Ancaman IEMI

Dengan meningkatnya penggunaan elektronik untuk mengendalikan begitu banyak aspek kehidupan modern, mulai dari grid pintar hingga mobil tanpa sopir, Interferensi Elektromagnetik yang Disengaja (IEMI) adalah ancaman yang mendapat perhatian. Berbagai inisiatif telah disiapkan untuk memenuhi kebutuhan kawasan pasar tertentu, dan standar baru sedang digarap.

Ancaman IEMI

Dengan meningkatnya penggunaan elektronik untuk mengendalikan begitu banyak aspek kehidupan modern, mulai dari grid pintar hingga mobil tanpa sopir, Interferensi Elektromagnetik yang Disengaja (IEMI) adalah ancaman yang mendapat perhatian. Berbagai inisiatif telah disiapkan untuk memenuhi kebutuhan kawasan pasar tertentu, dan standar baru sedang digarap.

Namun, untuk menawarkan perlindungan, seseorang harus mulai dengan memahami apa yang dilindungi dan bagaimana membandingkannya dan kontras dengan standar perlindungan EM lainnya. Gambar 1 di bawah menunjukkan frekuensi dan magnitud sebanding dengan berbagai ancaman EM. Harap dicatat bahwa EMI mengacu pada latar belakang khas EMI yang dapat dialami dari niat jinak seperti siaran radio dan TV, radar, microwave, jaringan dan sistem GPS.


Frekuensi-v-besarnya-ancaman-EM (Gambar 1)

Dapat dilihat bahwa IEMI berbeda dari kebanyakan ancaman EM lainnya karena biasanya menempati pita frekuensi sempit, bergantung pada sumber berbahaya tertentu yang digunakan. Ini kontras dengan ancaman lain seperti petir dan HEMP (high-altitude EMP), yang sangat broadband.

Perbedaan lain yang menonjol adalah wilayah spektrum yang ditempati: Ancaman yang dipancarkan IEMI hampir tidak pernah di bawah 10MHz, karena efisiensi kopling dari ancaman semacam itu akan jauh berkurang. Sebaliknya frekuensi yang digunakan cenderung jauh lebih tinggi, untuk meningkatkan efektivitas dan penetrasi serangan apapun. Pengecualian untuk ini adalah untuk pulsa yang langsung disuntikkan ke dalam konduktor daya dan komunikasi, di mana frekuensi yang lebih rendah dapat menempuh jarak jauh dengan atenuasi minimal.


Metode Pengiriman Ancaman

Masalah terbesar dengan melindungi terhadap IEMI adalah bahwa sumber dapat bervariasi secara besar-besaran antara agresor yang berbeda dan cara serangan diluncurkan.

IEC 61000-4-36 adalah standar untuk metode uji kekebalan IEMI untuk peralatan dan sistem dan harus dianggap sebagai bacaan penting bagi siapa saja yang mencoba untuk melindungi terhadap IEMI. IEC 61000-4-36 mendefinisikan kategori penyerang sebagai Novice, Skilled and Specialist. Definisi ini didasarkan pada kemampuan mereka, dan IEC 61000-4-36 memberikan contoh jenis serangan yang dapat diantisipasi dari kategori tersebut.

Umumnya serangan Novice akan mendekati jarak pendek atau memerlukan beberapa akses langsung dan menggunakan metode teknologi yang sangat sederhana dan murah seperti oven microwave dimodifikasi, senjata ESD atau bahkan jammers EM yang dapat dibeli secara online seharga seratus Euro. Meski tidak canggih, serangan semacam itu seharusnya tidak diremehkan dan dengan mudah bisa menyebabkan gangguan atau kerusakan yang terus-menerus tanpa meninggalkan jejak bukti adanya serangan. Contoh dari apa yang dapat dibangun dari komponen dasar yang tidak sempurna ditunjukkan.

Metode Pengiriman Ancaman
Metode Pengiriman Ancaman (Gambar 2)

Kategori berikutnya dari penyerang terampil terdiri dari mereka yang memiliki pemahaman dan pengalaman baik atau yang memiliki akses terhadap peralatan yang tersedia secara komersial. Peralatan itu bisa seperti pulpen Diehl.

