Экран создает разрыв импеданса (эффективного сопротивления электрической цепи или компонента переменному току, возникающего в результате комбинированного воздействия омического сопротивления и реактивного сопротивления) на пути распространяющейся излучаемой электромагнитной волны, отражая ее и/или поглощая ее. Это концептуально очень похоже на то, как работают фильтры - они помещают разрыв импеданса на пути нежелательного проводящего сигнала. Чем больше коэффициент импеданса, тем выше эффективность экрана (SE).
Адекватная защита от нежелательной слежки может быть достигнута несколькими способами.
В большинстве современных систем используются самые современные микрокомпоненты, которые были спроектированы и построены с нуля с единственной целью уменьшения утечки ЭМИ. Тем не менее, типичное экранирование представляет собой комбинацию изоляции источника питания вместе с окружением машины, подверженной риску нежелательного мониторинга, с клеткой Фарадея, которая блокирует электромагнитные поля и не допускает каких-либо случайных излучений.
Другие методы экранирования TEMPEST включают изоляцию помещений и стен, а также точное размещение оборудования, что может дополнительно гарантировать, что никакие конфиденциальные данные не смогут ускользнуть.
Даже сегодня большинство стандартов TEMPEST экранирования остаются засекреченными, но некоторые из них легко доступны для общественности.
Действующие стандарты защиты Tempest США и НАТО подразделяются на три уровня требований к защите:
- НАТО SDIP-27 Level A (ранее AMSG 720B) и США NSTISSAM Level I «Стандарт лабораторных испытаний компрометирующих излучений» Это самый строгий стандарт для устройств, которые работают в условиях зоны 0 НАТО, где предполагается, что злоумышленник имеет почти непосредственный доступ (например, соседнюю комнату, расстояние 1 м)
- NATO SDIP-27 Level B (ранее AMSG 788A) и США NSTISSAM Level II «Стандарт лабораторных испытаний для оборудования защищенных объектов» Этот стандарт предназначен для устройств, которые работают в условиях зоны 1 НАТО, где предполагается, что атакующий не может приблизиться ближе, чем на 20 м (или где строительные материалы обеспечивают затухание, эквивалентное 20 м).
- NATO SDIP-27 Level C (ранее AMSG 784) и США NSTISSAM Level III «Стандарт лабораторных испытаний тактического мобильного оборудования/систем» Наиболее разрешительный стандарт, который фокусируется на устройствах, которые работают в условиях зоны 2 НАТО, где злоумышленникам приходится иметь дело с эквивалентом 100 м затухания в свободном пространстве (или эквивалентного затухания за счет строительных материалов).
Дополнительные стандарты включают в себя:
- NATO SDIP-29 (ранее AMSG 719G) «Установка электрооборудования для обработки секретной информации» Этот стандарт определяет требования к установке, например, в отношении заземления и расстояния между кабелями.
- AMSG 799B «Процедуры зонирования НАТО» Определяет процедуру измерения затухания, в соответствии с которой отдельные помещения в пределах периметра безопасности могут быть классифицированы в Зону 0, Зону 1, Зону 2 или Зону 3, которая затем определяет, какой стандарт испытаний на экранирование требуется для оборудования, обрабатывающего секретные данные в этих помещениях.
Важно отметить, что экранирование может быть очень дешевым, если оно тщательно спроектировано с самого начала, но может быть чрезвычайно дорогим, если его необходимо применять после того, как устройство, система или корпус уже построены.
Большинство металлов толщиной 0,5 мм и выше обеспечивают хороший SE для частот более 1 МГц и отличный SE более 100 МГц. Все проблемы с металлическими экранами обычно вызваны тонкими защитными материалами, частотами ниже 1 МГц, а также отверстиями или отверстиями.
Как правило, лучше всего поддерживать относительно большое расстояние между уязвимыми электрическими цепями и стенками их щита. ЭМИ вне экрана и ЭМИ, которому подвергается устройство, как правило, будут тем более «разбавленными», чем больше экранированный объем.
Если корпус, в котором установлено уязвимое устройство, имеет параллельные стенки, стоячие волны могут начать накапливаться на резонансных частотах, что может вызвать проблемы с SE. Таким образом, ограждения с непараллельными или изогнутыми стенками и другие защитные оболочки неправильной формы помогут предотвратить нежелательный резонанс.
Отверстия и отверстия
На самом деле, идеально герметичный экранирующий корпус без отверстий, стыков, отверстий или зазоров редко бывает практичным, потому что он не сможет вместить какие-либо внешние кабели, антенны или датчики.
По этой причине единственной целью любого экранирующего корпуса является только снижение выбросов или повышение иммунитета, поскольку каждый экран ограничен устройством, которое он пытается защитить.
«Эффект кожи»
В области электромагнетизма существует два типа полей — электрические (E) и магнитные (M). Электрические и магнитные поля (ЭМП) являются невидимыми областями энергии, часто называемыми излучением, и возникают с использованием не только электроэнергии, но и различных форм естественного освещения.
