你永遠(yuǎn)想象不到，你的智能手機(jī)有多不靠譜。

在你完全不知情、沒(méi)有進(jìn)行任何系統(tǒng)授權(quán)的情況下，你的通話語(yǔ)音就可以被別有用心的攻擊者通過(guò)一種不起眼的手機(jī)零部件——加速度傳感器——來(lái)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，其中利用的，就是揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音震動(dòng)信號(hào)。

更嚇人的是，攻擊者的成功率理論上可以高達(dá) 90%。

加速度傳感器是如何出賣你的信息的？

近日，在國(guó)際信息安全界頂級(jí)會(huì)議 “網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)安全會(huì)議（NDSS 2020）”上，發(fā)表了一篇來(lái)自浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院任奎教授團(tuán)隊(duì)、加拿大麥吉爾大學(xué)、多倫多大學(xué)學(xué)者團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，該成果顯示：

智能手機(jī) App 可在用戶不知情、無(wú)需系統(tǒng)授權(quán)的情況下，利用手機(jī)內(nèi)置的加速度傳感器來(lái)采集手機(jī)揚(yáng)聲器所發(fā)出聲音的震動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶語(yǔ)音的竊聽(tīng)。

令人吃驚的是，這種竊聽(tīng)方式并不違反當(dāng)前監(jiān)管部門的規(guī)定。

加速度傳感器，是當(dāng)前智能手機(jī)中常見(jiàn)的一種能夠測(cè)量加速度的傳感器，通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成，傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值，它所返回的數(shù)據(jù)值即為當(dāng)前手機(jī)在 x、y、z 三個(gè)方向上的加速度值。

在日常手機(jī)應(yīng)用中，加速度傳感器通常被用戶測(cè)速、記錄步數(shù)等，因此在普遍認(rèn)知中似乎與通話、短信、通信錄等敏感信息沒(méi)有關(guān)聯(lián)，因此 App 也無(wú)需獲得用戶授權(quán)就可以獲得智能手機(jī)的加速度信息。

這就給犯罪分子留下了可乘之機(jī)。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由于運(yùn)動(dòng)傳感器和揚(yáng)聲器被配置在手機(jī)的統(tǒng)一主板上，并且彼此位置非常接近。因此，無(wú)論智能手機(jī)放在何處和如何放置（比如說(shuō)桌上或手上），揚(yáng)聲器發(fā)出的語(yǔ)音信號(hào)將始終對(duì)陀螺儀和加速計(jì)等運(yùn)動(dòng)傳感器產(chǎn)生重大影響。

具體來(lái)說(shuō)，這種語(yǔ)音信號(hào)所引起的震動(dòng)，將會(huì)被加速度傳感器接收并產(chǎn)生讀數(shù)——這種因?yàn)檎饎?dòng)而產(chǎn)生的讀數(shù)可以被攻擊者通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析，可以解讀出其中的關(guān)鍵信息，甚至可以還原成揚(yáng)聲器所播放的聲音信號(hào)。

在論文中，這種攻擊方式被命名為 AccelEve（加速度計(jì)竊聽(tīng)）——這是一種基于深度學(xué)習(xí)加速度傳感器信號(hào)的新型 “側(cè)信道” 智能手機(jī)竊聽(tīng)攻擊。

通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音識(shí)別與語(yǔ)音還原兩大類竊聽(tīng)攻擊。

其中在語(yǔ)音識(shí)別方面，研究者采用了一個(gè)名為 ”熱詞搜索“ 的識(shí)別模型——用四名志愿者（兩男兩女）的 200 個(gè)短句（其中每個(gè)句子包括一到三個(gè)信息敏感詞匯，比如說(shuō)密碼、用戶名、社交信息、安全信息、數(shù)字、郵箱地址、卡號(hào)等）來(lái)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這一模型的識(shí)別率高達(dá) 90%。

即使在嘈雜的環(huán)境中，識(shí)別率也能達(dá)到 80%。

另外，研究團(tuán)隊(duì)還利用一個(gè) ”重新構(gòu)建模型“ 去進(jìn)行語(yǔ)音還原——實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)志愿者去聆聽(tīng)重新構(gòu)建的（含有信息敏感詞匯）語(yǔ)音時(shí)，他們能夠很好地區(qū)分其中所包含的敏感信息。

為了測(cè)試實(shí)際場(chǎng)景中的效果，在論文中，研究者還進(jìn)行了一個(gè)基于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的信息攻擊實(shí)驗(yàn)。在這一實(shí)驗(yàn)中，被攻擊者通過(guò)打電話索要一個(gè)密碼，而實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)就是利用被攻擊者所使用的手機(jī)的加速度計(jì)定位和識(shí)別會(huì)話中的密碼——結(jié)果顯示，在 240 次會(huì)話測(cè)試中，成功定位并識(shí)別密碼的次數(shù)的超過(guò) 85%。

