Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Свойства тонкопленочных слоев магнитных носителей применяемых в системах внешней памяти ЭВМ 11
1.1. Кобальт-хромовые тонкопленочные слои 11
1.2. Барий-ферритовые тонкопленочные слои 18
1.3. Кобальт-содержащие тонкопленочные слои 20
1.4. Железосодержащие тонкопленочные слои 22
1.5. Аморфные тонкопленочные слои 24
1.6. Материалы не вакуумного осаждения 25
1.7. Материалы подложек для тонкопленочньгх носителей информации 28
Выводы к главе 1 , 28
ГЛАВА 2. Устойчивость состояний тонкопленочных слоев магнитных носителей к внешним импульсным магнитным полям 30
2.1. Физические особенности намагничивания магнитно-твердых материалов 30
2.2. Оценка магнитных полей, в которых возможно уничтожение информации 32
2.3. Методы восстановления информации 33
Выводы к главе 2 34
ГЛАВА 3. Теоретические оценки влияния различных факторов при конструировании магнитных систем стирающего устройства 36
3.1. Магнитное поле цилиндрической катушки стирающего устройства 36
3.2. Оценка влияния толщины защитного кожуха жесткого диска на величину напряженности магнитного поля в рабочем объеме 41
3.3. Выбор оптимальной длительности стирающего импульса с учётом потерь в защитном кожухе, омических потерь в катушках и паразитных сопротивлений ёмкости и открытого тиристора 43
3.4. Экранировка устройства 46
3.5. Исследования устойчивости магнитной записи в магнитных полях 47
Выводы к главе 3 50
ГЛАВА 4. Разработка новых принципов создания импульсной магнитной системы 51
4.1. Симметричная импульсная магнитная система 51
4.2. Несимметричная импульсная магнитная система 53
4.3. Ортогональная импульсная магнитная система 54
4.4. Импульсная магнитная система с повышенной равномерностью стираяия записей с магнитных носителей 62
4.5. Энергетически эффективная импульсная магнитная система 66
Выводы к главе 4 . 69
ГЛАВА 5. Разработка и создание электронных систем управления и регистрации 700
5.1. Определения параметров синусоидального сигнала 70
5.2. Измерение амплитуды и уровня сигнала 79
5.3. Измерение разности фаз между двумя электрическими колебаниями 83
5.4. Измерение временных параметров импульсных сигналов 85
5.5. Измерение и регистрация значений напряженности импульсного магнитного поля 87
Выводы к главе 5 888
ГЛАВА 6. Прибор для экстренного уничтожения информации на жестких магнитных носителях уэ01 900
6.1. Физические особенности конструирования прибора УЭ01 900
6.2. Технические и эксплуатационные характеристики прибора УЭ01 94
6.3. Технологические особенности функционирования прибора 955
6.4. Исследование тепловых режимов технологических циклов функционирования прибора 966
6.5. Экспериментальные результаты 99
6.5.1. Программа и методы измерения основных параметров прибора УЭ01 99
6.5.2. Исследование магнитного поля в рабочем объеме прибора УЭ01 1000
6.5.3. Экспериментальные исследования устойчивости магнитной записи в магнитных полях с разной ориентацией вектора напряженности поля 1033
6.5.4. Соответствие документации и прибора требованиям для серийного (массового) производства и сертификации 1044
Выводы к главе 6 105
Заключение 1066
Список литературы
- Барий-ферритовые тонкопленочные слои
- Оценка магнитных полей, в которых возможно уничтожение информации
- Выбор оптимальной длительности стирающего импульса с учётом потерь в защитном кожухе, омических потерь в катушках и паразитных сопротивлений ёмкости и открытого тиристора
- Импульсная магнитная система с повышенной равномерностью стираяия записей с магнитных носителей
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время развитие и применение новых современных технологий во всех областях производственной деятельности неразрывно связано с обменом, использованием, обработкой и хранением информации.
Прогресс в развитии технологий и оборудования для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники, начавшийся в конце прошлого столетия, предопределил широкое внедрение ЭВМ, в том числе и персональных, во всех сферах человеческой деятельности. Объединение отдельных ЭВМ в глобальную компьютерную сеть «Интернет» позволило органам государственной власти, министерствам, ведомствам, силовым структурам, различным организациям, фирмам и частным лицам существенно расширить доступ к информационным ресурсам, увеличить обмен информационными потоками, осуществлять их обработку в реальном масштабе времени иди в сжатые временные сроки.
Совершенствование различных радиоэлектронных средств, подключение их к ЭВМ, объединенным в локальные сети, привело к возникновению сложных управляющих систем и комплексов, предназначенных для автоматизированной обработки больших потоков информации и выдачи сигналов управления (системы управления движением, навигационные системы и т.п.).