Ini adalah "sumber interferensi" off-the-shelf yang mampu memancarkan output gelombang sinus 350MHz yang teredam dan 120kV / m pada 1m terus menerus selama 30 menit. Dengan antena yang sesuai, bisa saja terjadi gangguan atau kerusakan pada jarak yang lebih jauh.

Dalam kategori Novice and Skilled, seseorang juga dapat mengantisipasi serangan yang dilakukan dimana akses dimungkinkan, melibatkan pulsa langsung atau injeksi gelombang kontinyu ke jalur listrik dan / atau komunikasi. Ini seharusnya tidak diremehkan dan dapat berdampak besar pada sistem, dengan efek seperti: memicu perangkat perlindungan keselamatan atau gangguan PSU mode aktif, menyebabkan pemadaman listrik dan juga penolakan fisik terhadap layanan (DoS) dengan membanjiri sistem xDSL atau ISDN. Ancaman utama adalah pulsa berdaya tinggi yang membawa kerusakan fisik pada peralatan.

Kategori ketiga Spesialis adalah di bidang penelitian laboratorium dan program militer kelas atas dengan kemampuan tinggi. Ini mencakup sistem seperti rudal Boeing CHAMP dan RANETS-E yang dikembangkan Rusia, yang mampu menghasilkan output 500MW dan jangkauan 10km. Banyak informasi tentang kedua sistem tersedia di domain publik. Meskipun akan jelas jika sebuah truk besar dengan antena diparkir di luar, atau sebuah rudal diluncurkan di atas pesawat, peralatan penyerang Specialist bisa jauh lebih halus dari itu, terutama jika peralatan tetap dapat dipasang di dekatnya - di sebuah bangunan di seberang jalan atau bahkan kamar sebelah. Hal ini memungkinkan peralatan kompleks untuk dipasang dan serangan tidak diperhatikan untuk waktu yang lama, atau mungkin tidak diperhatikan sama sekali.

Hal ini menimbulkan pertanyaan paling kritis mengenai perlindungan dari akses IEMI. Akses adalah dalam hal jarak baik dari ancaman terhadap target dalam sistem yang dipancarkan, atau ke kabel daya dan komunikasi yang masuk untuk gangguan yang dilakukan dengan disuntikkan.

Diehl pulser
Diehl pulser (Gambar 3)

Efek pada Operasi

Sejumlah makalah telah ditulis mengenai efek IEMI yang mengganggu dan merusak pada sistem elektronik, dan mencakupnya secara rinci berada di luar cakupan makalah ini. Pembaca didorong untuk meninjau banyak makalah dan presentasi tentang masalah ini.

Apa yang bisa dikatakan di sini adalah bahwa efeknya dapat bervariasi dari kesalahan yang sangat halus - dalam aliran data dan operasi instruksi mikroprosesor sampai ke sistem penguncian, penyetrikaan keras dan bahkan kerusakan permanen yang membuat sistem tidak dapat diperbaiki lagi.

Efek sebenarnya dari tindakan agresor tertentu terhadap sistem tertentu sangat spesifik kasus dan memerlukan analisis menyeluruh. Namun, ada satu aturan umum yang berlaku, dan mungkin tampak jelas: semakin besar interferensinya, baik sebagai gangguan yang dilakukan atau yang dipancarkan, kemungkinan efek yang lebih besar akan terlihat dan semakin parahnya.

Telah sering ditunjukkan bahwa gangguan yang dipancarkan atau yang dilakukan akan menyebabkan kerusakan pada tingkat daya yang lebih tinggi, namun pada tingkat daya yang rendah hanya dapat menyebabkan gangguan kecil atau bahkan tidak berpengaruh signifikan sama sekali. Hal ini membuat gangguan atenuasi menjadi kunci perlindungan.


Perlindungan Aset

Sementara ketahanan internal peralatan merupakan bagian penting dari perlindungan IEMI, namun diketahui bervariasi bahkan di antara peralatan yang dibuat oleh produsen yang sama. Jadi seringkali tidak mungkin untuk mempengaruhi karakteristik itu, terutama bila peralatan pihak ketiga diperhatikan, jadi kita harus melihat bagaimana aset tersebut dapat dilindungi oleh tindakan eksternal.

