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說起黑客攻擊，大部分人首先會想到軟件和網絡通信層面的入侵，很少有人會注意到硬件傳感器也會遭受攻擊，更令人想不到的是攻擊途徑竟然是無處不在的「聲波」。然而，最近美國密歇根大學一項研究成功利用聲波攻擊了加速度傳感器，并且成功入侵智能手機和智能可穿戴設備Fitbit手環。

研究簡介

這項研究主要是模擬聲學攻擊電容式MEMS加速度傳感器，通過故意制造干擾來達到欺騙傳感器的目的。微處理器和嵌入式系統往往過于「盲目信任」這些傳感器的輸出，使得攻擊者可以有機可乘，人為地為微處理器和嵌入式系統有選擇性地輸入一些數值。

正如研究人員在論文中所述，這項研究的貢獻主要在于以下三方面：

第一，物理建模，主要針對MEMS加速度傳感器的惡意聲學干擾。

第二，電路缺陷研究，正是由于電路缺陷，所以MEMS加速度傳感器和系統對于聲學入侵攻擊，才會存在安全漏洞。

第三，兩種軟件防御方法，減輕MEMS加速度傳感器的安全風險。

密歇根大學的計算機科學和工程系的副教授 Kevin Fu 領導這一研究，團隊利用精準調諧的鈴聲，欺騙了不同型號的加速度傳感器。這種欺騙攻擊方式，成為了進入這些設備的一個后門，使得攻擊者可以利用它對于設備發動攻擊。

對于這項研究，教授這么說：“我們的研究顛覆了關于底層硬件的普遍假設。如果你站在計算機科學的角度，你不會發現這個安全問題。如果你站在材料科學的角度，你也不會發現這個安全問題。只有你同時站在計算機科學和材料科學的角度，你才會發現這些安全漏洞。”

加速度傳感器

這項研究攻擊方式是聲波，攻擊對象是加速度傳感器。所以，我們簡單介紹一下加速度傳感器的相關知識和應用場景。

（圖片來源：密歇根大學）

加速度傳感器，是一種能夠測量三維空間中物體速度變化的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。根據傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。

加速度傳感器廣泛應用于汽車電子、航空航天、醫療電子、無人機、智能手機、智能硬件、物聯網等工業和消費電子領域。它可以采集物體的加速度數據信息，發送給芯片和嵌入式系統進行分析和決策。它的用途包括飛機導航、游戲控制、手柄振動和搖晃、汽車制動啟動檢測、地震檢測、工程測振、地質勘探、振動測試與分析、安全保衛等等。

攻擊演示

為了演示和模仿這些攻擊，揭示相關的安全漏洞，研究人員扮演了白帽黑客，進行了幾個實驗。

實驗一：他們通過播放不同的惡意音樂文件，控制加速度傳感器，讓三星 Galaxy S5 手機的芯片輸出信號拼出單詞“WALNUT”。

（圖片來源：密歇根大學）

實驗二：他們利用價值5美元的揚聲器，欺騙控制 Fitbit手環的加速度傳感器，讓實際上沒有運動過一步的 Fitbit手環，形成虛假計數的假象。