Een afscherming plaatst een impedantie (de effectieve weerstand van een elektrisch circuit of component tegen wisselstroom, voortkomend uit de gecombineerde effecten van ohmse weerstand en reactantie) discontinuïteit in het pad van een zich voortplantende uitgestraalde elektromagnetische golf, die deze reflecteert en/of absorbeert. Dit lijkt conceptueel erg op de manier waarop filters werken - ze plaatsen een impedantiediscontinuïteit in het pad van een ongewenst geleid signaal. Hoe groter de impedantieverhouding, hoe groter de shield effectiveness (SE).
Adequate afscherming tegen ongewenste surveillance kan op een aantal manieren worden bereikt.
De meeste moderne systemen maken gebruik van state-of-the-art microcomponenten die helemaal opnieuw zijn ontworpen en gebouwd met als enige doel het verminderen van EMR-lekkage. Typische afscherming is echter een combinatie van het isoleren van de stroombron samen met het omringen van de machine, met het risico van ongewenste bewaking, met een kooi van Faraday die de elektromagnetische velden blokkeert en geen verdwaalde emanaties toestaat.
Andere TEMPEST afschermingsmethoden zijn kamer- en muurisolatie en nauwkeurige plaatsing van apparatuur, die er verder voor kunnen zorgen dat er geen gevoelige gegevens kunnen ontsnappen.
Zelfs vandaag de dag blijven de meeste TEMPEST afschermingsnormen geheim, maar sommige zijn gemakkelijk beschikbaar voor het publiek.
De huidige Tempest afschermingsnormen van de Verenigde Staten en de NAVO zijn onderverdeeld in drie niveaus van beschermingsvereisten:
- NATO SDIP-27 Level A (voorheen AMSG 720B) & USA NSTISSAM Level I "Compromising Emanations Laboratory Test Standard" Dit is de strengste norm voor apparaten die opereren in NAVO-Zone 0-omgevingen, waar wordt aangenomen dat een aanvaller vrijwel onmiddellijk toegang heeft (bijv. aangrenzende kamer, 1 m afstand)
- NATO SDIP-27 Level B (voorheen AMSG 788A) &; USA NSTISSAM Level II "Laboratory Test Standard for Protected Facility Equipment" Deze norm is voor apparaten die opereren in NAVO-Zone 1-omgevingen, waar wordt aangenomen dat een aanvaller niet dichterbij kan komen dan ongeveer 20 m (of waar de bouwmaterialen zorgen voor een demping gelijk aan 20 m).
- NATO SDIP-27 Level C (voorheen AMSG 784) & USA NSTISSAM Level III "Laboratory Test Standard for Tactical Mobile Equipment/Systems" De meest tolerante standaard die zich richt op apparaten die werken in NAVO-Zone 2-omgevingen, waar aanvallers te maken hebben met het equivalent van 100 m verzwakking in de vrije ruimte (of gelijkwaardige verzwakking door bouwmaterialen).
Aanvullende normen zijn onder meer:
- NATO SDIP-29 (voorheen AMSG 719G) "Installation of Electrical Equipment for the Processing of Classified Information" Deze norm definieert installatie-eisen, bijvoorbeeld met betrekking tot aarding en kabelafstanden.
- AMSG 799B "NAVO-zoneringsprocedures" Definieert een dempingsmetingsprocedure, volgens welke individuele kamers binnen een beveiligingsperimeter kunnen worden ingedeeld in Zone 0, Zone 1, Zone 2 of Zone 3, die vervolgens bepaalt welke afschermingsteststandaard vereist is voor de apparatuur die geheime gegevens in deze kamers verwerkt.
Het is belangrijk op te merken dat afscherming van zeer lage kosten kan zijn als het vanaf het begin zorgvuldig is ontworpen, maar extreem duur kan zijn als het moet worden toegepast nadat het apparaat, systeem of behuizing al is gebouwd.
De meeste metalen met een dikte van 0,5 mm en hoger, bieden een goede SE voor frequenties boven 1MHz en uitstekende SE boven 100MHz. Alle problemen met metalen schilden worden meestal veroorzaakt door dunne beschermende materialen, frequenties onder 1MHz en openingen of openingen.
