Uno schermo mette un'impedenza (la resistenza effettiva di un circuito elettrico o di un componente alla corrente alternata, derivante dagli effetti combinati della resistenza ohmica e della reattanza) discontinuità nel percorso di un'onda elettromagnetica irradiata che si propaga, riflettendola e/o assorbendola. Questo è concettualmente molto simile al modo in cui funzionano i filtri: mettono una discontinuità di impedenza nel percorso di un segnale condotto indesiderato. Maggiore è il rapporto di impedenza, maggiore è l'efficacia dello schermo (SE).
Un'adeguata schermatura dalla sorveglianza indesiderata può essere ottenuta in diversi modi.
La maggior parte dei sistemi moderni utilizza microcomponenti all'avanguardia che sono stati progettati e costruiti da zero con l'unico scopo di ridurre le perdite EMR. Tuttavia, la schermatura tipica è una combinazione di isolamento della fonte di alimentazione e circonda la macchina, a rischio di monitoraggio indesiderato, con una gabbia di Faraday che blocca i campi elettromagnetici e non consente alcuna emanazione vagante.
Altri metodi di schermatura TEMPEST includono l'isolamento della stanza e delle pareti e il posizionamento preciso delle apparecchiature, che possono ulteriormente garantire che nessun dato sensibile possa sfuggire.
Ancora oggi, la maggior parte degli standard di schermatura TEMPEST rimane classificata, ma alcuni di essi sono prontamente disponibili al pubblico.
Gli attuali standard di schermatura Tempest degli Stati Uniti e della NATO sono segmentati in tre livelli di requisiti di protezione:
- NATO SDIP-27 Level A (ex AMSG 720B) & USA NSTISSAM Level I "Compromise Emanations Laboratory Test Standard" Questo è lo standard più severo per i dispositivi che operano in ambienti NATO Zona 0, dove si presume che un utente malintenzionato abbia accesso quasi immediato (ad esempio stanza vicina, 1 m di distanza)
- NATO SDIP-27 Level B (ex AMSG 788A) & USA NSTISSAM Level II "Laboratory Test Standard for Protected Facility Equipment" Questo standard è per i dispositivi che operano in ambienti NATO Zona 1, dove si presume che un attaccante non possa avvicinarsi a circa 20 m (o dove i materiali da costruzione assicurano un'attenuazione equivalente a 20 m).
- NATO SDIP-27 Level C (ex AMSG 784) & USA NSTISSAM Level III "Laboratory Test Standard for Tactical Mobile Equipment/Systems" Lo standard più permissivo che si concentra sui dispositivi che operano in ambienti NATO Zona 2, dove gli aggressori devono affrontare l'equivalente di 100 m di attenuazione dello spazio libero (o attenuazione equivalente attraverso materiali da costruzione).
Ulteriori standard includono:
- NATO SDIP-29 (ex AMSG 719G) "Installazione di apparecchiature elettriche per il trattamento di informazioni classificate" Questa norma definisce i requisiti di installazione, ad esempio per quanto riguarda la messa a terra e le distanze dei cavi.
- AMSG 799B "Procedure di zonizzazione NATO" Definisce una procedura di misurazione dell'attenuazione, in base alla quale le singole stanze all'interno di un perimetro di sicurezza possono essere classificate in Zona 0, Zona 1, Zona 2 o Zona 3, che determina quindi quale standard di prova di schermatura è richiesto per le apparecchiature che elaborano dati segreti in queste stanze.
È importante notare che la schermatura può essere di costo molto basso se progettata con attenzione fin dall'inizio, ma può essere estremamente costosa se deve essere applicata dopo che il dispositivo, il sistema o l'involucro sono già stati costruiti.
La maggior parte dei metalli con uno spessore di 0,5 mm e oltre, fornisce un buon SE per frequenze superiori a 1 MHz e un eccellente SE oltre 100 MHz. Tutti i problemi con gli schermi metallici sono solitamente causati da materiali protettivi sottili, frequenze inferiori a 1 MHz e aperture o aperture.