Seperti dapat dilihat pada Gambar 1 , ada sedikit frekuensi tumpang tindih antara ancaman tradisional dan IEMI. Kita harus mengingat hal ini saat merencanakan strategi perlindungan untuk sebuah sistem. Namun itu tidak berarti bahwa sistem proteksi yang ada atau bahkan infrastruktur sama sekali tidak berguna, hanya saja mereka tidak boleh dianggap sebagai solusi keseluruhan.

Yang perlu dipertimbangkan adalah tipe ancaman IEMI yang mungkin dialami. Sebagai contoh, tidak mungkin sebuah perusahaan kecil di Inggris akan mengalami serangan dari rudal Boeing CHAMP langsung di atas kepala, tapi masuk akal, hal itu dapat terganggu oleh orang jahat dengan beberapa rencana pembangkit pulsa dari internet. Masuk akal bahwa perusahaan yang memiliki kepentingan nasional dapat dikenai teroris terorganisir, dengan peralatan dan keterampilan apa pun yang dimiliki organisasi mereka.

Dengan mengingat hal ini, ada beberapa strategi yang bisa diterapkan untuk perlindungan. Strategi yang jelas dan secara teknis naif adalah mengasumsikan bahwa, karena semua peralatan harus sesuai dengan standar instruksi EMC, ini dilindungi secara memadai. Namun, berbagai tes kekebalan direktif EMC semuanya berada jauh di bawah tingkat dan frekuensi yang dapat dialami selama serangan IEMI (V / m melawan kV / m), dan petunjuk EMC yang umum dilakukan berfokus pada pita rendah - di mana SMPS dan peralihan serupa Ada masalah kebisingan yang tidak muncul di band-band yang lebih tinggi dimana kebanyakan ancaman IEMI ada. Perlindungan ESD hanya memiliki relevansi yang terbatas: karena hanya mengamanatkan tidak ada kerusakan permanen, gangguan dapat diterima.


Pendekatan kedua adalah pergi ke ekstrem yang lain dan menerapkan kotak logam tradisional / saringan Faraday yang ditunjukkan pada Gambar 4 , seperti yang sering terlihat pada aplikasi militer kelas atas dan ruang uji EMC. Ini mengasumsikan tidak ada ketahanan yang melekat pada peralatan apapun dan merupakan strategi yang sama yang diterapkan untuk perlindungan MIL-STD 188-125 HEMP (proteksi nuklir EMP) terhadap infrastruktur militer yang penting, di mana bahkan gangguan kecil pun tidak dapat ditolerir. Untuk aplikasi perlindungan IEMI dimana kebutuhan 'kerja keras' yang sama ada, maka ini adalah satu-satunya solusi yang terjamin: orang hanya perlu memastikan bahwa perisai dilakukan setidaknya 18GHz dan sama untuk filter pada daya dan komunikasi yang masuk garis.

Diehl pulser
Sangkar Faraday (Gambar 4)

Sebagai konfirmasi atas prinsip ini, kami baru saja menguji filter kami terhadap pulpen Diehl yang digambarkan pada Gambar 3 untuk menguji hipotesis. Seperti ditunjukkan pada Gambar 5 , LED diposisikan baik di dalam maupun di luar kabinet terlindung. Pada tahap ini hanya tes kualitatif, dengan sumber tenaga di luar disaring menggunakan salah satu filter Perisai HEMP Holland Shielding.

Efeknya sangat jelas, tanpa LED yang rusak di dalam kabinet bahkan pada jarak yang sangat pendek dari sumber Diehl: namun sebagian besar LED di luar mengalami kegagalan pada jarak ini dan lebih jauh.