Значительное увеличение объема хранимой информации и сокращение временных ресурсов, требуемых для ее обработки, обусловило необходимость применения наряду с бумажными носителями информации и иных носителей, сопрягаемых с ЭВМ. К таким носителям следует отнести магнитные носители, применяемые в системах магнитной записи, входящими в состав персональных ЭВМ. В настоящее время на различных предприятиях и в организациях, структурах, находящихся в подчинении военных ведомств, в качестве носителей информации, широкое распространение получили гибкие и жесткие магнитные диски, различные типы аудио-, видео и стримерных кассет, специальная магнитная проволока [1].
Среди систем магнитной записи особое место занимают накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестеры). Они характеризуются объемом записываемой
информации в десятки и сотни гигабайт и временем доступа порядка 10" секунды. В последние десять лет поверхностная плотность записи информации на НЖМД увеличивалась ежегодно в среднем на 60 %. Если эта тенденция сохранится, то в ближайшее время может быть достигнута плотность записи -5*10 бит/см^ Легко оценить, что при этом характерные размеры соответствующие 1 биту информации будут составлять -140 * 140 нм. В настоящее время эти носители занимают ведущие позиции среди других видов носителей информации.
На таких магнитных носителях возможно хранение большого количества конфиденциальной информации, т.е. информационных ресурсов, неконтролируемое распространение которых по каким-либо причинам нежелательно.
К моменту начала работы над диссертацией было известно, что для защиты конфиденциальной информации, которая может храниться на магнитных носителях, применяются организационно-режимные и организационно-технические меры, позволяющие перекрыть возможные каналы утечки информации.
К организационно-режимным мерам следует отнести ограничение круга лиц, допущенных к работе на данной ЭВМ, учет и хранение на магнитных носителей в специальных местах, находящихся под охраной и т.п.
К организационно-техническим мерам следует отнести контроль технических и эксплуатационных характеристик [2-4] и дальнейшее закрытие каналов утечки информации путем применения аппаратуры засекречивания, уменьшение излучения составных частей ЭВМ и т.п.
Вместе с тем в комплекс мероприятий по закрытию каналов утечки информации входит не только охрана и скрытие информации, размещенной на магнитных носителях, но также ее надежное уничтожение после ознакомления и обработки, а также в экстренных обстоятельствах.
Если речь идет о конфиденциальной информации, то в этом случае у пользователя, собственника или владельца этой информации должна быть уверенность в надежности ее уничтожения.
Уничтожение информации, записанной на магнитных носителях, может осуществляться с помощью программного стирания заданных файлов, физического уничтожения носителя информации или изменения магнитных характеристик рабочего слоя [5].
Следует отметить, что выполнение стандартной операции для операционной системы по стиранию заданного файла не дает необходимого положительного эффекта, поскольку при этом уничтожается не сама информация, а только ссылки на нее в каталоге и таблице размещения файлов. Сама же информация по-прежнему находится на жестком диске и может быть восстановлена при помощи специальных устройств.
Физическое уничтожение носителя требует или достаточных временных ресурсов, или в ряде случаев (например, взрывное уничтожение) может представлять опасность для находящегося вблизи персонала.
Значительных энергетических и временных затрат требует изменение магнитных характеристик рабочего слоя путем его перегрева выше точки Кюри.
Для экстренного уничтожения конфиденциальной информации целесообразным представляется способ, основанный на размагничивании или намагничивании магнитного слоя носителя. Следует ожидать, что данный способ позволит осуществить операцию по уничтожению информации в сравнительно небольшом временном промежутке, однако потребует создания достаточно сильных магнитных полей с амплитудами, определяемыми свойствами тонкопленочных слоев магнитных носителей информации.
Актуальность проблемы по закрытию каналов утечки информации с помощью экстренного уничтожения информации, записанной на НЖМД, подтверждается приказом Министра обороны Российской Федерации от 10 августа 2002 года № 306 «О введении в действие общих и специальных технических требований, предъявляемых к устройствам уничтожения информации с магнитных носителей посредством электромагнитного воздействия». В приказе ставится задача по созданию устройств уничтожения информации с магнитных носителей и их сертификации в системе сертификации средств защиты информации Министерства обороны Российской Федерации. Заказывающим управлениям, научно-исследовательским учреждениям Министерства обороны Российской Федерации вменяется разрабатывать тактико-технические задания на создание устройств уничтожения информации с магнитных носителей, а органам сертификации и испытательным аккредитованным лабораториям в системе сертификации средств защиты информации Министерства обороны Российской Федерации, руководствоваться требованиями безопасности информации при проведении их сертификации. Контроль за выполнением вышеуказанного приказа возложен на восьмое управление генерального штаба Вооруженных сил Российской Федерации.
