Ekran powoduje impedancję (efektywną rezystancję obwodu elektrycznego lub elementu na prąd przemienny, wynikającą z połączonych efektów rezystancji omowej i reaktancji) nieciągłość na drodze propagującej się wypromieniowanej fali elektromagnetycznej, odbijającej ją i / lub pochłaniającej. Jest to koncepcyjnie bardzo podobne do sposobu działania filtrów – wprowadzają one nieciągłość impedancji na ścieżkę niechcianego przewodzonego sygnału. Im większy współczynnik impedancji, tym większa skuteczność ekranu (SE).
Odpowiednią ochronę przed niepożądanym nadzorem można osiągnąć na wiele sposobów.
Większość nowoczesnych systemów wykorzystuje najnowocześniejsze mikrokomponenty, które zostały zaprojektowane i zbudowane od podstaw wyłącznie w celu zmniejszenia wycieku EMR. Jednak typowe ekranowanie to połączenie izolacji źródła zasilania wraz z otoczeniem maszyny, zagrożonej niepożądanym monitorowaniem, z klatką Faradaya, która blokuje pola elektromagnetyczne i nie pozwala na żadne zabłąkane emanie.
Inne metody ekranowania TEMPEST obejmują izolację pomieszczeń i ścian oraz precyzyjne rozmieszczenie sprzętu, co może dodatkowo zapewnić, że żadne wrażliwe dane nie mogą uciec.
Nawet dzisiaj większość TEMPEST standardów osłon pozostaje utajniona, ale niektóre z nich są łatwo dostępne publicznie.
Obecne standardy ochrony Tempest Stanów Zjednoczonych i NATO są podzielone na trzy poziomy wymagań dotyczących ochrony:
- NATO SDIP-27 Level A (dawniej AMSG 720B) & USA NSTISSAM Level I "Comcompromise Emanations Laboratory Test Standard" Jest to najsurowszy standard dla urządzeń pracujących w środowiskach Strefy NATO 0, gdzie zakłada się, że atakujący ma niemal natychmiastowy dostęp (np. sąsiednie pomieszczenie, odległość 1 m)
- NATO SDIP-27 Level B (dawniej AMSG 788A) & USA NSTISSAM Level II "Laboratory Test Standard for Protected Facility Equipment" Norma ta dotyczy urządzeń pracujących w środowiskach strefy NATO 1, gdzie zakłada się, że atakujący nie może zbliżyć się na odległość mniejszą niż około 20 m (lub gdzie materiały budowlane zapewniają tłumienie równoważne 20 m).
- NATO SDIP-27 Level C (dawniej AMSG 784) & USA NSTISSAM Level III "Laboratory Test Standard for Tactical Mobile Equipment/Systems" Najbardziej liberalny standard, który koncentruje się na urządzeniach działających w środowiskach NATO Zone 2, gdzie atakujący muszą radzić sobie z równowartością 100 m tłumienia wolnej przestrzeni (lub równoważnego tłumienia przez materiały budowlane).
Dodatkowe standardy obejmują:
- NATO SDIP-29 (dawniej AMSG 719G) "Instalacja urządzeń elektrycznych do przetwarzania informacji niejawnych" Norma ta określa wymagania instalacyjne, na przykład w odniesieniu do uziemienia i odległości.
- AMSG 799B "Procedury podziału na strefy NATO" Definiuje procedurę pomiaru tłumienia, zgodnie z którą poszczególne pomieszczenia w obrębie obwodu bezpieczeństwa można podzielić na strefę 0, strefę 1, strefę 2 lub strefę 3, która następnie określa, jaki standard testu ekranowania jest wymagany dla sprzętu przetwarzającego tajne dane w tych pomieszczeniach.
Ważne jest, aby pamiętać, że ekranowanie może być bardzo tanie, jeśli jest zaprojektowane starannie od samego początku, ale może być bardzo kosztowne, jeśli musi być stosowane po zbudowaniu urządzenia, systemu lub obudowy.
Większość metali o grubości 0,5 mm i większej zapewnia dobre SE dla częstotliwości powyżej 1MHz i doskonałe SE powyżej 100MHz. Wszystkie problemy z metalowymi osłonami są zwykle spowodowane cienkimi materiałami ochronnymi, częstotliwościami poniżej 1 MHz oraz otworami lub otworami.
