочным корпусом ЭУЗИ возбуждает серию последовательных силовых импульсов для проникновения бойка на заданную глубину. Отметим, что после воздействия трех импульсов пробивался НЖМД с самым прочным корпусом.
На рис. 6 показан общий вид НЖМД со снятой крышкой после срабатывания ЭУЗИ.
Рис. 6. Общий вид НЖМД со снятой крышкой после срабатывания ЭУЗИ
Предлагаемая технология защиты информации защищена патентами [5, 10] и характеризуется высокой эффективностью. При этом отмечаются следующие повреждения НЖМД: сквозные отверстия во всех пластинах с магнитным слоем, деформация блока головок, нарушение геометрии пластин (видно по
отражению света на пластинах) и микротрещины магнитного слоя в районе удара. По заключению специалистов по восстановлению НЖМД компании Ontrack Data Recovery, которые гарантируют среднюю эффективность восстановления данных НЖМД на уровне 75 %, в том числе после воздействия внешнего магнитного поля, на данный момент не существует технологии, с помощью которой можно было бы восстановить информацию, когда в пластинах НЖМД есть дырка [13].
Как показывает анализ, прямоугольный якорь имеет ряд конструктивных преимуществ по сравнению с круглым при использовании в ЭУЗИ [14]. На рис. 7 показаны якоря круглой и прямоугольной формы. Медные якоря со стальными силовыми пластинами соединены при помощи четырех крепежных элементов, расположенных симметрично в круглом якоре и в углах прямоугольного якоря.
а б
Рис. 7. Образцы якоря круглой (а) и прямоугольной (б) формы
Крепежные отверстия в якоре могут влиять на характер индуцированного тока. Было установлено месторасположение указанных отверстий, при которых происходит минимальное ухудшение СЭД в ЭУЗИ. На рис. 8 показано распределение плотности индуцированного тока в круглом (Dex2 = 100 мм) и в прямоугольном (В = 100 мм, А = 120 мм) якорях.
В круглом якоре отверстия расположены вблизи центральной оси и они мало влияют на эффективность ЭУЗИ. Перераспределение плотности тока наблюдается непосредственно в области крепежных отверстий. В прямоугольном якоре распределение плотности тока практически симметрично относительно центральной оси, а основные отличия возникают на краях. На участках якоря, расположенных вне индуктора (в углах и концах длинной стороны) плотности индуцированного тока минимальны, что показывает целесообразность расположения здесь крепежных отверстий.
На рис. 9,а показан усовершенствованный ЭУЗИ многоблочного исполнения, включающий два силовых и один электронный блок со снятыми защитными крышками. Как видно, основной объем электронного блока составляет батарея электролитических конденсаторов. Сверху силового блока установлены оптические датчики положения концевой части бойка.
Силовые блоки выполняются или с фиксируемым или подвижным НЖМД, что обусловлено требованиями монтажа и диагностики (рис. 9,б,в). В этих силовых блоках якорь выполнен в форме прямоуголь-
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
39
ника, силовая пластина выполнена в элементами жесткости, а возвратные пружины соединены с тягами, которые установлены перекрестно друг с другом.
а
Уз, А/мм"
1101-1300 901-1100 701-900 501-700 201-500 0-200
б
Рис. 8. Распределение плотности тока в круглом (а) и прямоугольном (б) якорях
а
б в
Рис. 9. Общий вид ЭУЗИ многоблочного исполнения (а), силовой блок с фиксируемым (б) и подвижным (в) НЖМД
ферромагнитный штырь 6, который взаимодействует с электромагнитом 7. Между якорем 3 и диском 4 установлена пружина 8.
Таблица 1
Параметры ЭУЗИ двухблочного исполнения
Диаметр бойка 5 мм
Длина рабочего хода бойка 15 мм
Напряжение питания, 12 В
Потребляемая мощность при зарядке аккумулятора 200 Вт
Габаритные размеры: • силового блока 185x112x100 мм
• электронного блока 225x119x54 мм
Масса: • силового блока 2,2 кг
• электронного блока 1,4 кг
Режим работы повторно- кратковременный
Мощность в импульсе 10 кВт
Энергия удара 30 Дж
Величина импульса тока индуктора 2,4 кА
Максимальная скорость якоря 13,6 м/с
Продолжительность включения 0,5 %
Работой ЭУЗИ управляет блок питания БУ. В исходном положении электромагнит 7 питается от преобразователя ПР, удерживая ферромагнитный штырь 6 вместе с силовым диском 4. Вследствие этого при возбуждении индуктора 1 от заряженного ЕНЭ C под действием СЭД происходит незначительное перемещение якоря 3, при котором пружина 8 сжимается. После чего электромагнит при помощи блока управления БУ отключают от источника питания. Силовой диск 4 вместе с бойком под действием СЭД и силы сжатия пружины приобретает дополнительную кинетическую энергию в направлении оси z.
