手机窃听新手段！通过加速度计窃听，借超声波劫持语音助手

手机窃听新手段！通过加速度计窃听，借超声波劫持语音助手

手机已经成为我们生活中离不开或摆脱的必需品。 我们每天都使用手机进行社交、玩游戏、阅读，甚至理财。 当我们从外界获取信息的同时，我们也将自己暴露在“公众视野”之下。 毫无疑问，我们的个人隐私已经基本被“剥夺殆尽”。

近年来，虽然人们越来越注重个人隐私的保护，但也知道如何避免隐私泄露问题，比如通过控制手机上的录音、定位、拍照等权限来避免个人隐私泄露，被外人利用。

但事实上，一项新的研究表明这种方法行不通。

近日，在国际信息安全界顶级会议网络与分布式系统安全会议（NDSS 2020）上，浙江大学网络空间安全学院任奎团队与麦吉尔大学、英国大学团队联合研究加拿大多伦多发现，智能手机软件可以利用手机内置的加速计（俗称“加速计”）在用户不知情且未经系统授权的情况下窃听用户的语音通话。 成功率可高达90%。 此外，这种窃听方式目前并不违反监管规定。

我们先来了解一下什么是加速度计。 加速度计是当前智能手​​机中非常常见的传感器，可以测量加速度。 它测量手机 X 轴（左右）、Y 轴（上下）和 Z 轴（前后）三个方向的传感。 在人们的普遍理解中，加速度计仅用于计步、测速、手机姿态测量等与手机运动相关的数据采集过程。 它们似乎与电话、短信和地址簿等敏感信息没有任何实际联系。 ，因此从智能手机收集加速度信息时不需要获得用户授权。

图| 加速度计的结构

但正是这个不起眼的东西，可能让我们再次陷入隐私泄露危机。

研究发现，由于加速度计和扬声器都配置在手机主板上，并且彼此距离非常近，因此语音通话产生的任何振动都会传输到加速度计。 这些语音信号产生的振动会被加速度计接收并生成相应的数据，犯罪分子可以利用深度学习算法从中解读关键信息，甚至更好的将其还原为扬声器实际播放的声音信号。

图| 基于加速度计的智能手机窃听、语音识别和语音重构工作流程

研究团队成员、浙江大学网络空间安全学院院长任奎在接受南都记者采访时表示，“无论手机开机还是关机，一方发出的人声首先会转换成电信号并通过网络传输给对方。 然后通过扬声器发出，引起主板振动，而加速度计可以感知到这种振动。”因此，只要在一些智能手机应用程序中添加调用加速度计的命令，并伪装在应用商店中，不法分子就可以可以轻松收集用户的语音信息进行后续犯罪。

研究发现，通过深度学习算法，攻击者可以很好地识别智能手机播放的数字、字母和敏感文字信息，准确率接近90%。 即使在嘈杂的环境下，准确率也能达到80%。

图| 基于噪声加速度信号的识别模型的性能（SNR是信噪比）

“从犯罪分子的角度来看，他的目标并不是100%还原人声。只要里面的敏感信息能够被攻击者提取出来，就足以产生潜在的利益。可以说是没有成本的。”攻击者监控用户。”任奎说。

另外，虽然目前的语音重建模型由于加速度计采样率的限制只能重建1500 Hz以下的音频数据，但重建的音频已经包含了成人语音中的所有元音信息，足以利用加速度计采集到的振动信号恢复为原始音频信号。

“可以说，我们的研究成果是迄今为止发表的论文中唯一可行的基于精确语音识别和加速度计数据重建的、利用深度学习算法在现实场景中可行的窃听攻击技术。”任奎说。

除了移动传感器之外，Siri、小爱同学等语音助手也被犯罪分子用作犯罪工具。

最近，NDSS 上也发表的一项研究将人们的注意力集中到了语音助手上。 来自密歇根大学、中国科学院、内布拉斯加大学林肯分校和华盛顿大学的安全研究人员发现，犯罪分子可以利用超声波在许多固体表面传播来激活语音识别系统，并使语音助手能够在该人不知情的情况下进行操作。 给陌生人打电话、拍照或阅读短信。

图片| 语音助手及涉及手机型号

超声波的频率高于人类能听到的音频范围。 由于人类听不到超声波，因此这种攻击非常隐蔽。

华盛顿大学麦凯尔维工程学院助理教授张宁团队的研究人员可以坐在手机主人旁边的桌子旁，悄悄地向他或她的手机发送“语音”命令。 通过添加放置在隐蔽位置的麦克风，您可以与手机通信并远程控制它。

视频｜新攻击：利用超声波控制语音助手

“我们希望提高人们对这一威胁的认识，”张宁说。 “我希望公众知道这一点。”

可见，手机安全问题比我们想象的要严重得多。 我们需要高度重视，有针对性地增加这方面的知识。 正如任奎所言，需要更多的人关注手机安全问题，研究调查手机软件和硬件上的安全漏洞，以减少信息泄露造成的国家安全和社会经济损失。