Электромагнитное поле обычно представляет собой непропорциональную амальгаму полей (E) и (M) (дающую волновое сопротивление E/M 377: в воздухе).
Электрические поля могут быть легко заблокированы и полностью остановлены даже тонкими металлическими панелями, поскольку механизм экранирования электрического поля представляет собой механизм перераспределения заряда на проводящей границе, поэтому почти все, что имеет высокую проводимость (низкое сопротивление), будет иметь достаточно низкий импеданс. На более высоких частотах из-за быстрой скорости перераспределения заряда могут возникать значительные токи смещения, но даже относительно тонкая алюминиевая фольга или панели будут служить адекватным экранирующим агентом.
Магнитные поля гораздо труднее, а иногда и невозможно, остановить. Магнитное экранирование не блокирует магнитное поле. Однако поле можно перенаправить.
Генерируя вихревые токи (токи Фуко) внутри материала экрана, можно создать новое магнитное поле, которое противостоит ударному полю. В отличие от электрических полей, тонкие алюминиевые панели не будут эффективны при остановке или перенаправлении магнитных полей.
Толщина или глубина, на которой данный материал уменьшает ударное магнитное поле примерно на 9 дБ, известна как «эффект кожи» и составляет примерно «одну кожу глубиной».
Скин-эффект заключается в том, что ток имеет тенденцию избегать прохождения через центр твердого проводника, ограничиваясь проводимостью вблизи поверхности.
По этой причине материал, который имеет толщину «3 кожи», будет иметь примерно на 27 дБ меньший ток на противоположной стороне и будет иметь SE примерно 27 дБ для этого конкретного магнитного поля.
Медь (Cu) и алюминий (Al) имеют более чем в 5 раз большую проводимость, чем мягкая сталь, что делает их очень хорошими в блокировании и остановке электрических полей, но имеют относительную проницаемость 1 (такая же, как воздух). Проницаемость в электромагнетизме - это мера сопротивления материала образованию магнитного поля, иначе известная как распределенная индуктивность в теории линий передачи. Типичная мягкая сталь имеет относительную проницаемость около 300 на низких частотах, падая до 1 при увеличении частот выше 100 кГц, а ее более высокая проницаемость дает ей уменьшенную глубину кожи, что делает разумную толщину мягкой стали лучше, чем алюминий, для экранирования низких частот.
Эффективный экранирующий материал будет обладать высокой проводимостью, высокой проницаемостью и достаточной толщиной для достижения необходимого количества глубин кожи при самой низкой частоте.
Например, мягкая сталь толщиной 1 мм и сплав чистого цинка в большинстве случаев будут адекватным защитным агентом.
Низкочастотное магнитное экранирование
Специальные материалы, такие как Mu-metal, который представляет собой железо-никелевый мягкий ферромагнитный сплав, и Radiometal, опять же железо-никелевый сплав, имеют очень высокую относительную проницаемость, часто в районе 10 000.
Из-за их пресловутой хрупкости процесс установки этих экзотических материалов должен быть тщательно выполнен, так как даже легкий стук может испортить их проницаемость, и тогда их придется повторно отжигать в водородной атмосфере или выбрасывать.
Дополнительным методом низкочастотного экранирования является активное шумоподавление (ANR). Этот метод особенно полезен для стабилизации изображений блоков визуального отображения (VDU) электронно-лучевой трубки в средах, загрязненных высокими уровнями магнитных полей промышленной частоты.
Волноводы ниже среза
Левая часть рис. 8, показывает, что чем больше апертура, тем больше утечка ЭМИ. Однако правая часть рис. 8 иллюстрирует, что респектабельный SE может быть достигнут, если отверстие окружено перпендикулярно открывающимся металлическим стенкам. Этот чрезвычайно эффективный метод экранирования известен как «волновод ниже среза» и может поддерживать SE экрана даже с отверстиями 5-10 см.
Волновод пропускает все свои ударные поля, когда его внутренняя диагональ (g) составляет половину длины волны. Ниже частоты среза волновод не протекает, как обычная апертура (как показано на рис. 8), и может обеспечить большое экранирование. Значения для адекватного SE составляют примерно 27d/g, где d - расстояние, которое волна ЭМИ должна пройти через волновод, прежде чем она освободится.
Конструкция, зависящая от прокладки
Прокладка представляет собой механическое уплотнение, которое заполняет пространство между двумя или более сопрягаемыми поверхностями, как правило, для предотвращения утечки из или внутрь соединяемых объектов при сжатии.
