Исследователи из Принстона и Массачусетского технологического института нашли способ перехвата подводных сообщений с воздуха, опровергнув давние предположения о безопасности подводных передач.
Команда создала устройство, которое использует радар для прослушивания подводных акустических сигналов, или сонар, путем декодирования крошечных вибраций, которые эти сигналы создают на поверхности воды . В принципе, эта технология также может приблизительно определить местоположение подводного передатчика, говорят исследователи.
В докладе, представленном на ACM MobiCom 20 ноября, исследователи подробно описали новую технологию подслушивания и предложили способы защиты от атак, которые она позволяет осуществлять. Они продемонстрировали возможности на озере Карнеги, небольшом искусственном озере в Принстоне. Применение технологии в открытом океане было бы значительно более сложным, но исследователи заявили, что считают это возможным при значительных инженерных усовершенствованиях.
Исследователи заявили, что их цель — не только предупредить людей об уязвимости подводных передач, но и подробно описать методы, которые можно использовать для предотвращения перехватов.
«Я надеюсь, что некоторые из предлагаемых нами стратегий противодействия будут взяты на вооружение разработчиками акустических передатчиков для подводной связи», — сказал Ясаман Гасемпур, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и главный исследователь исследования.
Передача сообщений между подводными и воздушными устройствами считалась технически неосуществимой, пока исследователи из Массачусетского технологического института не разработали соответствующую систему в 2018 году. Однако метод Массачусетского технологического института основывался на сотрудничестве между воздушными и морскими сторонами — предварительном обмене скоростями передачи данных, частотами и другими ключевыми техническими деталями.
В то время не было ясно, можно ли использовать эту технологию для перехвата личных сообщений от несотрудничающих подводных передатчиков.
Сотрудничая с группой Массачусетского технологического института, Гасемпур и ее команда из Принстона исследовали последствия использования этой технологии для безопасности и разработали способ расшифровки тех же типов сообщений, не зная никаких технических деталей.
Исследователи заявили, что возможность перехвата подводных коммуникаций с воздуха несет в себе широкий спектр рисков для безопасности. Они заявили, что противник может использовать эту технологию для перехвата конфиденциальной информации, передаваемой датчиками мониторинга климата, нефтяными и газовыми вышками и даже подводными лодками.
«Эта работа показывает, что утечка конфиденциальной информации может происходить способами, которые ранее не рассматривались», — говорит Пурия Моллахоссейни, аспирант Принстона и соавтор статьи вместе с Сайедом Саадом Афзалом, аспирантом Массачусетского технологического института.
Как защищены подводные коммуникации?
Безопасность подводных коммуникаций во многом зависит от неспособности звука, распространяющегося под водой, проникать через поверхность, говорят исследователи. Сигналы, несущие информацию, передаются под водой в виде звуковых волн. Поскольку вода и воздух имеют очень разную плотность, поверхность воды действует как барьер для звука. Когда подводные звуковые волны достигают поверхности, они в основном просто отражаются.
В 2018 году группа MIT поняла, что воздействие звуковых волн на поверхность воды оставляет своего рода отпечаток крошечных вибраций, которые соответствуют подводному сигналу. Команда использовала радар, установленный на беспилотнике, для считывания поверхностных вибраций и задействовала алгоритмы для обнаружения шаблона, декодирования сигнала и извлечения сообщения.
«Подводно-воздушная связь — одна из самых сложных и давних проблем в нашей области», — сказал Фадель Адиб, доцент кафедры медиаискусств и наук Массачусетского технологического института и соавтор новой статьи.
«Было волнительно и удивительно наблюдать, как наш метод успешно расшифровывает подводные сообщения по крошечным вибрациям, которые они вызывают на поверхности».
Однако для того, чтобы эта технология работала, команде Массачусетского технологического института требовалось заранее знать определенные физические параметры, такие как частота передачи и тип модуляции.
Основываясь на этой разработке, команда Принстона использовала аналогичный метод для обнаружения поверхностных вибраций, но разработала новые алгоритмы, которые используют различия между радаром и сонаром для раскрытия этих физических параметров. Это позволило исследователям расшифровать сообщение без сотрудничества с подводным передатчиком.
Используя недорогой коммерческий дрон и радар, исследователи протестировали свой метод в бассейне. Исследователи разместили динамик под водой и, пока пловцы создавали помехи, запустили дрон над поверхностью. Дрон неоднократно посылал короткие радарные сигналы в сторону воды.
Когда сигналы радара отражались от поверхности воды, они выявляли характер колебаний звуковых волн , который система могла обнаружить и расшифровать.
Исследователи также использовали радар, установленный на штанге, для испытаний в реальных условиях на озере Карнеги в Принстоне. Они обнаружили, что система может вычислять неизвестные параметры и декодировать сообщения от говорящего, даже при помехах от ветра и волн. Фактически, она может определять тип модуляции, один из самых важных параметров, с точностью 97,58%.
«Мы хотели показать, что это можно сделать с помощью стандартного, базового оборудования», — сказал Гасемпур. «Представьте, что кто-то мог бы сделать с более сложным радаром».
Они обнаружили, что параметры конструкции подводной линии связи существенно влияют на ее восприимчивость к таким атакам. Некоторые типы модуляции, например, легче понять, чем другие.
В статье приводятся рекомендации по способам проектирования передатчиков, которые более устойчивы к подслушиванию. Гасемпур сказала, что она надеется продолжить работу и предоставить больше предложений по способам защиты от подобных атак.
Дополнительная информация: Статья: SURF: прослушивание подводных коммуникаций с воздуха
Предоставлено Принстонским университетом