Рис. 10. ЭУЗИ с аккумулированием механической энергии
В табл. 1 представлены основные массогабаритные и электромеханические параметры ЭУЗИ двухблочного исполнения.
ЭУЗИ с аккумулированием механической энергии. Одним из недостатков ЭУЗИ индукционнодинамического типа является относительно невысокая эффективность, связанная с перемещением якоря до момента возникновения максимальной СЭД. Указанную проблему решает ЭУЗИ с аккумулированием механической энергии, в котором якорь на начальном рабочем участке удерживается внешним электромагнитом [15]. Индуктор 1, охваченный ферромагнитным экраном, взаимодействует с электропроводящим якорем 3, который перемещает силовой диск 4 с бойком 5 (рис. 10). С силовым диском связан направляющий
ЭУЗИ комбинированного действия. Одним из направлений повышения эффективности ЭУЗИ является организация совместного действия СЭД отталкивания на электропроводящий якорь и электромагнитных сил притяжения на ферромагнитный якорь, которые направлены в сторону ЦНИ.
На рис. 11 представлен ЭУЗИ индукционноэлектромагнитного типа, у которого оба якоря соединены между собой. Роль ферромагнитного якоря выполняет боек [16].
ЭУЗИ включает индуктор 1, электропроводящий якорь 2, выполненный в форме диска с внутренней обечайкой, и ферромагнитный боек 3 который соединен с якорем 2 (рис. 11). ЦНИ 4 размещается в ферромагнитном корпусе 5, который содержит стенки 6 и
40
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
выемку 7 для ЦНИ 4. При возбуждении индуктора 1 на расширенную часть бойка 3 действуют электромагнитные силы, а на якорь 2 - СЭД, которые направлены в одну сторону. Под действием этих сил боек 3 заостренным концом 8 пробивает ЦНИ 4.
На рис. 11,б,в показаны элементы и общий вид этого ЭУЗИ, который был испытан и подтвердил основные теоретические положения.
б в
Рис. 11. Конструктивная схема с распределением магнитного поля (а), элементы (б) и общий вид (в) ЭУЗИ индукционноэлектромагнитного типа
Поскольку скорость нарастания электромагнитных и электродинамических сил различна, то перспективным направлением совершенствования ЭУЗИ является разделение электропроводящего и ферромагнитного якорей при использовании механического аккумулирования энергии (рис. 12) [17]. В этом устройстве индуктор 1 взаимодействует с электропроводящим 2 и ферромагнитным 3 якорями. Якорь 2 соединен с силовым диском 4, который в исходном положении удерживается упругими фиксаторами 5. Между якорем 3 и диском 4 установлена силовая пружина 6, а между диском 4 и корпусом 7 установлена возвратная пружина 8, охватывающая боек 9. К якорю 3 присоединены направляющие штыри 10, которые воздействуют на фиксаторы 5.
При возбуждении индуктора 1 на электропроводящий якорь 2 действуют СЭД отталкивания. Однако этот якорь удерживается в состоянии максимальной магнитной связи с индуктором упругими фиксаторами 5. На ферромагнитный якорь 3, обладающий большей инерционностью, со стороны индуктора 1 действует электромагнитная сила притяжения. При перемещении якоря 3 силовая пружина 6 сжимается. После воздействия направляющих штырей 10 упругие фиксаторы 5 отпускают якорь 2 с силовым диском 4. При этом силовая пружина 6 обеспечивает увеличение кинетической энергии бойка 9.
Рис. 12. ЭУЗИ индукционно-электромагнитного типа с ферромагнитным и электропроводящим якорями
Одним из путей увеличения механического импульса ЭУЗИ является совместное использование индукционно-динамических, электродинамических и электромагнитных сил, направленных в одну сторону [18]. ЭУЗИ комбинированного действия содержит индуктор, состоящий из неподвижной 1 и подвижной 2 секций, которые соединены между собой электрически последовательно и встречно по магнитному полю при помощи контактного токосъема (рис. 13).
