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黑客的物理攻击!声波攻击加速度传感器!

导读: 我们的研究颠覆了关于底层硬件的普遍假设。如果你站在计算机科学的角度,你不会发现这个安全问题。如果你站在材料科学的角度,你也不会发现这个安全问题。只有你同时站在计算机科学和材料科学的角度,你才会发现这些安全漏洞。

说起黑客攻击,大部分人首先会想到软件和网络通信层面的入侵,很少有人会注意到硬件传感器也会遭受攻击,更令人想不到的是攻击途径竟然是无处不在的「声波」。然而,最近美国密歇根大学一项研究成功利用声波攻击了加速度传感器,并且成功入侵智能手机和智能可穿戴设备Fitbit手环。

研究简介

这项研究主要是模拟声学攻击电容式MEMS加速度传感器,通过故意制造干扰来达到欺骗传感器的目的。微处理器和嵌入式系统往往过于「盲目信任」这些传感器的输出,使得攻击者可以有机可乘,人为地为微处理器和嵌入式系统有选择性地输入一些数值。

正如研究人员在论文中所述,这项研究的贡献主要在于以下三方面:

第一,物理建模,主要针对MEMS加速度传感器的恶意声学干扰。

第二,电路缺陷研究,正是由于电路缺陷,所以MEMS加速度传感器和系统对于声学入侵攻击,才会存在安全漏洞。

第三,两种软件防御方法,减轻MEMS加速度传感器的安全风险。

密歇根大学的计算机科学和工程系的副教授 Kevin Fu 领导这一研究,团队利用精准调谐的铃声,欺骗了不同型号的加速度传感器。这种欺骗攻击方式,成为了进入这些设备的一个后门,使得攻击者可以利用它对于设备发动攻击。

对于这项研究,教授这么说:“我们的研究颠覆了关于底层硬件的普遍假设。如果你站在计算机科学的角度,你不会发现这个安全问题。如果你站在材料科学的角度,你也不会发现这个安全问题。只有你同时站在计算机科学和材料科学的角度,你才会发现这些安全漏洞。”

加速度传感器

这项研究攻击方式是声波,攻击对象是加速度传感器。所以,我们简单介绍一下加速度传感器的相关知识和应用场景。

(图片来源:密歇根大学)

加速度传感器,是一种能够测量三维空间中物体速度变化的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

加速度传感器广泛应用于汽车电子、航空航天、医疗电子、无人机、智能手机、智能硬件、物联网等工业和消费电子领域。它可以采集物体的加速度数据信息,发送给芯片和嵌入式系统进行分析和决策。它的用途包括飞机导航、游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探、振动测试与分析、安全保卫等等。

攻击演示

为了演示和模仿这些攻击,揭示相关的安全漏洞,研究人员扮演了白帽黑客,进行了几个实验。

实验一:他们通过播放不同的恶意音乐文件,控制加速度传感器,让三星 Galaxy S5 手机的芯片输出信号拼出单词“WALNUT”。

(图片来源:密歇根大学)

实验二:他们利用价值5美元的扬声器,欺骗控制 Fitbit手环的加速度传感器,让实际上没有运动过一步的 Fitbit手环,形成虚假计数的假象。

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