計算機科學家使用音樂秘密地跟蹤身體運動和活動

隨著智能手機，平板電腦，智能電視和其他智能設備在我們的生活中變得越來越普遍，計算機科學家們擔心這些網(wǎng)絡設備如果沒有得到妥善保護，可能會被用來竊取數(shù)據(jù)或侵犯用戶隱私。

現(xiàn)在，華盛頓大學的研究人員已經(jīng)證明了如何將智能設備轉變?yōu)楸O(jiān)控工具，該工具可以收集有關用戶身體位置和運動的信息，以及設備附近的其他人。他們的方法涉及遠程劫持智能設備以播放嵌入了重復脈沖的音樂，這些脈沖跟蹤人的位置，身體運動以及設備附近和墻壁上的活動。

來自威斯康星大學Paul G. Allen計算機科學與工程學院的團隊展示了如何使用CovertBand收集有關個人活動的詳細數(shù)據(jù)，CovertBand是他們創(chuàng)建的軟件代碼，用于將智能設備轉變?yōu)橹鲃勇暭{系統(tǒng)。正如研究人員將在9月的Ubicomp 2017會議上報告的那樣，CovertBand可以在智能設備中使用內置麥克風和揚聲器，并且可以遠程控制。

“據(jù)我們所知，這是有史以來第一次有人證明可以將智能手機和智能電視等智能商品設備轉換為使用音樂的主動式聲納系統(tǒng)，”資深作者Shyam Gollakota說，他是計算機科學的副教授和工程。“CovertBand可以收集的物理信息 - 甚至通過墻壁 - 足夠詳細，讓攻擊者知道用戶在做什么，以及附近的其他人。”

CovertBand利用主動聲納的原理來收集這些信息。主動聲納系統(tǒng)，例如在潛艇上，通過發(fā)出聲脈沖來確定物體的位置。那些聲波在其路徑中的物體上反彈，并且接收器可以拾取偏轉的波以確定物體的位置，距離和形狀。

通過智能手機或其他設備的揚聲器，CovertBand發(fā)出18至20 kHz范圍內的重復聲波脈沖。就像潛艇上的聲納一樣，這些聲波在遇到路徑中的物體時會被反射。CovertBand使用該設備的內置麥克風作為接收器來拾取這些反射聲波。然后，智能設備將此信息傳輸給攻擊者，攻擊者可能在幾英尺遠或全球中途。

“今天的大多數(shù)智能設備，包括智能電視，Google Home，Amazon Echo和智能手機都配有內置麥克風和揚聲器系統(tǒng) - 讓我們可以使用它們播放音樂，錄制視頻和音頻曲目，進行電話交談或參與視頻會議， “聯(lián)合主要作者Rajalakshmi Nandakumar說，他是計算機科學與工程的華盛頓大學博士生。“但這也意味著這些設備具有適當?shù)幕窘M件，使它們容易受到這種攻擊。”

“其他監(jiān)控方法需要專門的硬件，從'經(jīng)典'隱藏式攝像機到必須放置在隔壁房間墻壁上的類似超聲波的設備，”聯(lián)合主要作者Alex Takakuwa說，他是計算機科學的威斯康星大學博士生工程。“CovertBand第一次表明，除了智能設備已經(jīng)擁有的硬件之外，沒有任何硬件可以實現(xiàn)穿越屏障監(jiān)控。”

該團隊使用連接便攜式揚聲器或標準平板電視的智能手機測試了CovertBand的有效性。在這兩種情況下，CovertBand的數(shù)據(jù)都可用于解釋重復動作，如手臂抽吸，行走或骨盆傾斜，距離智能手機最遠6米，位置誤差僅為8到18厘米。研究人員還發(fā)現(xiàn)，使用便攜式揚聲器，CovertBand的脈沖可以通過薄的內壁傳輸 - 盡管范圍下降到2到3米。

目前，CovertBand可以自動識別和推斷重復動作。更詳細的推論需要手動分析數(shù)據(jù)或其他工具。

“我們最初的目標是證明使用被動聲學有可能使用CovertBand收集基本但仍然高度敏感的信息，”Gollakota說。“但是如果你有足夠的CovertBand數(shù)據(jù)，你可以通過機器學習算法運行它，以幫助分類更多的動作，以便更快地識別。”

Nandakumar表示，CovertBand采用的18至20 kHz重復脈沖處于許多人可以準確聽到的低頻范圍內，盡管兒童，年輕人甚至寵物都可能聽得很清楚。但是為了增加監(jiān)視和通過墻壁工作的范圍，作者增加了這些重復脈沖的音量，使它們聽得見。為了掩蓋聲音，他們通過播放歌曲或其他音頻片段來“覆蓋”Covertband的脈沖。有些歌曲比其他歌曲效果更好 - 特別是具有重復，打擊樂節(jié)拍的樂曲。當他們在20首流行歌曲中播放CovertBand脈沖時 - 包括Lenny Kravitz的“美國女人”和邁克爾杰克遜的“Bad” - 歌手可以在58%的時間內識別出該歌曲的“黑客”版本，

“由于Covertband可以通過墻壁監(jiān)視，任何人都可以在他們的智能設備上播放音樂，通過墻壁跟蹤人們，”Takakuwa說。“這是令人擔憂的，因為如果鄰居正在播放音樂，它可能是一種良性行為或監(jiān)視行為，以確定是否有人在相鄰的公寓，跟蹤他們的行動或推斷他們的活動。”

研究人員表示，對房間進行隔音可防止墻壁受到攻擊。在相同的18至20 kHz頻率范圍內發(fā)出干擾信號還可以防止下一個房間內被黑客攻擊的設備或攻擊者收集信息。但目前，對大多數(shù)人來說，這些也是不切實際的防御措施。例如，隔音房間沒有窗戶，一旦發(fā)現(xiàn)攻擊，就必須發(fā)送干擾信號。另一個潛在的 - 雖然部分防御可能是允許用戶停用其智能設備上的揚聲器或麥克風。但這樣的舉動將違背其中一些設備的行業(yè)趨勢。

“在許多情況下，當設備打開時，它的揚聲器和麥克風也會打開，”Nandakumar說。

該團隊希望了解可能的內容將有助于提高對隱私危害的認識，并促使科學家們制定切實可行的對策。

華盛頓大學計算機科學與工程系教授，共同作者Tadayoshi Kohno表示：“我們總是希望在試圖收集用戶信息的攻擊者中領先一步。” “我們正在提供關于什么是可能的以及普通公眾可能不了解的能力的教育，以便人們能夠意識到并且可以建立防御措施。”