In generale, è meglio mantenere una distanza relativamente grande tra i circuiti elettrici vulnerabili e le pareti del loro scudo. L'EMR all'esterno dello schermo e l'EMR a cui è sottoposto il dispositivo saranno generalmente più "diluiti" quanto maggiore è il volume schermato.
Se l'involucro, in cui è installato il dispositivo vulnerabile, ha pareti parallele, le onde stazionarie possono iniziare ad accumularsi a frequenze di risonanza che possono causare problemi di SE. Pertanto, custodie con pareti non parallele o con pareti curve e altre unità di contenimento di forma irregolare, aiuteranno a prevenire risonanze indesiderate.
Aperture e aperture
In realtà, un involucro schermante perfettamente sigillato, senza aperture, giunti, aperture o spazi vuoti, è raramente pratico perché non sarà in grado di ospitare cavi esterni, antenne o sensori.
Per questo motivo, l'unico scopo di qualsiasi custodia schermante è solo quello di ridurre le emissioni o migliorare l'immunità, poiché ogni scudo è limitato dal dispositivo che sta cercando di proteggere.
L'"effetto pelle"
Nel dominio dell'elettromagnetismo, ci sono due tipi di campi: elettrico (E) e magnetico (M). I campi elettrici e magnetici (CEM) sono aree invisibili di energia, spesso indicate come radiazioni, e si verificano con l'uso non solo di energia elettrica, ma di varie forme di illuminazione naturale.
Un campo elettromagnetico è di solito un amalgama sproporzionato di campi (E) e (M) (dando un'impedenza d'onda E / M di 377: in aria).
I campi elettrici possono essere facilmente bloccati e completamente fermati anche da pannelli metallici sottili, poiché il meccanismo per la schermatura del campo elettrico è quello della ridistribuzione della carica a un limite conduttivo, quindi quasi tutto ciò che ha un'alta conduttività (bassa resistenza) presenterà un'impedenza adeguatamente bassa. A frequenze più elevate, a causa della rapida velocità di ridistribuzione della carica, possono verificarsi notevoli correnti di spostamento, ma anche fogli o pannelli di alluminio relativamente sottili fungerebbero da agente schermante adeguato.
I campi magnetici sono molto più difficili, e talvolta impossibili, da fermare. La schermatura magnetica non blocca un campo magnetico. Il campo può, tuttavia, essere reindirizzato.
Generando correnti parassite (correnti di Foucault) all'interno del materiale dello scudo, è possibile creare un nuovo campo magnetico che si oppone al campo di impatto. A differenza dei campi elettrici, i pannelli sottili in alluminio non saranno efficaci nell'arrestare o reindirizzare i campi magnetici.
Lo spessore o la profondità alla quale un dato materiale riduce il campo magnetico di circa 9 dB è noto come "effetto pelle" ed è approssimativamente "una pelle profonda".
L'effetto pelle è dove una corrente tende ad evitare di viaggiare attraverso il centro di un conduttore solido, limitandosi alla conduzione vicino alla superficie.
Per questo motivo, un materiale che ha uno spessore di "3 pelli" avrebbe una corrente inferiore di circa 27dB sul lato opposto e avrebbe un SE di circa 27dB per quel particolare campo magnetico.
Il rame (Cu) e l'alluminio (Al) hanno oltre 5 volte la conduttività dell'acciaio dolce, rendendoli molto bravi a bloccare e fermare i campi elettrici, ma hanno una permeabilità relativa di 1 (la stessa dell'aria). La permeabilità in elettromagnetismo è la misura della resistenza di un materiale contro la formazione di un campo magnetico, altrimenti nota come induttanza distribuita nella teoria delle linee di trasmissione. Il tipico acciaio dolce ha una permeabilità relativa di circa 300 alle basse frequenze, scendendo a 1 quando le frequenze aumentano oltre i 100 kHz, e la sua maggiore permeabilità gli conferisce una ridotta profondità della pelle, rendendo gli spessori ragionevoli dell'acciaio dolce migliori dell'alluminio per schermare le basse frequenze.
