Програмна модель процесу стирання інформації на жорстких магнітних дисках для перекриття несанкціонованого доступу

Современные информационные технологии/4. Информационная безопасность

Рябцев А.К., к.т.н., доцент Оводенко О.В.

Донецький національний технічний університет, Україна

Кафедра радіотехніки і захисту інформації

Е-mail: a.riabtsev89@gmail.com, ovoda@i.ua

ПРОГРАМНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ СТИРАННЯ ІНФОРМАЦІЇ НА ЖОРСТКИХ МАГНІТНИХ ДИСКах ДЛЯ ПЕРЕКРИТТЯ НЕСАНКЦІОНОВАННОГО ДОСТУПУ

Загальна постановка проблеми

У накопичувачі на жорстких магнітних дисках зберігається і з нього завантажується в оперативну пам'ять комп'ютера його операційна система, інформація, що обробляється в процесі використання, а також використана і видалена інформація. Широкому застосуванню накопичувачів на жорстких дисках сприяє ряд їх позитивних експлуатаційних якостей: надійність, швидкість доступу і дешевизна в розрахунку на одиницю інформації, що зберігається. Крім того, один з найважливіших показників - енергонезалежність, робить НЖМД практично незамінним для оперативного та довготривалого зберігання великих масивів інформації.

У той же час розміщення та зберігання інформації в пристроях довготривалої енергонезалежної пам'яті створює передумови, як для втрати важливої інформації, так і для несанкціонованого доступу до неї під час сервісного обслуговування. Останнім часом значно збільшився обсяг жорстких дисків. В основному збільшення об'єму досягнуте за рахунок збільшення щільності запису. Збільшення щільності запису призвело до необхідності застосування спеціальних заходів, спрямованих на збільшення надійності жорстких дисків.

Актуальність, задачі та проблеми

Для захисту конфіденційної інформації, яка може зберігатися на магнітних носіях, застосовуються організаційно-режимні та організаційно-технічні заходи, які дозволяють перекрити можливі канали витоку інформації. знищення інформації, яка записана на магнітних носіях, може здійснюватися за допомогою програмного стирання заданих файлів, фізичного знищення носія інформації або зміни магнітних характеристик робочого шару [1].

Виконання стандартної операції для операційної системи по стиранню заданого файлу не дає необхідного позитивного ефекту, оскільки при цьому знищується не сама інформація, а тільки посилання на неї в каталозі і таблиці розміщення файлів. Сама ж інформація, як і раніше знаходиться на жорсткому диску і може бути відновлена за допомогою спеціальних пристроїв. Фізичне знищення носія вимагає чи достатніх часових ресурсів, або в ряді випадків (наприклад, вибуховий знищення) може становити небезпеку для знаходиться поблизу персоналу. Значних енергетичних і тимчасових витрат вимагає зміна магнітних характеристик робочого шару для його перегріву вище точки Кюрі.

Для екстреного знищення конфіденційної інформації доцільним видається спосіб, заснований на розмагнічуванні або намагнічуванні магнітного шару носія. Слід очікувати, що даний спосіб дозволить здійснити операцію зі знищення інформації в порівняно невеликому часовому проміжку, однак буде потрібне створення досить сильних магнітних полів з амплітудами, які визначаються властивостями тонкоплівкових шарів магнітних носіїв інформації [2].

Аналіз останніх досліджень

Виходячи з результатів останніх досліджень, і враховуючи, що коерцитивна сила для магнітних матеріалів, що застосовуються в сучасних НЖМД, може досягати 450 кА/м [3], можна зробити висновок, що амплітуда магнітного імпульсу, необхідна для гарантованого знищення інформації, повинна перевищувати 1200 кА/м при його тривалості 1,4 мс і 775 кА/м при тривалості 5,4 мс. Ступінь перевищення зазначених величин залежить від «прямокутності» петлі гістерезису застосовуються магнітних матеріалів.

Слід зазначити, що для НЖМД з меншою кількістю дисків умови стирання інформації при заданій амплітуді і тривалості магнітного імпульсу є більш сприятливими. Іншими словами, універсальне стираючий пристрій, гарантовано знищує інформацію з п’ятидискових НЖМД, безсумнівно буде знищувати інформацію з НЖМД з меншою кількістю дисків.

З розрахунків випливає, що для надійного стирання інформації з багатодискових вінчестерів з магнітного матеріалу, що має коерцитивної силу близько 450 кА/м [3], необхідно формувати магнітні імпульси тривалістю більше 5 мс з амплітудою не менше 800 кА/м.

