Mật mã tại Crosshairs II: Phân tích sức mạnh khác biệt. Phân tích vi phân Nghiên cứu vi phân

Tiến sĩ, nhà trị liệu tâm lý Goncharov M.A.

Bất chấp những thành tựu của liệu pháp tâm lý hiện đại, vấn đề phục hồi những người tự tử vẫn còn khá nghiêm trọng. Có nhiều giả thuyết về hành vi tự sát. Nhưng không ai tiết lộ đầy đủ tất cả những bí mật của hiện tượng này.

May mắn thay, thời kỳ mà hiện tượng tự tử được coi là một hiện tượng mang tính chất lâm sàng đã qua từ lâu. Có rất nhiều lý thuyết và rất nhiều cách tiếp cận trị liệu. Tất nhiên, thái độ của chúng ta đối với vấn đề tự tử phần lớn được quyết định bởi tầm nhìn của chúng ta về con người và định hướng lý thuyết.

Hành vi tự sát là đặc trưng của con người. Không một sinh vật sống nào phải đau khổ khi chọn cái chết làm giải pháp cho một vấn đề.
Theo S. Freud, “mọi vật sống đều phấn đấu cho cái chết, cho sự tồn tại vô cơ cơ bản; tự sát là một hành động tâm lý, động lực của nó là bản năng chết”.

A. Adler cho rằng “ham muốn được chết là một phản ứng phòng thủ dưới hình thức trả thù ít nhiều có ý thức đối với bản thân hoặc người khác. Thông qua việc tự tử, một người vượt qua được mặc cảm tự ti thời thơ ấu và khẳng định bản thân mình.”

Steckel coi “tự tử là kết quả của việc tự trừng phạt trong trường hợp đối tượng có mong muốn giết người khác bị kìm nén về mặt văn hóa”.
K. Meninger - “Tự tử như một biểu hiện của sự phức tạp của chủ nghĩa bạo dâm và khổ dâm, một cách trừng phạt Bản ngã bởi Siêu Bản ngã.”

G.I. Gordon coi tự tử là “sự suy yếu hoặc biến mất hoàn toàn của nhịp sống hoặc bản năng sống”.

Nhà xã hội học William Irwin Thompson: “Con người không phải là đồ vật như bàn ghế, và nếu họ thấy cuộc sống của mình chỉ còn tồn tại trong bàn ghế, họ sẽ tự sát”.
Theo Ringel (1978), nỗ lực tự sát là “sự hoàn thành của một diễn biến đau đớn”.

Đối với Amery (1979), hành động tự tử là bằng chứng về quyền tự do của con người, điều này phân biệt con người với động vật. Theo Battegay (1981), ngược lại, khi tự sát thì không thể bàn cãi về bất kỳ quyết định tự do nào.

Theo khái niệm của A.G. Ambrumova, hành vi tự tử là hậu quả của sự không thích nghi về tâm lý xã hội trong bối cảnh xung đột xã hội vi mô đã trải qua và là một trong những kiểu phản ứng hành vi chung của một người trong các tình huống khắc nghiệt, vì nó xảy ra trên toàn bộ phạm vi các biến thể chẩn đoán - từ chuẩn mực tinh thần đến bệnh lý nghiêm trọng.
Mọi người đều muốn lên thiên đàng, nhưng không ai muốn chết.

Bản thân hành vi tự tử hiếm khi là mong muốn được xuống mồ. Một nỗ lực tự sát có nghĩa là ít mong muốn cái chết hơn là một thách thức đối với thế giới xung quanh chúng ta. Berdyaev nói rằng một người không bao giờ phủ nhận chính cuộc sống, anh ta phủ nhận khoảnh khắc sống khiến cuộc sống này không thể chịu đựng nổi. Do đó, bản thân hành vi tự sát không phải là nguyên nhân mà là hậu quả, tức là. triệu chứng. Nguyên nhân là do mâu thuẫn không phải lúc nào cũng biểu hiện trên bề mặt.

Tâm lý trị liệu tích cực hay phân tích khác biệt là một phương pháp trị liệu tâm lý lấy xung đột làm trung tâm với hình ảnh nhân văn về một con người, do đó công việc tập trung đặc biệt vào việc tìm ra xung đột “khiến cuộc sống không thể chịu đựng được”. Việc điều trị hành vi tự tử ở mức độ triệu chứng là vô nghĩa. Điều này cũng giống như việc sửa chữa một chiếc ô tô bằng cách sơn lại những vết xước trên đó. Sự chuyển đổi từ triệu chứng sang xung đột là bước chính trong tâm lý trị liệu nói chung, trong việc xử lý hành vi tự tử nói riêng. Phương pháp trị liệu tâm lý tích cực có tên từ tiếng Latin “POSITUUM”, có nghĩa là: thực tế, được đưa ra. Hành vi tự tử không phải là sự thật và dữ liệu duy nhất. Vấn đề với cách tiếp cận này là chứng rối loạn không phải là một con quái vật xa lạ đối với một người có cuộc sống riêng, mà là trạng thái năng động của một người, phản ứng của anh ta trước những ảnh hưởng của môi trường. Trong liệu pháp tâm lý tích cực, trọng tâm không phải là căn bệnh, triệu chứng hay vấn đề mà là những đặc điểm (khả năng thực tế) của cá nhân, xung đột gây ra rối loạn chức năng và những đặc điểm sẽ giúp đối phó với tình huống.

Tâm lý trị liệu tích cực coi triệu chứng là phản ứng với những thay đổi của môi trường bên ngoài hoặc trải nghiệm bên trong của một người trong một tình huống nhất định. Bằng cách hiểu những khả năng dẫn đến phản ứng này và cách chúng bắt nguồn từ quá trình phát triển, chúng ta có thể thay đổi những khả năng này thông qua giáo dục và đào tạo. Kết quả là phản ứng thay đổi và triệu chứng biến mất.

Phân tích khác biệt trong PPT có một số điểm chính:
1. Giải thích vấn đề một cách tích cực
2. Xác định phạm vi xung đột
3. Xác định nội dung xung đột (lý thuyết chấn thương vi mô)
4. Định nghĩa xung đột cơ bản
5. Diễn đạt bằng lời
6. Vượt ra ngoài sự lặp lại thần kinh (khuôn mẫu)
7. Phát triển kỹ năng tự giải quyết vấn đề

Một trong những công cụ quan trọng của liệu pháp tâm lý tích cực là sự trình bày tích cực các triệu chứng. Đây không phải là đeo kính màu hoa hồng hay phủ nhận hay giảm nhẹ mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng. Và cơ hội để xem xét những nguyện vọng, nhu cầu hoặc khả năng cụ thể đằng sau triệu chứng này. Diễn giải lại tích cực cũng cho phép chúng ta vạch ra những con đường phát triển cá nhân được xác định bởi các khả năng tích cực khác, từ đó chuyển hoạt động tìm kiếm từ những cách đau đớn sang những cách thích ứng để giao tiếp với thế giới và bản thân. Ví dụ:
. Trầm cảm là khả năng phản ứng cực kỳ xúc động trước những xung đột.
. Sợ cô đơn là nhu cầu giao tiếp với người khác.
Nếu bạn nghĩ về ý nghĩa của việc “tự kết liễu đời mình”, bạn có thể tìm thấy một số khía cạnh tích cực. Nếu một người “lấy đi sự sống từ chính mình, điều đó có nghĩa là anh ta hiểu cuộc sống, làm chủ nó và điều chỉnh nó cho phù hợp với chính mình. Một khởi đầu mới có thể xảy ra ở đây. “Tự kết liễu đời mình” có nghĩa là đặt câu hỏi về cuộc sống của mình và thay đổi quan điểm của mình về nó. (N. Pezeshkian). Ngoài ra có thể là:
. Khả năng kết thúc một tình huống không thể chịu đựng được
. Khả năng thoát khỏi nỗi đau
. Khả năng vượt qua nỗi sợ hãi
. Khả năng làm chủ cuộc sống
. Khả năng không trở thành nô lệ cho hoàn cảnh
. Khả năng kết nối với người chết
. Khả năng thu hút sự chú ý
. Khả năng cách ly
. Câu hỏi cuộc sống
. Thay đổi vị trí của bạn

Chúng tôi tập trung vào các khía cạnh tích cực của hành vi tự tử trước khi giải quyết các khía cạnh tiêu cực. Việc nhà trị liệu tâm lý cố gắng tuân theo quy trình can thiệp khẩn cấp tiêu chuẩn mà không có chẩn đoán hợp lý có thể phản trị liệu và thậm chí nguy hiểm, vì nó có thể khiến bệnh nhân tin rằng để được lắng nghe, người ta phải chứng minh, thay vì chỉ nói về việc tự sát. Những trường hợp như vậy cũng khiến nhà trị liệu có cảm giác căm ghét bệnh nhân vì bệnh nhân dường như đang yêu cầu giúp đỡ nhưng lại từ chối những nỗ lực chân thành để giúp đỡ anh ta (Frank và cộng sự, 1952).

Theo Ambrumova, có một số lĩnh vực xung đột chính:
1. Gia đình-cá nhân
2. Tình trạng sức khỏe tâm thần
3. Tình trạng sức khỏe thể chất
4. Mâu thuẫn trong lĩnh vực chuyên môn
5. Mâu thuẫn liên quan đến hành vi chống đối xã hội
6. Khó khăn về vật chất và đời sống
Những quả cầu này có thể được phân bố trên mô hình cân bằng theo N. Pezeshkian. Đồng thời, rõ ràng là lĩnh vực tâm linh và hiện sinh không được tính đến. Họ có thể được cho là do tình trạng sức khỏe tâm thần. Mô hình của N. Pezeshkian cho thấy sự mất cân bằng trong 4 lĩnh vực của cuộc sống. Những lĩnh vực nào của cuộc sống được coi trọng đặc biệt và những lĩnh vực nào vẫn còn trong bóng tối.
Tuy nhiên, mặc dù đã làm rõ khu vực xung đột nhưng nội dung của cuộc xung đột vẫn bị che giấu.
Đầu tiên, khu vực xung đột được xác định, sau đó khám phá cách ứng phó ưa thích với xung đột. Sự mất cân bằng lâu dài chắc chắn sẽ dẫn đến những vi phạm nhất định. Có hai nguyên nhân chính dẫn đến mất cân bằng trong “bay vào ảo tưởng”:
1. Các lĩnh vực chưa phát triển (thiếu kinh nghiệm)
2. Họ đã tích lũy quá nhiều xung đột (trải nghiệm tiêu cực).

Điều này có thể được nhìn thấy trong ví dụ sau:
Hai bệnh nhân có thể bị trầm cảm lâm sàng và đồng thời có những biểu hiện thực vật gần như giống nhau: mất ngủ, chán ăn, chảy nước mắt, chậm phát triển tâm thần vận động, v.v. Nhưng họ hoàn toàn khác nhau về trải nghiệm chủ quan. Một người cảm thấy tồi tệ vì sự không hoàn hảo về mặt đạo đức của mình. Anh ta dự định tự tử vì anh ta tin rằng sự tồn tại của anh ta chỉ làm trầm trọng thêm các vấn đề của thế giới và anh ta sẽ chỉ mang lại lợi ích cho hành tinh này bằng cách loại bỏ nó khỏi ảnh hưởng xấu xa của mình. Người kia cảm thấy không quá vô đạo đức mà nội tâm trống rỗng, khiếm khuyết, xấu xí. Anh ấy cũng nghĩ đến việc tự tử, nhưng không phải để cải thiện thế giới - anh ấy không thấy ý nghĩa của cuộc sống này. Người đầu tiên trải qua cảm giác tội lỗi cháy bỏng, lần thứ hai - sự xấu hổ bao trùm (Blatt, 1974). Trong ngôn ngữ của lý thuyết quan hệ đối tượng, cái trước chứa đầy những đối tượng được nội tâm hóa nói với anh ta rằng anh ta xấu; thứ hai không có các đối tượng được nội hóa có thể hướng dẫn anh ta.

