L'écoute des conversations privées est l'une des menaces de confidentialité les plus courantes et les plus désagréables. Ce n'est pas pour rien que beaucoup de gens collent des microphones et des caméras sur des ordinateurs portables pour garder secrets les moments les plus personnels et privés. Eh bien, il est également temps de coller les lidars sur votre aspirateur intelligent. Parce que des scientifiques de l'Université nationale de Singapour ont trouvé un moyen d' écouter les salles avec un aspirateur.
Récemment, des chercheurs ont proposé plusieurs méthodes d'écoute électronique via différents appareils intelligents de la «maison intelligente». Cet article décrit LidarPhone - un nouveau canal d'attaque acoustique via les lidars, qui sont équipés d'aspirateurs robotiques domestiques populaires. L'idée principale est de réutiliser le lidar pour qu'il fonctionne comme un microphone laser capable de capter les sons des vibrations subtiles induites sur les objets proches.
Les sons sont des ondes de pression qui se propagent à travers les vibrations du milieu. Par conséquent, l'énergie sonore dans l'environnement est partiellement induite sur les objets proches, créant de subtiles vibrations physiques dans ces supports solides. Le concept fondamental de LidarPhone est de détecter de telles vibrations induites dans les articles ménagers à l'aide du capteur lidar du robot aspirateur, puis de traiter le signal de vibration enregistré pour récupérer les traces sonores. Cette méthode de détection s'inspire du principe des microphones laser, qui utilisent des faisceaux laser réfléchis pour capter les sons d'objets vibrants.
Comment fonctionne un lidar bon marché
Bien que les microphones laser nécessitent des réglages complexes, les capteurs lidar rotatifs sont équipés d'au moins un émetteur laser et un capteur de réflexion. Cela fournit des fonctionnalités clés pour convertir le lidar en microphone. Bien entendu, la mise en œuvre pratique de cette idée nécessite de surmonter un certain nombre de difficultés.
L'un des principaux problèmes lors de l'utilisation du lidar comme microphone laser est le rapport signal / bruit (SNR) extrêmement faible des signaux réfléchis. Cela est en partie dû au fait que LidarPhone repose sur des principes physiques différents de ceux des microphones laser, malgré leurs similitudes évidentes à un niveau élevé. Les microphones laser ciblent les matériaux hautement réfléchissants (c'est-à-dire produisant des réflexions spéculaires) tels que les fenêtres en verre à SNR élevé. En revanche, les amplificateurs lidar matériels et les convertisseurs analogique-numérique (ADC) sont réglés pour être sensibles uniquement aux signaux de faible intensité, qui se reflètent principalement sur des surfaces rugueuses telles que les murs, produisant ainsi des réflexions diffuses. Par conséquent, même si le lidar reçoit des signaux de haute intensité de la fenêtre en verre,il ne recevra pas d'informations utiles.
Différence entre la réflexion spéculaire directionnelle pour un microphone laser (à gauche) et les réflexions diffuses avec un SNR inférieur reçu par LidarPhone
Pour surmonter le problème du faible SNR, les scientifiques ont utilisé diverses techniques de traitement du signal, y compris le filtrage des composants de fréquence contenant du bruit. Pour réduire davantage l'effet du bruit, ils ont effectué une réduction du bruit en soustrayant le bruit profilé dynamiquement à l'aide d'une analyse spectrale. Plus en détail, les méthodes physiques et mathématiques sont décrites dans les travaux scientifiques .
Un autre problème majeur dans le développement de l'attaque LidarPhone était le faible taux d'échantillonnage du lidar. Compte tenu de son mouvement de rotation, la fréquence d'échantillonnage pour un point sur la cible est équivalente à la vitesse de rotation du lidar. Les scientifiques ont augmenté le taux d'échantillonnage en multipliant la vitesse du lidar (5 Hz) par le nombre d'échantillons par tour (360). Ainsi, la fréquence d'échantillonnage est passée de 5 Hz à 1,8 kHz, ce qui est un indicateur important lors de la formation d'un réseau de neurones.
LidarPhone traite et extrait avec soin les traces de signal audio des réflexions laser initialement bruyantes. De cette manière, des informations confidentielles sont capturées (par exemple, la parole émise par un haut-parleur d'ordinateur lorsque la victime participe à une téléconférence).
Dans cet article scientifique, à titre expérimental, l'attaque a été testée sur le robot aspirateur Xiaomi Roborock. Le prototype LidarPhone a été formé sur les nombres de haut-parleurs d'ordinateur et la musique d'un haut-parleur de télévision: plus de 30 000 échantillons sonores pour une durée totale de plus de 19 heures de son enregistré. En conséquence, LidarPhone a montré une précision moyenne d'environ 91% et 90% lors de la classification des nombres et de la musique, respectivement.
Au cours de l'expérience, LidarPhone a reçu des informations vocales confidentielles provenant de faisceaux laser réfléchis par les plus petits objets vibrants, comme une poubelle ou un sac en plastique. L'illustration ci-dessous montre l'apparence d'un signal sonore avec la réflexion de divers objets.
Le chiffre correspond aux sons du mot «neuf» dérivés a) de l'audio d'origine; b) enregistrement du microphone à une distance de 3 mètres; c) les enregistrements lidar de poubelle traités; d) Paquet IKEA. Les fichiers audio correspondants sont publiés sur bit.ly/lidarphone-sensys.
LidarPhone surmonte les limitations des méthodes d'écoute électronique modernes qui nécessitent une sorte d'équipement d'écoute pour augmenter les chances de détection. Il n'y a pas de bugs ou d'équipement superflu ici. Seul un aspirateur ordinaire qui se tient modestement dans le coin et ne suscite pas de suspicion.
Les chercheurs écrivent que de nombreux autres capteurs de lumière, y compris ceux des smartphones, pourraient théoriquement être utilisés comme microphones. Récemment, un certain nombre d'articles scientifiques ont découvert des cas d'utilisation de capteurs non acoustiques dans les smartphones qui vous permettent potentiellement d'enregistrer des conversations sans autorisation. Nous parlons de l'utilisation d'un accéléromètre, d'un gyroscope et d'un moteur de vibration ( 1 , 2 , 3 , 4 ).
Mais utiliser un smartphone pour l'écoute électronique est trivial et prévisible. Les appareils électroménagers avec lidars, que personne ne peut soupçonner d'écouter les conversations, est une question complètement différente. Comme un aspirateur. De manière générale, la prolifération des appareils intelligents dans nos maisons ouvre de nombreuses opportunités d'attaques acoustiques de ce type avec écoutes sur les conversations privées. La principale chose à retenir est qu'un lidar est en fait un microphone laser prêt à l'emploi.
Document de recherche publié le 16 novembre 2020 lors de la conférence virtuelle SenSys '20 au Japon.