Якість стирання інформації з багатодискових вінчестерів можна підвищити при меншій напруженості магнітного поля, якщо застосувати магнітну систему яка розташовується в місцях мінімального екранування, що істотно знижує енерговитрати. При цьому в момент дії магнітного імпульсу магнітні диски НЖМД обертаються, і за час дії магнітного імпульсу всі частини дисків будуть проходити область мінімального екранування. При номінальній частоті обертання дисків сучасних вінчестерів 7200 об/хв один оборот, відповідно, відбувається за 8,5 мс, що порівняно з часом дії магнітного імпульсу.

Викладання основного матеріалу дослідження.

Розглянемо вплив на магнітний носій інформації сумарним магнітним полем, що створюється несиметричною магнітною системою, що виконана у вигляді плоских соленоїдів використовуючи програмний пакет ELCUT. ELCUT - це інтегрована діалогова система програм, що дозволяє вирішувати плоскі та вісесиметричні завдання [4].

При вирішенні цих завдань використовується рівняння Пуассона для векторного магнітного потенціалу A (B = rotA, B - вектор магнітної індукції). У розглянутих задачах вектор індукції B завжди лежить у площині моделі (xy або zr), а вектор щільності стороннього струму j і векторний потенціал A перпендикулярні до неї. Відмінні від нуля тільки компоненти j_z і A_z в плоско-паралельному випадку або j_q і A_q в осесиметричних задачах. Для плоскопаралельних завдань рівняння має вигляд:

а для осесиметричного випадку:

де компоненти тензора магнітної проникності m_x і m_y (m_zі m_r), що складають коерцитивну силу H_cx і H_cy (H_czі H_cr), а також щільність струму j - постійні величини в межах кожного з блоків моделі.[4]

На рис. 1 представлена геометрічна модель жорсткого диска (1) та системи поле утворення (2).

1

2

Рисунок 1 – Модель жорсткого диска та системи полеутворення

На рис. 2 представлена картина імпульсного поля, яке утворюється в результаті впливу системою полеутворення на складові жорсткого диска, а саме корпус і алюмінієві диски з магнітною поверхнею.

Рисунок 2 – Вплив імпульсного магнітного поля на жорсткий диск

Розглянемо поле, яке утворюється вздовж системи поле утворення. На рис. 3 представлений графік залежності напруженості магнітного поля від положення системи вимірювання.

З графіка видно, що магнітне поле системи полеутворення неоднорідно на протяжності всього випромінювача. Максимум напруженості магнітного поля досягається в центрі системи полеутворення (Н_MAX = 730 кА/м) і зменшується в міру просування до її країв від центру (H_MIN = 110 кА/м).

Розглянемо поширення магнітного поля від центру системи полеутворення через пакет дисків перпендикулярно площинні випромінювача.

Рисунок 3 - Графік залежності напруженості магнітного поля від положення системи вимірювання

На рис 4 представлені графік і результати обчислення напруженості магнітного поля в залежності від відстані системи полеутворення до точки вимірювання в просторі. З графіка видно, що магнітне поле зменшується в залежності від відстані за експоненціальним законом і за корпусом становить Н_L = 35 кА/м.

Рисунок 4 – Напруженість магнітного поля в залежності від відстані системи полеутворення до точки вимірювання

Несиметрична магнітна система, що виконана у вигляді плоских соленоїдів є малоефективною, як для сучасних жорстких дисків. Так як напруженість імпульсного магнітного поля, яке створюється системою полеутворення, є недостатня та дуже нерівномірна. Її можливо використовувати, якщо інформація, що підлягає знищенню, не має високу ціну та відновлення цієї інформації буде потрібувати значних витрат, які будуть перевищувати ціну відновлених даних.

Для кращого результату слід використовувати симетричну магнітну систему, що виконана у вигляді плоских соленоїдів. На рис. 5 наведене магнітне поле такої системи. Дана конструкція впливає на більший об’єм жорсткого диска та забезпечує рівномірніший розподіл енергії магнітного поля крім центральної частини жорсткого диска. На рис. 6 наведений графік розподілу енергії магнітного поля в центрі жорсткого диска, а саме повздовж третього магнітного диску.

