黑客如何竊聽信息?
一項最新研究告訴我們，家里的掃地機器人都可能其成為「作案工具」。
在 2020 年 11 月 16-19 日舉行的國際無線傳感器網(wǎng)絡頂會 ACM SenSys(國際計算機協(xié)會智能傳感系統(tǒng)大會)上，有一篇來自美國馬里蘭大學和新加坡國立大學的論文，題為 Spying with Your Robot Vacuum Cleaner: Eavesdropping via Lidar Sensors(利用你的掃地機器人監(jiān)視：通過激光雷達傳感器竊聽)。
激光雷達「旁敲側(cè)擊」
大體上，研究人員的想法是，利用掃地機器人的導航組件激光雷達傳感器，設(shè)計一種新型的聲音側(cè)信道攻擊(acoustic side-channel attack)，即所謂的「激光麥克風」(LidarPhone)。
首先解釋一下這一研究過程涉及到的幾個術(shù)語。
一是激光雷達。
激光雷達即 LiDAR，它是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的一種雷達系統(tǒng)。
簡單來講，其工作原理是：向目標發(fā)射探測信號，將反射回來的信號與發(fā)射信號進行比較并作適當處理，從而獲得目標的眾多參數(shù)。
激光雷達能夠獲取三維地理信息，這不僅能作軍事用途，相關(guān)數(shù)據(jù)也被廣泛用于資源勘探、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、交通通訊、防震減災等眾多方面。
工業(yè)界，激光雷達不僅用于自動駕駛、機器人，2020 年蘋果先后發(fā)售的 iPad Pro 2020 和 iPhone 12 Pro 系列新品中，均有這一技術(shù)的加持，為 AR 等領(lǐng)域添加了更多的想象空間。
二是側(cè)信道攻擊。
其英文全稱是 side channel attack，又稱邊信道攻擊。顧名思義，不同于常規(guī)的使用軟硬件手段暴力破解被攻擊對象的方法，側(cè)信道攻擊主要通過一些「旁門左道」進行攻擊，如加密電子設(shè)備運行過程中的時間消耗、功率消耗或電磁輻射。
據(jù)了解，學界對于這種新型攻擊的研究源于上世紀 90 年代，其有效性要比傳統(tǒng)密碼分析的方法高，因此造成的威脅是很大的。
三是激光麥克風。
激光麥克風即 LidarPhone，它與近一個世紀前的一大著名竊聽事件有關(guān)。
1945 年，蘇聯(lián)少先隊員們代表蘇聯(lián)克格勃(即蘇聯(lián)國家安全委員會)，向當時的美國駐蘇聯(lián)大使 Averell Harriman 獻上了一枚精美絕倫的巨大木制美國國徽，作為兩國友誼的見證。
Averell Harriman 面對純真可愛的孩子們，放下了戒備心，并將這件珍品放進自己的辦公室。自此，這枚國徽一直擺放在美國駐蘇聯(lián)大使的辦公室中，總共持續(xù)了 8 年，期間辦公室迎來了 4 任大使。
但實際上，這件禮物是一件十分隱蔽的竊聽裝置。
在這枚國徽內(nèi)部有著與天線相連的薄膜，說話聲會引起薄膜振動，這時偷偷安置在附近的激光雷達會向天線發(fā)射激光，激光接收到振動后會返回接收器，經(jīng)過解碼，就能知道房間里的談話內(nèi)容。
本質(zhì)上，激光通過窗戶進入房間，反射光被音頻信號調(diào)制回去并返回——而這也正是激光麥克風的基本原理。
激光麥克風能感知附近物體細微振動，接著仔細處理、提取來自聲音激光反射的信號痕跡，從而捕捉隱私敏感信息，比如：受害者在電話會議時計算機揚聲器傳出的語音、受害者觀看的電視節(jié)目中的音樂片段(可能泄露受害者的政治取向或?qū)﹄娨暪?jié)目的偏好)
。
當掃地機器人學會竊聽
確定了基本思路后，研究人員將掃地機器人改造成了竊聽器。
論文顯示，研究人員的改造對象是小米 Roborock 真空吸塵機器人。
改造后，研究人員可以遠程訪問吸塵器的云平臺，獲取并分析數(shù)據(jù)。
研究人員通過實驗對這一系統(tǒng)的攻擊可行性進行了評估——收集了來自計算機揚聲器和電視音響的數(shù)字聲和音樂聲，兩組數(shù)據(jù)包含了 19 個小時內(nèi)發(fā)出的 30000 多個語音序列，各自的平均準確率分別達到 91% 和 90%。
論文合著者之一、在馬里蘭大學高級計算機研究所(UMIACS)聯(lián)合任職的 Nirupam Roy 說：
類似的智能設(shè)備走進了千家萬戶，但公眾沒有想到，哪怕這些設(shè)備沒有麥克風，我們都可以重新調(diào)整它們的導航系統(tǒng)，用于監(jiān)聽。
值得一提的是，掃地機器人會利用反射信號繪制一個房間的 “地圖”，避免在移動時發(fā)生碰撞。但安全專家認為，這樣的 “地圖”通常存儲在云中，可能會造成潛在的隱私泄露，廣告商可能會由此獲得有關(guān)家庭人口、收入和與生活方式相關(guān)的信息。
當然，正如絕大多數(shù)研究一樣，要將實驗室結(jié)果應用到現(xiàn)實世界中的黑客攻擊場景中并非易事。
原因在于，除了要黑進掃地機器人、通過固件更新重新調(diào)整激光雷達傳感器的用途外，黑客還需要訪問目標這的本地網(wǎng)絡。當然要監(jiān)聽并不是這么簡單，背景噪音水平、照明、與目標之間的距離等因素都決定了最終是否會成功。
對于此項研究，安全專家 Graham Cluley 也指出：
這款掃地機器人有可能以低信噪比收集數(shù)據(jù)。不過，我現(xiàn)在并不擔心我家的掃地機器人或任何其他配備有激光雷達技術(shù)的設(shè)備會監(jiān)視我。
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