Sự phân biệt chẩn đoán giữa loại trầm cảm thứ nhất và loại thứ hai là rất quan trọng vì những lý do thực tế. Loại thân chủ trầm cảm thứ nhất sẽ không đáp lại giọng điệu thông cảm, khích lệ một cách công khai của nhà trị liệu; anh ta sẽ tin rằng anh ta đã được coi là một người xứng đáng hơn con người thật của anh ta, và sẽ càng chán nản hơn (trầm cảm mỉa mai). Loại người trầm cảm thứ hai sẽ cảm thấy nhẹ nhõm hơn khi có sự bày tỏ sự ủng hộ và thấu hiểu một cách cởi mở; sự trống rỗng của anh ấy sẽ tạm thời được lấp đầy và nỗi đau đớn vì xấu hổ của anh ấy sẽ được xoa dịu.

Phân tích khác biệt. Xác định “khả năng thực tế”, tức là những phẩm chất, đặc tính mô tả những đặc điểm cố định trong hành vi của con người, cho phép chúng ta coi bất kỳ xung đột nào là kết quả của sự va chạm không phải giữa các tính cách mà là của các đặc điểm hành vi cá nhân không tuyệt đối và cố định mà có thể thay đổi và phát triển. Do đó, khu vực xung đột được khoanh vùng, nội dung của nó được xác định, sự căng thẳng và nguy hiểm của tình huống được loại bỏ, và con đường thay đổi trở nên rõ ràng và thực tế. Sự phát triển khả năng phân biệt, khám phá và thay đổi các khả năng thực tế tạo nên sức mạnh trị liệu chính của phân tích khác biệt.

Có hai loại khả năng thực tế chính:
Khả năng CHÍNH phát triển từ khả năng cơ bản là yêu thương. Chúng phát sinh từ ngày đầu tiên một người được sinh ra do tiếp xúc với những người thân yêu. Khả năng sơ cấp không quan trọng hơn khả năng thứ yếu hoặc ngược lại. Chúng là hiện tượng cơ bản, là nền tảng, là nội dung cảm xúc mà trên đó các khả năng thứ cấp được xây dựng. Khả năng cơ bản mô tả trải nghiệm cảm xúc trong cuộc sống có được liên quan đến việc thực hiện các khả năng thứ cấp.

Khả năng THỨ CẤP có được thông qua việc tiếp thu kiến ​​thức được truyền đạt. Chúng phản ánh các chuẩn mực hành vi của một nhóm xã hội nhằm kích thích hoặc ngăn chặn (với sự trợ giúp của các khả năng cơ bản, hay chính xác hơn là sự thỏa mãn các nhu cầu cơ bản) một số hành động nhất định.
Khả năng hiện tại đặc trưng cho các thông số quan trọng nhất trong việc hình thành tính cách của một người, nội dung và động cơ hành vi của con người, tương tác giữa các cá nhân, nguồn gốc xung đột và liệu pháp. Tùy theo điều kiện, khả năng phát triển không đồng đều và khác nhau ở mỗi người. Một số trong số họ có thể được phát triển đến mức điêu luyện, trong khi những người khác có thể vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Ví dụ, bạn có thể yêu trật tự nhưng hãy thiếu kiên nhẫn.
Sự không nhất quán giữa sự phát triển được mong đợi (“đúng”) và sự phát triển thực sự hiện có (“tích cực”) của khả năng thực tế của chính mình hoặc của người khác có thể gây ra những tổn thương, xung đột, vấn đề, tranh chấp vi mô (và vĩ mô) và do đó, các điều kiện chẳng hạn như lo lắng, sợ hãi, rối loạn giấc ngủ, hung hăng, v.v. Các rối loạn tự tử có thể dựa trên cả những chấn thương vi mô liên tục lặp đi lặp lại và tăng cường do va chạm trong khu vực có sự khác biệt về một số khả năng thực tế nhất định và các chấn thương vĩ mô. 10 sự kiện trong 5 năm qua có thể giúp xác định bản chất của chấn thương.

Khả năng hiện tại cũng được kiểm tra tùy thuộc vào các triệu chứng cụ thể. Về nguyên tắc, bất kỳ khả năng thực tế nào cũng có thể bị ảnh hưởng, mặc dù chỉ khi chúng đã mang tính chất của một triệu chứng và do đó nhận được đánh giá tiêu cực.

Một trong những nhiệm vụ chẩn đoán là xác định bệnh nhân. Vụ tự tử có thể được gọi là "người mang triệu chứng", nhưng những người tham gia cuộc xung đột vẫn chưa được xác định.
Nếu bốn lĩnh vực xử lý xung đột có mối tương quan với nhận thức, ví dụ: với những lĩnh vực mà qua đó chúng ta bước vào các mối quan hệ với thực tế, thì chiều hướng của các mối quan hệ được xác định bởi khả năng yêu thương, khả năng này cũng phát triển trong sự tương tác với thế giới xung quanh chúng ta. Dựa trên bản chất của mối quan hệ, khả năng tiếp cận các cơ hội thể hiện cảm xúc sẽ mở ra. Trong tâm lý trị liệu tích cực, người ta tin rằng trong bối cảnh xã hội, sự phát triển các khả năng nhân cách cơ bản (tình yêu và nhận thức) xảy ra dưới ảnh hưởng của bốn yếu tố hình thành hình mẫu (Hình 2):

Theo cách tiếp cận lấy khách hàng làm trung tâm của C. Rogers (Rogers C.R., 1951), liệu pháp tâm lý tích cực cho rằng sự phát triển của con người diễn ra dưới ảnh hưởng của nhu cầu cơ bản về đánh giá tích cực về một môi trường quan trọng (tình yêu). Sự thỏa mãn hay thất vọng về nhu cầu này theo thời gian bắt đầu được coi là một trải nghiệm nội tâm, cá nhân (nhận thức), tách biệt khỏi môi trường xã hội, tức là. như lòng tự trọng. Những biểu hiện tự phát khác nhau được người khác khuyến khích hoặc ngăn chặn ở những mức độ khác nhau. Để duy trì đánh giá tích cực, một người điều chỉnh và làm sai lệch trải nghiệm của mình. Vì vậy, những người quan trọng khác, mối quan hệ và thái độ của họ trở thành hình mẫu. Những khái niệm cơ bản về xã hội hóa sơ cấp này tạo thành cơ sở xác định tính cách, có thể được bổ sung bằng những trải nghiệm mới. Chính khả năng bổ sung các khái niệm cơ bản bằng kinh nghiệm mới cho phép chúng ta học hỏi, thay đổi và cải thiện.

“Tôi” - Nếu những biểu hiện tự nhiên của nhân cách bị cản trở bởi môi trường quan trọng, hình thành thái độ đối với bản thân là không có khả năng (khả năng hiểu biết), không được yêu thương, không có giá trị (khả năng yêu thương) đối với người khác (thiếu niềm tin cơ bản theo của Erikson (1950).
“Bạn” - Kết quả của sự thất vọng về năng lực yêu là bị từ chối, còn năng lực nhận thức là không có khả năng đặt ra ranh giới hoặc thiết lập các ranh giới quá nghiêm ngặt (như sự bù đắp quá mức).

“Chúng tôi” - kết quả của xung đột trong khái niệm này là cảm giác phụ thuộc vào người khác hoặc phản ứng ám ảnh xã hội.

“Prime-We” - Kết quả của sự xung đột trong khái niệm này là thiếu ý nghĩa, thiếu thế giới quan của riêng mình, cần có sự lãnh đạo liên tục và phụ thuộc vào các mục tiêu ngắn hạn.

Vấn đề hành động tự tử lặp đi lặp lại vẫn là một trong những vấn đề cấp bách nhất trong tâm thần học hiện đại. Về vấn đề này, một giai đoạn quan trọng của trị liệu là phát triển các kỹ năng tự lực. Chiến lược năm bước là cơ hội để ngừng hoạt động tại chỗ và phát triển sự đầu tư năng lượng có trọng tâm vào việc giải quyết vấn đề.
1. Quan sát/khoảng cách.
2. Hàng tồn kho.
3. Khuyến khích theo tình huống.
4. Diễn đạt bằng lời nói.
5. Mở rộng hệ thống mục tiêu.

Mục tiêu của giai đoạn trị liệu thứ năm và cuối cùng là phát triển khả năng đầu tư năng lượng không chỉ vào các vấn đề mà còn vào các lĩnh vực khác của cuộc sống. Sự sẵn sàng hành động độc lập của bệnh nhân sẽ được thảo luận. Bốn lĩnh vực xử lý xung đột được sử dụng tốt nhất làm hướng dẫn cho việc mở rộng mục tiêu. Bất kỳ tương tác trực tiếp nào với một đối tác có quan niệm khác đều chứa đựng cách tiếp cận xuyên văn hóa và tiềm năng mở rộng mục tiêu: Bạn sẽ làm gì nếu không còn gặp vấn đề gì nữa? Bạn đang mơ về điều gì? và như thế.

Kết luận:
- Xung đột thường xuyên hơn trong phạm vi liên lạc
- Tỷ lệ chấn thương vi mô so với chấn thương lớn
- Cách tiếp cận cá nhân để giải quyết vấn đề chiếm ưu thế
- Lãng phí năng lượng lâu dài vào việc giải quyết vấn đề mà không có mục tiêu rõ ràng
- “Thoát khỏi ảo tưởng” là cách giải quyết xung đột được ưa chuộng nhất
- Thiếu thái độ có ý thức đối với các vấn đề về ý nghĩa (Pra - we)
- Thiếu sự khác biệt
- Thiếu kinh nghiệm tích cực trong việc giải quyết vấn đề

DTA dựa trên sự điều chỉnh sự thay đổi nhiệt độ của mẫu vật liệu đang nghiên cứu khi được làm nóng hoặc làm nguội. Khi thực hiện TA, mẫu được đặt trong một nồi nấu kim loại đặc biệt và sau đó được đặt vào lò nung điện. Sau đó, chén nung cùng với mẫu được làm nóng đều ở nhiệt độ nhất định. tốc độ gia nhiệt và đăng ký tại các khoảng thời gian xác định. nó te-ru.Kết quả đo lường bằng cách sử dụng. để xây dựng đồ thị nhiệt độ của mẫu theo thời gian gia nhiệt.

T-nhiệt độ; thời gian t => T=f(t)

Đây được gọi là nhiệt độ của đường cong gia nhiệt. Nếu trong quá trình gia nhiệt, một số biến đổi (phản ứng hóa học) xảy ra trong chất đang nghiên cứu, liên quan đến sự hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt, thì T = f (t) lớn hơn hoặc ít đáng chú ý hơn so với hướng thẳng:

Đường cong sưởi ấm khác biệt.

