dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Для наблюдения за ядерными испытаниями, кроме оборудования, установленного на спутниках GPS, используют и различные другие сети сенсоров. Например, станции мониторинга инфразвуковых колебаний. Один из детекторов инфразвука показан на фото ниже.

В центре – блок, содержащий барометр (точнее – микробарометр, возможно, несколько микробарометров). Вокруг измерительного блока – приёмники давления, состоящие из множества веток (трубок), объединённых в группы. Большое количество веток позволяет уменьшить влияние шумов: акустические сигналы от веток каждой группы суммируются механически, до измерения микробарометром.

(Фото: CTBTO; описание сети инфразвукового мониторинга есть на сайте этой организации.)

Есть весьма старая история про британские “детекторы телевизоров” – специальные сканеры, обнаруживающие телевизионные приёмники, установленные в домах жителей Великобритании (это нужно для начисления особого налога). В комментариях подсказали, что часть британцев считает эти “детекторы”, используемые телекомпанией BBC, бутафорией, призванной напугать неплательщиков.

Что тут можно сказать? В принципе, кто их там знает – может, бутафория. Но, например, в 50-х годах прошлого века обнаружить работающий в доме телевизионный приёмник не составляло особой технической проблемы: электроники было крайне мало, а эфир не был насыщен помехами, характерными для работы компонент телевизора. Последний, между тем, излучает вполне себе узнаваемые синхронные помехи – это известно едва ли не всякому радиолюбителю со стажем. Что касается обнаружения выключенного телевизора: внутри классического приёмника телевизионного сигнала (из пятидесятых-семидесятых годов прошлого века) находилось огромное число “нелинейных” элементов, будь то разные катушки-трансформаторы или детали кинескопа. При “подсвете” выключенного приёмника изменяющимся электромагнитным излучением подходящей частоты – эти элементы выдавали бы в эфир характерный сигнал, который можно принимать “детектором телевизоров”. Насколько допустимо светить в дома граждан лучом ЭМИ? Это, как известно, вопрос дискуссионный.

После массового распространения цифровой техники, в связи с насыщением окружающего пространства множеством разнообразных электронных устройств, работа подобного детектора, очевидно, стала сложнее. Но каких-то физических запретов на детектирование телевизоров – всё равно нет. Работающий современный телевизор всё равно выдаёт в эфир специфическую помеху, хотя принять её стало сильно сложнее, так как теперь она спряталась среди прочих сигналов. (Не исключён, кстати, продвинутый вариант, при котором детектор использует в качестве опорного сигнал телепередатчика, но это тоже детали.) Зато выключенных телевизоров сейчас стало сильно меньше: обычно они находятся в режиме ожидания, всё равно излучая помеху в эфир. Обесточенный телевизор, как и раньше, можно обнаружить по вынужденным излучениям, если подсветить его снаружи. Благодаря тому, что приёмники (со стороны детектора) сейчас гораздо более чувствительные, энергия для подсвета потребуется минимальная.

В общем, технически, телевизионные приёмники обнаруживать можно и сейчас, а уж несколько десятков лет назад – это совсем не составляло проблемы. Следят ли за ними подобным образом в действительности? Для анализа технической возможности – ответ на этот вопрос не так уж и важен.

Известно, что параметры бытового электропитания, например, 220 вольт и 50 герц, в реальности далеки от стабильности: в линиях всегда присутствует шум разнообразной природы. Этот шум можно записывать, если подключить к проводам подходящую аппаратуру. Понятно, что ряд характеристик шума будет общим для той или иной большой группы потребителей. Более того, параметры шума будут уникальными для выбранного интервала времени.

Казалось бы, зачем нужен подобный архив, в котором хранятся записи шумов сетей электроснабжения? Одно из интересных применений состоит в датировке аналоговых (да и цифровых тоже, надо сказать) аудиозаписей. Механизм тут такой: шум электропитания оставляет следы в записи, эти следы можно выделить, сопоставить характеристики с архивными данными, и сказать, когда могла быть выполнена предоставленная запись. Такая методика иногда используется в рамках судебной экспертизы. Естественно, датировать так можно не только аудиозаписи.