Tes IEMI HEMP filter
Tes IEMI HEMP filter (Gambar 5)

Ada rencana untuk melakukan tes kuantitatif yang lebih rinci terhadap sumber ini dan sumber IEMI lainnya, termasuk oven microwave yang sering dipuji. Namun, dengan mengetahui bahwa konstruksi filter yang sama telah terbukti dalam aplikasi penyaringan / perisai 40GHz dan energi dari IEMI masih di bawah MIL-STD 188-125 (150kV 2500A yang dilakukan), hasilnya diharapkan kembali positif dan dapat ditunjukkan. filter MPE HEMP standar juga melindungi terhadap IEMI. Penilaian ini cenderung mengambil pendekatan yang serupa dengan pengujian filter HEMP yang dijelaskan dalam IEC 61000-4-24, di mana arus residu dan voltase diukur pada sisi filter yang dilindungi terhadap pulsa masuk yang diketahui.

Untuk aplikasi yang lebih rendah dengan pendekatan ini, seseorang hanya memerlukan perisai dan penyaringan yang memadai ke tingkat yang sesuai untuk ancaman yang diantisipasi. Kenyataannya adalah bahwa perisai semacam itu tidak akan layak dilakukan kecuali jika memberi setidaknya pengurangan 60dB secara keseluruhan. Pendekatan ini dapat disesuaikan secara tepat dengan apa yang diinginkan untuk dilindungi: jika hanya kabinet server yang dianggap penting, maka hanya perlu melindungi dan memfilter. Kelemahan dari proteksi tersebut adalah biaya - untuk kabinet saja, bisa mencapai lebih dari € 2000.

Melindungi fasilitas militer besar dan mahal dapat menghabiskan biaya lebih dari 100.000 euro untuk filter dan lebih dari € 1 juta untuk pekerjaan perisai dan arsitektur, bahkan jika dilakukan pada titik konstruksi. Retrofit akan menambah biaya lebih lanjut. Fasilitas semacam itu juga memerlukan perawatan yang signifikan, menambah tagihan. Biaya ini bisa sangat off-menempatkan untuk semua tapi yang paling kritis dari aplikasi.

Pendekatan lain untuk masalah ini adalah untuk menilai perlindungan apa yang sudah ada di sana, ancaman yang mungkin menjadi masalah, yang sangat perlu dilindungi, dan menerapkan skema perlindungan bertahap.

Konsep ini tidak bergantung pada komponen tunggal yang memberikan redaman sinyal yang besar, namun pada beberapa komponen yang lebih kecil dan sering terjadi memberikan redaman serupa dengan biaya yang jauh lebih rendah. Konsepnya ditunjukkan pada Gambar 6. Ini adalah solusi yang disesuaikan untuk disesuaikan dengan skenario dan peralatan individual.

Tes IEMI HEMP filter
Bangunan perisai dan kabinet (Gambar 6)

Di sinilah tes kekebalan EMC (dan peraturan peraturan kesehatan lainnya) menjadi berguna: mereka memberikan dasar yang baik untuk dibangun dengan metode perlindungan lainnya. Perhatian harus dilakukan di sini, karena ada bahaya "membangun pasir". Tanda CE "CE" Uni Eropa adalah sistem sertifikasi mandiri, yang berarti bahwa tanda CE hanya dapat dipercaya sebagai perusahaan yang memberi tanda pada produk.

Kita hanya perlu melihat banyak analisis pengisi daya telepon USB dan sistem pencahayaan LED untuk mengetahui bahwa banyak produk jatuh jauh dari standar (tidak hanya untuk EMC) saat diuji. Dengan asumsi bahwa kekebalan peraturan dapat dipercaya, maka redaman khas 60dB mungkin diperlukan dari kemungkinan 10MHz sampai 1GHz. Ini menjadi kurang jelas di atas frekuensi ini, karena banyak item peralatan menghentikan pengujian pada 1GHz, sehingga kekebalan peralatan dasar sering tidak diketahui di atas ini.

Aset berikutnya dalam skema perlindungan juga tersedia secara gratis - arsitektur di sekitar sistem. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa beberapa bangunan dapat menyediakan hingga 20dB perisai, sementara yang lain hampir tidak menyediakan apa-apa, perbedaannya adalah karena bahan yang digunakan dan gaya konstruksi mereka.

