Устройство экстренного уничтожения микросхемы памяти и способ его изготовления Российский патент 2024 года по МПК G06F12/14 G06F21/88 

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа, а именно к устройствам уничтожения электронных носителей информации до состояния, обеспечивающего невозможность восстановления информации.

Энергонезависимая флеш-память (NVRAM) получила широкое распространение в качестве средства хранения компьютерной информации на гражданских и военных объектах. Использование флеш-памяти на объектах, работающих с конфиденциальной информацией, связано с риском ее разглашения. Для достижения должного уровня безопасности данных в чрезвычайной ситуации необходимо обеспечить возможность экстренного уничтожении информации без возможности ее восстановления.

Известен электромагнитный метод уничтожения информации [патент RU 2323491]. Этот метод заключается в том, что на микросхему памяти (МП) и управляющий затвор подают номинальные напряжения питания с помощью облучения проводников микросхемы двумя ортогональными переменными синусоидальными магнитными полями. При воздействии на носитель памяти переменного периодически изменяющегося магнитного поля с изменяющимися во времени ориентацией вектора, амплитудой и частотой, индуцируется электрическое поле в проводниках микросхемы, в результате образуются токи Фуко, которые переводят в неустойчивое состояние заряды в плавающем затворе.

В работе [https://elibrary.ru/item.asp?id=12956198] авторы предложили устройство, сочетающие сверхкороткие электромагнитные импульсы и воздействие на выводы МП импульсом высокого напряжения. Стирание информации осуществляется по специальному алгоритму микроконтроллером посредством замещения информации, записанной на МП. Далее выполняется мгновенный разряд напряжения (~400 В) через входные цепи носителя, что приводит к выгоранию контроллера и элементов электрической обвязки системы энергонезависимой памяти.

Несмотря на эффективность электромагнитных методов, они не обеспечивают гарантированного удаления информации с носителя из-за отказа аппаратуры, отсутствия источника тока и так далее, а также требуют наличия сложного программного и/или аппаратного комплекса. Из-за недостатков электромагнитных методов становятся востребованными физические методы разрушения.

Известен механический метод разрушения МП, описанный в патенте RU 2640725. Для разрушения носителя информации используют внешний механический пробойник, установленный на посадочное место с наружной стороны корпуса. Удерживая механический пробойник в посадочном месте, по нему наносится удар молотком или любым тяжелым предметом. За счет ударного воздействия кристалл как минимум одной микросхемы гарантированно разрушается. Несмотря на надежность, такая конструкция требует значительного увеличения габаритов устройства, что не может быть обеспечено при использовании компактных ЭВМ и стандартизированных комплектующих.

Надежное и быстрое уничтожение МП может быть обеспечено термохимическим методом, основанным на воздействии высоких температур, в результате протекания химических реакций [http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=528&lvl=04.04.&p=1].

В патенте RU 2419895 предложено размещение чипа памяти внутри шихты для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), расположенной в перфорированном кожухе реактора с емкостями с фтористым окислителем. При несанкционированном вскрытии реактора осуществляется одновременная разгерметизация по крайней мере одной из емкостей с фтористым окислителем и подача фтористого окислителя к воспламеняющейся шихте для инициирования процесса в режиме горения в реакторе.

Известна конструкция защищенного информационного устройства [патент RU 122421] в форме кейса с двойными стенками, между которыми расположены брикеты из СВС-состава и система воспламенения. Последняя включает герметичную ампулу с фторокислителем (ФО), размещенную в полости втулки, ввинченной в боковую стенку контейнера. Конструкция устройства предполагает наличие штока для пробивания им ампулы с ФО и занесения ФО на СВС-состав.

В патенте RU 172500 для экстренного уничтожения твердотельных носителей информации предложено использовать хранилище, внутри корпуса которого на верхней и нижней стенках закреплены контейнеры с СВС-составом, а на задней стенке - контейнер со взрывчатым веществом. Верхняя часть хранилища упирается на плиту механизма взвода, соединенную с механизмом взвода, состоящим из четырех пружин, размещенных между плитой взвода и верхней стенкой кожуха хранилища, приводимого в действие ключом. Контейнер с СВС-составом включает двигатель ракеты, соединённый с вытяжным шнуром капсюля-воспламенителя, а состав СВС представлен в виде брикета, в то время, как контейнер с взрывчатым веществом в качестве взрывчатого вещества содержит гранату, боевая чека взрывателя которой через ролик соединена с вытяжным шнуром.