Рис. 13. Конструктивная схема (а) и распределение магнитного поля (б) ЭУЗИ комбинированного действия
Подвижная секция 2 индуктора установлена напротив электропроводящего якоря 3, а неподвижная секция 1 индуктора - напротив ферромагнитного якоря 4, с которым соединен боек 5. Боек выполнен с расширенным участком, контактирующим с якорем 3. Указанные элементы расположены в ферромагнитном корпусе 6. Между якорем 3 и корпусом установлена возвратная пружина 7. Один из направляющих стерж-
а
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
41
ней 8 для подвижной секции 2 индуктора выполнен в виде скользящего контакта.
При возбуждении индуктора между его секциями 1 и 2 возникает электродинамическая сила отталкивания, между подвижной секцией 2 индуктора и электропроводящим якорем 3 возникает индукционно-динамическая сила отталкивания, а между неподвижной секцией 1 индуктора и ферромагнитным якорем 4 возникает электромагнитная сила притяжения. Все указанные силы суммируются, вследствие чего боек 5 приобретает повышенную кинетическую энергию. На рис. 13,6 показано распределение магнитных полей в момент максимума тока в индукторе, откуда следует, что наибольшее поле возникает в направляющей части бойка и в зазоре между подвижной секцией индуктора и электропроводящим якорем.
ЭУЗИ для USB флеш-накопителя. Поскольку USB флеш-накопители обладают малыми размерами и удлиненной формой, то это необходимо учитывать при разработке соответствующих ЭУЗИ. Рассмотрим ЭУЗИ с замкнутым магнитопроводом, который содержит индуктор 1 в виде соленоида и электропроводящий якорь 2, расположенные внутри ферромагнитного сердечника 3, выполненного в виде стакана с крышкой 4 (рис. 14,а) [19].
а б
Рис. 14. Конструктивная схема (а) и распределение магнитных полей (б) ЭУЗИ с замкнутым магнитопроводом
Рассмотрим ЭУЗИ, предназначенное для уничтожения информации USB флеш-накопителя путем излома с мультииндуктором (рис. 15) [20]. Устройство состоит из прямоугольного ферромагнитного корпуса 1, внутри которого на верхней стороне закреплены два индуктора 2 и 3, а на нижней стороне закреплен индуктор 4 так, что его центральная ось расположена между центральными осями индукторов 2 и 3. Коаксиально с каждым индуктором 2, 3, 4 расположены подвижные якоря 5, 6, 7 и бойки 8, 9, 10. Каждый боек выполнен с направляющим цилиндрическим участком, расположенном в центральных отверстиях индуктора и якоря, с расширенной частью и с заостренным концом, направленным в сторону цифрового USB флеш-накопителя 11. Внутри корпуса 1, расположены плоские пружины 12, прижимающие якоря к индуктору и фиксирующие флеш-накопитель 11.
Рис. 15. Конструктивная (а) и электрическая (б) схемы ЭУЗИ для USB флеш-накопителя с мультииндуктором
Индуктор 1 и якорь 2 расположены на центральном стержне 5 сердечника. В крышке 4 сердечника выполнен ряд направляющих отверстий, внутри которых установлены направляющие стержни 6, соединенные одним концом с ударным диском 7, а другим концом - с плоскими выступами 8, которые контактируют с якорем 2. Боек 9 соединен с ударным диском 7, а его заостренная часть направлена в сторону USB флеш-накопителя 10.
При возбуждении индуктора 1 возникающее магнитное поле проходит по ферромагнитному сердечнику 3, индуцируя вихревой ток в якоре 2. При этом сердечник 3 вместе с крышкой 4 и центральным стержнем 5 образуют замкнутый магнитопровод. Это усиливает магнитную связь между индуктором 1 и якорем 2, а значит и СЭД даже при перемещении якоря (рис. 14, б).
В электронном блоке 13 ЭУЗИ расположены последовательно соединенные между собой автономный источник постоянного напряжения 14, преобразователь постоянного напряжения в переменное 15, повышающий трансформатор 16, выпрямитель 17 и ЕНЭ C, к которому посредством управляемого электронного ключа VS подключены последовательно соединенные индукторы 2, 3 и 4 с полными сопротивлениями, соответственно Z2, Z3 и Z4 (рис. 13,б). В блоке размещены светодиод VD0 с ограничивающим резистором R и обратный диод VD\.
