声音:黑客入侵手机的最新工具

Members of the public use their mobile devices to take photographs of Britain's Prince William and his wife Catherine, Duchess of Cambridge at a walk about in Brisbane, April 19, 2014. Britain's Prince William and his wife Kate are on the second leg of a 19 day official visit to New Zealand and Australia with their son George. REUTERS/Phil Noble (AUSTRALIA - Tags: ROYALS POLITICS ENTERTAINMENT TPX IMAGES OF THE DAY) - RTR3LVTI
Devices are increasingly at risk from “side-channel” attacks.Image: REUTERS/Phil Noble
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你可能认为,有了防病毒和加密软件,智能手机或笔记本电脑相对安全,不易遭受网络攻击。但设备日益面临“侧信道”攻击的风险,入侵者可绕过传统网络入口,改用其他方式攻陷设备。

这些侧信道攻击可能涉及测量设备的多种特性,包括功耗、执行特定功能所需的时间,以及设备发出的光或其他电磁辐射量。长期以来,人们一直利用这些输出窃听通信。但如今,它们也越来越可能被用于干扰电子设备的运行。随着越来越多的物体装上微型计算机以连接互联网,这尤其令人担忧。

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在这一领域的最新案例中,密歇根大学的研究人员发现了一种新方法,利用声音进行干扰,目标是装有加速度计的设备。加速度计用于测量加速度,导航系统等设备中就有这类传感器。智能手机利用加速度计检测运动,并计算手机的朝向,甚至记录手机被携带时走了多少步。研究人员发现,智能手机播放音乐产生的振动会影响加速度计,让它误以为用户正在移动。总体而言,他们在测试的设备中,有一半以上存在这一漏洞。

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用户误以为自己走了更多步,除了影响锻炼计划外,不太可能造成多大损害。但这一漏洞表明,入侵者可能会混淆其他设备控制系统中的运动传感器,造成更严重的风险,例如现代汽车或无人机所用的计算机。此前的研究还表明,加速度计可被用于间谍活动:实际上将其变成麦克风,或用它监测用户在智能手机上按下了哪些按键。

设备面临的风险

医疗设备也普遍面临风险,因为加速度计常用于测量向患者输送药物的流量等参数。因此,如果音乐能影响医疗设备,就可能导致流量测量不准确,进而造成剂量错误。密歇根大学的研究人员指出,加速度计还用于起搏器等医疗保健应用,这些设备可能受到外部声音的影响。

工业厂区也存在类似的潜在问题,因为加速度计同样用于测量化学品或燃料等物质的流速。高强度声波可能被用来干扰厂区的控制系统,导致设备停机。如果攻击目标是发电厂,最糟糕的情况可能是能源供应网络遭到攻击。

设想一支无人机队飞越某个区域,同时发射高强度声波。这可能干扰该区域内的所有加速度计,进而中断相关设备的运行,实际上造成大规模拒绝服务攻击。无线电干扰早已被视为一种已知风险;在军事行动中,高强度电磁(EM)无线电波可被用于破坏电子设备的运行,作为军事行动的一部分。要确定哪些具体频率会影响设备,以及人类是否能听到这些频率,还需要进一步研究。

电影《十一罗汉》甚至描绘了利用电磁脉冲导致拉斯维加斯停电的攻击。灾害规划人员虽然关注过电磁爆炸的威胁,但针对声波对现代电子系统影响的研究却寥寥无几。

其他风险

声波不仅能用于干扰设备。通过分析电子设备发出的噪声,可以从中提取数据。美国伯明翰阿拉巴马大学的研究人员还发现,他们可以通过聆听键盘发出的声音来推断用户密码。

在人耳听来,每次按键的声音都一样,但实际上每个按键都会发出独特的声频模式。研究人员通过在合适位置布置多支麦克风,测量接收到的声脉冲的时间差和振幅,并结合键盘的几何结构信息,就能识别出按下了哪些按键。

同样,通过分析设备的无线电信号,甚至功耗变化,也能获取数据。近期,一组研究人员展示了如何检测用户在设备上的手部动作,并通过分析这些动作如何改变周围Wi-Fi 信号的反射来揭示用户密码。

另一位研究人员能够分析八种最受欢迎的手机 SIM 卡的电功率变化,并在 40 分钟内恢复用于加密的密钥。

如何预防?

通常可以通过物理屏蔽来保护设备免受此类侧信道攻击,防止设备泄露信息或遭到攻陷。简单的金属屏蔽层可以阻挡无线电信号;但若要防止声波影响加速度计,则需要更复杂的声学屏蔽层来吸收噪声,并尽量减少导致传感器移动的振动。这需要过滤音频和语音信号等噪声,使传感器只检测其设计要捕捉的运动。

加速度计会受到声音影响这一发现,可能会让许多仪器制造商感到震惊,尤其是那些用于关键国家基础设施的设备。医疗设备和关键基础设施设备等更敏感的设备,也需要接受更严格的测试,以了解它们面对各种侧信道攻击时会如何响应。

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