Loại phân tích này được thực hiện để xác định chính xác các hiệu ứng nhiệt xảy ra trong các mẫu trong quá trình gia nhiệt (làm mát). Loại phân tích này được thực hiện bằng cách sử dụng một cặp nhiệt điện vi sai, bao gồm 2 cặp nhiệt điện giống hệt nhau, được nối với nhau. Cặp nhiệt điện bao gồm 2 dây dẫn khác nhau, được hàn với nhau ở một bên. Các dây dẫn được làm bằng các loại dây dẫn khác nhau. hợp kim dựa trên bạch kim, radium, crom, niken, đồng. Để tạo ra một tercopair, hai dây được hàn với nhau ở điểm tiếp xúc, nó được gọi là điểm nối

Một thiết bị vôn kế mini sẽ đo kết nối với các đầu tự do. Nếu có sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối và các đầu tự do trong cặp nhiệt điện thì EMF tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ. Biết EMF và nhiệt độ của các đầu tự do, xác định nhiệt độ của điểm nối, con mèo được đặt vào vật thể đang nghiên cứu. Trong thực tế, các cặp nhiệt điện tiêu chuẩn làm bằng hợp kim tiêu chuẩn được sử dụng, trong đó có các bảng hiệu chuẩn. Trong trường hợp ghi lại các đường cong DTA, một sơ đồ vết được sử dụng. Điểm nối của cặp nhiệt điện đầu tiên được đặt trong nồi nấu kim loại với mẫu và điểm nối của cặp nhiệt điện còn lại được đặt trong nồi nấu kim loại có chất trơ (có tiêu chuẩn). Cả hai nồi nấu kim loại đều được đặt trong lò điện và nung nóng ở cùng chế độ.

Cặp nhiệt điện bạch kim-radium bạch kim được sử dụng phổ biến nhất, với 1 dây làm bằng bạch kim và 2 dây làm bằng hợp kim giữa bạch kim và radium.MV1 milivoltmet được sử dụng để đo đường cong nhiệt độ, tức là. đo nhiệt độ của mẫu trong quá trình gia nhiệt.MV2 millivoltmet được sử dụng để điều chỉnh đường cong DTA, hiển thị chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu và tiêu chuẩn.Nếu không có thay đổi nào xảy ra trong mẫu trong quá trình gia nhiệt, nó có liên quan đến sự giải phóng/hấp thụ của heat , khi đó nhiệt độ của mẫu và chất chuẩn bằng nhau => Emf của cả hai cặp nhiệt điện cũng bằng nhau và triệt tiêu lẫn nhau, thiết bị mV2 hiển thị 0.

Nếu bất kỳ quá trình nào xảy ra trong mẫu liên quan đến sự hấp thụ/giải phóng nhiệt thì nhiệt độ của mẫu sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ tiêu chuẩn, suất điện động của các cặp nhiệt điện sẽ khác nhau và không bù trừ cho nhau. , nó sẽ hiển thị giá trị của EMF, tỷ lệ hiệu ứng nhiệt và độ phân cực của EMF này sẽ hiển thị hướng của hiệu ứng, tức là. hiệu ứng exo/endo.

Đường cong DTA là tập hợp các đỉnh hướng lên hoặc hướng xuống so với đường 0 hoặc đường cơ sở.

Việc ghi lại các đường cong DTA giúp xác định rõ ràng thời điểm bắt đầu, mức tối đa và kết thúc của hiệu ứng nhiệt. Để xác định nhiệt độ nơi xảy ra hiệu ứng nhiệt, đồng thời với đường cong DTA ghi lại đường cong nhiệt độ T, phép chiếu lên con mèo cho phép bạn xác định nhiệt độ tại bất kỳ điểm nào.

Cặp nhiệt điện kết hợp

Cặp nhiệt điện là một thiết bị đo nhiệt độ bao gồm hai dây làm bằng vật liệu khác nhau với một hoặc hai tiếp điểm.

Các dây dẫn được làm từ các loại hợp kim khác nhau dựa trên bạch kim, radium, crom, niken, đồng. Để tạo ra một tercopair, hai dây được hàn với nhau ở điểm tiếp xúc, gọi là điểm nối

Thông thường chúng ta sử dụng cặp nhiệt điện bạch kim bạch kim-radium, trong đó 1 dây được làm bằng bạch kim, 2 dây được làm bằng hợp kim của bạch kim và radium.

Ưu điểm của cặp nhiệt điện

Độ chính xác cao của phép đo nhiệt độ (lên tới ± 0,01 ° C)

Dải đo nhiệt độ lớn: −200 °C đến 2500 °C

Sự đơn giản

sự rẻ tiền

độ tin cậy

sai sót

Để có được độ chính xác cao của phép đo nhiệt độ (lên tới ± 0,01 ° C), cần phải hiệu chuẩn riêng từng cặp nhiệt điện.

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGMA)

Khi đun nóng, các hiệu ứng xảy ra ở nhiều vật liệu có liên quan đến sự thay đổi khối lượng của mẫu. Ví dụ: mất nước, phân ly, phân hủy, v.v. Để thu được đặc tính nhiệt và vật liệu IO, hãy sử dụng bản ghi sự thay đổi khối lượng theo thời gian trong quá trình gia nhiệt theo dạng đường cong THM. Việc ghi lại được thực hiện bằng cách sử dụng cân nhiệt. Trong trường hợp đơn giản nhất, giá đỡ chén nung cùng với mẫu được đặt trên một trong các cánh của thanh cân phân tích. Điều này cho phép đo các bộ phận trong quá trình gia nhiệt.

Thông thường đường cong TG và tầm nhìn ra một cao nguyên riêng biệt được chia theo từng bậc.

Sự hiện diện của một điểm bằng phẳng cho thấy khối lượng của mẫu không thay đổi. sự mất khối lượng và chiều cao của nó tỷ lệ thuận với sự mất mát. Trong một số trường hợp, hiệu ứng nhiệt với khối lượng có thể chồng lên nhau, tức là. chồng lên nhau. Trong trường hợp này, đường cong TG, được gọi là tích phân (hiển thị sự thay đổi m từ đầu đến cuối quá trình gia nhiệt) không cho phép các quá trình đó được tách biệt về mặt định lượng. Đối với điều này, chúng tôi sử dụng bản ghi về sự thay đổi trong một dạng vi phân, tức là đồng thời ghi lại đường cong DTG, hiển thị tốc độ thay đổi tính bằng m. Trên đường cong như vậy, mỗi ảnh hưởng của sự thay đổi tính bằng m được hiển thị dưới dạng một đỉnh có hướng âm.

Diện tích của các đỉnh phụ của đường cong DTG tỷ lệ thuận với độ lớn thay đổi tính bằng m.

Việc sử dụng ghi vi phân giúp không chỉ có thể xác định chính xác nhiệt độ bắt đầu, tối đa và kết thúc của hiệu ứng nhiệt mà còn có thể phân tách định lượng các hiệu ứng nhiệt chồng lên nhau.

1-nồi đựng mẫu;2-giá đỡ nồi nấu kim loại;3-lò điện,4-chân cân,5 lõi,cuộn dây 6 hình trụ,cuộn dây 7 phẳng,8-nam châm vĩnh cửu

Nếu xảy ra tổn thất m trong mẫu, chùm cân bằng sẽ dịch chuyển, làm cho lõi chuyển động, lõi này sẽ chuyển động bên trong cuộn dây hình trụ, làm thay đổi độ tự cảm của nó, tín hiệu từ cuộn dây sẽ được khuếch đại và ghi lại theo ý tưởng đường cong TG. Cuộn dây phẳng và nam châm là một bộ phân biệt điện/cơ. Nếu một cuộn dây di chuyển giữa các dải nam châm, thì EMF sẽ được tạo ra trong nó; vận tốc của nó càng lớn thì tốc độ chuyển động của cuộn dây càng cao. Khi Cánh tay rocker bị dịch chuyển, cuộn dây bắt đầu di chuyển và EMF phát sinh trong đó được khuếch đại và ghi lại - dưới dạng đường cong DTG. Sự mất m xảy ra càng nhanh thì EMF càng lớn và đỉnh trên đường cong càng mạnh .

Khác biệt. Đường cong đo nhiệt lượng (DTG)

Thông thường, đường cong DTG có khả năng tái tạo cao hơn đường cong DTA. Sử dụng đường cong DTG, nhiệt độ bắt đầu và kết thúc của phản ứng hóa học được xác định chính xác hơn và từ đỉnh của đường cong DTG, tốc độ phản ứng tối đa được xác định với độ chính xác cao. Đường cong DTG cho phép các đỉnh cực đại phân biệt tốt hơn các giai đoạn chồng chéo của phản ứng và diện tích giữa đỉnh của đường cong DTG và đường 0 tương ứng với sự thay đổi m của mẫu do sự xuất hiện của các giai đoạn riêng lẻ của quá trình .

101.Amperometry– đây là khu vực đo volt-ampe của hệ thống điện hóa, nơi đặt điện thế giữa một cặp điện cực. Dòng điện chạy qua bề mặt phân cách điện cực-lỏng phụ thuộc vào các phản ứng điện hóa xảy ra tại các bề mặt phân cách.

Trên đặc tính dòng điện-điện áp thường có một vùng (cao nguyên - khu vực áp dụng phép đo vôn kế) trong đó dòng điện thực tế không phụ thuộc vào điện áp đặt vào. Dòng điện trong vùng này tăng do phản ứng điện hóa tỷ lệ thuận với nồng độ của chất phản ứng. (Vẽ)

Sơ đồ của cảm biến đo cường độ O2:

Cảm biến đo cường độ dòng điện được sử dụng để phân tích khí (ví dụ: phân tích O2). Ag hoặc Pt được sử dụng làm điện cực làm việc và Pb, Zn hoặc Fe được sử dụng làm điện cực tham chiếu.

Phản ứng hóa học liên quan đến khí oxy diễn ra trong chất điện phân lỏng:

O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

2H2O + 4e → 4OH-

93,94. Phân tích nhiệt định tính và định lượng. Xác định độ tinh khiết hóa học. các chất sử dụng phương pháp DTA (phân tích nhiệt vi sai).

DTA cho phép bạn xác định tính chất và số lượng pha trong các lớp khoáng chất, quặng và muối tự nhiên. Linh kiện cơ khí hỗn hợp các thành phần được phát hiện bởi đặc tính hiệu ứng nhiệt của từng loại vật liệu. chất. Ảnh hưởng của sự nóng chảy và sôi phụ thuộc vào sự có mặt của tạp chất và do đó không thể dùng để xác định chất trong hỗn hợp. Nếu các hiệu ứng t trùng khớp trên biểu đồ nhiệt của hỗn hợp thì v-you.b. được xác định bởi tác động của sự phân hủy, biến đổi polymer, v.v.

Nếu các thành phần của hệ thống tương tác với nhau về mặt hóa học. các hợp chất, điều này dẫn đến sự thay đổi đặc tính của biểu đồ nhiệt (sự xuất hiện hoặc biến mất của các hiệu ứng vốn có trong từng chất). Điều này phục vụ cho chất lượng. định nghĩa các giai đoạn riêng lẻ và các phép biến đổi trong một hệ thống phức tạp.

Sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi phân bằng thiết bị thích hợp, có thể xác định nhiệt độ tại đó các phản ứng nhiệt xảy ra trong một chất khi nó được nung nóng dần dần và liên tục đến nhiệt độ cao, cũng như cường độ và tính chất chung của các phản ứng đó. Trong trường hợp khoáng sét, các phân tích nhiệt vi sai cho thấy các phản ứng thu nhiệt đặc trưng gây ra bởi sự mất nước và phá hủy cấu trúc tinh thể, và các phản ứng tỏa nhiệt do hình thành các pha mới ở nhiệt độ cao hơn.
Phương pháp này không chỉ được sử dụng để nghiên cứu đất sét mà còn được sử dụng để nghiên cứu cacbonat, hydrat, sunfua, hợp chất hữu cơ và bất kỳ chất nào mà khi đun nóng, các phản ứng nhiệt được quan sát thấy bắt đầu đột ngột và xảy ra trong khoảng nhiệt độ tương đối ngắn. . Khi nghiên cứu khoáng vật sét, nó không chỉ hữu ích cho việc nghiên cứu các phản ứng ở nhiệt độ cao mà còn hữu ích cho việc nghiên cứu quá trình khử nước.
Kết quả phân tích nhiệt vi sai được biểu thị dưới dạng đường cong liên tục ghi lại các phản ứng nhiệt xảy ra ở nhiệt độ lò thích hợp. Người ta chấp nhận rằng trong các phản ứng thu nhiệt, đường cong lệch hẳn xuống dưới, và trong các phản ứng tỏa nhiệt, đường cong lệch lên so với đường ngang 0. Biên độ sai lệch của đường cong vi phân so với đường zero phản ánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu và lò ở bất kỳ nhiệt độ nào và là chỉ số về cường độ của phản ứng nhiệt.
Trong bộ lễ phục. 71-76 cho thấy đường cong nhiệt khác nhau của các khoáng sét khác nhau.

Lịch sử của phương pháp. Le Châteaulieu là người đầu tiên sử dụng một thiết bị đơn giản vào năm 1887 để đo và ghi lại các phản ứng nhiệt xảy ra trong vật liệu khi bị nung nóng. Ông đã sử dụng dữ liệu thu được trong quá trình nghiên cứu vật liệu đất sét.
Năm 1910, phương pháp này lần đầu tiên được sử dụng trong nghiên cứu đất sét. Trong thời kỳ đầu này, quy trình nghiên cứu như sau: chất này được đặt trong một nồi nấu kim loại nhỏ bằng bạch kim; Điểm nóng của cặp nhiệt điện được đặt ở trung tâm của chất đang nghiên cứu. Nồi nấu cùng với chất và cặp nhiệt điện được đặt trong lò nung và nung nóng nhanh và tương đối đều. Cặp nhiệt điện được nối với điện kế, các số đọc được đọc bằng mắt hoặc bằng ảnh trong khoảng thời gian ngắn. Phản ứng nhiệt trong chất thử gây ra sai lệch trong số đọc của điện kế, được phát hiện khi so sánh với số đọc thu được trong cùng điều kiện nhưng không có mẫu. Bản ghi cho thấy các phản ứng nhiệt trong chất được xếp chồng lên các đường cong gia nhiệt không tải của lò. Ví dụ về các bản ghi như vậy được hiển thị trong Hình. 77.

Năm 1899, Roberts-Austen lần đầu tiên sử dụng phương pháp cặp nhiệt điện vi sai để đo sự chênh lệch nhiệt độ giữa chất thử và chất chuẩn tương ứng, và vào năm 1908, Burgess đã đề xuất một mạch cặp nhiệt điện vi sai đơn giản và khá phù hợp. Sau công trình của Roberts-Austen, cặp nhiệt điện vi sai bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, nhưng chỉ vào năm 1913. Fenner là người đầu tiên sử dụng nó trong công trình nghiên cứu trạng thái cân bằng ổn định trong khoáng vật silicat. ngày nay được sử dụng trong phân tích nhiệt vi sai của khoáng chất. Nó chỉ trải qua những thay đổi và cải tiến nhỏ. Theo nghiên cứu của Fenner, phương pháp này đã được Krachek và cộng sự sử dụng trong nghiên cứu sự thay đổi pha ở nhiệt độ cao và thậm chí còn thường xuyên hơn trong nghiên cứu thành phần khoáng vật của đất sét. Sau công trình xuất sắc của Orcel, Orcel và Cayer năm 1933-1935. Phương pháp phân tích nhiệt vi phân bắt đầu được nhiều nhà nghiên cứu ở các nước khác nhau sử dụng trong nghiên cứu khoáng vật sét. Gần đây, nó đã được áp dụng thành công trong nghiên cứu các nhóm khoáng chất như cacbonat, sunfat, hydrat, v.v..

Mô tả phương pháp. Hiện nay, người ta thường sử dụng một thiết lập cho phép đặt mẫu thử vào một lỗ của nồi nấu kim loại và một vật liệu trơ (thường là oxit nhôm nung (a*Al2O3), không tạo ra bất kỳ phản ứng nào khi đun nóng đến nhiệt độ tối đa thí nghiệm) trong cái còn lại. Một điểm nối của cặp nhiệt điện vi sai ( Hình 78, a) nằm ở trung tâm của mẫu thử, và điểm nối kia ở giữa chất trơ. Nồi nấu kim loại và cặp nhiệt điện được đặt trong lò nung , được nung nóng với tốc độ đồng đều. Nhiệt độ của chất trơ tăng đồng đều theo sự tăng nhiệt độ của mẫu thử. Khi trong mẫu xảy ra phản ứng nhiệt, nhiệt độ của mẫu sẽ cao hơn hoặc thấp hơn hơn nhiệt độ của vật liệu trơ tùy thuộc vào phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt.Sự chênh lệch nhiệt độ được duy trì cho đến khi kết thúc phản ứng cho đến khi nhiệt độ của mẫu cân bằng và trở lại bằng nhiệt độ của lò.Do đó, tại một số thời điểm nhất định trong khoảng thời gian, nhiệt độ của một điểm nối của cặp nhiệt điện vi sai sẽ khác với nhiệt độ của điểm nối kia và một suất điện động (ví dụ) sẽ xuất hiện trong mạch cặp nhiệt điện vi sai. d.s.), là hàm của thời gian hoặc nhiệt độ lò. Ghi lại sự thay đổi e. d.s. có thể được thực hiện thủ công bằng chiết áp hoặc điện kế, chụp ảnh bằng điện kế gương hoặc tự động sử dụng một số thiết bị điện tử. Nếu không có phản ứng nhiệt xảy ra trong mẫu thì nhiệt độ của các mối nối cặp nhiệt điện vi sai là như nhau và không có sự chênh lệch điện thế xảy ra. Chiều dòng điện trong mạch phụ thuộc vào nhiệt độ của mẫu cao hơn hay thấp hơn nhiệt độ của chất trơ. Do đó, cơ chế viết chuyển động theo hướng ngược nhau trong các phản ứng thu nhiệt và tỏa nhiệt.

