開著燈講話也不安全!以色列又發明一個讓人匪夷所思的高科技應用了

【我們為什麼挑選這篇文章】最新的研究發現,只要觀測燈泡就能夠復原當下的音訊!我們常驚嘆於電影中的各種高科技竊聽手法,但也都認為不可能發生。以色列的科學研究機構最新研究發現,可以利用聲波作為竊聽技術的一種依據,這種新的技術你覺得有必要嗎?(責任編輯:呂威逸)

本文經 AI 新媒體量子位(公眾號 ID:QbitAI)授權轉載,轉載請連繫出處

作者:量子位

一台望遠鏡,對準窗子裡的吊燈,你在屋裡發出的聲音,就被聽光了?!

這不是危言聳聽,而是來自以色列內蓋夫本古里安大學和魏茨曼科學研究所的最新研究。

這一新的遠程竊聽技術,名為 Lamphone

任何人,只要擁有一台筆記型電腦,和價值不到 1000 美元的望遠鏡 + 光電感測器,就能實時監聽 25 公尺 外房間裡的聲音。

就像這樣:

而其所利用的,只是 燈泡 的震動。

神奇。

盯住燈泡,實現竊聽

燈泡晃一晃,屋子裡的對話就被竊聽了?

聽起來著實有些毛骨悚然,我們先來看看這到底是怎麼一回事。

所需工具:

「別人家的」懸掛式登報,「別人家的」窗户(窗簾剛好沒拉起來的那種)、一台望遠鏡以及光電感測器。

具體步驟:

簡單來說,分為三個部分。

第一步,室内的幾個人說話,聲波撞擊燈泡,引發「燈泡」的震動(毫米等級)。

第二步,將裝有「光電感測器」的望遠鏡對準燈泡。

第三步,利用 ADC(類比數位轉換器),將從光電感測器中採樣的「光訊號」,通過設計的算法處理為「聲訊號」。

研究人員設置了這樣一個實驗場景:

目標是位於三樓的一間辦公室,辦公室內懸掛著一個 12 瓦的 LED 燈泡。

竊聽設備安置在 25 公尺 外的天橋上,包括三台在目鏡上裝了光電感測器的望遠鏡(直徑 10 公分、20 公分、35 公分),以及用來處理數據的筆記型電腦。

在這個位置,竊聽者無法直接聽到辦公室裡的聲音。

研究人員發現,燈泡因聲音而產生的微小震動成功被感測器記錄了下來。

單一望遠鏡捕捉的光學測量結果,被傳輸到計算機中。

訊號在經過帶阻濾波器、正規劃、降噪、均衡器這四步處理之後,可以以驚人的保真度重建房間內的聲音。

比如,音響播放的一段音樂:

左:恢復音頻頻譜圖;右:原始音頻頻譜圖

比如,文章開頭川普的演講片段:

研究人員還證明,Google 的 Cloud Speech API 能夠成功將這段恢復出來的語音轉換成文字。

另外,實驗數據顯示,望遠鏡的鏡頭直徑越大,恢復出的音頻質量越高。

方法局限性

對於這樣的黑科技,史丹佛大學計算機科學家和密碼學家 Dan Boneh 表示:這是旁路攻擊的完美應用——旁路攻擊,即通過意料之外的信息洩露來竊取秘密。

之前,MIT、微軟和 Adobe 的研究人員也開發了一種類似的算法,可以通過分析影片中物體的微小震動來重建音頻訊號,稱為可視麥克風。

「可視麥克風」實驗中,研究人員通過隔音玻璃,在 4.5 公尺外拍攝一袋薯片的振動,繼而成功恢復出了清晰的語音。

不過,想要通過影片來恢復語音,首先對硬體設備的要求就很苛刻——每秒傳輸幀數(FPS)需要超過 2200 赫兹(Hz)。

此外,僅是恢復幾秒鐘的語音,就需要幾個小時的處理時間,因為處理高分辨率、高頻影片需要耗費大量計算資源。受限於此,該方法也無法實現實時監控。

相比之下,Lamphone 不僅 成本低廉 ,還能做到 實時監控

不過,Lamphone 也存在局限性。

其一,在實驗中,研究人員只針對懸掛式燈泡進行了研究,尚不清楚固定在天花板上的燈泡是否同樣能成為「竊聽工具」。

並且,實驗中觀察的燈泡是 12 瓦的  LED 燈泡 ,相比於白熾燈泡和螢光燈泡,訊噪比更高 ——是前者的 6.3 倍,後者的 70 倍。

也就是說,通過訊號處理來恢復出聲音的難度,相對低一些。

其二,在實驗中,揚聲器的音量被開到了最大。也就是說,播放的語音和音樂要比正常情況下聲音更大。

研究團隊表示,目前,他們使用了相對便宜的光電感測器和類比數位轉換器,使用更加昂貴的感測器則能夠恢復出音量更小的對話。

One More Thing

這樣的研究,當然不是為了鼓勵「大膽的想法」,而是為了「提高人們對攻擊媒介的認識」。

因此,研究人員也在論文中討論了避免/緩解這種攻擊的方法。

比如, 降低燈泡的發光量使用帷幕牆

光電感測器捕捉的光訊號越少,訊噪比也會隨之降低。

所以,使用瓦數更低的燈泡、增加帷幕牆,都會加大攻擊的難度。

噪聲分析。上:無帷幕牆;下:有帷幕牆

或者,更直接一點——

拉上窗簾。

參考連結

(本文經 AI 新媒體 量子位 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈燈泡晃一晃,你就被竊聽了:以色列黑科技,根據燈泡震動,25 米外實時恢復室內聲音 〉,首圖來源: 量子位 。)

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