При поступлении сигнала на уничтожение информации цифрового накопителя нажимают кнопку Q. При этом происходит разряд ЕНЭ С и в индукторах 2, 3, 4 возникает ток. После разряда ЕНЭ прекращается свечение светодиода 19. При этом на якоря 5, 6, 7 действуют СЭД силы, вследствие чего происходит пере-
42
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
мещение бойков 8, 9, 10 и осуществляется деформирование цифрового накопителя 11 путем пробивания отверстия и/или его механического излома.
ЭУЗИ с мультиякорем для SSD накопителя информации. В твердотельном SSD накопителе информации механическое уничтожение информации на одном участке не приводит к уничтожению информации на смежных участках. Для данного ЦНИ предлагается конструкция ЭУЗИ, в котором с индуктором взаимодействуют ряд упорядочено расположенных якорей, которые формируют, так называемый, мультиякорь [21].
Рис. 16. Конструктивная схема ЭУЗИ с мультиякорем после срабатывания
Индуктор 1 выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда (рис. 16). В зазоре между индуктором 1 и ЦНИ 2 расположены ряд подвижных якорей 3, формирующих мультиякорь. Каждый якорь выполнен конусообразным с электропроводящей плоской поверхностью и с заостренным стальным концом, обращенным к ЦНИ 2. Фиксирующая упругая лента 4 прижимает якоря 3 к индуктору 1. Концы ленты 4 намотаны на приемный приводной 5 и выдаваемый подторможенный 6 барабаны лентопротяжного механизма таким образом, что обеспечивается перемещение ленты в зазоре между индуктором 1 и ЦНИ 2. Между выдаваемым подторможенным барабаном 6 и индуктором 1 установлено устройство 7 фиксации мультиякоря 3 в ячейки ленты 4. Между индуктором 1 и приемным приводным барабаном 5 установлено дозирующее устройство 8 со щелью для прохода ленты 4.
Для уничтожения информации ЦНИ осуществляют разряд ЕНЭ на индуктор. При этом в электропроводящей поверхности каждого якоря 3 индуцируется ток, на которые со стороны индуктора действуют СЭД. Мультиякорь вылетает из ленты, заостренными концами пробивая ЦНИ 2 во многих участках, что важно для твердотельного SSD накопителя информации.
Магнитно-импульсные устройства защиты информации. Как показывают исследования, при воздействии мощным импульсом магнитного поля, созданного индуктором, у близко расположенного НЖМД деформируется корпус, изгибаются жесткие магнитные диски и устройства позиционирования головок, отлетают записывающие/считывающие головки и повреждаются платы контроллера. Особенно разрушительное действие на защищаемый НЖМД это поле оказывает в процессе работы компьютера, поскольку жесткие магнитные диски вращаются с высокой скоростью и для них механические воздействия ударного типа наиболее опасны.
Для реализации указанных задач предлагается магнитно-импульсное устройство защиты информации (МУЗИ), которое содержит аккумулятор 1, полярный ЕНЭ 2 и индуктор 3, установленный смежно НЖМД 4 (рис. 17) [22]. Индуктор 3 электрически
соединен с ЕНЭ 2 посредством разрядника 5, управляемого контроллером 6, на который поступает пусковой сигнал 7 об опасности утечки информации. Аккумулятор 1 подключен к зарядному устройству 8 и к преобразователю 9, который преобразует постоянное напряжение в переменное высокочастотное. Преобразователь 9 соединен с повышающим трансформатором 10, к выходу которого подключен выпрямитель 11, соединенный с ЕНЭ 2. Контроллер 6 соединен с устройством 12, задающим число импульсов магнитного поля индуктора.
В цепях между зарядным устройством 8 и аккумулятором 1, выпрямителем 11 и ЕНЭ 2, контроллером 6 и преобразователем 9 установлены светодиодные индикаторы, соответственно, 13, 14 и 15, реагирующие на наличие сигнала в этих цепях.
Рис. 17. Функциональная схема МУЗИ
На рис. 18 показаны изготовленные и испытанные образцы индукторов. Индуктор на рис.18,а выполнен монолитным по форме и габаритам, соответствующим НЖМД 3,5 дюйма, так, что обмотка индуктора расположена напротив магнитных дисков. Указанный индуктор предназначен для возбуждения импульсного магнитного поля на два смежно расположенных НЖМД. Индуктор, показанный на рис. 18,6, выполнен толщиной 1,2 мм, что важно для размещения в корзине сервера между установленными НЖМД.
