來自阿里巴巴集團安全部創(chuàng)新技術研究團隊的安全技術研究者王康和王正博，發(fā)布了他們的創(chuàng)新項目“超聲波如何干擾物聯網設備（IoT）”，提出只需一段27kHz左右頻率的超聲波，就能改變這類物聯網設備的正常運行。以平衡車和虛擬現實設備為例，若對超聲波參數加以細致調節(jié)，不僅可操控平衡車的行動軌跡和改變VR、AR設備的動態(tài)畫面，甚至會給這些設備用戶帶來人身傷害的風險。
據了解，二人目前主要從事安全前沿研究，長期關注物聯網設備和AI等領域安全問題研究，因此，對本次超聲波干擾物聯網設備這一漏洞的發(fā)現也絕非偶然。7月28日，二人在阿拉斯加的全球頂級安全會議黑帽大會上發(fā)表演講，并向相關設備生產廠商提出警示和給予設防建議。
英國薩里大學計算機系教授艾倫·伍德沃德曾表示，改變器件的諧振頻率，引起各種損害甚至攻擊是很有可能的。而由于設備系統的高度敏感，超聲波干擾更可能會成為一個現實的攻擊手段。
超聲波對虛擬現實設備、平衡車的干擾
通過大量實驗測試，王康和王正博發(fā)現27kHz左右的共振超聲波頻率，可對VR設備產生不同的影響。例如，畫面抖動、旋轉，甚至會出現畫面靜止并停止工作的情況。這種干擾易導致用戶出現眩暈、惡心，甚至是摔倒，極大有損用戶體驗。
平衡車，資料圖
如果超聲波對AR和VR的干擾，還只是停留在畫面旋轉、跳動影響，那么對平衡車的干擾，則可直接帶來用戶的生命安全風險。二人經實驗測試發(fā)現，多款市面常見的平衡車都會因超聲波干擾而失去平衡。例如，保持在平衡靜止狀態(tài)中的平衡車，會因超聲波干擾，而自主向前運動以尋找平衡點，而結果往往卻是最終失去平衡。不同平衡車受干擾的程度也不同，有些甚至會直接發(fā)生翻倒，而這對使用者來說無疑是關乎生命安全的一件事。
超聲波如何影響物聯網設備中的MEMS器件
王康和王正博表示，無論是AR、VR，還是iPhone手機、平衡車、無人機甚至無人駕駛汽車、家用汽車等物聯網設備，實際上都有被超聲波干擾的可能，原因就在于這些物聯網設備都有安裝MEMS傳感器器件。
基于MEMS（微電子機械系統）傳感器的虛擬現實系統，其中的加速度傳感器和陀螺儀，負責提供數據，并幫助判斷用戶應在虛擬世界里的傾斜方向和速度。而超聲波正是通過干擾MEMS器件中的陀螺儀和加速度傳感器兩個元件，從而干擾甚至控制設備的運行。
MEMS陀螺儀和加速度傳感器，是市場上幾乎所有VR頭顯設備的標配。圖為測試超聲波發(fā)生設備，對VR設備運行的干擾情況。資料圖
當陀螺儀（Gyroscope）和重力加速度傳感器（Accelerometer）工作時，會分別輸出三個參數：GX、GY、GZ和AX、AY、AZ。超聲波干擾的正是這六個輸入設備系統儲存的變量參數，使其受迫振動，也稱為強迫振動，指振動系統在周期性的外力作用下，其所發(fā)生的振動。一旦超聲波達到變量參數的共振點，就會使設備的位置傳感信息產生錯亂。
比如，當受到超聲波干擾時。蘋果智能手機的水平儀可能會發(fā)生紊亂，導致相關功能受到影響或者失效；無人機一旦受到超聲波干擾，則可能發(fā)生墜毀；而家用汽車中的安全氣囊也，可能因為超聲波的干擾突然打開。
這不同于傳統意義上的軟件程序干擾，而是直接對設備物理器件的干擾。這類漏洞完善修復的成本也會更高，或許只能通過召回產品的方式進行防護修復。
一些建議：填補物理安全漏洞
王康和王正博介紹稱，汽車等大型設備的干擾實驗目前并沒有開展，但從理論原理來看，如果超聲波功率足夠強，也很有可能實現干擾。二人強調稱，物聯網設備廠商應加強對超聲波干擾問題的重視。他們建議從幾個維度對產品進行完善，以防止漏洞被人利用，造成用戶損失。
一方面，廠商研發(fā)產品時可對設備增加緩沖層，如增加一些覆蓋材料，讓外界聲音進入不了MEMS器件，減少超聲波干擾。
增加緩沖層或覆蓋材料，或許可以減少超聲對平衡車的干擾。資料圖
兩位研究者測試發(fā)現，超聲波能通過改變陀螺儀的共振狀態(tài)，來影響平衡車的平衡方向，但有著較為厚重的金屬外殼的平衡車能有效阻止低功率的信號，這種厚重的金屬外殼本是為了承載人的重量而做出的設計，卻在無意間給攻擊者增加了困難。而對外殼單薄的蘋果7手機而言，卻無法輕易免于干擾。這意味著在物理層面增加隔離材料，可對超聲波起到一定的防干擾作用。
另一方面，在設備上加裝降噪裝置，通過主動發(fā)射反向聲音，對進行干擾的超聲波抵消，實現主動防止干擾。王康和王正博表示，在這一方面，他們也將做出更多積極探索，進行更多的測試實驗。
當然，對于MENS傳感器廠家來說，超聲波干擾到MEMS元件，這件事廠家并不是不知道，因此MEMS廠家會把元件振動頻率控制在正常聲波之外。不過隨著物聯網設備越來越普及，他們認為有必要重視這個安全問題。而作為消費者，當我們在享受科技帶給我們令人著迷的體驗時，也要對其中可能存在的安全隱患，時刻保持高度警惕。
