Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта

Информационная безопасность

Исследование влияния особенностей технологии хранения данных на энергонезависимых носителях на несанкционированный доступ к утилизированной информации

За последние годы в информационных системах, используемых в органах государственной власти, уже накоплен большой объем данных. По мере сбора информации эти базы данных становятся полезным и ценным государственным ресурсом. И, как всякие ценности, их надо защищать. В предлагаемых статьях ответственного секретаря Научного совета по информатизации Санкт-Петербурга рассмотрены вопросы использования энергонезависимых носителей данных и защиты хранимой на них информации на автоматизированных рабочих местах в исполнительных органах государственной власти. - От ред.

А. А. Демидов,
ответственный секретарь
Научного совета по информатизации Санкт-Петербурга

Энергонезависимый носитель является представителем обширного класса устройств хранения информации, основанных на использовании эффектов магнетизма. К этому классу относятся как средства хранения аналоговых сигналов (например, аудио- и видеокассеты), так и цифровых (гибкие и жесткие магнитные диски, магнитооптические диски, ленточные системы хранения цифровой информации - стримеры и т. п.) [1, 2].

Кратко рассмотрим принципы, лежащие в основе магнитной записи сигналов, а также особенности функционирования современных НЖМД с точки зрения получения несанкционированного доступа (НСД) к ранее удаленной информации.

Физические основы магнитной записи сигналов

В качестве носителя записи во всех устройствах магнитной памяти используется ферромагнитный материал. Ферромагнетики - это вещества, обладающие собственной упорядоченной магнитной структурой, магнитные моменты атомов (ионов) отдельных макроскопических объемов ферромагнетика параллельны и одинаково ориентированы. Эти объемы, называемые доменами, обладают магнитным моментом (самопроизвольной намагниченностью) даже при отсутствии внешнего намагничивающего поля [3, 4]. В ферромагнетике, не подвергавшемся воздействию внешних магнитных полей, магнитные моменты различных доменов обычно взаимно скомпенсированы, и их результирующее магнитное поле близко к нулю.

Для ферромагнетиков характерен гистерезис при перемагничивании внешним магнитным полем, то есть запаздывание изменений намагниченности вещества при изменении намагничивающего поля. На рис. 1 приведена основная характеристика ферромагнетиков - зависимость магнитной индукции В от напряженности Н намагничивающего поля (так называемая петля гистерезиса).

Рис. 1. Петля гистерезиса ферромагнетика и ее особые точки

Если на ферромагнитный материал, не создающий внешнего магнитного поля (т. е. с общей намагниченностью В = 0), начать воздействовать с помощью некоторого источника магнитного поля, напряженность которого можно менять в широких пределах, в среде будет формироваться некая намагниченность, изменяющаяся вместе с полем. При линейном росте магнитного поля Н намагниченность ферромагнетика B также будет постепенно нарастать. Физика формирования намагниченности ферромагнетика сводится к следующему. С ростом магнитного поля магнитные моменты доменов, до этого ориентированные хаотически, приобретают преимущественную ориентацию вдоль магнитного поля, тем большую, чем выше его напряженность. Домены слипаются и растут за счет соседей, границы доменов движутся. При Н = НН достигается точка максимальной намагниченности В = ВM. При дальнейшем увеличении магнитного поля намагниченность остается неизменной. В точке насыщения ферромагнитный материал становится монодоменным.

При уменьшении магнитного поля до нулевого значения его намагниченность несколько снижается до величины ВН, соответствующей насыщенному состоянию ферромагнетика в отсутствии внешнего поля. Таковым оно и останется неограниченно долго.

Если теперь начать увеличивать напряженность магнитного поля, но уже с обратным знаком, намагниченность будет и далее снижаться, пока не станет нулевой. Это точка НК. Соответствующее ей напряжение магнитного поля называют коэрцитивной силой ферромагнетика [2, 3]. То есть, коэрцитивная сила определяется как напряженность внешнего магнитного поля, которое необходимо приложить к ферромагнетику для снижения его намагниченности до нулевого значения. Каждый ферромагнетик характеризуется определенным значением коэрцитивности. Если процесс перемагничивания продолжить, то ферромагнетик вновь окажется насыщенным, но направление поля насыщения станет обратным. Повторив процесс, постепенно меняя Н от НН до +НН, можно получить вторую ветвь петли гистерезиса и замкнуть ее.