Over het algemeen is het het beste om een relatief grote afstand te houden tussen de kwetsbare elektrische circuits en de wanden van hun schild. Het EPD buiten het schild en het EPD waaraan het apparaat wordt blootgesteld, zullen over het algemeen meer "verdund" zijn naarmate het afgeschermde volume groter is.
Als de behuizing, waarin het kwetsbare apparaat is geïnstalleerd, parallelle wanden heeft, kunnen staande golven zich beginnen op te hopen bij resonantiefrequenties die SE-zorgen kunnen veroorzaken. Daarom zullen behuizingen met niet-parallelle of met gebogen wanden en andere onregelmatig gevormde containmenteenheden helpen bij het voorkomen van ongewenste resonantie.
Openingen en openingen
In werkelijkheid is een perfect afgedichte afschermingsbehuizing, zonder openingen, verbindingen, openingen of openingen, zelden praktisch omdat deze geen externe kabels, antennes of sensoren kan herbergen.
Om deze reden is het enige doel van elke afschermingsbehuizing om alleen de emissies te verminderen of de immuniteit te verbeteren, omdat elk schild wordt beperkt door het apparaat dat het probeert te beschermen.
Het "huideffect"
Op het gebied van elektromagnetisme zijn er twee soorten velden - elektrisch (E) en magnetisch (M). Elektrische en magnetische velden (EMV's) zijn onzichtbare gebieden van energie, vaak aangeduid als straling, en komen voor bij het gebruik van niet alleen elektrische energie, maar ook verschillende vormen van natuurlijk licht.
Een elektromagnetisch veld is meestal een onevenredig amalgaam van (E) en (M) velden (wat een golfimpedantie E/M van 377: in lucht geeft).
Elektrische velden kunnen gemakkelijk worden geblokkeerd en volledig worden gestopt door zelfs dunne metalen panelen, omdat het mechanisme voor elektrische veldafscherming er een is van ladingsherverdeling op een geleidende grens, dus bijna alles met een hoge geleidbaarheid (lage weerstand) zal een voldoende lage impedantie vertonen. Bij hogere frequenties kunnen, als gevolg van de snelle herverdeling van lading, aanzienlijke verplaatsingsstromen optreden, maar zelfs relatief dunne aluminiumfolie of panelen zouden als een adequaat afschermingsmiddel dienen.
Magnetische velden zijn veel moeilijker en soms onmogelijk te stoppen. Magnetische afscherming blokkeert een magnetisch veld niet. Het veld kan wel worden omgeleid.
Door wervelstromen (de stromen van Foucault) in het schildmateriaal te genereren, kan een nieuw magnetisch veld worden gecreëerd dat zich verzet tegen het impinging-veld. In tegenstelling tot elektrische velden zullen dunne aluminium panelen niet effectief zijn in het stoppen of omleiden van magnetische velden.
De dikte of diepte waarop een bepaald materiaal het impinging magnetisch veld met ongeveer 9dB vermindert, staat bekend als het "Huideffect" en is ongeveer "één huid diep".
Het huideffect is waar een stroom de neiging heeft om te voorkomen dat hij door het midden van een vaste geleider reist, waardoor hij zich beperkt tot geleiding in de buurt van het oppervlak.
Om deze reden zou een materiaal met een dikte van "3 huiden" een ongeveer 27dB lagere stroom aan de andere kant hebben en een SE van ongeveer 27dB voor dat specifieke magnetische veld.
Koper (Cu) en aluminium (Al) hebben meer dan 5 keer de geleidbaarheid van zacht staal, waardoor ze zeer goed zijn in het blokkeren en stoppen van elektrische velden, maar hebben een relatieve permeabiliteit van 1 (hetzelfde als lucht). Permeabiliteit in elektromagnetisme is de maat voor de weerstand van een materiaal tegen de vorming van een magnetisch veld, ook wel bekend als gedistribueerde inductie in de transmissielijntheorie. Typisch zacht staal heeft een relatieve permeabiliteit van ongeveer 300 bij lage frequenties, dalend tot 1 naarmate de frequenties boven 100 kHz toenemen, en de hogere permeabiliteit geeft het een verminderde huiddiepte, waardoor redelijke diktes van zacht staal beter zijn dan aluminium voor het afschermen van lage frequenties.