Схема не самая совершенная, обладает плавающей точностью, требует не только наличия “архива шумов” со шкалой времени, но и определённых условий работы аппаратуры, на которой проводилась запись, а также совместимости сети электропитания. Но это не отменяет технологического изящества решения.

(Вот одна из работ по данной теме.)

Некоторое время назад было опубликовано исследование, в рамках которого секретный ключ RSA считывали при помощи анализа звука, издаваемого работающим ноутбуком. Недавно эти же исследователи опубликовали новую работу. Теперь для извлечения ключа используют другой, более очевидный, канал утечки – электромагнитный. При этом все варианты канала разобраны в деталях, в том числе, потенциал с корпуса считывали при помощи “касания рукой”. Описание и ссылка на детальный текст – есть на специальной странице.

Естественно, всё это давно известные в теории явления и методы, но подобных практических демонстраций для массового вычислительного оборудования сильно не хватало. Ну, как минимум, в открытом доступе. Каналы утечек ключей из автоматического шифровального оборудования, – например, по линиям электропитания, – хорошо известны, наверное, с 60-х годов, или даже раньше. Столь же давно используются побочные излучения. Классический пример: “помехи”, транслируемые в эфир электромагнитными реле, используемыми в шифровальной машине.

Защитой, кстати, является не только модификация ПО, но и оснащение “защищённого” ноутбука подходящим генератором шума, который будет “прятать” сигнал утечки. Точно так же много лет защищают оборудование от утечек через электросеть и через побочные ЭМ-излучения.

Пишут, что исследователи из Стэнфордского университета научились использовать гироскоп, встроенный в смартфон, для считывания акустических вибраций. Естественно, такие вибрации создаёт речь.

То есть, превращённый в потенциальный “виброметр” смартфон мог бы подслушивать разговоры. Правда, есть большие сомнения в практической реализуемости метода, в статье по ссылке об этом тоже сказано. Дело в том, что, во-первых, частотного разрешения в 200 Гц (заявленная частота считывания показателей с гироскопа) явно недостаточно для распознавания речи; а во-вторых – энергия колебаний слишком мала, чтобы механика гироскопа, с её невысокой точностью, преобразовывала колебания в сигнал без критических потерь. Но идея, конечно, знатная.

Кстати, в случае с максимальной частотой дискретизации в 200 Гц нужно ещё учитывать тот факт, что электрические сигналы с гироскопа для точного считывания должны накапливаться, преобразовываться в цифровую форму, подвергаться фильтрации. Так что на какие-то полезные сигналы “прослушивания” в случае типичного смартфона рассчитывать не приходится, даже после продвинутой математической обработки, проводимой центральным процессором смартфона.

Пишут, что специальные хакеры (указывают на китайских) в 2011-2012 годах проникли во внутренние сети крупных израильских оружейных компаний и хозяйничали там несколько месяцев, утаскивая, как минимум, важную документацию. Наличие удалённого хакерского доступа в корпоративную сеть, которая наверняка пересекается с сетью разработчиков систем вооружений, наводит на мысли о внедрении закладок в бортовое программное обеспечение, например в ПО головки самонаведения ракеты, или в вычислительные системы командного пункта зенитно-ракетного комплекса. Возможно ли такое?

Прежде всего нужно отметить, что практика подтверждает: air gap (то есть физическая изоляция сетей разного уровня защиты) – это, по большей части, миф. В том числе, для компаний, у которых информационная безопасность формирует основу бизнеса. Что уж говорить о разработчиках систем наведения ракет или РЛС комплексов ПВО. К сожалению, оптимизация использования вычислительных ресурсов сплошь и рядом приводит к тому, что один и тот же компьютер сперва используется инженером для работы с электронной почтой, а потом успешно перемещается “на стенд” – то есть в состав инструментальной системы, где ведётся разработка программного кода для той самой ракеты или радиолокационной станции. Исключения тут редки.

Если атакующие специалисты успешно проникли и с некоторым комфортом устроились в корпоративной сети, где проработали несколько месяцев, оставаясь незамеченными, то вряд ли можно ожидать от ИТ-службы пострадавшей компании каких-то мер, изолирующих, например, компьютеры разработчиков системного ПО от внешних воздействий. Так что удалённое проникновение на рабочее место, с которого раздаётся новый программный код для изделий, выглядит вполне реальным.