Trong bộ lễ phục. Hình 79 cho thấy đường cong khử nước và đường cong nhiệt độ vi phân của kaolinit hoàn toàn phù hợp. Phản ứng thu nhiệt trong khoảng từ 500 đến 700° rõ ràng tương ứng với sự khử nước của khoáng chất. Từ việc so sánh các đường cong trên, rõ ràng phương pháp vi phân là phương pháp động chứ không phải phương pháp tĩnh. Phản ứng nhiệt không diễn ra tức thời và được ghi lại dưới dạng hàm số của thời gian hoặc hàm số của nhiệt độ lò, nhiệt độ này tăng liên tục trong khi phản ứng xảy ra. Nhiệt độ bắt đầu khử nước tương ứng với sự bắt đầu của phản ứng thu nhiệt. Nhiệt độ của đỉnh thu nhiệt thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố liên quan đến phép phân tích, bản chất của phản ứng và chất đang được nghiên cứu.
Spiel, Kerr, Culp và Ahrens đã cố gắng phân tích toán học phương pháp phân tích nhiệt vi sai. Từ mô tả về thiết bị được sử dụng, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả, có thể thấy rõ phương pháp này có những hạn chế là không cho phép xử lý toán học nghiêm ngặt các kết quả thu được.
Gần đây, một tiểu ban của Ủy ban Quốc tế về Nghiên cứu Đất sét, do R.S. Mackenzie (Aberdeen, Scotland) đã cố gắng xác định những hạn chế cố hữu của phương pháp này và thiết lập các kỹ thuật và thiết bị tiêu chuẩn. Công việc của ủy ban sẽ giúp cải thiện việc phân tích nhiệt vi sai.
Thiết bị sử dụng. Chén đựng mẫu được sử dụng ở Mỹ là khối niken có lỗ khoan để chứa khoảng 0,5 g mẫu. Kinh nghiệm cho thấy các khối như vậy khá phù hợp và tạo ra các đỉnh khá sắc nét và mãnh liệt trên đường cong nhiệt. Nồi nấu kim loại bằng gốm được sử dụng rộng rãi ở Anh. Grimshaw và cộng sự tuyên bố rằng chúng thuận tiện hơn vì chúng tạo ra các đỉnh phản ứng nhiệt mạnh hơn và khác biệt hơn do sự truyền nhiệt độ chậm hơn giữa mẫu thử và vật liệu xung quanh do tính dẫn nhiệt của vật liệu gốm thấp. Grimshaw đã sử dụng một nồi nấu bằng nhôm kết tinh lại trộn với một lượng nhỏ đất sét, nung ở 1600°. Công việc ban đầu của Le Chatelier sử dụng nồi nấu kim loại bằng bạch kim để đựng mẫu. Theo Gruver, các mẫu nên được đặt trong nồi nấu bằng bạch kim có thành mỏng, vì tính dẫn nhiệt cao của kim loại cho phép chất này nhanh chóng nóng lên đến nhiệt độ lò và thành mỏng có khả năng tỏa nhiệt thấp. Ngược lại với Grimshaw, Gruver tin rằng nồi nấu kim loại có thành dày có công suất nhiệt cao hơn hoạt động như một nguồn dự trữ nhiệt và có xu hướng làm giảm cường độ và độ rõ nét của một số phản ứng. Ahrens phát biểu rằng nồi nấu kim loại bằng gốm tạo ra các đỉnh thu nhiệt sắc nét hơn và các đỉnh tỏa nhiệt kém sắc hơn, trong khi nồi nấu kim loại bằng niken tạo ra các đỉnh thu nhiệt tương đối nhỏ hơn và các đỉnh tỏa nhiệt sắc nét hơn. Có thể cần phải sử dụng các loại chén nung khác nhau cho các mẫu khác nhau.
Trong bộ lễ phục. 78, 1 trình bày sơ đồ cặp nhiệt điện được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay cùng với một cặp nhiệt điện bổ sung để đo nhiệt độ của lò trong quá trình hiệu chuẩn. Trong bộ lễ phục. 78, 2 thể hiện sơ đồ cặp nhiệt điện, được Fenner sử dụng lần đầu tiên và vẫn được một số nhà nghiên cứu sử dụng, đặc biệt là ở Châu Âu. Trong sơ đồ sau, nhiệt độ mẫu thường được lấy làm nhiệt độ tham chiếu.
MacKenzie và sau đó là Ahrens đã chứng minh rằng việc đo nhiệt độ lò nung trực tiếp trên mẫu đất sét có ưu điểm là tạo ra các chỉ số nhiệt độ cao nhất dễ so sánh với nhau hơn nhiều. Như sẽ được thảo luận dưới đây, một số yếu tố có thể dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ cao nhất của phản ứng, do đó, vẫn chưa thể ưu tiên cho bất kỳ phương pháp nào.
Có lẽ kết quả tốt nhất đạt được bằng cách hiệu chỉnh theo nhiệt độ lò thực tế. Các nhà nghiên cứu ban đầu đã sử dụng cặp nhiệt điện làm bằng bạch kim với 10% rhodium; Những loại cặp nhiệt điện này được sử dụng rộng rãi hiện nay. Đối với nhiều vật liệu, cặp nhiệt điện chromel-alumel đã được sử dụng thành công ở nhiệt độ trên 1000°. Ưu điểm của chúng so với cặp nhiệt điện kim loại quý là chúng mang lại hiệu điện thế cao hơn và do đó có độ nhạy cao hơn. Krachek đã sử dụng cặp nhiệt điện vàng-palađi và bạch kim-rhodium, cặp nhiệt điện này cũng phát triển hiệu điện thế cao ở nhiệt độ cao. Để duy trì đường zero nằm ngang của đường cong gia nhiệt vi sai, điều cần thiết là các cặp nhiệt điện phải có cùng kích thước và tập trung vào cả mẫu thử và chất đối chứng. Dây cặp nhiệt điện nên có đường kính tương đối nhỏ (khoảng 0,5 mm) để giảm tổn thất nhiệt khi đi qua dây.
Đối với các chất khác nhau, cường độ phản ứng nhiệt rất khác nhau. Do đó, điều quan trọng là phải có một phương tiện (ví dụ, điện trở khác nhau trong mạch cặp nhiệt điện vi sai) cho phép bạn thay đổi và kiểm soát độ nhạy của quá trình lắp đặt. Lò nung phải sao cho có thể đạt được tốc độ gia nhiệt mong muốn đến nhiệt độ tối đa và khu vực làm việc của nó phải có kích thước sao cho tạo ra vùng gia nhiệt đồng đều cho mẫu. Có rất nhiều loại lò nướng, cả ngang và dọc, đã chứng minh được giá trị của chúng. Việc lựa chọn loại lò phần lớn phụ thuộc vào mong muốn của người phân tích. Để đảm bảo lò sưởi đồng đều, một số lượng lớn các loại máy điều nhiệt chương trình tự động và thủ công khác nhau đã được sử dụng. Đối với các lò có cuộn dây hợp kim, máy biến áp tự ngẫu hóa ra khá phù hợp, được dẫn động bằng động cơ thông qua bộ giảm tốc để tăng dần và liên tục điện áp trong lò. Nhiều mẫu máy điều nhiệt tự động đã được sản xuất, tất cả đều đã được chứng minh là phù hợp.
Bộ điều chỉnh nhiệt phải được điều chỉnh đặc biệt cho lò này. Bạn cần cẩn thận với các loại bộ điều chỉnh tự động để xung của chúng không bị cặp nhiệt điện vi sai ghi lại.
Có thể thu được số đọc chênh lệch của cặp nhiệt điện một cách trực quan bằng cách sử dụng điện kế và chiết áp. Việc ghi liên tục có thể được thực hiện bằng cách chụp ảnh bằng điện kế gương hoặc sử dụng các thiết bị tự động khác nhau do ngành công nghiệp sản xuất. Khi sử dụng cặp nhiệt điện làm bằng kim loại quý, cần sử dụng các thiết bị tự động có độ nhạy thay đổi tương ứng, đủ ổn định và cho kết quả đọc đáng tin cậy. Điều này rất quan trọng vì chênh lệch nhiệt độ đo được là rất nhỏ và chênh lệch điện thế thu được từ cặp nhiệt điện kim loại quý cũng nhỏ. Ở một số phòng thí nghiệm, photopen với điện kế gương được sử dụng rất thành công làm máy ghi.
Grim và Rowland đã biên soạn các đường cong cho thiết bị của họ cho phép tạo ra mối tương quan giữa độ cao của hiệu ứng nhiệt, biên độ của đường cong và chênh lệch nhiệt độ trong quá trình phản ứng (Hình 80). Các đường cong dựa trên các phép đo độ lệch của điện kế để biết sự khác biệt về nhiệt độ đã biết. Bằng cách sử dụng các đường cong này kết hợp với các đường cong vi phân, có thể đo được sự chênh lệch nhiệt độ được biểu thị bằng các đỉnh có độ cao khác nhau.
Ảnh hưởng của các đặc tính khác nhau của chất thử và điều kiện thí nghiệm đến kết quả thí nghiệm. Sự khác biệt về thiết bị đã được chứng minh là ảnh hưởng đến kết quả phân tích nhiệt vi sai.
Sự khác biệt trong kỹ thuật thí nghiệm, cũng như bản chất của chất đang được thử nghiệm, có thể gây ra sự thay đổi đáng kể trong đường cong nhiệt vi sai. Nhiệt độ tại các điểm nối của cặp nhiệt điện vi sai ở một mức độ nào đó phụ thuộc vào độ khuếch tán nhiệt của vật liệu mà chúng được đặt. Tốc độ tại đó một điểm trong vật nóng sẽ nguội đi trong những điều kiện bề mặt nhất định được gọi là độ khuếch tán nhiệt và bằng K/dcp, trong đó K là độ dẫn điện, d là mật độ và cp là nhiệt dung riêng. Độ dẫn điện của mẫu có thể khác với độ dẫn điện của vật liệu trơ, hơn nữa, nó có thể thay đổi khi đun nóng do hình thành các pha mới ở nhiệt độ nén cao của mẫu. Những thay đổi như vậy trong đường cong vi phân sẽ tạo ra sự đứt gãy trên đường zero hoặc độ lệch rõ rệt của đường cong (uốn cong) tùy thuộc vào tốc độ thay đổi. Trong đường cong thạch anh (Hình 76), do sự khác biệt về độ dẫn điện, đường chính tăng mạnh được quan sát thấy sau khi chuyển đổi thạch anh a thành thạch anh beta.
Vật liệu trơ được sử dụng phải có nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt không đổi, giống như mẫu đang nghiên cứu. Nó cũng không nên trải qua các phản ứng nhiệt trong quá trình phân tích. Alumina nung (a-Al2O3) hóa ra lại thích hợp nhất làm vật liệu trơ; đôi khi đất sét nung được sử dụng. Tuy nhiên, đất sét nung có thể có độ dẫn điện khác với đất sét tự nhiên nên khi sử dụng chúng ta thu được rất ít. Ngoài ra, phản ứng nhiệt xảy ra trong một số trường hợp trong đất sét nung do sự thay đổi pha thuận nghịch.
Các mẫu thường được đặt trong nồi nấu ở áp suất bình thường. Mẫu và vật liệu trơ phải được đặt và chuẩn bị theo cùng một cách. Giá trị của tab mẫu thay đổi tùy thuộc vào tính chất của vật liệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu nhẹ, rời; ít quan trọng hơn đối với vật liệu có hạt tương đối mịn với kích thước hạt khác nhau, trong đó quá trình nén diễn ra tự nhiên.
Liên quan đến việc đóng gói mẫu, cần lưu ý rằng sự phân bố của các kích thước hạt khác nhau trong mẫu thường không quan trọng trừ khi vật liệu tổng thể rất thô (+60 lưới) hoặc rất mịn (2 u). Điều quan trọng là phải biết thứ tự kích thước hạt để cho phép nén mẫu thích hợp.

Theo Spiel và cộng sự, đường cong nhiệt thay đổi tùy thuộc vào kích thước hạt của chất, đặc biệt khi kích thước hạt tối đa là khoảng 2 u. Nói chung (Hình 81), kích thước của phản ứng nhiệt và nhiệt độ cực đại giảm khi kích thước hạt giảm. Đối với một số vật liệu, việc giảm kích thước hạt đi kèm với việc giảm mức độ kết tinh, điều này được phản ánh qua đường cong chênh lệch nhiệt độ (dẫn đến giảm cường độ phản ứng và giảm nhiệt độ cực đại). Theo Ahrens, nếu kích thước hạt lớn hơn 20 một chút thì diện tích bề mặt của hạt quá nhỏ để phản ứng khử nước xảy ra đủ nhanh để gây ra hiệu ứng rõ rệt khi ghi lại đường cong nhiệt độ vi phân (Ahrens). Các phản ứng liên quan đến sự biến đổi pha hầu hết không phụ thuộc vào kích thước hạt.
Ahrens đã nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng, kích thước của lỗ mẫu và vị trí của cặp nhiệt điện đặt trong lỗ đến bản chất của đường cong gia nhiệt vi sai. Theo ông, kích thước và hình dạng của lỗ có ảnh hưởng đáng kể đến các đỉnh của phản ứng kèm theo sự thay đổi trọng lượng (ví dụ, những phản ứng liên quan đến mất nước), nhưng ít ảnh hưởng đến các đỉnh do thay đổi pha. Do đó, một lỗ sâu và hẹp giúp tăng cường phản ứng thu nhiệt trong quá trình khử nước không tốt. Ở vùng nhiệt độ thấp, quá trình truyền nhiệt diễn ra chủ yếu thông qua dẫn nhiệt; ở vùng nhiệt độ cao - do bức xạ. Khi điểm nối cặp nhiệt điện được đặt sâu trong mẫu, ở vùng nhiệt độ thấp, các đỉnh thu nhiệt khá sắc nét xuất hiện trên các đường cong vi sai, và ở vùng nhiệt độ cao, các đỉnh thu nhiệt phẳng xuất hiện. Phản ứng tỏa nhiệt xuất hiện rõ ràng hơn khi tiếp xúc cặp nhiệt điện được nhúng sâu vào mẫu.

Theo Norton, Spiel và cộng sự, quá trình gia nhiệt diễn ra càng chậm thì đỉnh càng rộng và nhiệt độ tương ứng càng thấp (Hình 82). Khi tốc độ gia nhiệt tăng, khoảng thời gian cần thiết để đạt đến nhiệt độ cực đại thu nhiệt và tỏa nhiệt tăng lên, độ cao của các đỉnh tăng lên và phạm vi nhiệt độ mà phản ứng xảy ra. Theo Spire, diện tích dưới đường cong của một phản ứng nhất định và nhiệt độ tại đó phản ứng bắt đầu không phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt. Ahrens tìm thấy một số biến đổi trong diện tích dưới các đường cong tùy thuộc vào tốc độ gia nhiệt. Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng tốc độ gia nhiệt thuận lợi nhất là 10 đến 15° mỗi phút. Gia nhiệt chậm hơn làm giảm mức độ nghiêm trọng của các phản ứng và gia nhiệt nhanh hơn dẫn đến xuất hiện một số phản ứng chồng chéo, đặc biệt là trong các mẫu có hỗn hợp khoáng sét. Tốc độ gia nhiệt phải giống nhau, vì ngay cả những thay đổi nhỏ nhất cũng ảnh hưởng đến đường cong vi sai.
Để có được kết quả có thể lặp lại trên một số lượng lớn mẫu, nhiệt độ không khí trong lò phải ổn định. Các mẫu bị oxy hóa phải được chuẩn bị và đặt vào lò trong cùng điều kiện oxy hóa.
Rowland và Jonas đã chỉ ra các yếu tố khác ngoài nhiệt độ lò ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động oxy hóa của siderit và do đó ảnh hưởng đến các đường cong gia nhiệt khác nhau, chẳng hạn như sự thay đổi kích thước hạt, vị trí đặt mẫu, phương pháp đóng nồi nấu kim loại, lớp phủ khối khác nhau và độ hòa tan mẫu (Hình 83). . ).