Рассмотренный случай соответствует предельной кривой гистерезиса. Если же Н периодически менять в более узком, чем НН:+НН, интервале значений, то можно получить непредельную петлю (пунктирная кривая на рис. 1). Если магнитное поле было просто выключено при напряженности H1 или Н2, то образец останется намагниченным до значения В1 или В2 соответственно. Именно это свойство ферромагнетиков используется в процессе традиционной магнитной записи, в том числе и в НЖМД.

Устройство НЖМД

Основные принципы работы накопителей на жестких магнитных дисках одинаковы для любых моделей. Устройство типового НЖМД показано на рис. 2.

Носителем записи в НЖМД являются несколько (в современных устройствах - от одного до трех) дисков, зафиксированных на общем шпинделе. Каждый диск состоит из жесткой основы и ферромагнитного покрытия. Ферромагнитный слой наносится на основу с двух сторон. Большинство дисков изготавливается из алюминия или стекла. В качестве ферромагнетика обычно используют металлопорошки железа, хрома, кобальта.

Рис. 2. Основные узлы НЖМД

Каждый диск разбит на концентрические дорожки. Одинаково расположенные дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндры.

Данные записываются и считываются универсальными головками с поверхностей вращающихся магнитных дисков. Для каждой из сторон каждого диска предусмотрена своя собственная головка чтения/записи. Все головки смонтированы в общем каркасе и могут с помощью привода быть перемещены к тому цилиндру магнитных дисков, для дорожек которого должно быть выполнено чтение или запись информации.

Универсальная головка чтения/записи состоит из записывающей и считывающей части, составляющих единый блок.

Записывающая головка - это U-образный ферромагнитный сердечник с обмоткой, по которой может протекать электрический ток. При пропускании тока через обмотку в сердечнике головки создается магнитное поле. При переключении направления протекающего тока полярность магнитного поля также изменяется. В сущности, это электромагнит, полярность которого можно очень быстро изменить, переключив направление пропускаемого электрического тока. Магнитное поле в сердечнике частично распространяется в окружающее пространство благодаря наличию зазора в основании головки. Если вблизи зазора располагается рабочий слой магнитного диска, то магнитное поле в нем локализуется, поскольку подобные вещества обладают меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух. Магнитный поток, пересекающий зазор, замыкается через носитель, что приводит к поляризации его магнитных доменов в направлении действия поля. Направление поля и, следовательно, остаточная намагниченность носителя зависят от полярности электрического поля в обмотке головки.

Запись выполняется подачей переменного тока импульсной формы в обмотку головки записи. При этом на соответствующем треке вращающегося диска возникает цепочка чередующихся участков с противоположными направлениями намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. Тем самым, формируется магнитная сигналограмма - последовательность намагниченных участков на рабочей поверхности носителя, однозначно соответствующая временному распределению амплитуд информативного сигнала.

Это пространственное распределение зон остаточной намагниченности регистрирует затем головка считывания. Следует отметить, что в цифровой магнитной записи при считывании детектируются не сами зоны остаточной намагниченности той или иной полярности, а переходы между ними (рис. 3).

Для считывания в современных накопителях используются магниторезистивные (MR) головки [1]. Их работа основывается на том обстоятельстве, что сопротивление проводника незначительно изменяется под воздействием внешнего магнитного поля. Сопротивление MR-головки изменяется при прохождении над участками с разными значениями остаточной намагниченности. Через головку протекает небольшой постоянный измерительный ток, при изменении сопротивления изменяется и падение напряжения на ней.