а б
в г
Рис. 18. Общий вид индукторов МУЗИ
На рис. 18,в показаны закрытые декоративной пленкой тонкие индуктора с размерами НЖМД 3,5 и 2,5 дюйма. Они предназначены для одностороннего воздействия магнитного поля на НЖМД. Для этого на одной стороне индуктора установлен ферромагнитный экран, уменьшающий поле с одной стороны и увеличивающий его с противоположной стороны.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
43
На рис.18,г показан индуктор, встроенный в выдвижную панель корзины сервера, а на рис. 19 показана корзина сервера, в которой установлен данный индуктор.
Для испытания индуктора МУЗИ использовалась установка, показанная на рис. 20, которая включает пусковую кнопку 1, аккумулятор 2, источник питания 3, электронный преобразователь 4, блок ЕНЭ 5, соединительные провода 6, алюминиевый якорь 7 и тонкий индуктор 8.
Рис. 19. Общий вид корзины сервера с индуктором МУЗИ
Результаты испытаний фиксировались путем измерения высоты подбрасывания якоря, установленного коаксиально с обмоткой индуктора, при его возбуждении.
Рис. 20. Схема испытания МУЗИ с тонким индуктором, закрытым декоративной пленкой
Импульсное магнитно-механическое устройство уничтожения информации. Для гарантированного уничтожения информации перспективна идея совместного воздействия импульсного магнитного поля и механического удара на ЦНИ. Поскольку в ЭУЗИ электропроводящий якорь, установленный смежно с одной торцевой поверхности индуктора, экранирует импульсное магнитное поле, то для воздействия на ЦНИ необходимо использовать другую торцевую поверхность индуктора.
На рис. 21 показана конструктивная схема импульсного магнитно-механического устройства, в котором реализован данный принцип. Данное устройство состоит из ферромагнитного каркаса 1, внутри которого коаксиально расположены индуктор 2, электропроводящий якорь 3 и ферромагнитный боек 4. Боек выполнен с направляющим участком и заостренным концом, направленным в сторону ЦНИ 5.
Рис .21. Импульсное магнитно-механическое устройство во время работы
К якорю 3 присоединен силовой диск 6 с толкателем 7. Внутри каркаса 1 расположено несколько рычагов, каждый из которых состоит из двух противоположных плеч 8 и 9, разделенных опорой 10. Плоский конец бойка 4 взаимодействует с плечом 8 рычага, а силовой диск 6 через толкатель 7 взаимодействует с плечом 9 рычага. Опоры рычагов 10 зафиксированы относительно каркаса 1. Индуктор 2 содержит направляющую втулку 11, внутри которой расположен заостренный конец бойка 4.
Для уничтожения информации ЦНИ 5 осуществляют возбуждение индуктора 2 от ЕНЭ. Импульсный ток в индукторе 2 возбуждает магнитное поле, которое воздействует на ЦНИ 5, уничтожая находящуюся на нем информацию.
Магнитное поле индуктора 2 наводит вихревые токи в якоре 3. Возникающие при этом СЭД перемещают якорь вместе с силовым диском 6 в направлении от индуктора. При этом толкатель 7 воздействует на плечи 9 рычагов и происходит поворот рычагов относительно неподвижных опор 10. Плечи 8 рычагов перемещаются в направлении индуктора 2, осуществляя силовое воздействие на плоский конец бойка 4. Боек своим заостренным концом пробивает ЦНИ 5, окончательно уничтожая хранимую информацию.
Таким образом, на основании выполненных работ можно предложить следующую классификацию устройств уничтожения информации на ЦНИ:
По принципу работы: электромеханические,
электромагнитные, комбинированные;
По типу ЦНИ: НЖМД, USB флеш-накопитель, SSD накопитель, блейд-сервер;
По типу силового привода: индукционно-
динамический, электромагнитный, электродинамический, с упругим накопителем энергии, комбинированный.