Un materiale schermante efficace avrà un'elevata conduttività, un'elevata permeabilità e uno spessore sufficiente per raggiungere il numero richiesto di profondità della pelle alla più bassa frequenza di preoccupazione.
Ad esempio, l'acciaio dolce di 1 mm di spessore e la lega di zinco puro saranno un agente schermante adeguato per la maggior parte dei casi.
Schermatura magnetica a bassa frequenza
Materiali speciali come il Mu-metallo, che è una lega ferromagnetica morbida ferro-nichel, e il Radiometal, ancora una volta una lega ferro-nichel, hanno una permeabilità relativa molto elevata, spesso nella regione di 10.000.
A causa della loro famigerata fragilità, il processo di installazione di questi materiali esotici deve essere eseguito con cura in quanto anche un leggero urto potrebbe rovinare la loro permeabilità e quindi dovrebbero essere riricotti in un'atmosfera di idrogeno o scartati.
Un'ulteriore tecnica di schermatura a bassa frequenza è la cancellazione attiva del rumore (ANR). Questo metodo è particolarmente utile per stabilizzare le immagini delle unità di visualizzazione visiva (VDU) del tubo catodico in ambienti inquinati da alti livelli di campi magnetici a frequenza di potenza.
Guide d'onda al di sotto del cutoff
La parte sinistra della Fig. 8, mostra che maggiore è l'apertura, maggiore è la perdita EMR. Tuttavia, la parte destra della Fig. 8 illustra che un SE rispettabile può essere raggiunto se l'apertura è circondata da perpendicolari alle pareti metalliche di apertura. Questo metodo estremamente efficace di schermatura è noto come "guida d'onda sotto il cutoff" e può mantenere il SE di uno schermo anche con aperture di 5-10 cm.
Una guida d'onda permette a tutti i suoi campi di impatto di passare, quando la sua diagonale interna (g) è di mezza lunghezza d'onda. Al di sotto della sua frequenza di taglio, una guida d'onda non perde come una normale apertura (come mostrato in Fig. 8) e può fornire una grande quantità di schermatura. I valori per un SE adeguato sono circa 27d / g dove d è la distanza che l'onda EMR deve percorrere attraverso la guida d'onda prima che sia libera.
Design dipendente dalla guarnizione
Una guarnizione è una tenuta meccanica che riempie lo spazio tra due o più superfici di accoppiamento, generalmente per evitare perdite da o negli oggetti uniti durante la compressione.
Anche se le guarnizioni sono altamente efficaci per assemblaggi rudimentali, i pannelli rimovibili come porte, accette e coperture portano un eccesso di vari problemi per tutti i progetti dipendenti dalle guarnizioni perché devono soddisfare una serie di requisiti meccanici, elettrici, chimici e in alcuni casi anche ambientali contrastanti. Fico. 9 raffigura il design di un tipico armadio industriale e la sua disposizione delle guarnizioni, utilizzando dita a molla e un composto siliconico o gomma conduttiva per fornire una tenuta ambientale e uno schermo elettromagnetico.Affinché le guarnizioni siano efficaci, è necessario prevedere disposizioni meccaniche per garantire una produzione facile da montare. Le guarnizioni montate in modo inadeguato, che si basano solo su grandi quantità di pressione per generare una tenuta ermetica, hanno un'alta probabilità di creare spazi vuoti attraverso i quali EMR può fuoriuscire.A meno che non si utilizzi una vernice conduttiva, le aree di contatto della guarnizione non devono essere verniciate e la corrosione galvanica (un processo elettrochimico in cui un metallo si corrode preferenzialmente quando è in contatto elettrico con un altro, in presenza di un elettrolita). Tutte le caratteristiche, le caratteristiche e i dettagli della guarnizione devono essere accuratamente illustrati all'interno del manuale di fabbricazione.
Schermatura dei display
Tutti i display, che sono suscettibili a un attacco TEMPEST , non possono esistere in un contenitore completamente sigillato in quanto richiedono aperture variabili nei loro involucri, compromettendo così fortemente l'aspetto della schermatura.