Ahrens lưu ý rằng việc tăng áp suất riêng phần của hơi nước trong lò có thể gây ra sự chậm trễ đáng kể trong phản ứng khử nước. Rowland và Lewis đã ghi nhận ảnh hưởng lớn của CO2 từ khí quyển của lò nung đến nhiệt độ phân ly ban đầu khi nung cacbonat.
Khi nghiên cứu đất sét chứa cacbonat, môi trường lò thường chứa đầy khí trơ để ngăn chặn phản ứng oxy hóa, thường dẫn đến hiệu ứng tỏa nhiệt mạnh và lâu dài, che lấp các phản ứng nhiệt khác trong mẫu.
Spiel và các cộng sự đã xây dựng một loạt các đường cong của kaolinit trộn với các lượng vật liệu trơ khác nhau. Họ chỉ ra rằng kích thước và nhiệt độ của đỉnh giảm khi lượng kaolinit giảm. Do đó, nhiệt độ cực đại không phải là một giá trị tuyệt đối mà phụ thuộc vào lượng chất có trong hỗn hợp.
Grim đã chỉ ra rằng bản chất của các đường cong gia nhiệt vi sai đối với hỗn hợp các khoáng chất nhất định phụ thuộc ở một mức độ nào đó vào sự thâm nhập lẫn nhau của các thành phần hỗn hợp. Các đường cong gia nhiệt thu được đối với hỗn hợp nhân tạo bao gồm các hạt có đường kính vài micron hoặc lớn hơn khác biệt đáng kể so với các đường cong đối với hỗn hợp bao gồm các hạt nhỏ hơn nhiều được xếp lớp mịn được tìm thấy trong tự nhiên. Vì vậy, các đường cong tham chiếu thu được của hỗn hợp khoáng sét nhân tạo thường hoàn toàn không phù hợp để so sánh với các đường cong của đất sét tự nhiên. Nói chung, với sự thâm nhập ngày càng tăng của các hạt trong hỗn hợp, cường độ và độ rõ của phản ứng nhiệt đối với từng thành phần riêng lẻ sẽ giảm.
Việc chuẩn bị cẩn thận vật liệu để phân tích và tính chính xác của việc thực hiện giúp có thể thu được các đường cong chất lượng cao, thậm chí cho phép xác định định lượng.
Từ những điều trên, rõ ràng là độ chính xác của các phép xác định định lượng dựa trên dữ liệu phân tích nhiệt còn hạn chế. Độ chính xác thay đổi tùy theo chất phân tích, nhưng đối với nhiều chất vẫn có thể đạt được độ chính xác trong khoảng từ 2 đến 5%. Việc xác định định lượng được thực hiện dựa trên việc phân tích các diện tích dưới các pic tương ứng với các phản ứng nhiệt của từng thành phần riêng lẻ. Trong một số trường hợp, rất khó đo được không gian dưới đường cong vì phản ứng không bắt đầu và dừng đột ngột cũng như không có điểm bắt đầu và kết thúc rõ ràng của đỉnh trên đường cong. Berkelheimer và Dehn đề xuất các phương pháp đặc biệt để đo diện tích dưới các đỉnh; những phương pháp này có thể áp dụng cho các phản ứng có cường độ trung bình và do đó cũng có thể áp dụng cho các đỉnh nhiệt khá rõ ràng có kích thước trung bình.
Độ nhạy của phương pháp nhiệt khác nhau đối với các vật liệu khác nhau tùy thuộc vào cường độ phản ứng nhiệt của chúng. Hydrat như hydrargillite, có phản ứng nhiệt mạnh, có thể được phát hiện ở hàm lượng dưới 5% trong mẫu, trong khi micas, do cường độ thấp và không có phản ứng nhiệt mạnh, chỉ có thể được phát hiện trong mẫu ở nồng độ hàm lượng từ 10 đến 15%.

Đây là bài viết thứ hai trong loạt bài “Mật mã trước họng súng”. Cũng đáng đọc:

Bạn đã bao giờ nghĩ rằng các thông số vật lý của một thiết bị máy tính thay đổi trong quá trình thực hiện một thuật toán chưa? Hơn nữa, những thay đổi này có thể được sử dụng để xác định bước thực hiện thuật toán và thậm chí cả dữ liệu đã xử lý, bao gồm cả khóa bí mật. Nếu chưa thì bài viết này là dành cho bạn. Cô ấy sẽ cho bạn biết làm thế nào, bằng cách đo mức năng lượng tiêu thụ, bạn có thể “chụp ảnh” quá trình thực thi một thuật toán mã hóa và cách lấy khóa mật mã từ những hình ảnh này.

Thay vì giới thiệu

Một người liên tục sử dụng các hiệu ứng xuất hiện trong quá trình tương tác giữa các đồ vật để đánh giá tính chất của đồ vật đó. Ví dụ, bằng cách sử dụng phương pháp này, cấu trúc của nguyên tử đã được phát hiện. Vào đầu thế kỷ 20, người ta không thể nhìn thấy chính nguyên tử nên cấu trúc của nó được biểu diễn dưới dạng “bánh nho khô”, trong đó các electron đóng vai trò như nho khô. Mô hình này được sử dụng làm mô hình chính cho đến khi Rutherford và Geiger tiến hành thí nghiệm về sự tán xạ của hạt alpha trong các tấm mỏng. Thí nghiệm không cho phép chúng ta nhìn thấy cấu trúc của nguyên tử, nhưng dựa trên hiệu ứng phụ, các nhà khoa học có thể đoán rằng mô hình “bánh nho khô” không hoạt động. Một ví dụ rõ ràng khác là tính thể tích của một vật có hình dạng tùy ý. Điều đơn giản nhất có thể làm là hạ một vật thể như vậy xuống nước và tính thể tích dựa trên mực nước mới. Các phương pháp tương tự có thể được sử dụng để phá vỡ các thuật toán mã hóa.

Trong mật mã, có một loại tấn công được gọi là tấn công kênh bên, sử dụng các tham số vật lý của thiết bị máy tính để xác định khóa mật mã. Kiến thức cơ bản về các cuộc tấn công đã được thảo luận trong bài viết trước (“Mật mã tại Gunpoint,” #189), trong đó khóa bí mật của thuật toán DES được xác định theo thời gian hoạt động của toàn bộ mật mã. Nếu bạn chưa đọc nó, tôi thực sự khuyên bạn nên làm như vậy, vì nó giải thích thành phần toán học của cuộc tấn công, cụ thể là định luật Chebyshev về số lớn và hệ số tương quan. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ không quay lại những vấn đề cơ bản mà sẽ tập trung nhiều hơn vào vi điện tử và thống kê.

Hãy cho tôi biết bạn ăn như thế nào và tôi sẽ nói cho bạn biết... bạn đã ăn gì

Để mở rộng tầm nhìn của chúng ta, lần này chúng ta sẽ sử dụng thuật toán AES-128 (có thể tìm thấy mô tả về thuật toán này). Mã mật mã được lấy từ Internet và được thực thi trên bộ vi điều khiển STM8 Discovery 8 bit. Việc triển khai AES được đề cập không có các lỗ hổng được thảo luận trong bài viết trước, vì vậy chúng tôi sẽ cho rằng bạn chưa tìm ra cách bẻ khóa mật mã này.

Như chúng tôi đã nói, việc thực thi thuật toán sẽ thay đổi các thuộc tính của thiết bị máy tính. Nếu bạn vẫn không tin điều này thì hãy nhìn vào hình. 1 và cho tôi biết nếu bạn thấy AES. Nó hiển thị phép đo điện áp đầu vào toàn bộ vi điều khiển, thường được ký hiệu là Vdd. Điện áp này được sử dụng để vận hành tất cả các khối STM8, bao gồm CPU, bộ nhớ, thiết bị I/O và các hệ thống con khác. Phép đo được thực hiện bằng máy hiện sóng kỹ thuật số Picscope 3207A với băng thông 250 MHz. Trong trường hợp này, khoảng cách giữa hai điểm là 352 ns và chỉ có 19.886 điểm trên biểu đồ. Do tần số của bộ vi điều khiển là 16 MHz (chu kỳ 62,5 ns), nên điện áp trung bình được đo cho mỗi chu kỳ xung nhịp thứ 5, tuy nhiên, các vòng và thậm chí cả hoạt động của mỗi vòng có thể được phân biệt rõ ràng (Bảng thay thế Sbox, hoán vị MixColumn, phép cộng bằng phím ). Máy hiện sóng này cho phép bạn giảm khoảng thời gian xuống còn 100 ps (tuy nhiên, trong trường hợp này, một phép đo sẽ chứa khoảng 70 triệu điểm).

Mặc dù thuật toán AES là đối xứng nhưng nó có số lượng thao tác cơ bản khác nhau: 11 phép cộng với khóa, 10 thao tác trên bảng thay thế (Sbox) và chỉ 9 thao tác trên cột MixColumn. Trong bộ lễ phục. 2, 11 thao tác bổ sung có phím được tô sáng màu đỏ, 10 thao tác thay thế có màu xanh lục và 9 thao tác MixColumn có màu đen. Việc sao chép hoặc khởi tạo có thể xảy ra ở đầu và cuối thuật toán nên chúng được đánh dấu bằng màu xanh lam. Nói chung, điện áp đo được cho phép bạn xác định rất nhiều:

1. Điểm bắt đầu và kết thúc của mật mã, cho phép bạn xác định thời gian hoạt động của toàn bộ mật mã.
2. Sự bắt đầu và kết thúc công việc của mỗi vòng, điều này một lần nữa cho phép bạn xác định thời gian của vòng.
3. Thao tác của mỗi vòng: cộng bằng chìa khóa, bảng thay thế Sbox, v.v.

Ngoài việc hiển thị thời gian thực hiện của từng thao tác của thuật toán AES, Hình. 1 sẽ cho bạn ý tưởng rằng mỗi nhóm lệnh riêng lẻ (và thực tế là từng lệnh riêng lẻ) tiêu thụ lượng năng lượng riêng. Nếu chúng ta học cách lập mô hình năng lượng tiêu thụ trong quá trình thực hiện lệnh và năng lượng này phụ thuộc vào giá trị của khóa và các tham số mà chúng ta biết, thì chúng ta có thể xác định giá trị chính xác của khóa. Đúng, như mọi khi, chúng ta không thể làm gì nếu không có một lý thuyết ngắn gọn, và trong trường hợp này, chúng ta cần tìm ra thời điểm và lý do năng lượng được tiêu thụ.

Pugs và dinh dưỡng của chúng

Hầu hết các thiết bị máy tính hiện đại đều được tạo ra bằng công nghệ CMOS (chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung). Công nghệ này đáng chú ý ở chỗ vi mạch hầu như không tiêu thụ năng lượng ở trạng thái tĩnh, tức là khi không thực hiện phép tính nào. Điều này được thực hiện để tiết kiệm ví của bạn và bảo vệ môi trường vì vật liệu cho công nghệ này (chủ yếu là silicon) có sẵn rộng rãi. Năng lượng trong thiết bị này chỉ được tiêu thụ tại thời điểm giao dịch, nghĩa là khi 1 được thay thế bằng 0 hoặc 0 được thay thế bằng 1. Ví dụ: nếu hai tín hiệu ổn định được cung cấp cho đầu vào của phần tử logic AND, thì phần tử logic không tiêu thụ năng lượng (à, chỉ một chút thôi). Nếu ít nhất một giá trị đầu vào thay đổi, bóng bán dẫn sẽ chuyển đổi và cần năng lượng. Một lần nữa: nếu tín hiệu ổn định, không thay đổi được cung cấp cho đầu vào của phần tử AND trong một phút thì nó không tiêu thụ năng lượng, nhưng nếu trong phút đó ít nhất một trong các tín hiệu đầu vào thay đổi thì tại thời điểm thay đổi, năng lượng đã được chi cho việc "tính toán lại" giá trị đầu ra. Vì vậy, các yếu tố logic là một trong những yếu tố tiêu thụ năng lượng.