По типу индуктора: однокатушечный, многокатушечный;
По форме индуктора: дисковый, соленоидальный;
По типу якоря: электропроводящий, ферромагнитный, индукторный, комбинированный;
По форме якоря: дисковая, цилиндрическая, комбинированная, многоэлементная;
Конструктивная схема: единый ударно-силовой блок, раздельные электронный и один или несколько силовых блоков;
Силовой блок: без магнитопровода, с магнитопроводом;
Электронный блок: однократного действия, циклического действия.
44
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
Заключение.
Разработан комплекс высокоэффективных импульсных электромеханических и электромагнитных устройств уничтожения информации на цифровых накопителях. Указанные устройства характеризуются автономностью и при ограниченных массогабаритных показателях возбуждают мощные механические или магнитные импульсы.
Рассмотрены электромеханические устройства индукционно-динамического типа, с аккумулированием механической энергии и устройства комбинированного действия, использующие индукционнодинамические, электродинамические и электромагнитные силы.
Предложены конструкции устройств, предназначенных для уничтожения информации на USB флеш-накопителях и твердотельных SSD накопителях.
Предложена конструкция импульсного магнитно-механического устройства, в котором уничтожение информации осуществляется механическим и магнитным импульсами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Спесивцев А.В. Защита информации в персональных компьютерах. - М.: Радио и связь, 1992. - 192 с.
2. Коженевский С., Чеховский С., Прокопенко С. Разрушающие методы уничтожения информации на НЖМД [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.epos.ua/view.php/about_research_datakill.
3. Барсуков В. С. Чтобы сохранить информацию, ее необходимо уничтожить! // Специальная техника. - 2001. - №6.
4. Гордиенко И. Уничтожение данных. Практический подход [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ferra.ru/online/storage/s25303.
5. Рохманюк В.М., Фокин Е.М. Аппаратура экстренного уничтожения записей на магнитных носителях // БДИ (Безопасность. Достоверность. Информация). - 2000. - №5.
6. Боборыкин С.Н., Рыжиков С.С. Оценка эффективности средств уничтожения информации, хранящейся в накопителях на жестких магнитных дисках // Специальная техника. -2001. - №3.
7. Болюх В.Ф., Марков А.М., Лучук В.Ф., Щукин И.С. Устройство защиты компьютерной информации от несанкционированного доступа на основе индукционнодинамического двигателя // Електротехніка і електромеханіка. - 2008. - №2. - С. 5-10.
8. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Rassokha M.A., Shchukin I.S. High-efficiency impact electromechanical converter // Russian electrical engineering. - 2011. - vol.82. - no.2. - pp. 104-110.
9. Пат. РФ № 2305329, МКИ G11B 5/024. Способ защиты информации и устройство для его осуществления / Болюх В.Ф., Марков А.М., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - З. № 2005120956. - Заявлено 04.07.2005. - Опубл. 28.08.2007. Бюл. №24. - 9 с.
10. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. Linear induction-dynamic converters. Saarbrucken, Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. - 496 p.
11. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. The thermal state of an electromechanical induction converter with impact action in the cyclic operation mode // Russian electrical engineering. - 2012. - vol.83. - no.10. - pp. 571-576.
12. Болюх В.Ф., Олексенко С.В., Щукин И.С. Эффективность линейных импульсных электромеханических преобразователей, предназначенных для создания ударных нагрузок и высоких скоростей // Електротехніка і електромеханіка. - 2015. - №3. - С. 31-40.
13. http://www.unidisk.ru/work/article_11.html.
14. Болюх В.Ф., Олексенко С.В., Щукин И.С. Влияние формы и расположения якоря на эффективность индукционно-динамического двигателя с использованием 3D модели // Вісник НТУ «ХПІ». - 2013. - №65. - С. 63-83.
15. Пат. України № 52270, МПК H02K 33/00, B06B 1/02. Електромеханічний ударний пристрій індукційного типу / Болюх В.Ф., Рассоха М.О. - З. № 201000065. - Заявл. 11.01.2010. - Надрук. 25.08.2010. Бюл. №16, 2010.
16. Пат РФ № 2486583, МПК G06F12/14, G11C11/48. Электромеханическое устройство защиты информации, размещенной на цифровом USB флеш-накопителе, от несанкционированного доступа / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2012115370/08 - Заявл. 17.04.2012. - Опубл. 27.06.2013, Бюл. №18.
17. Патент РФ № 2531701, МПК H02K33/02, H02K41/025. Линейный электромеханический преобразователь ударного действия / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2013128128/07. - Заявл. 19.06.2013. - Опубл. 27.10.2014.