Возникшая актуальная задача уничтожения информации систем магнитной записи, входящих в состав персональных ЭВМ, определила
Цель диссертационной работы — разработка физических принципов и создание оборудования для модификации магнитных состояний тонкопленочных слоев магнитных носителей информации, определилась актуальностью возникшей задачи уничтожения информации систем магнитной записи, входящих в состав персональных ЭВМ.
Задачами данной диссертационной работы, обеспечивающими достижения поставленной цели, являются:
рассмотрение физических особенностей намагничивания магнитотвердых материалов;
оценка магнитных полей необходимых для уничтожения информации записанной на жесткий магнитный носитель;
теоретические оценки влияния различных факторов при конструировании магнитных систем;
разработка и создание импульсной магнитной полеобразующей системы;
разработка и создание электронных систем управления и регистрации;
разработка и создание оборудования для модификации магнитных состояний тонкопленочных слоев магнитных носителей для скрытия экстренного уничтожения информации.
Научная новизна работы заключается:
в теоретическом и экспериментальном исследовании устойчивости состояний тонкопленочных слоев магнитных носителей к внешним импульсным магнитным полям;
в проведении комплексного экспериментального исследования влияния элементов конструкции на параметры стирающего импульсного магнитного поля;
в разработке новых принципов создания импульсной магнитной системы;
в экспериментальном подтверждении возможности формирования импульсных магнитных полей с использованием новых предложенных способов конструирования устройств управления импульсной магнитной системой;
в предложенном новом подходе регистрации стирания информации с магнитных носителей при экстренном уничтожении;
- в экспериментальном изучении процессов формирования импульсных магнитных полей в
объеме размещения магнитного носителя.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласием теоретических оценок и экспериментальных результатов, хорошим совпадением экспериментальных данных, полученных при заводских и государственных испытаниях трех опытных образцов прибора, систематическим характером результатов испытаний; использованием современных методов исследования процессов; практической реализацией научных положений и новых предложенных способов и устройств; реализацией выводов при конструировании и разработке серийной документации прибора.
Практическая ценность работы обусловлена тем, что:
предложенный прибор обеспечивает надежное экстренное уничтожение информации на магнитных носителях формата 3,5 дюйма типа НЖМД, НГМД, аудиокассете, видеокассете без возможности ее восстановления;
разработанный технологический процесс экстренного уничтожения информации обеспечивает ориентировочную производительность прибора стирания информации с магнитных носителей;
типа НЖМД - до 25 шт. в час; типа НГМД - до 125 шт. в час;
- разработанная технология позволяет вести совместную работу с ПЭВМ в штатном режиме с
размещенным жестким магнитным носителем в рабочей камере прибора и в режиме
экстренного уничтожения информации допускает ее уничтожение непосредственно от устройств управления прибора или с помощью дистанционного управления;
- разработанная конструкторская, технологическая документация прибора (при серийном
запуске УЭ01) и оборудование были изготовлены и переданы для серийного изготовления на
предприятие ОАО Ставропольский радиозавод «Сигнал».
Представленные в диссертации исследования выполнены по планам НИР «Первопут» 2000 г, и ОКР «Слепота» 2003 г. по заказу Министерства обороны Российской Федерации, и НИР «Умозаключение» 2004г. [6-8].
На защиту выносятся следующие научные положения:
магнитная запись будет уничтожена, если внешнее импульсное магнитное поле превышает коэрцитивную силу тонкопленочных слоев магнитных носителей информации в 2,5-3 раза;
воздействие внешним тангенциальным к плоскости диска полем напряженностью 300-350 кА/м уничтожает информацию без возможности ее восстановления;
использование стирающего намагничивающего импульса длительностью более 1 мс обеспечит уменьшение потерь напряженности магнитного поля в защитном кожухе магнитного диска;
с увеличением числа витков катушек расширяется диапазон допустимых значений емкости, без существенного снижения поля в рабочем объеме;
при неопределенности материала и толщины кожуха можно принять оптимальное значение емкости накопителя в пределах от 50 до 200 мкФ, при числе витков в каждой катушке 70. При этом частота собственных колебаний находится в пределах 200-500 Гц, что соответствует длительности полупериода 1-2,5 мс;
применение взаимно-перпендикулярных стирающих полей, включающихся последовательностью импульсов, в симметричных импульсных магнитных системах уменьшает различие в остаточных намагниченностях ячеек, повышает равномерность и надежность стирания записи на магнитном носителе;
учет и оптимизация конструкции импульсной магнитной системы и ее составляющих элементов (сопротивление цепи контура, диаметр провода, количество витков, вид намотки, емкость конденсатора и др.) обеспечивает максимальное значение напряженности ортогонального магнитного поля с линейным рельефом магнитных зарядов вдоль всего объема размещения магнитного диска;
- использование в электронных системах управления устройств измерения параметров
сигналов (частоты, уровня, фазы и амплитудно-временных) обеспечивает надежность
стирания, достоверность при сохранении совокупности электрических параметров
импульсного магнитного поля;
использование точечных преобразователей для контроля импульсного магнитного поля в полеобразующей системе, позволяет преобразовать импульсный магнитный рельеф или рельеф магнитных зарядов в объеме размещения магнитного диска, электропотенциальный рельеф и обеспечивает гарантированный, надежный контроль за значением напряженности и направлением вектора каждого стирающего импульса внешнего магнитного поля;
использование синфазного и противофазного суммирования с параллельным и последовательным включением катушек при формировании импульсных магнитных полей обеспечивает равномерность, линейность и увеличение значения напряженности магнитного поля.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на:
Научно-технической конференции-выставке «Современные образцы ВТ». Образец прибора УЭ01 демонстрировался на выставке, г. Санкт-Петербург, февраль 2004 г.
Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании», Турция, май 2004 г.
Международной научно-технической конференции «Моделирование электронных приборов и аппаратуры, обеспечение их качества надежности» «Приборинформ-2004», г. Севастополь, сентябрь 2004 г.
Результаты работы опубликованы в шестнадцати авторских свидетельствах и патентах на изобретение РФ, в шести научных статьях, в трех научно-технических отчетах.
Личный вклад автора.
Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично. Автор внес основной вклад в разработку и постановку задач исследований, планирование и проведение экспериментов, анализ полученных результатов, макетирование прибора, разработку структурных, функциональных, принципиальных электрических схем и конструкционных решений прибора, изготовление опытных образцов, разработку рабочей конструкторской и эксплуатационной документации, проведение заводских и государственных испытаний опытных образцов прибора, освоение изготовления прибора на серийном заводе.
Соавторы, принимавшие участие в исследованиях по отдельным направлениям, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации.
Барий-ферритовые тонкопленочные слои
В последнее время большое внимание уделяется исследованию и разработке магнитных носителей с барий-ферритовым покрытием, нанесение которого основано на порошковой технологии [24]. Технология изготовления барий-ферритовых носителей позволяет организовать их массовое производство при достаточно высокой производительности труда. На барий-ферритовом порошковом носителе реализуется сравнительно неплохая характеристика записи воспроизведения не только при низкой, но и при высокой плотности записи. Уровень сигнала воспроизведения для всех значений плотности записи (особенно при высокой плотности) для барий-ферритового порошкового носителя гораздо выше, чем для yFe203 и СсгуРегОз порошковых носителей, которые используются и в настоящее время в серийно выпускаемых накопителях. Представленные данные относятся к процессу записи-воспроизведения, произведенному при одинаковых условиях для разных носителей с помощью сендастовой магнитной головки с рабочим зазором 0,28 мкм, числом витков 80 и шириной полюсных наконечников 120 мкм при относительной скорости движения носителя 92 см/с.
Барий-ферритовый материал состоит, из нескольких элементов таблицы Менделеева, обладающий разными свойствами при формировании тонкопленочного слоя, что вызывает определенные затруднения при напылении барий-ферритовых пленок, однорядных по химическому составу. При относительно низком результирующем давлении рабочего газа (аргона и кислорода) в камере (ниже 1,33 Па) и сравнительно невысокой мощности в процессе высокочастотного ионноплазменного напыления барий-ферритовых (Ва бРегОз) пленок на кремниевые подложки с окисленным поверхностным слоем происходит существенное обеднение барием осаждаемой фазы. Стехнометрический состав напыленной барий-ферритовой пленки приближается к составу исходного материала мишени с повышением результирующего давления до примерно 1,5 Па и с ростом модуля напряжения смещения до 200 В. Гораздо слабее проявляется зависимость состава напыляемых барий-ферритовых пленок от результирующего давления и мощности ионно-плазменного напряжения между электродами. Для исключения обеднения барием напыленных барий-ферритовых пленок мишень изготавливается из материала с повышенным содержанием бария. Дисперсия осей анизотропии и структура барий-ферритовых пленок сильно зависят от парциального давления кислорода при напылении. Так, при результирующем давлении в камере 0,49 Па и температуре подложки 620 С дисперсия осей анизотропии барий-ферритовых пленок увеличивается от 2,5 до 10 с возрастанием парциального давления кислорода от 2 W4 до 2,5 10"1 Па, при этом в интервале 2 10"4„Л, 1 -10"2 Па дисперсия изменяется незначительно и равна 2,5...3,5. Относительно крутой подъем дисперсии начинается с парциального давления кислорода, примерно равного 1-10 2 Па. Изменение парциального давления кислорода практически не влияет на коэрцитивную силу в плоскости барий-ферритовых пленок. В то же время при возрастании парциального давления кислорода приблизительно от 10"2 до 2,5 10"1 Па коэрцитивная сила увеличивается от 100 до 200 кА/м, а при давлении, меньшем 10" Па, она изменяется незначительно. С повышением парциального давления кислорода от 1,3 10 до 6,5 10" Па при постоянном результирующем давлении, равном 4 10 1 Па, поле анизотропии барий-ферритовых пленок возрастает до 1120кА/м; увеличивается при этом и коэрцитивная сила примерно до 120 кАУм. Значит, поле анизотропии почти на порядок превосходит коэрцитивную силу. Кроме того, при тех же условиях почти на порядок увеличивается отношение величин остаточной намагниченности, измененных в перпендикулярном направлении барий-ферритовой пленки и в ее плоскости. Такие магнитные и анизотропные характеристики можно связать с процессом перемагничивания барий-ферритовых пленок.