Een effectief afschermingsmateriaal heeft een hoge geleidbaarheid, hoge permeabiliteit en voldoende dikte om het vereiste aantal huiddiepten te bereiken bij de laagste frequentie van zorg.
Zo is 1 mm dik zacht staal en zuivere zinklegering in de meeste gevallen een adequaat afschermingsmiddel.
Laagfrequente magnetische afscherming
Speciale materialen zoals Mu-metaal, een ijzer-nikkel zachte ferromagnetische legering, en Radiometal, opnieuw een ijzer-nikkellegering, hebben een zeer hoge relatieve permeabiliteit, vaak in de buurt van 10.000.
Vanwege hun beruchte kwetsbaarheid moet het installatieproces van deze exotische materialen zorgvuldig worden uitgevoerd, omdat zelfs een lichte klop hun doorlaatbaarheid zou kunnen verpesten en ze vervolgens opnieuw zouden moeten worden gegloeid in een waterstofatmosfeer of weggegooid.
Een extra laagfrequente afschermingstechniek is actieve ruisonderdrukking (ANR). Deze methode is met name nuttig voor het stabiliseren van de beelden van de visuele weergave-eenheden (VDU's) van de kathodestraalbuis in omgevingen die vervuild zijn door hoge niveaus van magnetische velden met een hoge frequentie.
Golfgeleiders onder cutoff
Het linkerdeel van Fig. 8, laat zien dat hoe groter het diafragma, hoe groter de EMR-lekkage. Echter, het rechter deel van Fig. 8 illustreert dat respectabele SE kan worden bereikt als de opening loodrecht op de metalen wanden wordt omgeven door loodrecht op de openende metalen wanden. Deze uiterst effectieve methode van afscherming staat bekend als "waveguide below cutoff" en kan de SE van een schild behouden, zelfs met openingen van 5-10 cm.
Een golfgeleider laat al zijn impinging-velden door, wanneer de interne diagonaal (g) een halve golflengte is. Onder de afkapfrequentie lekt een golfgeleider niet zoals een gewoon diafragma (zoals weergegeven op fig. 8) en kan het veel afscherming bieden. De waarden voor adequate SE zijn ongeveer 27d/g, waarbij d de afstand is die de EMR-golf door de golfgeleider moet afleggen voordat deze vrij is.
Pakkingafhankelijk ontwerp
Een pakking is een mechanische afdichting die de ruimte tussen twee of meer paringsoppervlakken vult, meestal om lekkage van of in de samengevoegde objecten tijdens compressie te voorkomen.
Hoewel pakkingen zeer effectief zijn voor rudimentaire assemblages, brengen verwijderbare panelen zoals deuren, bijlen en afdekkingen een overloop van verschillende problemen met zich mee voor alle pakkingafhankelijke ontwerpen, omdat ze moeten voldoen aan een aantal tegenstrijdige mechanische, elektrische, chemische en in sommige gevallen zelfs milieuvereisten. Vijg. 9 toont het ontwerp van een typische industriële kast en de pakkingindeling, met behulp van veervingers en een siliconenverbinding of geleidend rubber om een omgevingsafdichting en een elektromagnetisch schild te bieden.Om pakkingen effectief te laten zijn, moeten mechanische voorzieningen worden getroffen om een eenvoudig te monteren productie te garanderen. Onvoldoende gemonteerde pakkingen, die alleen afhankelijk zijn van grote hoeveelheden druk om een strakke afdichting te genereren, hebben een grote kans op het creëren van openingen waardoor EMR kan lekken.Tenzij een geleidende verf wordt gebruikt, mogen de contactgebieden van de pakking niet worden geverfd en galvanische corrosie (een elektrochemisch proces waarbij een metaal bij voorkeur corrodeert wanneer het in elektrisch contact komt met een ander, in aanwezigheid van een elektrolyt). Alle kenmerken, kenmerken en details van de pakking moeten nauwkeurig worden geïllustreerd in de fabricagehandleiding.
Afscherming van displays
Alle displays, die gevoelig zijn voor een TEMPEST aanval, kunnen niet bestaan in een volledig afgesloten container omdat ze verschillende openingen in hun behuizingen vereisen, waardoor het afschermingsaspect sterk in het gedrang komt.