Несмотря на то, что прокладки очень эффективны для элементарных сборок, съемные панели, такие как двери, топоры и крышки, создают множество различных проблем для всех конструкций, зависящих от прокладок, поскольку они должны соответствовать ряду противоречивых механических, электрических, химических, а в некоторых случаях даже экологических требований. Инжир. На фиг.9 изображена конструкция типичного промышленного шкафа и расположение его прокладок с использованием пружинных пальцев и силиконового компаунда или токопроводящей резины для обеспечения уплотнения окружающей среды, а также электромагнитного экрана.Для того, чтобы прокладки были эффективными, необходимо предусмотреть механические меры, гарантирующие простоту сборки. Неправильно подогнанные прокладки, которые полагаются только на большое давление для создания герметичного уплотнения, имеют высокую вероятность создания зазоров, через которые может протечь ЭМИ.Если не используется токопроводящая краска, области контакта прокладок не должны быть окрашены и подвергнуты гальванической коррозии (электрохимический процесс, при котором один металл подвергается коррозии преимущественно при электрическом контакте с другим в присутствии электролита). Все характеристики, характеристики и детали прокладки должны быть точно проиллюстрированы в руководстве по изготовлению.
Экранирование дисплеев
Все дисплеи, которые подвержены атаке TEMPEST , не могут существовать в полностью герметичном контейнере, поскольку они требуют различных отверстий в своих корпусах, что сильно ухудшает аспект экранирования.
Инжир. Фиг.11 иллюстрирует визуальные дисплейные блоки (VDU), такие как банкомат, в котором используется внутренняя система «грязного ящика» для эффективного сведения к минимуму утечки поля ЭМС через апертуру. Стык между грязной коробкой и внутренней частью стенки корпуса должен обрабатываться так же, как и любой другой стык в щите.
Экранирование вентиляционных отверстий
Подобно экранирующим дисплеям, экранирование вентиляционных отверстий требует использования сеток, волноводов под отсечкой, токопроводящих прокладок или соединений металл-металл.
Чтобы поддерживать адекватный уровень SE, размер ячеек должен быть как можно меньше. Эффективность экрана ряда маленьких, одинаковых апертур, расположенных рядом друг с другом, (приблизительно) пропорциональна их количеству, n, ('SE = 20logn), следовательно, две апертуры сделают SE хуже на 20 x log (2) = 6.02, четыре апертуры 20 x log (4) = 12.04 и т.д.
Для большего количества небольших отверстий, типичных для вентиляционной сетки/решетки, размер ячеек будет значительно меньше, чем одно отверстие само по себе должно быть для того же SE. На более высоких частотах, где размер вентиляционного отверстия превышает четверть длины волны, даже эта элементарная и упрощенная формула «20 x log (n)» может стать излишне сложной или неэффективной.
Экранирование окрашенным или гальваническим пластиком
Пластиковый корпус может быть стильным и визуально привлекательным, но не является эффективным экранирующим агентом.
Несмотря на то, что это чрезвычайно трудоемкий и технически сложный процесс, покрытие внутренней части пластикового корпуса проводящими материалами, такими как металлические частицы в связующем веществе (проводящая краска) или фактическим металлом (покрытие), потенциально может дать удовлетворительные результаты.
Однако чаще всего конструкция пластикового корпуса не позволяет достичь требуемого SE, потому что, как и во всех других корпусах, самыми слабыми местами остаются швы (отверстия) между пластиковыми деталями, но в этом случае они не могут быть усилены прокладками, что неизбежно приводит к утечке EMR. Поэтому, если пластиковый корпус требует экранирования, с финансовой точки зрения жизненно важно, чтобы с самого начала первоначального процесса проектирования внимание уделялось достижению необходимого SE.
Краска или покрытие на пластике никогда не могут быть очень толстыми, поэтому количество наносимых глубин кожи может быть довольно небольшим. Некоторые инновационные покрытия с использованием никеля и других металлов были недавно разработаны, чтобы использовать преимущества достаточно высокой проницаемости никеля для уменьшения глубины кожи и достижения лучшего SE.
Тем не менее, как показано на рис. 2 Самым большим преимуществом пластика перед другими металлами, используемыми для экранирования, является его легкий вес.
Экранирование без металла
Объемопроводящие пластмассы или смолы обычно используют распределенные проводящие частицы или нити в изолирующем связующем, которое обеспечивает механическую прочность. Иногда они страдают от образования «кожи» из основного пластика или смолы, что затрудняет достижение хороших радиочастотных (РЧ) связей без спиральных вставок (вставка из спиральной проволоки) или аналогичных средств. Эти изолирующие оболочки затрудняют предотвращение создания длинных отверстий в стыках, а также затрудняют обеспечение хорошего сцепления с корпусами разъемов, сальников и фильтров. Проблемы с консистенцией смешивания проводящих частиц и полимера могут привести к ослаблению корпусов в одних областях и отсутствию экранирования в других.
Материалы на основе углеродных волокон (которые сами по себе являются проводящими) и самопроводящих полимеров начинают становиться доступными, но они не обладают высокой проводимостью металла и поэтому не дают такого хорошего SE для конкретной толщины.