К настоящему времени известно довольно много разновидностей тонких пленок, полученных из материалов, содержащих кобальт. Некоторые из них имеют перпендикулярную магнитную анизотропию. Например, СоО-пленки, осажденные вакуумным электроннолучевым испарением кобальта в атмосфере кислорода на полистероловые либо полиимидные подложки, по магнитным свойствам похожи на кобальт-хромовые пленки. Магнитные свойства СоО-пленок незначительно зависят от их толщины, и превосходные магнитные анизотропные характеристики могут быть получены при сравнительно небольшой толщине пленок, составляющей всего лишь 0,2 мкм. С повышением давления кислорода при формировании СоО-пленок уменьшается намагниченность насыщения и увеличивается отношение МГ, / M"r .
Зависимости коэрцитивной силы Н с и Н"с от давления кислорода при 2,8-10 2 Па и скорости осаждения 4 нм/с имеют максимумы: Ие =104 кА/м и Н"с = 48 кА/м. При более высокой скорости осаждения (90 нм/с) приближение к максимумам коэрцитивной силы с изменением давления кислорода становится более плавным и максимальное значение Нс и Н"с уменьшаются: = 80 кАУм, а Н"с = 40 кА/м. Максимальное поле анизотропии достигается при давлении кислорода 0,53 Па и скорости осаждения 90 нм/с. Более высокая скорость осаждения реализуется при более высоком давлении кислорода. По мере возрастания скорости осаждения увеличивается намагниченность насыщения почти по линейному закону, при этом незначительно возрастает поле анизотропии и несущественно уменьшаются значения Н с и Н\. Возрастание температуры подложки при напылении СоО-пленок приводит к заметному уменьшению намагниченности насыщения и поля анизотропии, которые максимальны при комнатной температуре подложки. В то же время максимумы Н и Н с приходятся на диапазон температур подложки 300.350 С (Н с = 96 кА/м и Н"с = 72 кА/м).
Оценка магнитных полей, в которых возможно уничтожение информации
Поскольку применяемые в устройствах магнитной записи материалы являются анизотропными необходимо различать значения коэрцитивной силы в направлении, совпадающем с плоскостью носителя (Н"с) и перпендикулярном ей (1Г"С). Следует отметить, что, как правило, направление магнитного поля записи в современных жестких дисках перпендикулярно плоскости носителя. Для анализа параметров магнитных полей, уничтожающих информацию методом намагничивания, использовались характеристики магнитного материала носителя приведенные в [35].
Коэрцитивная сила при намагничивании перпендикулярно плоскости пленки лежит в пределах Нс = 100 200 кА/м.
Коэрцитивная сипа при намагничивании касательно плоскости пленки составляет величину Н"с = (0,6 - 0,75) Н с . То есть, коэрцитивная сила в плоскости пленки достаточно велика. Качественную оценку необходимого стирающего поля Н можно получить исходя из следующей формулы аппроксимирующей форму петли гистерезиса [36]: М = -Msarctg{Ti —±), (1) п Нс где: ц — tg( ), К,, = Mt/Ms - критерий прямоугольности, +МГ - остаточная намагниченность, соответствующая в исходной записи условной битовой единице, Ms -намагниченность насыщения.