Описанные конструкции обеспечивают гарантированное уничтожение МП, но сложность и громоздкость устройств не обеспечивает их использование в составе ЭВМ.

Более простым конструктивным решением является расположение взрывчатого состава вблизи чипа. В патенте RU 2527241 предложено наносить на диэлектрическое основание электрической схемы нанослой из взрывчатого вещества (ВВ) (пентрит), помещенный внутри микрокумулятивного заряда, электрически соединенный с мостиковым электродетонатором. Увеличить скорость и эффективность уничтожения информации можно путем разрушения ее электронных носителей с помощью кумулятивной режущей струи [патент RU 2276318], [патент RU 2424584], [патент US 6609464]. Плоская струя позволяет обеспечить протяженный линейный рез требуемой конфигурации. Кроме того, на носитель информации осуществляется также и термическое воздействие. Воздействие плоской кумулятивной режущей струи на носитель информации как непосредственно, так и через преграду позволяет обеспечить универсальность способа, поскольку конструкция носителя информации, из известных на настоящее время, не влияет на результат уничтожения, а высокий уровень создаваемых воздействующих нагрузок позволяет использовать резку даже при наличии преграды. Основными недостатками описанных конструкций можно считать громоздкость, взрывоопасность рабочего заряда, а также высокое газовыделение при сгорании заряда.

Для уничтожения носителей информации в патенте RU 2735822 предложено использовать малогазовые СВС-составы на основе порошков Al и/или Mg, оксидов металлов (Fe₂O₃ либо TiO₂) и углерода С при массовом соотношении всех оксидов к сумме восстановителей с алюминием либо магнием 1:2 (1:3). Предложенная система воспламенения включает в себя миниатюрный источник электрического тока - элемент питания напряжением 1,5...3,0 В и воспламенитель в виде либо проволочной спирали с нанесенным на нее воспламенительным составом, либо корпусного пиротехнического микроэлектровоспламенителя. Несмотря на достижение низкой температуры воспламенения (<500ºC) и компактности устройства, для воспламенения авторы использовали воспламеняющие составы, требующие повышенной осторожности при обращении и образующие значительное количество газовой фазы при сгорании.

Наиболее близким аналогом является конструкция, известная из патента RU 2690781. Авторы предложили использовать конструкцию с герметичным корпусом, в котором установлены рабочий заряд и элемент задействования рабочего заряда, выполненные из пиротехнических составов, между которыми расположена МП. Элемент задействования предложено выполнять в виде плоского элемента из пиротехнического листового материала, а рабочий заряд - из СВС пиротехнического состава, например, на основе оксида никеля (II) и алюминия в массовом соотношении 80:20. Использование такой конструкции позволяет сохранить компактность устройства, и обеспечить должную безопасность устройства, однако, высокая теплопроводность алюминиевых составов, и низкое энерговыделение снижает эффективность описанного устройства. Помимо этого, при горении термитных смесей Me/MeO образуется значительное количество искр, что может привести к возгоранию комплектующих ЭВМ.

Наряду с вышесказанным, использование ВВ и пиротехнических составов связано с рядом законодательных ограничений. Решить описанные проблемы можно, сохранив конструктив концептуально близкий к описанному в патенте RU 2690781, но используя в качестве материала основного заряда механоактивированные энергетические композиты.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции, а также снижение взрывоопасности и возможности возгорания других частей ЭВМ от возникающих искр.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит выполненный с возможностью установки на текстолите поверх МП прессованный активный материал, с запрессованным внутри электрическим инициатором, к которому подключены тоководы.

В качестве активного материала используется композиционный порошок на основе циркония и борсодержащего компонента, например B₄C, W₂B₅ или BN.

В качестве электрического инициатора используется нагревательные элементы на основе W, сплавов NiCr, FeCrAl либо металл-керамические микронагреватели.