Рис. 3. Эпюры сигналов записи, считываня и зоны смены знака намагниченности на магнитном диске: а) - ток записи; б) - изменения намагниченности; в) - распределение намагниченности; г) - изменение напряжения считывания

Позиционирование головок чтения/записи на конкретную область диска выполняется с помощью считывающей части. Контроллер диска выдает команду на перемещение блока головок на заданное число цилиндров в ту или другую сторону. После завершения перемещения соответствующая считывающая головка начинает читать с диска нанесенные производителем сервометки, позволяющие точно определить положение головок. Исходя из полученной информации, система тонкой подстройки корректирует положение головок так, чтобы они оказались точно над требуемой дорожкой.

Однако, несмотря на применение такой совершенной схемы позиционирования, головки могут отклоняться от центра необходимой дорожки и выполнять запись в междорожечный интервал [5, 6, 7]. Основными причинами ошибок позиционирования служат следующие факторы:

  • внешние ударные воздействия, вибрации;
  • эксцентриситет шпинделя, то есть погрешности центровки дисков, приводящие к дисбалансу массы и, как следствие, к биениям и возникновению ошибок;
  • неточность записи серводанных при производстве накопителей, неизбежная из-за дрожания пластины, шумов головки и электронных шумов в процессе записи серводанных;
  • тепловые деформации различных частей накопителя из-за постепенного нагрева работающего устройства;
  • помехи по цепи питания от других устройств ВС;
  • турбулентные завихрения воздуха при движении головки над поверхностью диска;
  • дефекты и износ подшипника шпинделя и вала поворотного двигателя блока головок.

    В силу этих причин, записи, последовательно выполненные на одной дорожке, накладываются друг на друга с некоторым смещением. Положение каждой записи будет определяться совместным воздействием всех этих факторов, а также ускорением и направлением движения головок при позиционировании.

    Таким образом, краевые области любой дорожки могут содержать зоны остаточной намагниченности, оставшиеся от предыдущих записей. Это не мешает работе накопителя, поскольку ширина считывающей головки меньше ширины записывающей головки. Располагается считывающая головка по центру записывающей. Размеры обеих головок подбираются таким образом, чтобы считывающая головка при любых штатных ошибках позиционирования находилась над последней записью.

    Наличие по краям дорожек остатков предыдущих записей создает предпосылки для НСД к информации, удаленной (перезаписанной) программным способом.

    Восстановление перезаписанной информации сводится к анализу магнитной структуры поверхности дисков, отсканированной с разрешением, превышающим разрешающую способность считывающих головок. Это нетривиальная задача, и для ее решения необходима специальная аппаратура.

    Литература

    Mueller S. Upgrading and Repairing PCs, 13th Edition. Indianapolis: Que, 2002, 1556p.
    Чирков Л. Носители записи. Журнал "Звукорежиссер", N 6, 2001, С. 3-9.
    Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. - М.: "Мир", 1987, 419 с.
    Бучельников В. Д. Физика магнитных доменов. Журнал "Соросовский образовательный журнал", N 12, 1997, С. 92-99.
    Болдырев А. И., Сталенков С. Е. Надежное стирание информации - миф или реальность? Журнал "Защита информации. Конфидент", N 1, 2001.
    Боборыкин С. Н., Рыжиков С. С. Оценка эффективности средств уничтожения информации, хранящейся в накопителях на жестких магнитных дисках. Журнал "Специальная техника", N 3, 2001.
    Sobey C. H. Recovering Unrecoverable Data. The Need for Drive-Independent Data Recovery. ChannelScience White Paper, 2004, 30p.

    Рубрики || Работа || Услуги || Поиск || Архив || Дни рождения
    О "КИ" || График выхода || Карта сайта || Подписка

    Рассылка анонсов газеты по электронной почте

    Главная страница

    Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
    Свидетельство Эл 77-4461 от 2 апреля 2001 г.
    Перепечатка материалов без письменного согласия редакции запрещена.
    При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.

    Телефон редакции (812) 718-6666, 718-6555.
    Адрес: 196084, СПб, ул.Заставская, д.23, БЦ "Авиатор", 3-й этаж, офис 307
    e-mail: editor@ci.ru
    Для пресс-релизов и новостей news@ci.ru