Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий

Кафедра информационной безопасности

Курсовая работа

по дисциплине «Теория информационной безопасности и методология защиты информации» на тему:

«Запоминающие флэш-устройства. Особенности функционирования и защищенности информации»

Москва 2010

Введение

Технология флэш-памяти появилась около 20-ти лет назад. В конце 80-х годов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качестве альтернативы UV-EPROM. С этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годом неуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполне объяснимо - ведь это самый быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка. Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарный рост всей остальной полупроводниковой индустрии.

Сегодня флэш-память можно найти в самых разных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограмм для микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах и стиральных машинах... список можно продолжать бесконечно. А в последние годы флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровых мультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все это стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров. Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.

Начало этому было положено в 1997 году, когда флэш-карты впервые стали использовать в цифровых фотокамерах.

При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд - время автономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность хранения информации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсами Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15g, а кратковременные могут достигать 2000g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.

Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременное появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.

флэш память информация полупроводниковый

1. Что такое flash-память?

Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.

§ Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи).

§ Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.

§ Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).

В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов - типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов). Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию.

Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory) переводится как "память только для чтения". Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чистому" ROM - это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент - nonvolatile read-write memory или NVRWM).

2. Организация flash-памяти

Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах.

В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.

При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования.

Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1". Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.

2. Общий принцип работы ячейки флэш-памяти

Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение. Помещение заряда на "плавающий" затвор в такой ячейке производится методом инжекции "горячих" электронов (CHE - channel hot electrons), а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]).

Таблица 1.

Эффект туннелирования - один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой "толщины". Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может - не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.

Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается "по другую сторону", не проходя через диэлектрик. Такая вот "телепортация".

3. Типы карт памяти

Существуют несколько типов карт памяти, используемых в портативных устройствах:

CF (Compact Flash): карты памяти CF являются старейшим стандартом карт флеш-памяти. Первая CF карта была произведена корпорацией SanDisk в 1994 году. Этот формат памяти очень распространен. Чаще всего в наши дни он применяется в профессиональном фото и видео оборудовании, так как ввиду своих размеров (43?36?3,3 мм) слот расширения для Compact Flash-карт физически проблематично разместить в мобильных телефонах или MP3-плеерах. Зато ни одна карта не может похвастаться такими скоростями, объемами и надежностью, как CF.

MMC (Multimedia Card): карта в формате MMC имеет небольшой размер -- 24?32?1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD.

RS-MMC (Reduced Size Multimedia Card): карта памяти, которая вдвое короче стандартной карты MMC. Её размеры составляют 24?18?1,4 мм, а вес -- около 6 г, все остальные характеристики не отличаются от MMC. Для обеспечения совместимости со стандартом MMC при использовании карт RS-MMC нужен адаптер.

DV-RS-MMC (Dual Voltage Reduced Size Multimedia Card): карты памяти DV-RS-MMC с двойным питанием (1,8 и 3,3 В) отличаются пониженным энергопотреблением, что позволит работать мобильному телефону немного дольше. Размеры карты совпадают с размерами RS-MMC, 24?18?1,4 мм.

MMCmicro: миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14?12?1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник.

SD Card (Secure Digital Card): поддерживается фирмами SanDisk, Panasonic и Toshiba. Стандарт SD является дальнейшим развитием стандарта MMC. По размерам и характеристикам карты SD очень похожи на MMC, только чуть толще (32?24?2,1 мм). Основное отличие от MMC -- технология защиты авторских прав: карта имеет криптозащиту от несанкционированного копирования, повышенную защиту информации от случайного стирания или разрушения и механический переключатель защиты от записи. Несмотря на родство стандартов, карты SD нельзя использовать в устройствах со слотом MMC.

SDHC (SD High Capacity, SD высокой ёмкости): Старые карты SD (SD 1.0, SD 1.1) и новые SDHC (SD 2.0) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную ёмкость носителя, 4 Гб для SD и 32 Гб для SDHC. Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SD, то есть SD-карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SD карта SDHC не будет читаться вовсе. Оба варианта могут быть представлены в любом из трёх форматов физических размеров (стандартный, mini и micro).

miniSD (Mini Secure Digital Card): От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21,5?20?1,4 мм. Для обеспечения работы карты в устройствах, оснащённых обычным SD-слотом, используется адаптер.

microSD (Micro Secure Digital Card): являются на настоящий момент (2008) самыми компактными съёмными устройствами флеш-памяти (11?15?1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD.

Memory Stick Duo: данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией Sony. Корпус достаточно прочный. На данный момент -- это самая дорогая память из всех представленных. Memory Stick Duo был разработан на базе широко распространённого стандарта Memory Stick от той же Sony, отличается малыми размерами (20?31?1,6 мм).

Memory Stick Micro (M2): Данный формат является конкурентом формата microSD (по аналогичному размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony.

xD-Picture Card: используются в цифровых фотоаппаратах фирм Olympus, Fujifilm и некоторых других.