Trong vi mạch, ngoài các phần tử logic còn có các thanh ghi lưu trữ các giá trị tính toán trung gian. Không giống như cổng logic, các thanh ghi yêu cầu tín hiệu đồng hồ để hoạt động, tín hiệu này sẽ đồng bộ hóa các hoạt động trên chip. Tín hiệu xung nhịp thường là sóng vuông có tần số cố định, ví dụ: STM8 Discovery sử dụng 16 MHz và các bộ xử lý hiện đại của Intel và AMD có khả năng hoạt động trên 3,5 GHz. Chuyển đổi thanh ghi xảy ra như sau: tín hiệu từ các phần tử logic được cung cấp cho đầu vào đầu tiên của thanh ghi; tín hiệu này phải được nhận trước và không còn được cập nhật ở một chu kỳ xung nhịp nhất định. Tín hiệu đồng hồ được cung cấp cho đầu vào thứ hai của thanh ghi; tại thời điểm tín hiệu đồng hồ chuyển từ giá trị thấp sang giá trị cao, thanh ghi sẽ được ghi lại và theo đó, tiêu thụ năng lượng xảy ra. Do đó, nguồn tiêu thụ năng lượng thứ hai và chính là các thanh ghi bộ nhớ.

Pugs và hành vi của chúng

Trong bộ lễ phục. 3 là biểu diễn sơ đồ của một hệ thống với bất kỳ lệnh nào hoặc bất kỳ thiết kế phần cứng nào. Có các thanh ghi đa năng R1 và R2, lưu trữ các giá trị tính toán trung gian. Có một “đám mây” gồm các phần tử logic cho phép bạn thực hiện một số thao tác nhất định (cộng, nhân, thao tác dịch chuyển, v.v.). Đám mây logic, cũng như các thanh ghi có mục đích chung, được điều khiển bởi các thanh ghi có mục đích đặc biệt. Họ xác định hoạt động nào sẽ được thực hiện và vào thời điểm nào.

Giả sử chúng ta muốn cộng giá trị của các thanh ghi R1 (văn bản nguồn) và R2 (khóa) và ghi kết quả vào thanh ghi R1. Các thanh ghi mục đích đặc biệt đã được tải và đã kích hoạt các bộ phận cần thiết của bộ vi điều khiển. Ở chu kỳ đầu tiên, cả hai giá trị của R1 và R2 đều được gửi lên đám mây, nơi chúng được thêm vào bằng các phần tử logic. Do một thao tác mới được thực hiện, trạng thái của các phần tử logic được cập nhật khi tín hiệu từ R1 và R2 lan truyền và điều này gây ra tiêu thụ năng lượng. Sau đó, khi tất cả các phần tử logic đã được cập nhật và kết quả của phép cộng đã được gửi đến đầu vào R1, hệ thống sẽ đóng băng và không tiêu thụ điện năng cho đến khi tín hiệu đồng hồ đến thanh ghi R1. Tại thời điểm này, thanh ghi đã được cập nhật và ngay lập tức giá trị mới được gửi đến đám mây logic, do đó gây ra mức tiêu thụ năng lượng tăng đột biến mới. Nếu một lệnh khác được thực thi, bạn có thể thấy hình dạng nhọn khác (xem các mẫu trong Hình 2, được đánh dấu bằng các màu khác nhau), vì các phần tử logic khác sẽ có liên quan.

Thời điểm cập nhật các sổ đăng ký có mục đích chung là rất quan trọng. Đầu tiên, tại thời điểm này, mức tiêu thụ năng lượng lớn nhất xảy ra, vì giá trị thanh ghi được cập nhật gây ra sự chuyển đổi tiếp theo của các phần tử logic. Thứ hai, do tần số dao động ổn định nên mọi thao tác được thực hiện cùng lúc nên điện áp đo được sẽ được đồng bộ. Tôi muốn nói rằng đối với hai lần thực thi khác nhau của cùng một mã, hệ thống tại thời điểm t sẽ ở cùng một trạng thái, nghĩa là tín hiệu sẽ được xử lý bởi cùng một phần tử logic. Điều này có thể khó hiểu nhưng sau này bạn sẽ hiểu tại sao nó lại quan trọng.

Trong phần giải thích này, điều quan trọng là bạn phải nhớ rằng mức tiêu thụ năng lượng lớn nhất xảy ra tại thời điểm chuyển đổi thanh ghi và tất cả các đường cong điện áp được đồng bộ hóa theo thời gian.

Bây giờ chúng ta sẽ xem cách sử dụng kiến ​​thức này để tính toán khóa. Chúng tôi sẽ chỉ phân tích một phương pháp tấn công đầu tiên và chúng tôi sẽ xem xét một số cải tiến quan trọng đối với phương pháp này trong bài viết tiếp theo.

Phân tích dinh dưỡng khác biệt. Lý thuyết

Cuộc tấn công đầu tiên thông qua năng lượng tiêu thụ được Paul Kocher xuất bản vào năm 1996, mặc dù, nói đúng ra, ông không thể được gọi là tác giả của phương pháp này - vào thời điểm đó, các công nghệ tấn công đã được thảo luận tích cực trên Fidonet. Theo dữ liệu không chính thức, vào cuối những năm 80 của thế kỷ trước, các cơ quan tình báo của chúng ta đã lập hồ sơ thực hiện từng lệnh riêng lẻ của bộ vi điều khiển, nghĩa là họ có thể cho biết lệnh nào tương ứng với một đường cong điện áp nhất định (và lệnh đầu tiên được công bố ở nước ngoài các tác phẩm về chủ đề này chỉ xuất hiện vào giữa những năm 2000 - hãy xem Tấn công mẫu), mặc dù, tôi nhắc lại, thông tin này không chính thức.

Phân tích công suất vi sai dựa trên thực tế là năng lượng chuyển mạch từ 0 đến 1 khác với năng lượng chuyển mạch từ 1 đến 0. Đây là một giả định rất nhỏ và tôi có thể nói một cách an toàn rằng nó đúng với 100% thiết bị bán dẫn, nghĩa là với tất cả các thiết bị bạn sử dụng hàng ngày. Ít nhất có bằng chứng chắc chắn cho thấy đây thực sự là trường hợp của công nghệ CMOS (đây là cuốn sách giải thích đặc tính này của hệ thống CMOS trước khi kỹ thuật phân tích công suất ra đời).

Phân tích dinh dưỡng khác biệt diễn ra trong nhiều giai đoạn. Đầu tiên, thanh ghi mục tiêu được xác định, tức là lệnh có kết quả mà bạn sẽ tấn công. Hãy đọc kỹ lại, bạn sẽ không tấn công chính lệnh mà là kết quả của nó, tức là giá trị được ghi vào sổ đăng ký. Thanh ghi mục tiêu có thể được sử dụng nhiều lần và như bạn sẽ thấy, điều này sẽ ảnh hưởng đến cuộc tấn công. Kết quả của lệnh phải phụ thuộc vào dữ liệu bạn biết (văn bản nguồn hoặc bản mã) và vào giá trị khóa không xác định. Đối với AES-128, người ta thường sử dụng các thao tác liên quan đến một bảng thay thế duy nhất, Sbox, vì trong trường hợp này, khóa có thể được tra cứu từng byte, cộng với Sbox là một thao tác phi tuyến tính và nó cho phép bạn nhanh chóng loại bỏ giá trị khóa không hợp lệ. Trong mỗi lần mã hóa, dạng sóng điện áp được đo, sau đó sử dụng dữ liệu đã biết và khóa chưa biết, giá trị của thanh ghi đích sẽ được tính toán (cách thực hiện điều này được giải thích bên dưới). Từ giá trị này, một bit được chọn (ví dụ: bit đầu tiên) và tất cả các dạng sóng điện áp được chia thành hai nhóm. Nhóm đầu tiên (nhóm 1) bao gồm các đường cong mà bit này được đặt thành 1, nhóm thứ hai (nhóm 0) bao gồm các đường cong mà bit này bằng 0. Sau đó, giá trị trung bình số học của mỗi nhóm được tính toán và hiệu của chúng được xem xét, đó là lý do tại sao phân tích được gọi là vi phân. Nếu mô hình và khóa đúng, thì có thể thấy sự khác biệt đáng kể giữa các phương tiện số học tại thời điểm kết quả của thanh ghi mô phỏng được sử dụng. Bây giờ chúng ta hãy xem xét mọi thứ chi tiết hơn.

Phân tích dinh dưỡng khác biệt. Tất cả về AES

Nếu chúng tôi có sẵn bản mã thì chúng tôi có thể mô phỏng kết quả Sbox của vòng cuối cùng. Chúng ta biết rằng byte đầu tiên của bản mã được tính như sau: C(1) = Sbox xor K10(1) , trong đó S9(1) là byte đầu tiên của kết quả của chín vòng và K10(1) là byte đầu tiên byte của khóa vòng cuối cùng. Theo thuật toán AES, giá trị của S9(1) phải đạt được để tính giá trị bản mã cuối cùng; không thể bỏ qua việc tính toán S9(1), đơn giản vì thuật toán được chỉ định theo cách đó. Chúng tôi đang làm việc với một bộ vi điều khiển 8 bit và triển khai thuật toán AES không được bảo vệ, do đó có khả năng giá trị của S9(1) đã được nhận và lưu trữ trước tiên trong một thanh ghi (giá trị phải được truy xuất và tất cả các kết quả đều được xử lý trước tiên). được ghi vào các thanh ghi có mục đích chung), và sau đó vào ngăn xếp để sử dụng ở vòng tiếp theo. Vì vậy, chúng tôi đã quyết định hướng dẫn mục tiêu phụ thuộc vào cả khóa và văn bản mã hóa, cộng với đó là hoạt động phi tuyến tính, giúp thực hiện các cuộc tấn công kênh bên.

Hãy chọn bit đầu tiên của giá trị S9(1) = InvSbox[C(1) xor K10(1)] mà chúng ta sẽ phân loại các đường cong điện áp. Các bit còn lại có thể được sử dụng để cải thiện/tăng tốc độ tính toán khóa, nhưng hiện tại chúng ta sẽ chỉ làm việc với bit đầu tiên.

