Escuchar conversaciones privadas es una de las amenazas a la privacidad más comunes y desagradables. No en vano, muchas personas pegan micrófonos y cámaras en las computadoras portátiles para mantener en secreto los momentos más personales y privados. Bueno, es hora de pegar los lidars también en su aspiradora inteligente. Porque los científicos de la Universidad Nacional de Singapur han encontrado una manera de vigilar las salas con una aspiradora.
Recientemente, los investigadores han propuesto varios métodos de escuchas telefónicas a través de varios dispositivos inteligentes de la "casa inteligente". Este documento describe LidarPhone, un nuevo canal de ataque acústico a través de lidars, que están equipados con populares aspiradoras robóticas para el hogar. La idea principal es reutilizar el lidar para que funcione como un micrófono láser que puede captar sonidos de las vibraciones sutiles inducidas en objetos cercanos.
Los sonidos son ondas de presión que se propagan a través de las vibraciones del medio. En consecuencia, la energía sonora del entorno se induce parcialmente en los objetos cercanos, creando sutiles vibraciones físicas dentro de estos medios sólidos. El concepto fundamental de LidarPhone es detectar dichas vibraciones inducidas en los artículos domésticos utilizando el sensor lidar del robot aspirador y luego procesar la señal de vibración registrada para reconstruir los rastros de sonido. Este método de detección está inspirado en el principio de los micrófonos láser, que utilizan rayos láser reflejados para captar sonidos de objetos en vibración.
Cómo funciona un lidar económico
Aunque los micrófonos láser requieren ajustes complejos, los sensores lidar giratorios están equipados con al menos un transmisor láser y un sensor de reflexión. Esto proporciona capacidades clave para convertir LIDAR en micrófono. Por supuesto, la implementación práctica de esta idea requiere superar una serie de dificultades.
Uno de los principales problemas al utilizar lidar como micrófono láser es la relación señal / ruido (SNR) extremadamente baja de las señales reflejadas. Esto se debe en parte al hecho de que LidarPhone se basa en principios físicos diferentes a los micrófonos láser, a pesar de sus obvias similitudes a un alto nivel. Los micrófonos láser apuntan a materiales altamente reflectantes (es decir, que producen reflejos especulares) como ventanas de vidrio de alta SNR. Por el contrario, los amplificadores lidar de hardware y los convertidores de analógico a digital (ADC) están sintonizados para ser sensibles solo a señales de baja intensidad, que en su mayoría se reflejan en superficies rugosas como paredes, lo que produce reflejos difusos. Por lo tanto, incluso si el lidar recibe señales de alta intensidad desde la ventana de vidrio,no recibirá información útil.
Diferencia entre la reflexión especular direccional para un micrófono láser (izquierda) y las reflexiones difusas con menor SNR recibidas por LidarPhone
Para superar el problema de la baja SNR, los científicos han utilizado varias técnicas de procesamiento de señales, incluido el filtrado de componentes de frecuencia que contienen ruido. Para reducir aún más el efecto del ruido, realizaron la reducción de ruido restando el ruido perfilado dinámicamente mediante análisis espectral. Con más detalle, los métodos físicos y matemáticos se describen en el trabajo científico .
Otro problema importante en el desarrollo del ataque LidarPhone fue la baja frecuencia de muestreo del Lidar. Dado su movimiento de rotación, la frecuencia de muestreo de un punto del objetivo es equivalente a la velocidad de rotación del LIDAR. Los científicos aumentaron la frecuencia de muestreo multiplicando la velocidad del lidar (5 Hz) por el número de muestras por revolución (360). Por lo tanto, la frecuencia de muestreo ha aumentado de 5 Hz a 1,8 kHz, lo que es un indicador importante al entrenar una red neuronal.
LidarPhone procesa y extrae cuidadosamente los rastros de la señal de audio de los reflejos láser inicialmente ruidosos. De esta manera, se captura información confidencial (por ejemplo, el habla emitida por un altavoz de computadora cuando la víctima está participando en una teleconferencia).
En este artículo científico, como experimento, se probó el ataque en el robot aspirador Xiaomi Roborock. El prototipo de LidarPhone se entrenó con los números de los altavoces de la computadora y la música de un altavoz de televisión: más de 30 mil fragmentos de audio con una duración total de más de 19 horas de audio grabado. Como resultado, LidarPhone mostró una precisión promedio de aproximadamente 91% y 90% al clasificar números y música, respectivamente.
En el experimento, LidarPhone recibió información de voz confidencial de rayos láser reflejados por los objetos vibrantes más pequeños, como un bote de basura o una bolsa de plástico. La siguiente ilustración muestra la apariencia de una señal de sonido con el reflejo de varios objetos.
La cifra corresponde a los sonidos de la palabra "nueve" derivados de a) el audio original; b) grabación con micrófono desde una distancia de 3 metros; c) registros lidar de bote de basura procesado; d) Paquete IKEA. Los archivos de audio correspondientes se publican en bit.ly/lidarphone-sensys
LidarPhone supera las limitaciones de los métodos modernos de escuchas telefónicas que requieren algún tipo de equipo de escucha para aumentar las posibilidades de detección. Aquí no hay errores ni equipos extraños. Solo una aspiradora ordinaria que se encuentra modestamente en la esquina y no despierta sospechas.
Los investigadores escriben que muchos otros sensores de luz, incluidos los de los teléfonos inteligentes, podrían teóricamente usarse como micrófonos. Recientemente, varios artículos científicos han descubierto casos de uso de sensores no acústicos en teléfonos inteligentes que potencialmente le permiten grabar conversaciones sin permiso. Hablamos del uso de acelerómetro, giroscopio y motor de vibración ( 1 , 2 , 3 , 4 ).
Pero usar un teléfono inteligente para escuchas telefónicas es trivial y predecible. Los electrodomésticos con lidares, que nadie puede sospechar que escuchen a escondidas las conversaciones, es un asunto completamente diferente. Como una aspiradora. En general, la proliferación de dispositivos inteligentes en nuestros hogares abre muchas oportunidades para ataques acústicos de este tipo con la escucha de conversaciones privadas. Lo principal para recordar es que un lidar es en realidad un micrófono láser ya hecho. Artículo de
investigación publicado el 16 de noviembre de 2020 en la Conferencia Virtual SenSys '20 en Japón.