Условному битовому нулю в исходной записи соответствует остаточная намагниченность равная -Mr. После воздействия положительного внешнего магнитного поля намагниченность исходного битового нуля становится равной +Мг1. Величина битовой единицы +Мг остается без изменений, поскольку ее перемагничивание происходит практически по предельной петле гистерезиса. При воспроизведении информации величина сигнала прямо пропорциональна Mr. Очевидно, что если разность Мг-М, будет давать сигнал воспроизведения меньше порога срабатывания компаратора воспроизводящего устройства, то информация не
сможет быть прочитана штатной системой воспроизведения. Если разность Мг-Мг при любом доступном методе восстановления информации не позволяет получить отношение С/Ш больше единицы, то учитывая непериодический характер записанного сигнала, можно считать что запись будет гарантированно уничтожена. На рис. 2.2. приведена зависимость (Мг-М, )/ Мг от величины нормированного намагничивающего поля, рассчитанная на основе вьппеприведенной формулы [37, 38]. Из рисунка следует, что если С/Ш при воспроизведении исходной записи не превышал 30 дБ, то во внешнем поле, превышающем коэрцитивную силу в 2.5 - 3 раза, информация будет уничтожена.
Критерием полноты уничтожения записанной информации является невозможность ее восстановления известными методами за ограниченное время. Для непериодического информационного сигнала, при котором исключается возможность увеличения отношения сигнал/шум за счет накопления, критерием полноты стирания информации является уменьшение указанного отношения до значения меньшего единицы.
Наиболее чувствительными методами восстановления магнитной записи являются ее считывание с помощью магнтиторезистивных преобразователей (которые в настоящее время являются штатными воспроизводящими устройствами НЖМД), визуализация с помощью магнитооптических устройств, сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля (СОМБП), сканирующая зондовая микроскопия с использованием магниточувствительных зондов (СЗМ). Сложность восстановления информации усугубляется также необходимостью позиционирования считывающего устройства относительно дорожки записи с субмикронным разрешением. В процессе воспроизведения информации высококачественными магниторезистивными головками при существующих плотностях записи характерные величины сигнала воспроизведения составляют около 100 мкВ. При этом отношение сигнал/шум составляет 20-35 дБ. Указанная величина сигнала воспроизведения реализуется при остаточной намагниченности элементарной магнитной ячейки около 500 кА/м. Снижение контраста между ячейками информации после наложения намагничивающего поля, величиной превышающую коэрцитивную силу в 2-4 раза, уменьшает отношение сигнал/шум до величины меньшей единицы, что делает невозможным восстановление информации магниторезистивными головками. Возможность магнитооптической визуализации, копирования и считывания записи с магнитных носителей (дисков, лент) была продемонстрирована в [36, 39, 40], где в частности, было показано, что в тестовой (визуализирующей) магнитооптической пленке, сопряженной с магнитным носителем, формируется упорядоченная доменная структура, однозначно воспроизводящая структуру полей рассеяния от сигналограммы. С помощью эффекта Фарадея (в случае Ві-содержащих МПФГ) или эффекта Керра (в случае пленок типа Tb-Fe) воспроизведенную картину визуализируют и считывают. Отношение Сигнал/Шум в визуализированной картине составляет, как правило, 30-35 дБ для плотности записи 200 бит/мм. При увеличении плотности записи до 1000 бит/мм величина сигнала уменьшается более чем в 50 раз, что исключает возможность визуализации высокоплотной ( 4000 бит/мм) записи на современных НЖМД.
Сканирующая опгическая микроскопия ближнего поля (СОМБП) представляет собой метод, позволяющий получать информацию об оптических свойства ч субмикро- и наноструктур с пространственным разрешением, значительно превышающим дифракционный предел оптической микроскопии [39—41]. В частности, в режиме анализа поляризации излучения, СОМБП позволяет регистрировать локальные магнитооптические эффекты Фарадея и Керра и исследовать магнитные структуры с разрешением на уровне сотен ікшометров.
Выводы к главе 2.
1. Устойчивость намагниченного состояния тонкопленочных слоев магнитных носителей характеризуется максимальным значением энергетического произведения (ВИ)макс. Напряженность внешнего магнитного поля, способного перемагнитить :.:исриал носителя (исказить или стереть информацию), зависит главным образом от величины коэрцитивной силы и прямоугольности петли гистерезиса магнитного материала носителя информации.
2. Увеличение коэрцитивной силы используемого магнитного материала носителя информации ограничивается возможностями создания мощных магнитных полей миниатюрными магнитными головками, используемыми при штатной записе-воспроизведении. Поэтому для последующих исследований следует принять максимальное значение коэрцитивной силы 60...200 кА/м.
Выбор оптимальной длительности стирающего импульса с учётом потерь в защитном кожухе, омических потерь в катушках и паразитных сопротивлений ёмкости и открытого тиристора
Для повышения равномерности и надёжности стирания записи с магнитных носителей, а также уменьшения энергетических затрат в стирающем устройстве нами был предложен новый способ стирания информации с магнитного носителя [55-56]. Этот способ включает воздействие на носитель, по крайней мере, двух сдвинутых во времени импульсов взаимно перпендикулярных магнитных полей.