Fico. 11 illustra un'unità di visualizzazione visiva (VDU), come un bancomat (ATM), che utilizza un sistema interno di "dirty box" per ridurre efficacemente la perdita di campo EMC attraverso l'apertura. Il giunto tra la scatola sporca e l'interno della parete del recinto deve essere trattato allo stesso modo di qualsiasi altro giunto nello schermo.
Aperture di ventilazione schermanti
Analogamente ai display schermati, schermare le aperture di ventilazione richiede l'uso di mesh, guide d'onda sotto tagliate, guarnizioni conduttive o legami metallo-metallo.
Per mantenere un livello SE adeguato, la dimensione delle maglie deve essere la più piccola possibile. L'efficacia dello schermo di un numero di piccole aperture identiche situate l'una vicino all'altra è (approssimativamente) proporzionale al loro numero, n, ('SE = 20logn), quindi, due aperture peggioreranno il SE di 20 x log (2) = 6,02, quattro aperture 20 x log (4) = 12,04, ecc.
Per un numero maggiore di piccole aperture, tipiche di una rete di ventilazione/griglia, la dimensione della maglia sarà considerevolmente inferiore a quella che un'apertura da sola dovrebbe essere per lo stesso SE. A frequenze più alte in cui la dimensione dell'apertura di ventilazione supera un quarto della lunghezza d'onda, anche questa formula rudimentale e semplicistica "20 x log (n)" può diventare inutilmente complessa o inefficiente.
Schermatura con plastiche verniciate o placcate
L'involucro in plastica potrebbe essere elegante e visivamente accattivante, ma non è un agente schermante efficace.
Anche se è un processo estremamente laborioso e tecnicamente impegnativo, rivestire l'interno dell'involucro di plastica con materiali conduttivi come particelle metalliche in un legante (vernice conduttiva) o con metallo reale (placcatura) potrebbe potenzialmente dare risultati soddisfacenti.
Tuttavia, il più delle volte il design dell'involucro in plastica non consente di ottenere il SE richiesto perché, come tutte le altre custodie, i punti più deboli rimangono le cuciture (aperture) tra le parti in plastica, ma in questo caso non possono essere rinforzate con guarnizioni, quindi l'inevitabile perdita EMR. Pertanto, se l'involucro in plastica richiede una schermatura, è finanziariamente fondamentale prendere in considerazione il raggiungimento del SE necessario fin dall'inizio del processo di progettazione iniziale.
La vernice o la placcatura su plastica non può mai essere molto spessa, quindi il numero di profondità della pelle applicate può essere piuttosto piccolo. Alcuni rivestimenti innovativi, utilizzando nichel e altri metalli, sono stati recentemente sviluppati per sfruttare la permeabilità ragionevolmente elevata del nichel per ridurre la profondità della pelle e ottenere un migliore SE.
Tuttavia, come mostrato in Immagine. 2 Il più grande vantaggio della plastica rispetto agli altri metalli utilizzati per la schermatura è la sua leggerezza.
Schermatura senza metallo
Le plastiche o resine volume-conduttive utilizzano generalmente particelle o fili conduttivi distribuiti in un legante isolante che fornisce la resistenza meccanica. A volte questi soffrono di formare una "pelle" della plastica o della resina di base, rendendo difficile ottenere buoni legami a radiofrequenza (RF) senza inserti elicoidali (inserto in filo arrotolato) o mezzi simili. Queste pelli isolanti rendono difficile prevenire la creazione di lunghe aperture alle articolazioni e rendono anche difficile fornire buoni legami ai corpi di connettori, ghiandole e filtri. I problemi con la consistenza della miscelazione di particelle conduttive e polimeri possono rendere le custodie deboli in alcune aree e prive di schermatura in altre.
I materiali a base di fibre di carbonio (che sono esse stesse conduttive) e polimeri autoconduttivi stanno iniziando a diventare disponibili, ma non hanno l'alta conduttività del metallo e quindi non danno un buon SE per un particolare spessore.
