Un gruppo di ricercatori accademici delle Università del Michigan e dell’Electro-Communications di Tokyo di recente ha pubblicato, in un rapporto, la scoperta che gli assistenti vocali più diffusi in commercio possono essere ingannati e pertanto essere potenzialmente comandati a distanza tramite un fascio di luce laser. Questo perchè i microfoni di tipo MEMS in essi integrati reagiscono oltre che al suono anche alla luce puntata loro direttamente: una modulazione di ampiezza dell’intensità di un fascio di luce, per il tramite di un segnale elettrico può generare sul microfono una trasduzione analoga a quella prodotta da un onda sonora.
Ecco alcuni concetti alla base della ricerca che non la rendono per nulla una pura fantasia: la fotoacustica, i microfoni a condensatore, la modulazione di ampiezza (AM).
Per maggiori dettagli sul dimensionamento del sistema, le scelte e le osservazioni tecniche è possibile scaricare l’interessante Report dal sito allestito dal Team di Ricerca
La Fotoacustica. La fotoacustica è una branca della fisica che studia come interagisce la luce con le onde di pressione acustica. Lo studio condotto già a partire dalla fine del XIX secolo portò A.G. Bell a realizzare un dispositivo costituito da uno specchio vibrante per modulare la luce solare e da una cella di selenio per convertire il segnale modulato in uno elettrico. Nel tempo però questa tecnica che richiedeva una linea di trasmissione diretta tra sorgente e ricevente fu superata dall’adozione delle comunicazioni radio e dalle successive tecniche di comunicazione digitale, che risultarono più versatili. L’effetto fotoacustico comunque oggi trova largo impiego in diverse applicazioni mediche.
Microfoni a condensatore. Un microfono MEMS based è di fatto un microfono a condensatore in cui un’armatura è fissa e l’altra è costituita da una membrana (diaframma). Ogni variazione della distanza fra queste due armature dovuta alla vibrazione della membrana colpita da un’onda di pressione provoca una variazione della capacità del condensatore che viene trasdotta (tramite un circuito integrato ASIC) in una variazione di tensione. La tecnologia MEMS presenta delle caratteristiche di alta sensibilità e consente di prelevare suoni anche in ambienti rumorosi.
La modulazione di ampiezza (AM). La modulazione di ampiezza è una tecnica di comunicazione secondo la quale l’ampiezza di un segnale portante viene fatta variare in modo proporzionale all’ampiezza del corrispondente segnale modulante. Il valore istantaneo del segnale modulato può essere pertanto rappresentato attraverso la seguente funzione: y(t)= A + B sen(2 π f t) dove
A è l’ampiezza della portante in assenza di modulazione
B sen(2 π f t) è il valore istantaneo del segnale modulante
y(t) è il valore istantaneo dell’ampiezza del segnale modulato
nell’esperimento in oggetto, spiegano i ricercatori, il segnale portante è una corrente laser e il segnale modulante una corrente elettrica (il segnale audio) secondo la seguente equazione:
It = Idc + Ipp sen(2 π f t) dove
Idc è la corrente di polarizzazione laser (ampiezza della portante in assenza di modulazione)
Ipp sen(2 π f t) è il valore picco-picco del segnale elettrico con frequenza f (valore istantaneo del segnale modulante)
It è la corrente del diodo laser (valore istantaneo dell’ampiezza del segnale modulato)
Sulla base di questa equazione i ricercatori hanno implementato un sistema per codificare il segnale analogico (segnale audio) attraverso la modulazione di ampiezza dell’intensità di un fascio laser.
Ecco un diagramma a blocchi del sistema di attacco base.
I componenti necessari per l’implementazione del sistema hanno dei costi relativamente bassi e risultano facilmente reperibili sugli store online.
Gli scenari d’attacco
I ricercatori hanno messo a punto alcuni scenari video-documentati. Con diversi esperimenti atti a verificarne la fattibilità anche a distanza, hanno dimostrato una possibilità di attacco sia attraverso una finestra di vetro distante circa 70 metri che in un ambiente di test lungo un corridoio di 110 metri di lunghezza.
E’ stato appurato che per garantire una buona focalizzazione del raggio laser convenga scegliere un diodo laser blu (λ=450 nm) piuttosto che uno rosso (λ=638 nm), perché una lunghezza d’onda minore consente una migliore messa a fuoco tramite l’impiego di un teleobiettivo.
Le possibili contromisure
La cosa che più preoccupa è che qualora si riuscisse ad acquisire il controllo non autorizzato di un assistente vocale, questo a sua volta potrebbe essere sfruttato come testa di ponte per violare e comandare altri sistemi ad esso connessi: serrature, interruttori o basculanti intelligenti solo per citarne alcuni.
Anche se finora non risulta comunque alcuna prova che questo attacco sia stato effettivamente messo in atto, è sempre utile evidenziare le accortezze, consigliate dagli stessi ricercatori, che andrebbero adottate.
Il fascio di luce laser potrebbe produrre qualche riflesso sul dispositivo. Questo potrebbe essere interpretato dall’utente come un campanello d’allarme.
Gli sviluppatori ed i produttori di sistemi di controllo vocali per migliorare gli standard di sicurezza dei loro dispositivi potrebbero:
Prevedere una domanda random di consenso prima dell’esecuzione di ogni comando vocale.
Prevedere un’acquisizione audio da più sorgenti microfoniche. Un fascio laser, infatti, essendo unidirezionale può colpire solo un singolo microfono.
Proteggere, con una lente polarizzata, il microfono integrato sui dispositivi, per smorzare il flusso di luce eventualmente trasmesso e diretto sul diaframma.