Способ изготовления устройства включает:

смешивание борсодержащего компонента и циркония в стехиометрическом соотношении и механическую обработку в шаровой мельнице. Для улучшения технических характеристик допустимо введение до 20 мас.% твердой смазки (например, графита);

сушку и дезагрегацию полученного порошка;

прессование полученного порошка совместно с электрическим инициатором.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 – конструктивная схема устройства;

фиг. 2 – схема компоновки устройства;

фиг. 3 – пресс-форма для компактирования активного материала;

Фиг. 4 – зависимость среднего размера частиц активного материала от продолжительности механической обработки;

Фиг. 5 – ТГА/ДСК-кривые активного материала, полученного в результате обработки в течение: а – 3 мин; б – 6 мин; в – 9 мин; г – 12 мин;

Фиг. 6 – зависимость времени инициации (τ_иниц., а) и горения (τ_гор., б) составов от времени обработки.

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 – текстолит;

2 – прессованный активный материал;

3 – тоководы;

4 – электрический инициатор;

5 – микросхема памяти;

6 – корпус носителя информация;

7 – пресс-форма.

Осуществление изобретения подтверждается дальнейшим детальным описанием и примерами реализации.

Принцип работы устройства описывается следующим образом: на текстолите (1), поверх МП (5) установлен прессованный активный материал (2). Внутри активного материала запрессован электрический инициатор (4), при подаче электричества по тоководам (3) происходит разогрев инициатора до возгорания активного материала, в процессе компактного горения которого достигаются температуры, приводящие к физической деструкции микросхемы памяти.

В качестве активного материала использовали композиционный порошок на основе Zr и борсодержащих компонентов, таких как B₄C, W₂B₅ или BN.

В качестве электрического инициатора использовали нагревательные элементы на основе W, сплавов NiCr, FeCrAl, возможно также применение металл-керамических микронагревателей.

Для изготовления устройства производили смешивание борсодержащих компонентов (использовались следующие компоненты - B₄C, W₂B₅, BN) и циркония в стехиометрическом соотношении и их механическую обработку в шаровой мельнице. Для улучшения технических характеристик добавляли до 20 мас.% твердой смазки. В качестве твердой смазки использовался графит.

Полученный порошок сушили и дезагрегировали, после чего совместно с электрическим инициатором закладывали в пресс-форму (фиг. 3) и подвергали прессованию. Конструкция и размеры пресс-формы рассчитываются таким образом, чтобы спрессованный активный материал возможно было установить поверх МП.

Полученный спрессованный активный материал устанавливали внутри корпуса носителя информации поверх МП. Схема компоновки показана на фиг. 2.

Описание примеров приготовления активного материала:

Пример 1. В качестве исходных реагентов для синтеза активного материала использовали металлический Zr (ПЦРК-1) и карбид бора (F1200, «ХЧ»), которые предварительно сушили в вакуумном сушильном шкафу при 150ºС в течение 3…6 ч. Исходные реагенты смешивали в массовом соотношении 83:17 и подвергали механической обработке в инактивной органической среде на планетарной шаровой мельнице в течение 3…12 мин. Полученные образцы сушили на воздухе в течение 1…3 ч, отделяли от шаров и дезагрегировали. По данным электронной микроскопии установлено, что механическая обработка сопровождается интенсивным внедрением частиц карбида бора в цирконий, о чем свидетельствует образование крупных (>5 мкм) агломератов с характерной для механоактивированных образцов структурой с «напайками» частиц.

Спустя 3 мин обработки в составе наблюдается незначительное количество сфероидальных частиц исходного циркония. По результатам лазерной дифрактометрии установлено, что обработка сопровождается консолидацией частиц до τ = 6 мин, достигая среднего размера агломератов ~6,5 мкм (фиг. 4).

При дальнейшей обработке преобладает хрупкое разрушение частиц с образованием осколков со средним размером ~5 мкм. Об этом так же свидетельствует увеличение относительного содержания бора в образцах полученных спустя 9…12 мин обработки. По результатам ТГА/ДСК исследований (фиг. 5) установлено, что на первой стадии взаимодействие между компонентами обусловлено процессом низкотемпературного окисления циркония.

Как и следовало ожидать, увеличение продолжительности обработки с 3 до 12 мин позволяет снизить температуру начала окисления с ~340 до ~230ºC. В области 750ºС при τ = 3 мин наблюдается узкий интенсивный экзотермический пик, вызванный сгоранием продуктов твердофазного взаимодействия исходного Zr с карбидом бора. Делокализация пика низкотемпературного окисления циркония и интенсификация пика окисления продуктов по мере увеличения τ свидетельствуют об увеличении полноты твердофазного взаимодействия компонентов в смеси. Следует отметить, что уже спустя 6 мин обработки, процесс окисления композиционного порошка приобретает ярко выраженный трехстадийный характер. Увеличение τ сопровождается увеличением теплового эффекта реакции с ~6,8 МДж/кг (τ = 3 мин) до ~7,8 МДж/кг (τ = 12 мин).