Основная проблема будет не с получением доступа, а с тем, как сконструировать закладку и успешно отправить её в серийное изделие. Причём первая проблема – самая проблемная: действительно, для того, чтобы закладку спроектировать, нужно очень хорошо знать, как работает то изделие, в которое закладка встраивается. Иначе толку от закладки не будет. И тут мало получить документацию. Для новых разработок документация, обычно, вообще бесполезна. Нужно построить свой стенд, свой экземпляр бортовой электроники, и уже на их базе разработать и отладить закладку. Это очень сложно. Однако для специалистов, имеющих государственную поддержку, не выглядит столь уж нереальным.

Программная закладка может внедряться одним из традиционных способов, например через модификацию компилятора (или ассемблера), которые использует разработчик. Можно внедрить дополнительный код непосредственно в готовые бинарные модули, которые загружаются в бортовую вычислительную машину. Можно не внедрять дополнительный код, а лишь модифицировать имеющийся. Как ни странно, но вполне вероятно, что единственным препятствием на пути закладки в серию может оказаться процедура тестирования, которая выявит некие сбои (а это означает, что закладка была плохо отлажена). Каких-то мер по доказательству отсутствия “лишних функций” разработчики встраиваемых систем, скорее всего, не применяют. Причина для этого чисто экономическая: до недавнего времени угроза проникновения посторонних на корпоративные компьютеры вообще считалась фантастической выдумкой, а уж предположить, что на проверку кода, идущего в серийное изделие, нужно потратить дополнительно несколько человеко-месяцев дорогостоящих специалистов-аудиторов – ну это уже за гранью даже фантастики. Да и где вы найдёте аудиторов кода для редких бортовых вычислительных машин?

Так что ждём следующего шага – “внезапного” обнаружения странностей в поведении систем управления ракет, да и не только их: хорошо проработанный в литературе и кинематографе сценарий с захватом спутников тоже может оказаться отнюдь не фантастическим.

Пишут, что исследователям удалось добиться практической идентификации конкретных экземпляров смартфонов по отпечаткам работы их акселерометров. Надо сказать, что идея довольно очевидная: всякое электронное устройство обладает тем или иным уникальным отпечатком, который, теоретически, можно вычислить. В случае со смартфоном, не очень понятно, что даёт очередной внутренний аппаратный идентификатор – приложение, запущенное на смартфоне, и так имеет разнообразные возможности по идентификации этого конкретного устройства. (Впрочем, в тексте по ссылке упоминается ещё один сценарий использования данных акселерометра – определение того, чем в данный момент занят человек – носитель смартфона.)

Понятно, что подобных инструментов идентификации будет теперь появляться всё больше. Наибольший интерес представляют те из них, которые доступны для удалённого анализа. Удобно, кстати, что dxdt.ru работает уже некоторое время: можно очередной раз сослаться на старую записку – так, про идентификацию электронных устройств по отпечаткам я писал около шести лет назад. Что ж, теория потихоньку переходит в практику.

Смартфоны, которые находятся в распоряжении у граждан, это хорошая основа для создания децентрализованных сетей связи, сетей обмена сообщениями. Я писал о таких mesh-сетях раньше и не раз. Самый доступный вариант создания подобной сети – специальное приложение, исполняемое смартфоном. А самый простой вариант сети – сеть, ретранслирующая текстовые (возможно, гипертекстовые) сообщения так, что в итоге они доступны всем участникам сети. Распространение сообщений может идти достаточно медленно, скажем, от минут до нескольких часов (полезна и функция отложенной передачи, когда долгое время отсутствовавший в сети узел может получить сообщения, накопившиеся за несколько суток).