可見(jiàn)，在特定的技術(shù)加持之下，利用加速度計(jì)去竊取個(gè)人信息，已經(jīng)非常容易了。

當(dāng)然，考慮到其中的技術(shù)利用的是深度學(xué)習(xí)算法，那么自然在獲取更多的數(shù)據(jù)的情況下，能夠得到更高的準(zhǔn)確率；但實(shí)際上，對(duì)于犯罪分子來(lái)說(shuō)，80% 以上的準(zhǔn)確率已經(jīng)足夠了。

在接受南方都市報(bào)記者采訪時(shí)，任奎教授表示：

從犯罪分子的角度來(lái)說(shuō)，他的目標(biāo)并不是 100% 還原人聲，只要里邊的敏感信息能被攻擊者提取出來(lái)，就足以產(chǎn)生潛在效益，對(duì)吧？可以說(shuō)，攻擊者監(jiān)控用戶是沒(méi)有成本的。

除了加速度計(jì)，也要小心手機(jī)中的陀螺儀

需要說(shuō)明的是，加速度計(jì)并不是唯一可以被犯罪分子所利用的手機(jī)傳感器——實(shí)際上，陀螺儀也可以被用來(lái)做文章。

2017 年 4 月，英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果表示，智能手機(jī)中的大量傳感器將有可能泄露個(gè)人隱私信息，甚至能夠可以通過(guò)陀螺儀傾斜角信息辨認(rèn)出 4 位 PIN 密碼，重復(fù) 5 次嘗試后破解率高達(dá) 100%。

陀螺儀又稱角速度傳感器，不同于加速度計(jì)（G-sensor）的，它的測(cè)量物理量是偏轉(zhuǎn)、傾斜時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。加速度計(jì)沒(méi)辦法測(cè)量或重構(gòu)出完整的 3D 動(dòng)作，它只能檢測(cè)軸向的線性動(dòng)作；但陀螺儀則可以對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、偏轉(zhuǎn)的動(dòng)作做很好的測(cè)量，這樣就可以精確分析判斷出使用者的實(shí)際動(dòng)作。

在手機(jī)上，陀螺儀通過(guò)對(duì)偏轉(zhuǎn)、傾斜等動(dòng)作角速度的測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)用手控制游戲主角的視野和方向，也能夠進(jìn)行手機(jī)攝像頭防抖，并且輔助 GPS 進(jìn)行慣性導(dǎo)航——其本質(zhì)就是利用物理學(xué)的科里奧利力，在內(nèi)部產(chǎn)生微小的電容變化，然后測(cè)量電容，從而計(jì)算出角速度。

在英國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究中，就是利用用戶在按壓屏幕時(shí)所產(chǎn)生的手機(jī)傾斜度變化數(shù)據(jù)，因?yàn)?123456789 數(shù)字的位置是固定的，可以借此推算出 4 位 PIN 碼——當(dāng)然前提是在網(wǎng)站上植入惡意代碼，待用戶確實(shí)授權(quán)獲取信息后，就可以在不知不覺(jué)中工作獲取傳感器數(shù)據(jù)。

值得一提的是，在解讀數(shù)據(jù)破解密碼過(guò)程中，第一次嘗試準(zhǔn)確率就有 74%，經(jīng)過(guò)五次嘗試就可以 100% 破解密碼，該方法的主要難度在于需要準(zhǔn)確知道用戶的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式以及數(shù)據(jù)獲取。

不過(guò)需要說(shuō)明的是，陀螺儀信息的獲取并非那么容易，這里所說(shuō)的 74% 的識(shí)別率建立在數(shù)百次破解程序訓(xùn)練之上。

當(dāng)然，關(guān)于通過(guò)手機(jī)加速度計(jì)來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音竊聽(tīng)的研究，也在一定程度上需要依賴研究中所提出的深度學(xué)習(xí)模型，這本身是一件技術(shù)門檻很高的事情——畢竟，犯罪分子在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中要想實(shí)施這樣的竊聽(tīng)，也有極高的難度。

盡管如此，在我們看來(lái)，諸多關(guān)于智能手機(jī)安全研究依舊充分說(shuō)明了智能手機(jī)在保護(hù)個(gè)人信息安全層面的脆弱性；即使是看似與個(gè)人隱私無(wú)關(guān)的傳感器層面，也潛藏著許多容易被人忽略的的安全漏洞。

正如任奎教授所言，這一新攻擊路徑與技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，可以讓更多人關(guān)注移動(dòng)端傳感器安全，研究排查軟硬件兩方面的手機(jī)安全漏洞，減少信息泄露所導(dǎo)致的國(guó)家安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。

畢竟，在個(gè)人信息安全方面，再怎么小心都不為過(guò)。

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