18. Пат РФ № 2538094, МКИ H02K41/025, H02K33/02. Ударный электромеханический преобразователь комбинированного типа // Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. -Заявка № 2013131248/07(046733). Заявл. 08.07.2013. Опубл 10.01.2015, Бюл. №1.
19. Пат. РФ № 2448360, МПК G06F12/16, G11C11/48. Электромеханическое устройство защиты информации, размещенной на цифровом накопителе, от несанкционированного доступа / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2010133027/08. - Заявл. 05.08.2010. - Опубл. 20.04.2012.
20. Пат РФ № 2459237, МПК G06F12/14, G11C11/48. Устройство защиты информации, размещенной на цифровом USB флеш-накопителе, от несанкционированного доступа / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2010133026/08. - Заявл. 05.08.2010. - Опубл. 20.08.2012.
21. Пат. РФ № 2446890, МПК B02C19/00. Устройство защиты информации, размещенной на цифровом носителе записи, от несанкционированного доступа и способ его осуществления / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2010115772/28. - Заявл. 20.04.2010. - Опубл. 10.04.2012.
22. Пат. РФ № 2427933, МПК G11C7/24, G06F12/14. Способ защиты информации на накопителе на жестких магнитных дисках и устройство для его осуществления / Болюх В.Ф., Лучук В.Ф., Щукин И.С. - Заявка № 2010107939/08. - Заявл. 03.03.2010. - Опубл. 27.08.2011.
REFERENCES
1. Spesivtsev A.V. Zashchita informatsii v personal'nykh komp'iuterakh [Protection of information in personal computers]. Moscow, Radio i Svyaz Publ., 1992. 192 p. (Rus).
2. Kozhenevskii S., Chekhovskii S., Prokopenko S. Raz-rushaiushchie metody unichtozheniia informatsii na NZhMD (Destructive methods destruction of information to the HDD). Available at: http://www.epos.ua/view.php/about research datakill (accessed 13 May 2013). (Rus).
3. Barsukov V.S. To save the information, it must be destroyed! Spetsial'naia tekhnika - Special equipment, 2001, no.6. (Rus).
4. Gordienko I.V. Unichtozhenie dannykh. Prakticheskii podkhod (Destruction of data. Practical approach) Available at: http://www.ferra.ru/online/storage/s25303 (accessed 14 August 2003). (Rus).
5. Rohmanyuk V.M., Fokin E.M. Emergency destruction equipment of records on magnetic media. BDI (Bezopasnost'. Dostovernost'. Informatsiia) - SCI (Security. Credibility. Information), 2000, no.5. (Rus).
6. Boborykin S.N., Ryzhikov S.S. Evaluation of efficiency of means of the destruction of the information stored in the hard disk drive. Spetsial'naia tekhnika - Special equipment, 2001, no.3. (Rus).
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
45
7. Bolyukh V.F., Markov A.M., Luchuk V. F., Shchukin I.S. Device for computer information security from unauthorized access on the basis of an induction-dynamic motor. Elektro-tekhnika і elektromekhanika - Electrical engineering & electromechanics, 2008, no.2, pp. 5-10. (Rus).
8. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Rassokha M.A., Shchukin I.S. High-efficiency impact electromechanical converter. Russian electrical engineering, 2011, vol.82, no.2, pp. 104-110. doi: 10.3103/s1068371211020027.
9. Bolyukh V.F., Markov A.M., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Sposob zashchity informatsii i ustroistvo dlia ego osu-shchestvleniia [A method for protecting information and device for its realization]. Patent Russian Federation, no. 2305329, 2007. (Rus).
10. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. Lineinye induktsionno-dinamicheskie preobrazovateli [Linear induction-dynamic converters]. Saarbrucken, Germany, LAP Lambert Academic Publ., 2014. 496 p. (Rus).
11. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. The thermal state of an electromechanical induction converter with impact action in the cyclic operation mode. Russian electrical engineering, 2012, vol.83, no.10, pp. 571-576. doi: 10.3103/s1068371212100045.
12. Bolyukh V.F., Oleksenko S.V., Shchukin I.S. Efficiency of linear pulse electromechanical converters designed to create impact loads and high speeds. Elektrotekhnika i elektromek-hanika - Electrical engineering & electromechanics, 2015, no.3, pp. 31-40. (Rus).