Misalnya, rebar beton dapat memberi 11dB perisai, namun bangunan kayu akan memberikan 4dB dengan baik. Seperti semua area IEMI, rincian dan spesifik dapat memberi dampak besar, misalnya bangunan berpakaian logam mungkin tampak menawarkan kandang Faraday yang belum sempurna, namun jika konduktor yang tidak difilter menembus kangker itu, manfaatnya dapat turun dari apa yang akan 30dB ke -10dB, menciptakan medan yang lebih kuat di dalam gedung daripada di luar. Dalam hal ini menerapkan penyaringan yang sesuai akan memperbaiki situasi dan memberikan 30dB padat. Perhatikan bahwa angka-angka ini untuk frekuensi tertentu, dan studi yang tepat mengenai kasus spesifik harus dilakukan, dengan pengukuran yang dilakukan jika perlu.

Jarak antara penyerang potensial dan sistem yang dilindungi tidak boleh diremehkan baik dan bisa sangat lama relatif terhadap panjang gelombang yang digunakan dalam serangan. Jika situs memiliki batas yang luas dengan keamanan, atau hanya ruangan tertentu yang perlu dilindungi di bangunan atau kompleks yang besar, ini memberi atenuasi alami pada serangan yang dipancarkan atau dilakukan di luar lokasi.

Sebagai contoh manfaat jarak, teori RF dasar memberi tahu kita bahwa serangan terpancar 1GHz dapat dilemahkan lebih dari 50dB lebih dari 10m. Ini adalah jarak perimeter yang praktis dan terkontrol untuk banyak tempat, namun hati-hati disarankan karena ilustrasi sederhana ini didasarkan pada perolehan antena isotropik dan harus dipertimbangkan dalam konteks itu.

Lemari peralatan dan kasus juga bisa memiliki kemampuan proteksi. Kabinet EMC komersial yang khas dibandingkan dengan rak unshielded dapat memberikan atenuasi 30dB yang konsisten hingga to1GHz dan masih dapat menyediakan beberapa hingga 5GHz.

Proteksi yang dilakukan harus mencoba bertepatan dengan perisai untuk menghindari kopling bypass dan mencegah kompromi terhadap proteksi perisai yang melekat. Jika bangunannya memiliki perisai yang sangat bagus, maka filter masuk yang besar di entry point akan menjadi yang terbaik. Tetapi jika melindungi sangat buruk atau dengan masalah akses potensial, maka kabinet atau peralatan individual harus membawa sebagian besar perisai, dan disinilah letak penyaringan tersebut.

Penyaringan terdistribusi dapat digunakan dengan beberapa filter kinerja rendah sebagai pengganti satu filter dengan atenuasi tinggi. Beberapa filter tersebut bisa menjadi bagian dari peralatan asli, namun ingatlah bahwa, walaupun kebanyakan peralatan memiliki filter daya masuk, frekuensi ini sering hanya rendah untuk kepatuhan EMC dan tidak benar-benar sesuai untuk perlindungan IEMI. Selanjutnya kombinasi filter dalam sistem harus mencakup keseluruhan spektrum frekuensi yang menjadi perhatian. Ini memerlukan penilaian terhadap kemungkinan ancaman dan gangguan yang dapat ditolerir: ada cara standar untuk menentukan ini di dalam lampiran IEC 61000-4-36.

Bagian penting dari solusi penyaringan adalah kinerja penindasan lonjakan terhadap serangan IEMI tipe-pulsa, yang memiliki kandungan daya sangat tinggi dan waktu naik yang cepat. Waktu naik itu bisa dalam urutan nanodetik atau bahkan picoseconds, billionths atau trillionths sedetik.

Bandingkan dengan jenis penindasan lonjakan arus - pelindung petir, biasanya percikan celah atau tipe varistor MOV. Ini biasanya hanya perlu beroperasi dalam skala waktu mikrodetik untuk petir: walaupun beberapa teknologi dapat beroperasi jauh lebih cepat daripada ini, dalam praktiknya mereka tidak menggunakan aplikasi kilat, karena banyak faktor termasuk gaya pemasangan dan konektivitas. Hal ini membuat proteksi petir sangat tidak efektif terhadap IEMI, kecuali untuk pulsa yang dilakukan sangat lambat, yaitu yang sudah berada di daerah petir dari spektrum frekuensi.