4. Защита информации на флеш-картах

Самый простой вариант защиты переносимой на флэшке информации -- пароль для идентификации пользователя. Обычно программы такого рода (к примеру, JetFlash Elite), поставляются практически на всех модулях памяти “по умолчанию”, но пользователи часто их не активируют, считая эти меры безопасности ненужными, несмотря на то что пользователи могут задать свой собственный пароль, который оградит USB-устройство от несанкционированного доступа, автоматически блокируя его при введении неправильного пароля при определенном числе попыток. В накопителях TDK TRANS-IT даже есть специальная система подсказок для того, чтобы владелец мог вспомнить свой пароль.

В этой связи очень правильное решение принято в SanDisk, которая выпустила флэш-накопители Cruzer Enterprise с набором программных ключей RSA SecurID, разработанных компанией RSA. Здесь программа двухуровневой аутентификации действует жестко -- чтобы только запустить систему Cruzer Enterprise, пользователю в обязательном порядке необходимо создать сложный пароль из латинских строчных и прописных букв, а также цифр. Если этого не сделать, устройство памяти просто не работает. А за счет одновременного использования шифрования и парольной защиты в случае утери накопителя несанкционированный доступ к данным многократно усложняется.

Кроме того, можно отметить и систему защиты компании Elecom, которая использует свою систему идентификации паролем PASS (Password Authentication Security System), объединяющую несколько методов защиты информации. Как можно подумать, глядя на название, накопитель использует защиту данных паролем, однако это не совсем так -- кроме всего прочего, методы защиты флэш-накопителя позволяют владельцу определять, на каких компьютерах разрешено просматривать данные. Таким образом, если пользователь потеряет свою PASS-флэшку и кто-то попытается считать информацию на неавторизованном компьютере, данные будут для него нечитаемыми.

Интересно отметить несколько решений, которые можно встретить на рынке уже сейчас. К примеру, Samurai -- флэшка с системой уничтожения записанной на ней информации, которая активируется при попытке несанкционированного доступа. К слову, для исключения возможности вскрытия данных методом выпаивания и разбора устройства, все данные аппаратно шифруются микроконтроллером, причем Samurai не требует дополнительного ПО или драйверов, поэтому его можно брать с собой и использовать на любых компьютерах. Работать с такими устройствами легко: при подключении к USB-интерфейсу компьютера необходимо ввести пароль, который пользователь устанавливает сам: если код введен неправильно шесть раз, происходит полное уничтожение информации. Отметим, что пароль вводится на самом устройстве, что делает бесполезным его перехват с помощью различных программ, и самое главное не остается никаких следов пароля на компьютере. Кстати, существует и специальный “пароль под принуждением” -- после его однократного ввода все данные вроде бы доступны и файлы открываются, но запрещено их копирование на компьютер, а через несколько минут вся информация оперативно уничтожается.

К слову, некоторые устройства оснащаются кроме встроенного ПО миниатюрным сканером отпечатков пальцев (как у i-Disk Touch S660 Databank), на рынке корпоративных пользователей это уже далеко не экзотика. Так, решение от компании BioMETRIX под индексом SmartSTIK позволяет обеспечивать конфиденциальность данных именно подобным способом -- доступ к информации, записанной на флэш-накопителях, можно получить только с помощью сканера отпечатков пальцев, размещенного на устройстве. Такой подход к решению проблем безопасности очень удобен, ведь пользователю не нужно придумывать и запоминать пароли, а затем беспокоиться, что их кто-нибудь узнает. Кроме того, такая реализация является аппаратной и не нуждается в драйверах или дополнительном ПО.

Еще одно интересное решение предлагает компания NERO -- продукт АБС EF, который представляет собой высокоскоростное USB запоминающее устройство для хранения любого типа информации с возможностью мгновенного физического уничтожения носителя, причем, как отмечают представители компании-производителя, данные, содержавшиеся на носителе, восстановлению не подлежат. Интересно, что использование АБС EF в качестве носителя информации полностью идентично другим флэш-накопителям, а вот для уничтожения информации на носителе емкостью 4--16 Гб (масса -- всего 50 г) необходимо отключить изделие от USB-порта компьютера, сдвинуть боковую защитную крышку, переключить тумблер активации под гарантийной наклейкой, и, вуаля, - уничтожение данных произойдет через 2--3 с, о чем будет свидетельствовать свечение красного индикатора. Без сомнения, это решение найдет своих потребителей, особенно в среде специалистов по информационной безопасности и компьютерных энтузиастов, а также просто людей, обеспокоенных сохранением конфиденциальности своих данных.

Заключение

«Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первый год, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматы карт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можно говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia, хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть и остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно на этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторые тенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю карты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства) на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка 70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым победителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Эти карты меньше, что упрощает их применение, интерфейс проще, конструкция надежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержать безоговорочную победу -- ориентация многих производителей техники на свои форматы.

Список литературы

1. Г93 Аппаратные средства IBM РС. Энциклопедия, 2-е. - СПб.: Питер, 2001 928 с.: ил. Автор - Михаил Гук

2. А. Жаров Ж35 "Железо IBM 2000" Москва: "МикроАрт", 352с.

3. Медведев И.И. Энциклопедия расходных материалов. Флэш карта. М.: Пресс релиз, 2004 г

Размещено на Allbest.ru