В первом импульсе магнитное поле ориентируют перпендикулярно вектору остаточной намагниченности информационной ячейки (вектору записи), а его амплитуду устанавливают превышающей значение коэрцитивной силы магнитного носителя в направлении вектора записи. Этот импульс поля переводит все магнитные ячейки в неустойчивое состояние с практически одинаковыми направлениями векторов намагниченности вдоль направления приложенного поля Нг (для случая с перпендикулярной записью). Далее на магнитный носитель воздействуют вторым импульсом магнитного поля Нг, которое ориентировано параллельно вектору записи Н3 и включается в момент времени, лежащий в интервале ттах - Т (рис.4.1.), где Хщах - момент достижения магнитным полем НС максимальной напряжённости, Х] - момент времени, в который напряжённость магнитного поля Нг снижается до значения, равного коэрцитивной силе Нсц магнитного носителя в направлении, параллельном вектору записи Н3. Амплитуда магнитного поля Hz превышает коэрцитивную силу Нс± носителя в направлении, перпендикулярном вектору записи. Начиная с момента включения второго поля Hz на носитель воздействует магнитное поле, направление которого изменяется от направления, соответствующего неустойчивому положению векторов намагниченности магнитных ячеек, к направлению их устойчивого состояния. Это обусловлено тем, что результирующее поле является суммой спадающего первого Нг и нарастающего второго Нг полей.
При этом происходит полное намагничивание носителя, соответствующее записи на всю его поверхность битовых нулей или единиц (в зависимости от направления поля Hz), что и соответствует стиранию исходной информации. При реализации данного способа все процессы перемагничивания магнитных ячеек, соответствующих в исходной записи нулю и единице, идут симметричным образом, что значительно уменьшает различие в остаточных намагниченностях ячеек после процесса стирания и, тем самым, повышает надёжность стирания цифровой информации. Надёжность стирания можно также повысить повторением указанной последовательности импульсов, которые могут быть периодическими. Энергетические затраты снижаются за счёт того, что отсутствует необходимость создания магнитных полей, превышающих амплитуду насыщения материала магнитного носителя, которая в два-три раза превышает величину коэрцитивной силы. Магнитная система стирающего устройства может быть выполнена из двух цилиндрических катушек, расположенных соосно с зазором между ними. Причём катушки одного соленоида имеют диаметр меньше диаметра катушек другого соленоида и расположены в катушках последнего соосно с ними, при этом катушки меньшего диаметра подключены друг к другу так, что векторы создаваемых ими на оси магнитных полей антипараллельны, а катушки большего
диаметра соединены друг с другом так, что векторы создаваемых ими магнитных полей в области размещения магнитного носителя параллельны (см. рис. 4.2.). Антипараллельность магнитных полей на оси катушек меньшего диаметра обеспечивается их противофазным включением, если они намотаны в одном направлении, либо синфазным включением, если они намотаны в разных направлениях. В этих случаях в зазоре между катушками, в который помещается магнитный носитель 1, будет существовать радиальное магнитное поле, лежащее в плоскости носителя 1. Выбор диаметров катушек, создающих поля Нг и Hz осуществляется в соответствии с результатами раздела 3.1. Олисанное выполнение и взаимное расположение катушек соленоидов используется для случая стирания записи с вектором записи, перпендикулярным к плоскости носителя 1.
Предложенный нами способ стирания магнитной записи позволяет значительно повысить надёжность стирания за счёт уменьшения остаточной разности намагниченностей между исходными битами информации, а также снизить энергетические затраты, поскольку для стирания записи не требуется создания насыщающих полей.
Энергетическую эффективность стирающего устройства можно повысить, если создавать магнитное поле в меньшем объёме, а воздействие его на все участки носителя обеспечить вращением магнитного диска. Это вращение можно обеспечить как от автономного источника питания, так и от штатного блока питания компьютера. Вариант реализации такого устройства изображён на рис.4.3. [57].
Устройство содержит соленоид 1, источник автономного питания привода НЖМД 2, источник питания соленоида 3, общий для обоих источников выключатель 4. Соленоид 1 имеет длину (0.2-0,5) D, где D - диаметр магнитного диска (который может составлять 5.25, 3.5, 2.5, 1.8 дюйма). Соленоид 1 смещён относительно оси магнитного диска 5 на (0.1-0.2) D и расположен так, что его магнитное поле действует вне области перемещения магнитных головок 6.