Di sinilah crossover dengan HEMP penting: pulsa MIL-STD 188-125 E1 juga memiliki waktu naik yang cepat dalam skala nanosecond dan kandungan energi yang jauh melebihi kemungkinan serangan IEMI. Karena kinerja tidak akan tiba-tiba berhenti di puncak spektrum HEMP, ini berarti bahwa perangkat perlindungan HEMP MIL-STD akan melindungi terhadap semua kecuali pulsa tercepat yang terlihat dengan ancaman IEMI. Meskipun demikian, perangkat MIL-STD HEMP, seperti yang telah dibahas sebelumnya, mahal dan sangat mungkin berlebihan dalam semua kasus namun paling sensitif dan kritis dimana perlindungan HEMP juga cenderung menjadi perhatian.

Oleh karena itu dalam kebanyakan kasus apa yang diinginkan adalah efek yang lebih rendah dan kinerja HEMP filter, dengan kinerja peregangan ke setidaknya 18GHz. Untungnya, pembaruan IEC 61000-4-24 mendekati publikasi. Ini akan menentukan berbagai kriteria kinerja untuk perlindungan HEMP pada aplikasi sipil yang didasarkan pada residu yang lebih santai daripada MIL-STD (ini juga termasuk MIL-STD sebagai kasus khusus) namun masih diperlukan untuk menanggapi skala waktu nanosecond yang sama. nadi.

Ini memberikan dasar yang baik untuk spesifikasi penekan surge IEMI dan penyaringan konduktor, karena memerlukan demonstrasi semua atribut utama - respon pulsa cepat, pencegahan bypass pelindung dan kemampuan untuk menangani tingkat daya yang diharapkan selama serangan semacam itu.


Deteksi Ancaman

Jika sistem yang dimaksud dapat mentolerir gangguan atau kerusakan tanpa konsekuensi yang tidak terpulihkan secara serius, dan kasus bisnis saat ini tidak cukup kuat untuk diinvestasikan dalam perlindungan, ada langkah perantara sebelum perlindungan yang saling melengkapi bahkan saat dipasang.

Ini berupa pendeteksian insiden dan pembuatan profil dalam skenario spesifik, dengan tujuan mengumpulkan bukti untuk tujuan analisis biaya / manfaat sistem perlindungan - dan untuk membukukan serangan atau gangguan IEMI agar dapat mengidentifikasi ancaman secara positif terhadap kesalahan sistem Ini memiliki manfaat tambahan dari efek EMI penebangan yang tidak disengaja dalam spektrum yang semakin ramai.

Pendekatan ini baru mulai berjalan lancar berkat pergeseran filosofi sistem deteksi. Peralatan pemantauan IEMI tradisional sangat besar, mahal dan kompleks, membutuhkan staf yang sangat terampil untuk beroperasi. Ini bisa memberi profil penuh serangan atau ancaman apa pun yang terdeteksi, dengan analisis sumber spesifik secara real time, dll. Namun, biaya dan pemeliharaan sistem deteksi semacam itu dapat mendekati atau melampaui perlindungan sistem, membuat deteksi langkah menengah yang mahal. untuk penggunaan umum

Agar masuk akal, yang dibutuhkan adalah sistem pendeteksian biaya dan kompleksitas yang lebih rendah. Ini berbeda dengan pendekatan pendeteksian tradisional dengan hanya mendeteksi sesuatu yang menyebabkan gangguan EM cukup besar dan mencatatnya dalam domain waktu.

Dengan mencatat gangguan dalam detail yang cukup dalam domain waktu, analisis offline kemudian dapat dilakukan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 , menghilangkan kebutuhan akan analisis kompleks, dan dengan demikian biaya, di dalam detektor. Dengan menjaga agar biaya tetap rendah, situs besar bisa menggunakan banyak detektor, memberikan pandangan ancaman yang jauh lebih terperinci. Informasi yang bisa diberikan pada penganalisis ini meliputi peningkatan akurasi pada bentuk gelombang dan triangulasi sumber ancaman, dan atenuasi yang diberikan oleh bangunan, infrastruktur atau pelindung yang ada.

Tes IEMI HEMP filter
Analisis ancaman konstan (Gambar 7)

Apakah kamu mau...