Ogólnie rzecz biorąc, najlepiej jest zachować stosunkowo dużą odległość między wrażliwymi obwodami elektrycznymi a ścianami ich ekranu. EMR poza ekranem i EMR, któremu poddawane jest urządzenie, będą na ogół bardziej "rozcieńczone", im większa jest ekranowana objętość.
Jeśli obudowa, w której zainstalowane jest podatne na ataki urządzenie, ma równoległe ściany, fale stojące mogą zacząć gromadzić się na częstotliwościach rezonansowych, co może powodować obawy SE. Dlatego obudowy z nierównoległymi lub zakrzywionymi ścianami i innymi jednostkami zabezpieczającymi o nieregularnym kształcie pomogą w zapobieganiu niepożądanemu rezonansowi.
Otwory i otwory
W rzeczywistości idealnie uszczelniona obudowa ekranująca, bez otworów, połączeń, otworów lub szczelin, rzadko jest praktyczna, ponieważ nie będzie w stanie pomieścić żadnych zewnętrznych, anten ani czujników.
Z tego powodu jedynym celem każdej obudowy ekranującej jest tylko zmniejszenie emisji lub poprawa odporności, ponieważ każda osłona jest ograniczona przez urządzenie, które próbuje chronić.
"Efekt skóry"
W dziedzinie elektromagnetyzmu istnieją dwa rodzaje pól – elektryczne (E) i magnetyczne (M). Pola elektryczne i magnetyczne (EMF) są niewidocznymi obszarami energii, często określanymi jako promieniowanie, i występują przy użyciu nie tylko energii elektrycznej, ale także różnych form naturalnego oświetlenia.
Pole elektromagnetyczne jest zwykle nieproporcjonalnym amalgamatem pól (E) i (M) (dających impedancję falową E/M równą 377: w powietrzu).
Pola elektryczne mogą być łatwo blokowane i całkowicie zatrzymywane nawet przez cienkie metalowe panele, ponieważ mechanizm ekranowania pola elektrycznego polega na redystrybucji ładunku na granicy przewodzącej, więc prawie wszystko o wysokiej przewodności (niskiej rezystancji) będzie miało odpowiednio niską impedancję. Przy wyższych częstotliwościach, ze względu na szybkie tempo redystrybucji ładunku, mogą wystąpić znaczne prądy przemieszczenia, ale nawet stosunkowo cienka folia aluminiowa lub panele służyłyby jako odpowiedni środek ekranujący.
Zatrzymanie pól magnetycznych jest znacznie trudniejsze, a czasem niemożliwe. Ekranowanie magnetyczne nie blokuje pola magnetycznego. Pole można jednak przekierować.
Generując prądy wirowe (prądy Foucaulta) wewnątrz materiału osłony, można wytworzyć nowe pole magnetyczne, które przeciwstawia się polu uderzającemu. W przeciwieństwie do pól elektrycznych, cienkie panele aluminiowe nie będą skuteczne w zatrzymywaniu lub przekierowywaniu pól magnetycznych.
Grubość lub głębokość, na której dany materiał zmniejsza uderzające pole magnetyczne o około 9dB, jest znana jako "efekt skóry" i jest mniej więcej "głęboka o jedną skórę".
Efekt skóry polega na tym, że prąd ma tendencję do unikania przemieszczania się przez środek stałego przewodnika, ograniczając się do przewodzenia w pobliżu powierzchni.
Z tego powodu materiał o grubości "3 poszyć" miałby prąd o około 27dB niższy po przeciwnej stronie i SE około 27dB dla tego pola magnetycznego.
Miedź (Cu) i aluminium (Al) mają ponad 5 razy większą przewodność niż stal miękka, co czyni je bardzo dobrymi w blokowaniu i zatrzymywaniu pól elektrycznych, ale mają względną przepuszczalność 1 (taką samą jak powietrze). Przepuszczalność w elektromagnetyzmie jest miarą oporu materiału przed powstawaniem pola magnetycznego, inaczej zwanego rozproszoną indukcyjnością w teorii linii przesyłowych. Typowa stal miękka ma względną przepuszczalność około 300 przy niskich częstotliwościach, spadającą do 1 wraz ze wzrostem częstotliwości powyżej 100 kHz, a jej wyższa przepuszczalność daje jej zmniejszoną głębokość skóry, dzięki czemu rozsądne grubości stali miękkiej są lepsze niż aluminium do ekranowania niskich częstotliwości.