Hãy nhớ rằng chúng ta đã nói rằng năng lượng chuyển từ 1 sang 0 và từ 0 sang 1 là khác nhau. Chúng tôi có thể mô phỏng kết quả cần được ghi vào thanh ghi, nhưng chúng tôi không biết giá trị trước đó của thanh ghi, vì vậy chúng tôi không thể xác định chắc chắn liệu có sự chuyển đổi hay không. Trên thực tế, điều này là không cần thiết. Chúng ta đơn giản giả định rằng giá trị thanh ghi trước đó không phụ thuộc tuyến tính vào giá trị mới. Tôi sẽ cố gắng giải thích bằng một ví dụ. Chúng ta có N bản mã. Vì thuật toán AES trộn và sắp xếp lại mọi thứ, nên trong khoảng một nửa số trường hợp trong số N bản mã này, bit mong muốn của chúng ta sẽ bằng 1 và trong nửa còn lại, nó sẽ bằng 0. Bây giờ chúng ta giả sử rằng giá trị thanh ghi trước đó đã lưu trữ một kết quả “ngẫu nhiên” trung gian của mật mã (ví dụ: kết quả của một Sbox khác). Khi bit mô phỏng của chúng tôi bằng 1 nửa thời gian, giá trị thanh ghi trước đó là 0 (nghĩa là một phần tư thời gian từ N) và khoảng một phần tư thời gian chuyển đổi sẽ xảy ra và một phần tư thời gian nó sẽ thắng' t. Tương tự với số 0: trung bình, N/4 mã hóa sẽ chuyển từ 1 sang 0 và phần còn lại sẽ không chuyển đổi (0 sẽ ghi đè 0). Hóa ra trong số N mã hóa sẽ có N/4 lần chuyển từ 0 sang 1 và có cùng số lượng lần chuyển từ 1 đến 0.

Nếu giá trị trước đó của thanh ghi là không đổi, ví dụ, bộ đếm vòng lặp được ghi trong đó, thì nó luôn bằng 1 hoặc 0. Trong trường hợp này, nó thậm chí còn đơn giản hơn, vì một trong hai nhóm được tạo bởi bit mô phỏng sẽ luôn chuyển đổi, còn nhóm kia thì không bao giờ.

Nếu giá trị trước đó của thanh ghi phụ thuộc tuyến tính vào giá trị mới thì có thể nảy sinh tình huống trong đó trong nhóm 1 chỉ có số lượng công tắc rất hạn chế, ít hơn một chút so với số lượng công tắc trong nhóm 0. Trong tình huống này, số lượng bit được chuyển đổi và không được chuyển đổi sẽ không được cân bằng và sự khác biệt giữa các phương tiện số học sẽ là vô ích. Để tránh tính tuyến tính, kết quả của Sbox được sử dụng.

Theo định luật số lớn của Chebyshev, trung bình số học của nhóm 1 trong thời điểm thực hiện lệnh đích sẽ cung cấp cho bạn một hằng số cộng với năng lượng chuyển từ 0 sang 1 và trung bình số học của nhóm 0 tại cùng một thời điểm sẽ cung cấp cho bạn hằng số tương tự cộng với năng lượng chuyển từ 1 sang 0. Vì chúng ta biết rằng năng lượng chuyển mạch từ 0 đến 1 và từ 1 đến 0 là khác nhau, nên sự khác biệt trong các giá trị trung bình số học sẽ khiến bạn tăng vọt vào thời điểm lệnh được thực thi.

Hãy xem tại sao tất cả các điểm khác về sự khác biệt của phương tiện số học sẽ có xu hướng bằng không. Đây lại là định luật Chebyshev: vì chúng ta đã sắp xếp các đường cong bằng cách sử dụng thanh ghi mục tiêu nên rất có thể tất cả các hướng dẫn khác sẽ là ngẫu nhiên rơi vào cả hai nhóm, do đó, giá trị trung bình số học của hai nhóm đối với tất cả các lệnh khác sẽ hội tụ về cùng một giá trị. Do đó, sự khác biệt của các phương tiện số học sẽ hội tụ về 0 tại tất cả các điểm, ngoại trừ các lệnh theo cách này hay cách khác phụ thuộc vào bit đã chọn của thanh ghi đích. Tuy nhiên, đôi khi bạn có thể gặp phải những vụ nổ “ma quái”. Chúng xảy ra khi một bit trong thanh ghi mục tiêu ảnh hưởng đến các phép tính tiếp theo, nhưng các gai ma có thể được sử dụng tốt nếu bạn hiểu chúng đến từ đâu.

Phân tích dinh dưỡng khác biệt. Luyện tập

Cuối cùng chúng ta hãy chuyển từ lý thuyết sang thực hành. Sử dụng cùng một máy hiện sóng, điện áp được đo cho 10 nghìn mã hóa. Để loại bỏ nhiễu, mỗi lần mã hóa được thực hiện 1000 lần và điện áp được lấy trung bình. Việc lấy mẫu đã được tăng gấp đôi sao cho mỗi vết điện áp chứa 40.500 điểm. Chúng tôi sẽ tấn công hoạt động bằng cách sử dụng giá trị thanh ghi S9(1) = InvSbox[C(1) xor K10(1)] . Như bạn sẽ thấy sau, có một số thao tác như vậy. Để thực hiện việc này, chúng tôi sẽ sử dụng byte đầu tiên của mỗi văn bản mã hóa và tính toán kết quả đăng ký cho tất cả các mã hóa và tất cả các giá trị byte khóa có thể có (xem bảng).

Dựa trên các giá trị từ cột 4 (bit đầu tiên S9(1) cho khóa 0x00) của bảng, chúng tôi sẽ chọn vào nhóm 1 tất cả các đường cong điện áp mã hóa mà bit đích S9(1) bằng 1 và vào nhóm 0 - tất cả các đường cong điện áp mã hóa mà bit này bằng 0. Bây giờ hãy xây dựng sự khác biệt giữa phương tiện số học của hai nhóm. Hãy thực hiện chính xác thao tác tương tự cho 255 phím còn lại và vẽ đồ thị của chúng, như trong Hình 2. 4. Như bạn có thể thấy trong hình này, một khóa có mức tăng đột biến đáng kể ở gần cuối quá trình mã hóa, hình ảnh lớn hơn được hiển thị trong Hình 4. 5.

Trên đó chúng ta thấy ba tia sáng (chúng được đánh số từ 1 đến 3). Tôi sẽ giải thích đỉnh thứ ba bằng thực tế là giá trị của S9(1) được đọc từ ngăn xếp để tính Sbox, vì nó nằm trong vùng thực thi Sbox của vòng cuối cùng (từ 6200 đến 6420 - đây là Sbox và Shift Vùng hàng). Nhưng hai đỉnh trước khó giải thích hơn một chút. Đỉnh thứ hai được liên kết với thao tác cộng bằng khóa khi giá trị của S9(1) được lấy trực tiếp và đỉnh đầu tiên được liên kết với thao tác MixColumn (vì nó nằm trong vùng MixColumn). Điều quan trọng là phải hiểu ở đây rằng phép cộng với khóa là một phép toán tuyến tính và nếu bit khóa là 1, thì trước khi phép cộng với khóa, giá trị của các bit trong bảng hoàn toàn ngược lại. Nếu bit khóa là 0 thì các bit trước phép cộng với khóa hoàn toàn giống nhau. Trước khi thêm khóa, giá trị byte phải được lấy sau thao tác MixColumn và đây là thời điểm chúng tôi nhận được byte của khóa mà chúng tôi thấy trên biểu đồ. Vì đỉnh được định hướng theo hướng ngược lại (âm), nên rất có thể, nhóm 1 và 0 đã hoán đổi vị trí cho nhau (chúng tôi trừ đi giá trị lớn hơn từ giá trị nhỏ hơn), nghĩa là, trong nhóm 1 có tất cả các mã hóa mà bit được đặt thành 0 và trong nhóm 0, tất cả các mã hóa mà bit được đặt thành 1. Điều này có thể thực hiện được nếu bit khóa là 1, vì trong trường hợp này, mô hình của chúng ta trong bảng sẽ hoàn toàn ngược lại và điều này sẽ dẫn đến đỉnh là âm .

Để tìm khóa, chúng ta thường vẽ các giá trị tối đa cho khóa, như trong Hình. 6. Có thể thấy giá trị khóa 208 = 0xD0 là lớn nhất và khóa này rất có thể đúng.

Để so sánh, chúng ta sẽ vẽ cùng một biểu đồ, nhưng chúng ta sẽ chọn bit thứ tám của giá trị S9(1) (bit ít quan trọng nhất) làm bit mục tiêu. Theo tính toán trước đó, bit này phải bằng 0, vì vậy trong Hình. 8, chúng ta sẽ thấy đỉnh đầu tiên ở vùng dương chứ không phải ở vùng âm như trường hợp của bit đầu tiên. Ngoài ra, chúng ta nên lấy cùng một khóa, vì nó không thay đổi mà chỉ thay đổi một chút về đòn tấn công. Tất cả các đỉnh phải ở cùng một thời điểm vì bản thân thao tác không thay đổi vị trí. Hình 7–8 xuất hiện theo giả thuyết của chúng tôi, cộng với giá trị tối đa của chênh lệch trung bình thu được cho cùng một giá trị khóa trên các bit mục tiêu khác nhau, vì vậy, rất có thể, chúng tôi đã tìm thấy byte khóa chính xác (bộ vi điều khiển có khóa được lấy từ tiêu chuẩn AES, vì vậy bạn có thể kiểm tra tất cả các byte của nó).

Theo cách tương tự, bạn có thể khôi phục tất cả các byte còn lại của khóa vòng cuối cùng. Nhiều công trình giải thích cách tăng tốc/đơn giản hóa/cải thiện thuật toán tấn công, nhưng điều quan trọng nhất đối với bạn bây giờ là hiểu cơ sở của quy trình này. Chúng ta sẽ xem xét một số cải tiến trong bài viết tiếp theo.

Xem gì?

Tôi chắc rằng bạn vẫn còn nhiều câu hỏi về cuộc tấn công. Tôi khuyên bạn nên tìm kiếm câu trả lời trên Internet. Để làm điều này, bạn có thể sử dụng Scholar.google.com và các từ khóa: phân tích sức mạnh khác biệt, tấn công phân tích sức mạnh. Có một trang web đặc biệt dpacontest.org tổ chức các cuộc thi về tốc độ và độ chính xác của việc sử dụng các cuộc tấn công kênh bên. Trang web này có các ví dụ về mã và rất nhiều dữ liệu tấn công. Chà, hãy theo dõi các sự kiện khác nhau ở Nga, nơi tổ chức các buổi hội thảo về các cuộc tấn công này. Tôi cũng khuyên bạn nên xem tài liệu của các hội nghị như COSADE, CHES và CARDIS.

Phần kết luận

Không có gì xảy ra mà không để lại dấu vết, kể cả việc thực thi các thuật toán mã hóa. Trong quá trình thực thi mật mã, thông tin bị rò rỉ qua các kênh thứ cấp, chẳng hạn như mức tiêu thụ năng lượng. Để thực hiện tính toán cần có năng lượng nên không thể bảo vệ hoàn toàn trước các cuộc tấn công kênh bên; vấn đề này là cơ bản. Bài viết cho thấy cuộc tấn công thực sự hoạt động như thế nào và cách tìm khóa mã hóa bằng ví dụ AES-128 được thực thi trên vi điều khiển STM8. Để tìm ra khóa, người ta phải sử dụng tối thiểu thông tin về mô hình tiêu thụ năng lượng, nhưng nó đủ để bẻ khóa thành công thuật toán. Bài viết trình bày một trong những cuộc tấn công đầu tiên được tạo ra vào năm 1996 và kể từ đó, phân tích kênh bên đã phát triển đáng kể. Các phương pháp tấn công được cải thiện một phần sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo, vì vậy, như thường lệ, hãy chú ý theo dõi...