Рисунок 5 – Поле симетричної магнітної системи полеутворення

Рисунок 6 - Графік розподілу енергії магнітного поля

Симетрична магнітна система, що виконана у вигляді плоских соленоїдів дає кращі результати на відміну від несиметричної. Але в центрі жорсткого диску створюється мертва зона, де напруженість магнітного поля знижується до значення Н_м=35 кА/м. Якщо припустити, що мертва зона утворюється там де розташовується двигун, який обертає диски, симетрична магнітна система може бути застосована для термінового знищення даних з жорсткого диску.

Розглянемо вплив на магнітний носій інформації ортогональним магнітним полем одноканальної магнітної системи з косокутним намотуванням соленоїдів системи поле утворення.

На рис. 7 представлена картина імпульсного поля, яке утворюється в результаті впливу системою полеутворення.

Рисунок 7 - Поле одноканальної магнітної системи з косокутним намотуванням соленоїдів

Рисунок 8 - Графік залежності напруженості магнітного поля від положення системи вимірювання

На рис. 8 представлений графік розподілу напруженості магнітного поля вздовж магнітних дисків вінчестера. Із графіка видно, що напруженість магнітного поля в різних ділянках жорсткого диск має практично однакове значення, а саме Н=300 кА/м. Ця система полеутворення дозволяє досягати більшої напруженості магнітного поля в певному об’ємі простору за рахунок використання соленоїда як базового елемента конструкції. Кут намотування визначається необхідними амплітудними значеннями напруженості для кожного окремо вектора спрямованості (Н, НII) до площини диска і значенням напруженості вектора спрямованості сумарного магнітного поля (Н).

Розглянемо вплив на магнітний носій інформації ортогональним магнітним полем одноканальної магнітної системи з зигзагоподібною намоткою соленоїда системи полеутворення

На рис. 9 приведена картина енергії магнітного поля системи з зигзагоподібною намоткою соленоїда системи поле утворення. В даній системі магнітне поле розподіляється не рівномірно в порівнянні з одноканальною магнітною системою з косокутним намотуванням соленоїдів системи полеутворення. Це досягається за рахунок зовнішнього імпульсного магнітного поля насичення, яке просторово змінюється в процесі зміни за час дії імпульсу та забезпечує перемагнічування комірок пам'яті з різною вихідною орієнтацією векторів намагніченості, тобто кути між значенням векторів напруженості зовнішнього імпульсного магнітного поля насичення і напрямками векторів намагніченості послідовно збігаються, а потім орієнтують в напрямі сумарного вектора зовнішнього магнітного поля, що призводить до зниження залишкової намагніченості комірок.

Рисунок 9 – Поле системи з зигзагоподібною намоткою соленоїда системи полеутворення

Рисунок 10 – Графік залежності напруженості магнітного поля від положення системи вимірювання

З рис. 10 видно, що магнітне поле, яке утворюється системою з зигзагоподібною намоткою соленоїда системи полеутворення є неоднорідним. Ця конструкція має свої недоліки, наприклад, в деяких частинах системи полеутворення сумарне магнітне поле складає Н_Σ= 141 кА/м.

Висновки

Серед вище розглянутих систем полеутворення кращий результат має одноканальна магнітна система з косокутним намотуванням соленоїдів. Це досягається за рахунок рівномірності та високого значення напруженості магнітного поля, порядка Н=310 кА/м. До переваг даної системи відноситься проста конструкція, за рахунок використання соленоїда, як головного елемента конструкції.

В магнітній системі з зигзагоподібною намоткою соленоїда системи полеутворення магнітне поле розподіляється не рівномірно в порівнянні з одноканальною магнітною системою з косокутним намотуванням соленоїдів системи полеутворення. Нерівномірність виникає за рахунок поля насичення, яке просторово змінюється в процесі зміни за час дії імпульсу. В деяких частинах системи сумарне магнітне поле складає Н_Σ=100 кА/м.

Література:

1. Болдырев А.И., Сталенков СЕ. «Надежное стирание информации - миф или реальность?»// Антишпионаж. М. Защита информации. Конфидент, 2001.

2. Рохманюк В.М., Фокин Е.М. Способ стирания записей на магнитном носителе и устройство для его осуществления. //Патент на изобретение RU № 2144223

3. Герус С.В., Митягин А.Ю. Особенности стирания информации с многодисковых винчестеров импульсным магнитным полем. [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: //www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/tkea/texts/2010-1/14-17--.pdf

4. Производственный кооператив ТОР. Elcut- моделирование двухмерных полей методом конечных элементов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: http://www.exponenta.ru/soft/others/elcut/Manual.pdf