Skuteczny materiał ekranujący będzie miał wysoką przewodność, wysoką przepuszczalność i wystarczającą grubość, aby osiągnąć wymaganą liczbę głębokości skóry przy najniższej częstotliwości obaw.
Na przykład stal miękka o grubości 1 mm i czysty stop będą w większości przypadków odpowiednim środkiem ekranującym.
Ekranowanie magnetyczne niskiej częstotliwości
Specjalne materiały, takie jak Mumetal, który jest miękkim stopem ferromagnetycznym żelaza i niklu i Radiometal, ponownie stop żelaza i niklu, mają bardzo wysoką przepuszczalność względną, często w granicach 10 000.
Ze względu na ich notoryczną kruchość, proces instalacji tych egzotycznych materiałów musi być starannie przeprowadzony, ponieważ nawet niewielkie uderzenie może zrujnować ich przepuszczalność, a następnie trzeba je ponownie wyżarzać w atmosferze wodorowej lub wyrzucić.
Dodatkową techniką ekranowania niskich częstotliwości jest aktywna redukcja szumów (ANR). Ta metoda jest szczególnie przydatna do stabilizacji obrazów jednostek wizualnych (VDU) lampy katodowej w środowiskach zanieczyszczonych przez wysokie poziomy pól magnetycznych o częstotliwości mocy.
Falowody poniżej granicy
Lewa część rys. 8, pokazuje, że im większa przysłona, tym większy wyciek EMR. Jednak prawa część rys. 8 ilustruje, że przyzwoity SE można osiągnąć, jeśli otwór jest otoczony prostopadłymi do otworu metalowymi ścianami. Ta niezwykle skuteczna metoda ekranowania znana jest jako "falowód poniżej odcięcia" i może utrzymać SE ekranu nawet przy otworach 5-10 cm.
Falowód przepuszcza wszystkie jego pola uderzające, gdy jego wewnętrzna przekątna (g) wynosi połowę długości fali. Poniżej częstotliwości odcięcia falowód nie przecieka jak zwykła przysłona (jak pokazano na rys. 8) i może zapewnić duże ekranowanie. Wartości dla odpowiedniego SE wynoszą w przybliżeniu 27d / g, gdzie d jest odległością, jaką fala EMR musi przejść przez falowód, zanim będzie wolna.
Konstrukcja zależna od uszczelki
Uszczelka jest uszczelnieniem mechanicznym, które wypełnia przestrzeń między dwiema lub więcej współpracującymi powierzchniami, zazwyczaj w celu zapobiegania wyciekom z lub do połączonych obiektów podczas ściskania.
Mimo że uszczelki są bardzo skuteczne w przypadku zespołów podstawowych, zdejmowane panele, takie jak drzwi, siekiery i pokrywy, powodują przepełnienie różnych problemów dla wszystkich projektów zależnych od uszczelek, ponieważ muszą one spełniać szereg sprzecznych wymagań mechanicznych, elektrycznych, chemicznych, a w niektórych przypadkach nawet środowiskowych. Figa. 9 przedstawia projekt typowej szafki przemysłowej i jej układ uszczelki, wykorzystujący sprężynowe palce i związek silikonowy lub gumę przewodzącą w celu zapewnienia uszczelnienia środowiskowego, a także ekranu elektromagnetycznego.Aby uszczelki były skuteczne, należy zapewnić warunki mechaniczne gwarantujące łatwą w montażu produkcję. Nieodpowiednio dopasowane uszczelki, które polegają tylko na dużych ciśnieniach w celu wytworzenia szczelnego uszczelnienia, mają wysokie prawdopodobieństwo tworzenia szczelin, przez które EMR może przeciekać.O ile nie stosuje się farby przewodzącej, nie wolno malować obszarów styku uszczelek i korozji galwanicznej (proces elektrochemiczny, w którym jeden metal koroduje preferencyjnie, gdy jest w kontakcie elektrycznym z innym, w obecności elektrolitu). Wszystkie cechy, właściwości i szczegóły uszczelek muszą być dokładnie zilustrowane w instrukcji produkcyjnej.
Ekranowanie wyświetlaczy
Wszystkie wyświetlacze, które są podatne na atak TEMPEST , nie mogą istnieć w całkowicie zamkniętym pojemniku, ponieważ wymagają różnych otworów w obudowach, co znacznie pogarsza aspekt ekranowania.
