环球科学 06-30
用一只灯泡,百米外就能偷听对话!这种远程窃听手段绝了
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图片来源:pixabay

还记得谍战大片中,间谍或者特工采用的各式窃听器吗?他们无论在敌方手机、汽车甚至是鞋底都可以安上窃听器进行窃听任务。但现在,更加令人毛骨悚然的窃听方式已经出现了。科学家发明出一种全新的窃听技术,只需要一个灯泡,不需要在房间内安装任何设备,或者入侵任何系统,就可以在百米外的房间里进行实时监听。

撰文丨 Andy Greenberg

翻译丨贺白

编辑丨杨心舟

近些年来,设计精巧的窃听技术不断升级:包括搭线窃听、非法入侵手机窃听、在墙上安装窃听器,别有用心的人甚至能通过建筑物的玻璃反射光来获取里面的对话。而现在,又增加了一种新的窃听方法:使用窗口看到的灯泡进行窃听。

窃听技术升级

最近,以色列本 · 古里安大学和魏茨曼科学研究院的研究人员揭示了一种新型远程窃听技术,他们称之为" 灯泡电话 "(Lamphone)。他们表示,这种技术只需要两样东西就能实现:笔记本电脑和一台不到 1000 美元的设备(这台设备包括望远镜和价值 400 美元的光电传感器)。当你使用灯泡电话时,只需要观察声音在室内灯泡玻璃表面导致的微小振动,就可以实时监听任何百米外的房间里发出的声音。研究人员表明,通过测量振动引起的灯泡光源输出的微小变化,间谍能够清晰地还原出声音,声音的清晰度足以辨别谈话内容,甚至识别出一段音乐。

本 · 古里安大学的安全研究员本 · 纳西(Ben Nassi)说:" 房间里的任何声音都可以从灯泡的光信号中复原,窃听人员只需要通过远程监测,不需要入侵任何系统或在目标房间内置入设备就能知道房间里的声音。" 他与同事亚龙 · 皮鲁京(Yaron Pirutin)和鲍里斯 · 扎多夫(Boris Zadov)一起开发了这项技术,并计划在 8 月份的黑帽安全大会(Black Hat security conference)上展示他们的新发现。他说:" 你只要能够看到一个悬挂着的灯泡,就足以完成窃听。"

实验中,研究人员首先需要将一系列望远镜放置在距离目标办公室灯泡约 24 米的地方,并将每个望远镜的目镜放在电光传感器前面。接着,他们会使用一个模数转换器将传感器内的电信号转换成数字信息。当远处的目标房间内播放音乐和语音的录音时,他们将这些设备收集到的信息传入笔记本电脑并进行接下来的数据分析。

" 灯泡电话 " 的流程图:被窃听房间的声音①在悬挂的灯泡②表面产生振动。窃听处通过望远镜③将光电传感器(传感器)对准悬挂的灯泡。光学信号经由类比数位转换器④从电光传感器采样,并使用算法处理得到复原的声学信号⑤。

研究人员发现,灯泡的微小振动是由声波导致的,振动的幅度只有几百微米。即使这样,传感器仍能通过每个望远镜接收到可测量的光线变化。在软件过滤掉噪音后,房间内声音的还原程度非常惊人:例如,他们能够很好地还原特朗普的一段讲话录音片段,清晰度足以让它被谷歌的音视频转录程序转录。他们还播放了一段披头士乐队的歌曲 "Let It Be" 的录音,经过光信号收集和声音还原,歌曲应用程序 Shazam 立即识别出这首歌曲的名称。

实验装置:望远镜指向 LED 灯泡(12 瓦)。电光传感器(由一个光电二极管组成,将光转换成电压)被安装在望远镜上,其输出的电压通过采样并在 LabVIEW 软件中处理。所有的实验都是在一个关着门的房间里进行,以排除其他影响因素。

尽管如此,这项技术还是存在一些局限性。在他们成功的测试中,研究人员使用的是悬挂式灯泡,但研究者还不清楚放在灯罩中的灯泡或者天花板顶灯是否也会产生足以被探测到的音频震动信号。此外,他们在演示中将扬声器调到了最大音量,使用的声音和音乐录音比正常对话声音要大。但研究小组指出,他们研究中使用的是相对廉价的光电传感器和模数转换器,如果升级为更昂贵的传感器,就可能还原音量更低的对话。

用途广泛的窃听手段

美国斯坦福大学计算机科学家和密码学家丹 · 博内(Dan Boneh)认为,尽管新研究有待完善,但在" 旁道攻击 "技术中仍具有潜在的重要实用性,这是一种窃密技术,即利用意外泄露的信息窃取机密。博内说:" 这是旁道攻击技术的绝妙应用。即使这需要悬挂式灯泡和高分贝的音量,它仍然超级有趣。况且这只是第一次尝试,之后的‘旁道’攻击会更先进,未来相关研究也会随着时间的推移而改进。"

窃听装置(位于人行天桥上)与悬挂的 LED 灯泡(位于附近建筑第三层的办公室)之间的距离为 25 米。

展示灯泡窃听技术的研究小组是由本 · 古里安大学的尤瓦尔 · 叶洛维奇(Yuval Elovici)和 RSA 加密算法的提出者之一阿迪 · 沙米尔(Adi Shamir)共同成立的。除了他们,还有许多科学家发现了更多的窃听方式。比如多年前,研究人员已经知道,从目标窗口反射的激光可以让间谍捕捉到里面的声音。另一组研究人员在 2014 年指出,当窃听手机时,即使恶意软件无法访问其麦克风,也可以通过手机的陀螺仪提取声音信息。

之前最接近 " 灯泡电话 " 的技术,是 2014 年被麻省理工学院、微软公司和 Adobe 公司的研究人员称为 "可视麦克风" 的技术:这种技术也需要望远镜观测室内,但是不同的是,其只需要分析视频中一些物体的振动,例如一袋薯片或一棵室内植物,就能使研究人员复原房间内的谈话和音乐。

利用视频中植物叶片的振动,同样能还原声音

纳西指出,虽然可视麦克风技术不需要一个可透过窗口观察的灯泡,适用范围相对更广,但它需要先录制视频,然后对录像进行后续处理,将观察到的物体的细微振动转换成声音信息。相比之下,灯泡电话技术可以实现实时监视。由于振动物体本身就是一个光源,因此光电传感器可以从更简单的视觉数据中提取振动信息。

纳西认为,这可能使灯泡电话在间谍活动中比以前的技术更加实用。" 当你在现实中使用它时,你可以根据情况随机应变,而不会因为技术问题错失机会。"

尽管如此,纳西表示,研究人员公布他们的研究结果并不是为了让间谍或执法部门去使用窃听技术,而是为了刷新监管人员的认知。他说:" 我们不是在提供工具,而是希望提高人们对这种窃听方式的认识。"

即使出现这种窃听方式,以目前已知的技术水平还是很容易预防的。只需将任何悬挂的灯泡用灯罩遮蔽住,或者拉上窗帘就能防止窃听。你甚至可以在窗户上安装防振装置来防止激光麦克风的窃听,在家中排查窃听器,从手机和电脑中移除麦克风。毕竟,在一个灯泡都能告密的时代,想杜绝被窃听,有太多可做的了。

原文链接:

https://www.wired.com/story/lamphone-light-bulb-vibration-spying/

原始论文:

Lamphone: Real-Time Passive Sound Recovery from Light Bulb Vibrations

https://eprint.iacr.org/2020/708.pdf

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