Протокол обмена сообщениями должен быть независимым от транспорта передачи данных. Тогда для обмена данными годятся любые доступные смартфону средства коммуникации. Если есть доступ к Интернету, то данные передаются через глобальную Сеть. Есть только локальный WiFi – данные передаются через него. Есть только GSM – передача происходит через SMS (MMS). Совсем плохо со связью – узлы, находящиеся в непосредственной близости, синхронизируются через Bluetooth. Одна из непростых задач состоит в том, чтобы успешно реализовать анонсирование разнообразных адресов (для разных коммуникационных транспортов) новых узлов. Но эта задача решаема (подобные протоколы уже разработаны). И, конечно, из-за наличия GSM в сети будут проблемы с анонимностью, но это отдельная проблема. А вот скрыть сам трафик сети, так, чтобы он не обнаруживался и не блокировался системами DPI, проще.

Как бороться с такой сетью? Самый очевидный вариант: блокировать сервис, раздающий приложения (например, Google Play Market или Apple App Store). Однако пользователи могут начать обмениваться кодом приложения между собой, хоть это и потребует дополнительных усилий. В общем, как и другие децентрализованные решения, основанные на современных доступных коммуникационных устройствах, сеть получается очень устойчивой и живучей (хоть и заведомо медлительной).

Насколько маленьким может быть действующий радиопередатчик, пригодный для обмена данными на разумной скорости? В современной прикладной науке есть направление, которое называется “наноэлектромеханические системы” (или, в англоязычном варианте, – nanoelectromechanical systems, NEMS). Сейчас там научились делать, на основе графена, компоненты радиопередающих систем, размеры которых измеряются микрометрами. Причём, передача модулированного радиосигнала, с использованием графеновых элементов, уже продемонстрирована на практике (пример).

Такой радиопередающий тракт можно целиком упрятать в микроэлектронный чип, при желании замаскировав под какой-то другой элемент. А лучше использовать несколько трактов, каждый из которых оптимизирован под свой диапазон частот. Это позволит увеличить пропускную способность. Естественно, потребуется та или иная антенна, но это дело наживное, особенно, если такой чип устанавливается, скажем, в компьютер, где немало металлических контуров.

Если к подобному скрытому радиопередатчику добавлена логика, формирующая защищённый от перехвата шумоподобный сигнал, то получается замечательный канал утечки, позволяющий получать данные с физически изолированных от внешних сетей компьютеров. Обнаружить такую дополнительную нагрузку, встроенную в ту или иную микросхему, – задача нетривиальная. Тем более, если принять специальные меры к сокрытию, например, изменяя свойства управляющих элементов внутри партии идентичных по топологии чипов.

Занимательная атака описана в работе Daniel Genkin, Adi Shamir и Eran Tromer – они раскрывают секретные ключи RSA (для конкретных программных реализаций алгоритма), анализируя утечку по акустическому каналу. То есть, прослушивая с некоторого расстояния (до нескольких метров) работающий компьютер, примерно за час восстанавливают побитно секретный ключ. Правда, для этого требуется, чтобы компьютер (ноутбук) расшифровывал выбранные атакующим шифротексты (стандартное направление атаки).

Нельзя сказать, чтобы связанные с работой электронного оборудования утечки по акустическим каналам являлись новинкой, но это конкретное применение к RSA выглядит весьма изящно. Отмечу, что помещения, где проводится компьютерная обработка секретной информации, стандартно защищаются и от акустических утечек. Конечно, это не отменяет того очевидного факта, что RSA постоянно используют без всякой подобной защиты.

Несколько лет назад я писал о том, как может быть организована система, вычисляющая пользователей “анонимизированных” мобильных телефонов, а также обнаруживающая людей, которые передвигаются группой (по той или иной причине). По традиции – кто бы сомневался: NSA действует именно так. На сайте The Washington Post даже нарисовали неплохую инфографику, поясняющую технические детали. Соответствующая статья рассказывает о масштабах сбора данных, согласно очередным “документам от Сноудена”.

Отмечу, что собирать данные о перемещениях телефонов можно не только из сетей операторов, но и из эфира, так как идентификаторы аппаратов доступны в открытом виде, только обрабатывать их гораздо сложнее. То есть, следить можно и за абонентами на территории другой страны, используя те или иные точки присутствия. Кроме того, данные о перемещениях телефонного аппарата, если их связать с другими базами, позволяют идентифицировать абонентов.