Стендовые испытания образцов показали, что увеличение времени обработки способствует увеличению продолжительности горения и снижению времени инициации (фиг. 6). Сложный характер зависимости τ_иниц. от продолжительности обработки можно объяснить изменениями в фазовом составе и структуре композита, что, в свою очередь, приводит к изменению механизма горения. Образцы обладают незначительным газовыделением, способствующим «взрывному» характеру горения. Достичь компактного горения образцов удалось только при τ ≥9 мин.

Пример 2. В качестве исходных реагентов для синтеза активного материала использовали металлический Zr (ПЦРК-1), карбид бора (F1200, «ХЧ») и коллоидный графит (С-0) которые предварительно сушили в вакуумном сушильном шкафу при 150ºС в течение 3…6 ч. Цирконий смешивали с графитом и карбидом бора в массовом соотношении 83:1:16 и подвергали механической обработке в инактивной размольной среде на планетарной шаровой мельнице в течение 3…12 мин. Полученные образцы сушили на воздухе в течение 1…3 ч, отделяли от шаров и дезагрегировали. В отличии от образцов, не содержащих в своем составе графит, консолидация частиц замедляется уже спустя 3 мин обработки. Увеличение τ до 9 мин приводит к незначительному уменьшению среднего размера частиц (с ~5 до ~4 мкм), дальнейшая обработка не приводит к значительному изменению размера частиц (фиг. 4).

В сравнении с образцами без добавки графита, образцы, содержащие графит, имеют меньшее время инициации, и более длительное время горения (фиг. 6). Наименьшее время инициации составляет 10 с для образцов «Zr/B₄C/C» полученных спустя 6…9 мин обработки. Образцы горели без значительного газовыделения и изменения формы вне зависимости от времени обработки.

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа, а именно к устройствам уничтожения электронных носителей информации до состояния, обеспечивающего невозможность восстановления информации. Техническим результатом является упрощение конструкции, а также снижение взрывоопасности и возможности возгорания других частей ЭВМ от возникающих искр. Технический результат достигается тем, что устройство экстренного уничтожения микросхемы памяти содержит выполненный с возможностью установки на текстолите поверх микросхемы памяти прессованный активный материал с запрессованным внутри электрическим инициатором, к которому подключены тоководы, причем прессованный активный материал получен путем смешивания борсодержащего компонента и циркония в стехиометрическом соотношении, механической обработки смеси в шаровой мельнице, осуществления сушки и дезагрегации полученного порошка и прессования полученного порошка совместно с электрическим инициатором, к которому подключены тоководы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство экстренного уничтожения микросхемы памяти, содержащее выполненный с возможностью установки на текстолите поверх микросхемы памяти прессованного активного материала с запрессованным внутри электрическим инициатором, к которому подключены тоководы, причем прессованный активный материал получен путем смешивания борсодержащего компонента и циркония в стехиометрическом соотношении, механической обработки смеси в шаровой мельнице, осуществления сушки и дезагрегации полученного порошка и прессования полученного порошка совместно с электрическим инициатором, к которому подключены тоководы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве прессованного активного материала используется композиционный порошок на основе циркония и борсодержащего компонента.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве борсодержащего компонента используется B₄C, или W₂B₅, или BN.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что в качестве электрического инициатора используются нагревательные элементы на основе W или сплавов NiCr или FeCrAl или металл-керамические микронагреватели.

5. Способ изготовления устройства экстренного уничтожения микросхемы памяти по п. 1, отличающийся тем, что смешивают борсодержащий компонент и цирконий в стехиометрическом соотношении, производят механическую обработку смеси в шаровой мельнице, осуществляют сушку и дезагрегацию полученного порошка, после чего прессуют полученный порошок совместно с электрическим инициатором, к которому подключены тоководы, и устанавливают на текстолите полученный прессованный активный материал поверх микросхемы памяти с запрессованным внутри электрическим инициатором, к которому подключены тоководы.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при смешивании карбида бора и циркония в стехиометрическом соотношении вводят до 20 мас.% твердой смазки.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве твердой смазки используют графит.