Lamphone: новый метод “визуальной прослушки”

Не так давно мы писали о ряде придуманных Мордехаем Гури и его коллегами из Университета Бен-Гуриона методов, с помощью которых можно извлекать информацию из изолированного от Сети устройства. На конференции Black Hat USA 2020 доклад на близкую тему представил другой исследователь из того же Университета Бен-Гуриона: Бен Насси рассказал о методике визуальной прослушки, которую он и его коллеги назвали Lamphone.

О том, как работает Lamphone, поговорим чуть ниже, а начнем с краткого экскурса в историю вопроса.

Как можно увидеть звук?

Одна из хорошо известных технологий удаленной записи звука, так сказать, визуальными методами — это лазерный микрофон. Данная технология устроена довольно незамысловато.

На какой-нибудь подходящий объект (чаще всего — оконное стекло) в помещении, в котором происходит интересующий организаторов прослушки разговор, направляется невидимый человеческому глазу лазерный луч (обычно работающий в ИК-диапазоне). Луч отражается от поверхности и попадает в приемник. Звуковые волны создают вибрации на поверхности объекта, которые, в свою очередь, изменяют поведение отраженного лазерного луча. Эти изменения регистрируются приемником и в итоге преобразуются в звукозапись разговора.

Эта технология используется на практике еще со времен холодной войны и успела засветиться во множестве шпионских фильмов — вы наверняка ее видели в одном из них. Несколько компаний производят готовые устройства для лазерной прослушки, причем заявленная дальность работы достигает 500 или даже 1000 метров. Две хорошие новости: во-первых, лазерные микрофоны стоят очень дорого; во-вторых, производители (по крайней мере, по их заявлениям) продают лазерные микрофоны только правительственным агентствам.

Так или иначе, по мнению Бена Насси, у лазерного микрофона есть один серьезный недостаток: это активный метод. Для того чтобы он работал, требуется «подсветить» объект лазерным лучом — а это можно обнаружить с помощью ИК-детектора.

Несколько лет назад группа исследователей из Массачусетского технологического института предложила альтернативный метод «визуальной звукозаписи», полностью пассивный. Идея в основе та же самая: звуковые волны создают колебания поверхности предмета, которые можно визуально зарегистрировать.

Для того чтобы записывать эти колебания, исследователи использовали высокоскоростную камеру, снимающую с частотой в несколько тысяч кадров в секунду. Сравнивая полученные ею кадры — естественно, не вручную, а с помощью компьютера, — они сумели восстановить из видеоряда звук.

Впрочем, у этого метода тоже есть минус, и еще какой: для того чтобы преобразовать в звук огромное количество визуальной информации, полученной с высокоскоростной камеры, требуется нечеловеческое количество вычислительных ресурсов. На анализ пятисекундной видеозаписи с использованием достаточно мощной рабочей станции у исследователей из МТИ уходило по 2-3 часа. Так что для распознавания разговора «на лету» этот метод не очень-то подходит.

Как работает Lamphone

Бен Насси и его коллеги из Университета имени Бен-Гуриона придумали новую методику «визуальной прослушки» и назвали ее Lamphone. Основная идея метода состоит в том, что в качестве объекта, с которого снимаются вызванные звуком вибрации, исследователи решили использовать лампочку — отсюда и название техники.

Лампочка — объект максимально простой и в то же время максимально яркий. Поэтому можно не тратить вычислительные ресурсы на анализ мельчайших деталей изображения. Достаточно направить на лампочку мощный телескоп, через который световой поток с лампочки поступает на фотоэлемент.

Лампочка не вполне равномерно излучает свет в разных направлениях (что интересно, эта неравномерность неодинакова: она довольно высока у ламп накаливания и диодных ламп, но гораздо ниже у флуоресцентных). Из-за этой неравномерности вызванные звуковыми волнами вибрации лампочки немного меняют интенсивность светового потока в направлении фотоэлемента. И данные изменения вполне достаточны, чтобы их можно было уверенно зарегистрировать. Записав эти изменения и проделав некоторое количество простейших преобразований, исследователи смогли восстановить из полученной «светозаписи» звук.

В качестве финальной проверки работоспособности метода исследователи установили прослушивающий прибор на пешеходном мостике в 25 метрах от окна тестового помещения, в котором через динамик проигрывался звук. Направив телескоп на лампочку в этом помещении, исследователи записали световые колебания и смогли конвертировать их в звукозапись.

Звукозапись получилась достаточно разборчивой: к примеру, Shazam успешно определил тестовые композиции Beatles «Let It Be» и Coldplay «Clocks», а сервис распознавания речи Google правильно перевел в текст слова Дональда Трампа из его предвыборной речи.

Представляет ли Lamphone угрозу с практической точки зрения?

Бену Насси и его коллегам удалось разработать действительно работающий метод «визуальной прослушки». Что важно, этот метод является полностью пассивным, поэтому не может быть обнаружен с помощью какого-либо детектора.

Что также важно — в отличие от метода исследователей из МТИ, результаты измерений Lamphone крайне простые, так что для их перевода в звук не требуются какие-то немыслимые вычислительные ресурсы. Поэтому Lamphone может работать в режиме реального времени.

Как признает Бен Насси, в процессе эксперимента звук в тестовом помещении проигрывался на очень высокой громкости. Так что пока результаты эксперимента могут представлять скорее теоретический интерес. С другой стороны, методы преобразования «светозаписи» в звук были использованы максимально простые. Так что методика может быть дополнительно усовершенствована, например, с помощью алгоритмов машинного обучения — они неплохо решают подобные задачи.

В итоге сами исследователи оценивают целесообразность применения данной методики на практике как среднюю — но видят потенциал для повышения практичности метода при использовании более сложных методов преобразования показаний, регистрируемых фотоэлементом, в звукозапись.