Достоинством такого устройства является высокая надёжность стирания записи, поскольку каждый участок носителя за время действия магнитного импульса несколько раз проходит область стирающего поля. Другим достоинством этого устройства является то, что магнитная система расположена вне зоны работы магнитных головок и их привода, что исключает их механическое повреждение импульсом мощного стирающего поля. Это обеспечивает возможность повторного использования НЖМД после стирания записи. Анализ энергетической эффективности такого устройства, которая является компромиссом между увеличением энергозатрат, вследствие создания более длинного импульса поля, и их снижения за счёт уменьшения объёма поля показывает, что результирующее уменьшение энергопотребления составляет примерно 4 раза. При этом важно, что появляется возможность применять накопительные конденсаторы с низким рабочим напряжением. Это позволяет существенно снизить стоимость и габариты устройства.
Импульсная магнитная система с повышенной равномерностью стираяия записей с магнитных носителей
Прибор экстренного уничтожения информации на магнитных носителях (изделие УЭ01) прошел полный цикл испытаний в соответствии с ГОСТ В 15.210; заводские, предварительные и государственные испытания [84].
Цель испытаний: - проверка соответствия образцов прибора требованиям тактико-технического задания; - выдача рекомендаций о возможности принятия прибора на снабжение Вооруженных Сил Российской Федерации и целесообразности его промышленного производства.
По результатам испытаний прибора Государственная комиссия определила: - опытный образец прибора экстренного уничтожения информации на магнитных носителях ПЭВМ (изделие УЭ01) испытания выдержал и требованиям ТТЗ соответствует; - представить рабочую конструкторскую документацию для присвоения литеры Oi; - рекомендовать прибор экстренного уничтожения информации на магнитных носителях ПЭВМ (изделие УЭ01) принять на снабжение в ВС РФ; - организовать установленным порядком серийное производство прибора экстренного уничтожения информации на магнитных носителях ПЭВМ (изделие УЭ01).
Рабочая конструкторская документация прибора экстренного уничтожения информации, откорректированная по результатам государственных испытаний, проверена межведомственной комиссией и представителем заказчика в соответствии с ГОСТ 2.902 и утверждена решением № 317/ЦКБ/5/2 для организации серийного производства с присвоением ей литеры 0[ [85].
Прибору присвоено наименование «Устройство экстренного уничтожения информации на магнитных носителях», в серийном производстве «Изделие УЭ01».
В соответствии с Решением № 161 от 30 мая 2003 г., системы сертификации средств защиты информации Министерства обороны РФ по требованиям безопасности информации № РОСС RU.0001 .ГШОО, принято решение провести сертификацию прибора на соответствие требованиям приказа Министерства обороны РФ 2002 г. № 306 «Общие и специальные технические требования, предъявляемые к устройствам уничтожения информации с магнитных носителей посредством электромагнитного воздействия».
Прибор экстренного уничтожения информации (изделие УЭ01) прошел сертификационные испытания по утвержденным программе и методике в лаборатории 104 Центрального физико-технического института МО РФ (аттестат аккредитации № 35 от 19.06.2000 г.).
О соответствии специальным требованиям, предъявляемым к устройствам уничтожения информации на магнитных носителях посредством электромагнитного воздействия, выдан Сертификат соответствия № 158 серии КИ № 000101 на три образца прибора (изделия УЭ01). Сертификат действителен до 01.09.2006 г. [86].
На основании Федерального закона от 06.05.1999 г. № 97-ФЗ «О конкурсах на размещение заказов на поставку товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных нужд» и постановления Правительства РФ об утверждении Государственного оборонного заказа на 2004 г. от 30.12.03 г. №790-48 Восьмым управлением ГШВСРФ проведен в апреле 2004 г. конкурс поставщика прибора (изделия УЭ01) и группового ЗИП к нему.
Победителями конкурса признаны два участника, набравшие наибольшее количество баллов: ООО НПФ «Промтехн» и ФГУП «ЦНИРТИ». Участниками конкурса организована кооперация и освоено серийное производство прибора экстренного уничтожения информации на магнитных носителях ПЭВМ в соответствии с контрактом № 14 от 02.07.04 г.
Разработана рабочая конструкторская документация на прибор для экстренного уничтожения информации на магнитных носителях и ей присвоена литера Оь
Обоснованы и применены в конструкции прибора решения для обеспечения тепловых режимов работы прибора в заданных условиях эксплуатации.
Разработан испытательный стенд для отработки конструкции, испытаний образцов приборов и измерения их характеристик. Исследованы параметры магнитных полей, формируемых прибором. Экспериментально показано уничтожение магнитной информации с носителей без возможности восстановления. Разработаны циклограммы работы с прибором. Прибор признан Государственной комиссией выдержавшим полный цикл испытаний на соответствие требованиям тактико-технического задания. Образцы прибора сертифицированы на соответствие требованиям к средствам защиты информации, принятым в МО РФ. Прибор принят на снабжение Вооруженных Сил РФ. Освоено серийное производство прибора [87].