13. Available at: http://www.unidisk.ru/work/article 11.html (accessed 05 May 2012). (Rus).
14. Bolyukh V.F., Oleksenko S.V., Shchukin I.S. Influence of form and position of the armature on the efficiency of induction-dynamic the motor using 3D models. Visnyk NTU «KhPI» -Bulletin of NTU «KhPI», 2013, no.65, pp. 63-83. (Rus).
15. Bolyukh V.F., Rassokha M.O. Elektromekhanichnyi udarnyi prystrii induktsiinoho typu [Electromechanical impact devices induction type]. Patent UA, no. 52270, 2010. (Ukr).
16. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Elektromekhani-cheskoe ustroistvo zashchity informatsii, razmeshchennoi na tsifrovom USB flesh-nakopitele, ot nesanktsionirovannogo dos-tupa [Electromechanical protection device information contained in the digital USB flash drive from unauthorized access]. Patent Russian Federation, no. 2486583, 2007. (Rus).
17. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Lineinyi elek-tromekhanicheskii preobrazovatel' udarnogo deistviia [A linear electromechanical impact converter]. Patent Russian Federation, no. 2531701, 2014. (Rus).
18. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Udarnyi elek-tromekhanicheskii preobrazovatel' kombinirovannogo tipa [An impact electromechanical converter combined type]. Patent Russian Federation, no. 2538094, 2015. (Rus).
19. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Elektromekhani-cheskoe ustroistvo zashchity informatsii, razmeshchennoi na tsifrovom nakopitele, ot nesanktsionirovannogo dostupa [Electromechanical protection device information contained in the digital storage device against unauthorized access]. Patent Russian Federation, no. 2448360, 2012. (Rus).
20. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Ustroistvo zash-chity informatsii, razmeshchennoi na tsifrovom USB flesh-nakopitele, ot nesanktsionirovannogo dostupa [Protection device information contained in the digital USB flash drive from unauthorized access]. Patent Russian Federation, no. 2459237, 2012. (Rus).
21. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Ustroistvo zashchity informatsii, razmeshchennoi na tsifrovom nositele zapisi, ot nesanktsionirovannogo dostupa i sposob ego osu-shchestvleniia [Protection device information posted on the digital recording medium, against unauthorized access and the method of its implementation]. Patent Russian Federation, no. 2446890, 2012. (Rus).
22. Bolyukh V.F., Luchuk V.F., Shchukin I.S. Sposob zashchity informatsii na nakopitele na zhestkikh magnitnykh diskakh i ustroistvo dlia ego osushchestvleniia [A method of protecting information on the HDD and device for its realization]. Patent Russian Federation, no. 2427933, 2011. (Rus).
Поступила (received) 06.07.2015
БолюхВладимир Федорович1, д.т.н., проф.,
Щукин Игорь Сергеевич2, к.т.н., доц.,
1 Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: [email protected]
2 ООО Фирма «ТЭТРА, Ltd»,
61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: [email protected] V.F. Bolyukh1, I.S. Schukin2
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Firm Tetra, LTD,
21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
High-performance electromechanical and electromagnetic pulse devices for destruction of information on digital drives.
It is shown that the most promising way to mechanical destruction of digital information storage is using a pulsed electromechanical and magnetic device and method. The highly efficient autonomous electromechanical and electromagnetic pulse devices destruction of information on digital storage devices are designed. The aim of the paper is the development of designs and advanced technical solutions for highly efficient pulsed electromechanical and magnetic systems of information protection. The excitation source of the inductor is using a capacitive energy storage. This may be implemented by running or the computer turned off for a very short period of time when the signal of unauthorized access. Implement the task can only be provided using mathematical modeling of electromagnetic and mechanical processes, experimental research and development of new technical solutions. These devices with limited weight and overall dimensions excite powerful mechanical or magnetic pulses. Considered electromechanical devices of induction-dynamic type, with accumulation of mechanical energy and the combined action of the device, using an induction-dynamic electrodynamic and electromagnetic forces. Proposed design of devices is intended to destroy information on USB flash drives and solid state drives SSD. The design of pulsed magnetic-mechanical device in which the destruction of information is carried out by mechanical and magnetic pulses simultaneously. Based on the performed works classification of destruction of information devices digital drives is proposed. References 22, table 1, figures 21.
Key words: electromechanical and electromagnetic pulse devices, destruction of information on digital drives, design of devices, mechanical and magnetic pulses.
46
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №5
