计算机科学家使用音乐秘密地跟踪身体运动和活动

随着智能手机，平板电脑，智能电视和其他智能设备在我们的生活中变得越来越普遍，计算机科学家们担心这些网络设备如果没有得到妥善保护，可能会被用来窃取数据或侵犯用户隐私。

现在，华盛顿大学的研究人员已经证明了如何将智能设备转变为监控工具，该工具可以收集有关用户身体位置和运动的信息，以及设备附近的其他人。他们的方法涉及远程劫持智能设备以播放嵌入了重复脉冲的音乐，这些脉冲跟踪人的位置，身体运动以及设备附近和墙壁上的活动。

来自威斯康星大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院的团队展示了如何使用CovertBand收集有关个人活动的详细数据，CovertBand是他们创建的软件代码，用于将智能设备转变为主动声纳系统。正如研究人员将在9月的Ubicomp 2017会议上报告的那样，CovertBand可以在智能设备中使用内置麦克风和扬声器，并且可以远程控制。

“据我们所知，这是有史以来第一次有人证明可以将智能手机和智能电视等智能商品设备转换为使用音乐的主动式声纳系统，”资深作者Shyam Gollakota说，他是计算机科学的副教授和工程。“CovertBand可以收集的物理信息 - 甚至通过墙壁 - 足够详细，让攻击者知道用户在做什么，以及附近的其他人。”

CovertBand利用主动声纳的原理来收集这些信息。主动声纳系统，例如在潜艇上，通过发出声脉冲来确定物体的位置。那些声波在其路径中的物体上反弹，并且接收器可以拾取偏转的波以确定物体的位置，距离和形状。

通过智能手机或其他设备的扬声器，CovertBand发出18至20 kHz范围内的重复声波脉冲。就像潜艇上的声纳一样，这些声波在遇到路径中的物体时会被反射。CovertBand使用该设备的内置麦克风作为接收器来拾取这些反射声波。然后，智能设备将此信息传输给攻击者，攻击者可能在几英尺远或全球中途。

“今天的大多数智能设备，包括智能电视，Google Home，Amazon Echo和智能手机都配有内置麦克风和扬声器系统 - 让我们可以使用它们播放音乐，录制视频和音频曲目，进行电话交谈或参与视频会议， “联合主要作者Rajalakshmi Nandakumar说，他是计算机科学与工程的华盛顿大学博士生。“但这也意味着这些设备具有适当的基本组件，使它们容易受到这种攻击。”

“其他监控方法需要专门的硬件，从'经典'隐藏式摄像机到必须放置在隔壁房间墙壁上的类似超声波的设备，”联合主要作者Alex Takakuwa说，他是计算机科学的威斯康星大学博士生工程。“CovertBand第一次表明，除了智能设备已经拥有的硬件之外，没有任何硬件可以实现穿越屏障监控。”

该团队使用连接便携式扬声器或标准平板电视的智能手机测试了CovertBand的有效性。在这两种情况下，CovertBand的数据都可用于解释重复动作，如手臂抽吸，行走或骨盆倾斜，距离智能手机最远6米，位置误差仅为8到18厘米。研究人员还发现，使用便携式扬声器，CovertBand的脉冲可以通过薄的内壁传输 - 尽管范围下降到2到3米。

目前，CovertBand可以自动识别和推断重复动作。更详细的推论需要手动分析数据或其他工具。

“我们最初的目标是证明使用被动声学有可能使用CovertBand收集基本但仍然高度敏感的信息，”Gollakota说。“但是如果你有足够的CovertBand数据，你可以通过机器学习算法运行它，以帮助分类更多的动作，以便更快地识别。”

Nandakumar表示，CovertBand采用的18至20 kHz重复脉冲处于许多人可以准确听到的低频范围内，尽管儿童，年轻人甚至宠物都可能听得很清楚。但是为了增加监视和通过墙壁工作的范围，作者增加了这些重复脉冲的音量，使它们听得见。为了掩盖声音，他们通过播放歌曲或其他音频片段来“覆盖”Covertband的脉冲。有些歌曲比其他歌曲效果更好 - 特别是具有重复，打击乐节拍的乐曲。当他们在20首流行歌曲中播放CovertBand脉冲时 - 包括Lenny Kravitz的“美国女人”和迈克尔杰克逊的“Bad” - 歌手可以在58%的时间内识别出该歌曲的“黑客”版本，

“由于Covertband可以通过墙壁监视，任何人都可以在他们的智能设备上播放音乐，通过墙壁跟踪人们，”Takakuwa说。“这是令人担忧的，因为如果邻居正在播放音乐，它可能是一种良性行为或监视行为，以确定是否有人在相邻的公寓，跟踪他们的行动或推断他们的活动。”

研究人员表示，对房间进行隔音可防止墙壁受到攻击。在相同的18至20 kHz频率范围内发出干扰信号还可以防止下一个房间内被黑客攻击的设备或攻击者收集信息。但目前，对大多数人来说，这些也是不切实际的防御措施。例如，隔音房间没有窗户，一旦发现攻击，就必须发送干扰信号。另一个潜在的 - 虽然部分防御可能是允许用户停用其智能设备上的扬声器或麦克风。但这样的举动将违背其中一些设备的行业趋势。

“在许多情况下，当设备打开时，它的扬声器和麦克风也会打开，”Nandakumar说。

该团队希望了解可能的内容将有助于提高对隐私危害的认识，并促使科学家们制定切实可行的对策。

华盛顿大学计算机科学与工程系教授，共同作者Tadayoshi Kohno表示：“我们总是希望在试图收集用户信息的攻击者中领先一步。” “我们正在提供关于什么是可能的以及普通公众可能不了解的能力的教育，以便人们能够意识到并且可以建立防御措施。”