Figa. 11 ilustruje wyświetlacze wizualne (VDU), takie jak bankomat (ATM), który wykorzystuje wewnętrzny system "brudnej skrzynki", aby skutecznie zminimalizować wyciek pola EMC przez przysłonę. Połączenie między brudną skrzynką a wewnętrzną częścią ściany obudowy musi być traktowane tak samo, jak każde inne połączenie w osłonie.
Ekranowanie otworów wentylacyjnych
Podobnie jak w przypadku wyświetlaczy ekranujących, ekranowanie otworów wentylacyjnych wymaga użycia siatek, falowodów poniżej odciętych, uszczelek przewodzących lub wiązań metal-metal.
W celu utrzymania odpowiedniego poziomu SE rozmiar oczek sieci musi być jak najmniejszy. Skuteczność ekranowania pewnej liczby małych, identycznych otworów położonych blisko siebie jest (w przybliżeniu) proporcjonalna do ich liczby, n, ('SE = 20logn), dlatego dwie przysłony pogorszą SE o 20 x log (2) = 6,02, cztery otwory 20 x log (4) = 12,04 itd.
W przypadku większej liczby małych otworów, typowych dla siatki wentylacyjnej / kratki, rozmiar oczek będzie znacznie mniejszy niż jeden otwór osobno musiałby być dla tego samego SE. Przy wyższych częstotliwościach, gdy rozmiar otworu wentylacyjnego przekracza jedną czwartą długości fali, nawet ta szczątkowa i uproszczona formuła "20 x log (n)" może stać się niepotrzebnie skomplikowana lub nieefektywna.
Ekranowanie z malowanych lub powlekanych tworzyw sztucznych
Obudowa z tworzyw sztucznych może być stylowa i atrakcyjna wizualnie, ale nie jest skutecznym środkiem ekranującym.
Mimo że jest to niezwykle pracochłonny i wymagający technicznie proces, powlekanie wnętrza plastikowej obudowy materiałami przewodzącymi, takimi jak cząsteczki metalu w spoiwie (farba przewodząca) lub rzeczywistym metalem (poszycie) może potencjalnie dać zadowalające rezultaty.
Jednak najczęściej konstrukcja obudowy z tworzywa sztucznego nie pozwala na osiągnięcie wymaganej SE, ponieważ, podobnie jak wszystkie inne obudowy, najsłabszymi punktami pozostają szwy (otwory) między częściami z tworzywa sztucznego, ale w tym przypadku nie można ich wzmocnić uszczelkami, a tym samym nieuniknionym wyciekiem EMR. Dlatego, jeśli obudowa z tworzywa sztucznego wymaga ekranowania, ważne jest, aby wziąć pod uwagę osiągnięcie niezbędnej SE od samego początku początkowego procesu projektowania.
Farba lub poszycie na plastiku nigdy nie może być bardzo grube, więc liczba nałożonych głębokości skóry może być dość mała. Niektóre innowacyjne powłoki, wykorzystujące nikiel i inne metale, zostały niedawno opracowane, aby wykorzystać stosunkowo wysoką przepuszczalność niklu w celu zmniejszenia głębokości skóry i osiągnięcia lepszego SE.
Niemniej jednak, jak pokazano na obrazku. 2 Największą przewagą tworzywa sztucznego nad innymi metalami używanymi do ekranowania jest jego niewielka waga.
Ekranowanie bez metalu
Tworzywa sztuczne lub żywice przewodzące objętość zazwyczaj wykorzystują rozproszone cząstki przewodzące lub nici w spoiwie izolacyjnym, które zapewnia wytrzymałość mechaniczną. Czasami cierpią one z powodu tworzenia "skóry" z podstawowego tworzywa sztucznego lub żywicy, co utrudnia uzyskanie dobrych wiązań o częstotliwości radiowej (RF) bez spiralnych wkładek (wkładka wykonana ze zwiniętego drutu) lub podobnych środków. Te izolacyjne powłoki utrudniają zapobieganie tworzeniu się długich otworów w stawach, a także utrudniają zapewnienie dobrych wiązań z korpusami łączników, gruczołów i filtrów. Problemy z konsystencją mieszania cząstek przewodzących i polimeru mogą powodować słabość obudów w niektórych obszarach i brak ekranowania w innych.
Materiały na bazie włókien węglowych (które same są przewodzące) i polimery samoprzewodzące zaczynają być dostępne, ale nie mają wysokiej przewodności metalu, a więc nie dają tak dobrego SE dla określonej grubości.