Vijg. 11 illustreert een visuele weergave-eenheid (VDU), zoals een geldautomaat (ATM), die een intern "vuile doos" -systeem gebruikt om de EMC-veldlekkage door het diafragma effectief te minimaliseren. De verbinding tussen de vuile doos en de binnenkant van de behuizingswand moet op dezelfde manier worden behandeld als elke andere verbinding in het schild.
Afscherming ventilatieopeningen
Net als bij afschermingsschermen vereist het afschermen van ventilatieopeningen het gebruik van mazen, golfgeleiders onder afgesneden, geleidende pakkingen of metaal-op-metaalbindingen.
Om een adequaat SE-niveau te behouden, moet de maaswijdte zo klein mogelijk zijn. De schildeffectiviteit van een aantal kleine, identieke diafragma's die zich dicht bij elkaar bevinden, is (ongeveer) evenredig met hun aantal, n, ('SE = 20logn), dus twee diafragma's zullen de SE slechter maken met 20 x log (2) = 6,02, vier diafragma's 20 x log (4) = 12,04, enz.
Voor een groter aantal kleine openingen, typisch voor een ventilatiegaas/rooster, zal de maaswijdte aanzienlijk kleiner zijn dan één opening op zichzelf zou moeten zijn voor dezelfde SE. Bij hogere frequenties waar de grootte van de ventilatieopening groter is dan een kwart van de golflengte, kan zelfs deze rudimentaire en simplistische "20 x log (n)" formule onnodig complex of inefficiënt worden.
Afscherming met geverfde of vergulde kunststoffen
Kunststof behuizing kan stijlvol en visueel aantrekkelijk zijn, maar is geen effectief afschermingsmiddel.
Hoewel het een uiterst arbeidsintensief en technisch veeleisend proces is, kan het coaten van de binnenkant van de plastic behuizing met geleidende materialen zoals metaaldeeltjes in een bindmiddel (geleidende verf) of met echt metaal (plating) mogelijk bevredigende resultaten opleveren.
Meestal maakt het ontwerp van de kunststofbehuizing het echter niet mogelijk om de vereiste SE te bereiken, omdat, net als alle andere behuizingen, de zwakste punten de naden (openingen) tussen de plastic onderdelen blijven, maar in dit geval kunnen ze niet worden versterkt met pakkingen, dus de onvermijdelijke EMR-lekkage. Daarom, als de plastic behuizing moet worden afgeschermd, is het financieel van vitaal belang dat er vanaf het begin van het eerste ontwerpproces wordt nagedacht over het bereiken van de benodigde SE.
Verf of beplating op plastic kan nooit erg dik zijn, dus het aantal aangebrachte huiddiepten kan vrij klein zijn. Sommige innovatieve coatings, met behulp van nikkel en andere metalen, zijn onlangs ontwikkeld om te profiteren van de redelijk hoge permeabiliteit van nikkel om de huiddiepte te verminderen en een betere SE te bereiken.
Niettemin, zoals te zien is in afbeelding. 2 Het grootste voordeel van kunststof ten opzichte van de andere metalen die worden gebruikt voor afscherming, is het lichte gewicht.
Afscherming zonder metaal
Volumegeleidende kunststoffen of harsen gebruiken over het algemeen gedistribueerde geleidende deeltjes of draden in een isolerend bindmiddel dat de mechanische sterkte levert. Soms lijden deze aan het vormen van een "huid" van het basisplastic of hars, waardoor het moeilijk is om goede radiofrequentie (RF) bindingen te bereiken zonder spiraalvormige inzetstukken (inzetstuk gemaakt van opgerolde draad) of soortgelijke middelen. Deze isolerende huiden maken het moeilijk om te voorkomen dat er lange openingen worden gecreëerd bij gewrichten en maken het ook moeilijk om goede verbindingen te maken met de lichamen van connectoren, klieren en filters. Problemen met de consistentie van het mengen van geleidende deeltjes en polymeer kunnen behuizingen in sommige gebieden zwak maken en in andere gebieden een gebrek aan afscherming.
Materialen op basis van koolstofvezels (die zelf geleidend zijn) en zelfgeleidende polymeren beginnen beschikbaar te komen, maar ze hebben niet de hoge geleidbaarheid van metaal en geven dus niet zo goed SE voor een bepaalde dikte.
