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时钟信号驱动的电磁泄露:笔记本麦克风状态新检测法TickTock
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更新于2024-06-17
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"TickTock是一项创新的系统设计,旨在通过检测笔记本电脑中的电磁泄漏来监控麦克风的状态,从而保护用户的音频隐私。随着远程工作和在线交流的普及,对个人设备隐私的威胁日益严重,尤其是麦克风被恶意软件滥用用于窃听的可能性。针对这一问题,研究者们开发了TickTock,它利用时钟信号作为关键线索,因为麦克风在录音模式下才会接收时钟信号,这会导致与电路相连的连接器和电缆产生电磁辐射。 该系统的核心原理是电磁泄漏(EM)侧信道分析,即通过分析设备在不同状态下产生的电磁波变化来推断内部状态。TickTock设计了一个概念验证系统,通过专门的传感器捕获这些电磁信号,并通过算法解析,确定麦克风是否处于开启或关闭状态。实验结果显示,TickTock在30台流行的笔记本电脑上进行了广泛测试,其中成功检测出27台电脑的麦克风状态,且具有很高的阳性(正确识别录音)和阴性(正确识别静音)率。 这个项目的研究领域涵盖了硬件(传感器和执行器)以及安全和隐私保护的范畴,特别是针对旁道分析(通过非预期路径获取信息)和相应的对策。它对于提升个人设备的安全性,防止未授权监听,具有重要意义。研究者引用了2022年ACM SIGSAC计算机和通信安全会议(CCS'22)的论文,表明TickTock不仅是一种理论探索,而且已经实现了实际应用,为音频隐私保护提供了一种新的实用手段。 总结来说,TickTock利用时钟信号的电磁泄漏检测技术,为笔记本电脑用户提供了一种新型的、非侵入式的麦克风状态监控方式,有助于增强用户对音频隐私的控制,同时也为网络安全研究人员提供了对抗电子设备隐私攻击的新思路。"
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TickTock
:利用时钟信号的电磁泄漏检测笔记本电脑中的麦克风状态
CCS
2477
−
≈
× × ×
(
一
)
(
b
)
第
(
1
)
款
图3:
引导
场景联想随后在笔记本电脑上贴上了泄漏位置的标
签
麦克风
,和一个附带
的滴答
装置设置为检测麦克风时钟频率,
麦克风
。(b)描绘了一个众包场景,其中用户将
麦克风
连同
麦克风的图像
一起上传
到
滴答
的公共服务器。(c)描绘了用户
在本地执行自举的情形(d)描绘了一个部署场景,其中用户通
过将TickTock设备放置在贴纸的位置并通过将TickTock设备
设置为检测
麦克风来部署
TickTock
以检测麦克风开
/
关状态
。
引导场景。 TickTock需要一个
一次性的自举
ping
阶段
,以推断
每个器件型号的
麦克风时钟频率
、
麦克风
和
最大
EM
泄漏位置
。 我们提出了三个
sce-
narios
,我们设想不同的实体执行自举。
(1)
由制造商引导笔记
本电脑制造商,例如,
联想可以为他们的
产品执行引导阶段随后,如图
3
(
a
)所示,他们为每台
笔记本电
脑运送
-(a)附带的滴答装置,设置为检测麦克风(例如
,
2MHz
),以及
(
b
)放置在膝上型计算机上的贴纸
(例如,在右上角),以标
记
martemic
。
(2)
众包引导。
众包方法(见图
-
图
3
(
b
))是普通用户在一个
/
多个设备 上进行自举,并将检测到
的
自举
和自
举
上传到
TickTock
当用户部署TickTock
时,可以使用此信
息
。
(3)
用户级
Bootstrapping
。
TickTock
的引导由打算在他
/
她的笔记本电脑
上使用
TickTock
的用户进行(图
3
(
c
))。
部 署场景 。 为 了 使 用
TickTock(图3(d)),用户
利用自举信息,并
在
Tick-Tock
设
备上设置
mic
。随后,用户将
TickTock
设备放置在
图4:图(a)描述了数字MEMS麦克风的功能,该麦克风将
时钟信号作为输入,以消除电信号,图(b)描述了麦克风打
开与
关闭时
麦克风时钟频率的差异。
承载麦克风数据线可能靠近电磁干扰,如笔记本电脑数字万用
表对模拟信号进行采样,以离散
、高幅度信号的形式输出数据,
在两个极端
电压电平之间交替
-
分别表示
0
和
1
。 如
图
4
(
a
)所示,数
字麦克风在麦克风外壳内包含一个模数转换器(
ADC
)
,ADC
的
操作由输入时钟信号驱动。此外,这些
ADC
支持从约
512 kHz
到
4.8
MHz
的宽工作时钟频率范围
[23
,
25]
。
时钟信号在麦克风中的作用
在数字MEMS MEMS MEMS中,
时钟
信号用作
控制信号
,可以在几种电源模式之间切换麦克风。
如图
4
(
b
)所示,当麦克风提供频率范围约为
14
的时钟信号时。
8
MHz时,它进入
活动模式
,消耗约0.5 mA电流,因此能够
捕获音频[26- 28 ]。另一方面,当麦克风提供
频率低于
250 kHz
的时钟信号时,麦克风进入睡眠模式1以降低功耗(40 kHz)
[19]。 在 这 项 工 作 中 ,我们
确定 了 当麦 克风处 于活动
模 式
(即,麦克风
打开
),并且当处于睡眠模式时(即,麦克风
关闭
),以推断麦克风
4.2 时钟信号及其检测
在时域中表示为电压的时钟信号(图
5
(
a
))
是具有固定时间周
期的周期性方波(由
麦克风,使
TickTock
能够作为麦克风
开
/
关
状态指示器。
4 背景
我们提供了时钟信号在确定麦克风状态中的作用的背景,为什么
它们泄漏,以及如何检测它们的泄漏
4.1
数字
MEMS
麦克风
笔记本电脑通常包含微机电系统(
MEMS
)
,这主要是由于其紧凑
的外形和更好的噪声性能
[4,14]。 在它们之中,
数字
MEMS
MEMS MEMS是优选的替代方案,其
不受电磁干扰(
EMI
)的影
响。这是因为在笔记本电脑中,长电缆或
PCB
走线
T),并且具有基频,
即
, 当
在时域中观察到电流时(图
5
(
b
)),时钟信号被视为一系列脉冲,因为电流仅在电压变化
期间流动。然而,该信号具有相同的时间周期
T
和
基频ω 。
由于它们的周期性,以及短的上升时间,
在电压电平之间的转变(亚微秒),时钟信号
将其能量集中在基本
时钟频率,即
基波
,
以及其奇次谐波(即, 三,五,七,
)
(见图5(c)
和
5
(
d
))。此外,如果时钟信号在时钟周期中花费
不相等的时间
1
某些
ASIC
还支持
低功耗模式
,时钟频率为
512 kHz
至
1 MHz
,适用于语音应
用中的唤醒字检测
(一)
联想奥特莱
斯
(
b
)
第
(
1
)
款
(
c
)
第
(
1
)
款
…
…
2 MHz
(
d
)
其他
事项
滴答
服务器
2 MHz
3 MHz
笔记本电脑发货
量
与TickTock一起
2 MHz
识别麦克风
时钟频率
2 MHz
标签标记泄漏
位置
V
DD
数字
MEMS
麦克
放大器
ADC
CLK
数据
音频
编解
GND
换能器
麦克风打开
频率:
1 - 4.8
麦克风关闭
频率:
250 kHz
CLK CLK
数据
DATA
无效
…
…
…
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