Введение

Акустический криптоанализ — это тип атаки по сторонним каналам, использующий звуки, излучаемые компьютерами или другими устройствами. Современный акустический криптоанализ в основном сосредоточен на звуках, производимых компьютерными клавиатурами и внутренними компонентами компьютеров, однако исторически он также применялся к ударным принтерам и электромеханическим шифровальным машинам.

История

Виктор Маркетти и Джон Д. Маркс в конечном итоге добились рассекречивания акустических перехватов ЦРУ, фиксировавших звуки печати открытого текста с шифровальных машин. Технически, этот метод атаки стал возможен, когда аппаратное обеспечение для быстрого преобразования Фурье (FFT) стало достаточно дешевым для выполнения этой задачи – в период с конца 1960-х по середину 1970-х годов. Однако, с использованием других, более примитивных средств, подобные акустические атаки проводились уже в середине 1950-х годов. В своей книге "Шпион" бывший сотрудник МИ5 Питер Райт рассказывает об использовании акустической атаки против египетских шифровальных машин Хагелина в 1956 году. Эта атака получила кодовое название "ПОГЛОЩЕНИЕ".

Известные атаки

В 2004 году Дмитрий Асонов и Ракеш Агравал из Исследовательского центра IBM Almaden объявили, что компьютерные клавиатуры и клавиатуры, используемые в телефонах и банкоматах, уязвимы для атак, основанных на звуках, производимых различными клавишами. Их атака использовала нейронную сеть для распознавания нажатой клавиши. Анализируя записанные звуки, они смогли восстановить текст вводимых данных. Эти методы позволяют злоумышленнику, использующему скрытые устройства прослушивания, получить пароли, парольные фразы, персональные идентификационные номера (PIN) и другую информацию, вводимую через клавиатуру. В 2005 году группа исследователей из университета Беркли провела ряд практических экспериментов, демонстрирующих обоснованность подобной угрозы. Также в 2004 году Ади Шамир и Эран Тромер продемонстрировали, что может быть возможно проведение timing-атак против процессора, выполняющего криптографические операции, путем анализа вариаций в акустических эмиссиях. Анализируемыми эмиссиями были ультразвуковые шумы, исходящие от конденсаторов и индукторов на материнских платах компьютеров, а не электромагнитные излучения или слышимый гул охлаждающего вентилятора. Шамир и Тромер вместе с новым сотрудником Дэниелом Генкином и другими успешно осуществили атаку на ноутбук, работающий на версии GnuPG (реализация RSA), используя либо мобильный телефон, расположенный рядом с ноутбуком, либо микрофон лабораторного класса, расположенный на расстоянии до 4 м, и опубликовали свои экспериментальные результаты в декабре 2013 года. Акустические эмиссии возникают в катушках и конденсаторах из-за небольших движений при прохождении через них скачка тока. Конденсаторы, в частности, незначительно меняют диаметр, поскольку их многочисленные слои испытывают электростатическое притяжение/отталкивание или пьезоэлектрическое изменение размера. Катушка или конденсатор, излучающий акустический шум, будет, в свою очередь, также микрофонным, и высококлассная аудиоиндустрия предпринимает шаги по снижению этих микрофонных эффектов (помех), поскольку они могут исказить звук Hi-Fi усилителя. В марте 2015 года стало известно, что некоторые струйные принтеры с ультразвуковыми головками можно считать, используя высокочастотные MEMS-микрофоны для записи уникальных акустических сигналов от каждого сопла и применяя временную реконструкцию с известными печатными данными, то есть "конфиденциальными" в 12-м кеглее. Тепловые принтеры также можно считать с использованием аналогичных методов, но с меньшей точностью, поскольку сигналы от лопающихся пузырьков слабее. Взлом также включал в себя имплантацию микрофона, микросхемы хранения и передатчика с литий-ионным аккумулятором длительного срока службы в модифицированные картриджи, заменяющие оригинальные, отправленные по почте целевому объекту, обычно банку, а затем извлеченные из мусора с использованием RFID-чипа. Аналогичная работа по реконструкции отпечатков, сделанных на матричных принтерах, была опубликована в 2011 году. Новая техника акустического криптоанализа, разработанная исследовательской группой из Исследовательского центра кибербезопасности Университета Бен-Гуриона в Израиле, позволяет извлекать данные с помощью динамиков и наушников компьютера. Forbes опубликовал отчет, в котором говорится, что исследователи нашли способ видеть отображаемую информацию с помощью микрофона с точностью 96,5%. В 2016 году Генкин, Шамир и Тромер опубликовали еще одну статью, в которой описывалась атака на извлечение ключей, основанная на акустических эмиссиях от ноутбуков во время процесса дешифрования. Они продемонстрировали успешность своей атаки как с помощью простого мобильного телефона, так и с помощью более чувствительного микрофона.

Контрмеры

Этот тип криптоанализа можно нейтрализовать, генерируя звуки, находящиеся в том же спектре и имеющие ту же форму, что и нажатия клавиш. Случайное воспроизведение звуков реальных нажатий клавиш может полностью сорвать подобные атаки. Для обхода проблемы FFT-идентификации рекомендуется использовать как минимум 5 различных записанных вариантов (36 x 5 = 180 вариантов) для каждого нажатия клавиши. В качестве альтернативы, белый шум достаточной громкости (который может быть проще сгенерировать для воспроизведения) также скроет акустические сигналы отдельных нажатий клавиш.