Криптографический алгоритм взломали по писку оборудования

Параболический микрофон в одном из экспериментов
Фото: авторы исследования

Группа израильских криптоаналитиков заявила о том, что научилась взламывать используемые для шифрования компьютерных данных ключи на основе высокочастотного звука, который издают электронные компоненты в процессе шифрования или, напротив, расшифровки данных. Из статьи, представленной исследователями, следует то, что этот метод имеет ряд ограничений.

Ученые из университета Тель-Авива и Веймановского научного института использовали в своей работе тот факт, что любые проводимые процессором вычисления требуют дополнительной электроэнергии. Это приводит к тому, что управляющие питанием процессора цепи изменяют режим свой работы в зависимости от того, какие операции выполняет компьютер. Изменение электроснабжения можно связать с характером вычислений, но вдобавок ко всему оно влияет и на колебания некоторых радиоэлектронных компонентов. Электролитические конденсаторы, например, под действием переменного тока немного сжимаются и разжимаются несколько десятков тысяч раз в секунду и это создает тихий, но вполне заметный для чувствительного микрофона звук.

Частота такого писка превышает порог человеческого слуха, однако даже в некоторых серийных смартфонах микрофон позволяет зарегистрировать подобный сигнал. Ученым удалось показать, что когда на ноутбуке (были проанализированы несколько разных устройств от разных производителей) запускается расшифровка заданного текста, эту операцию можно по звуку отличить от других, фоновых, задач. Более того, удалось экспериментальным путем восстановить ключ шифра после часа прослушивания шумов, издаваемых несколькими ноутбукам при расшифровке заданного текста.

С практической точки зрения такая атака требует микрофона, который расположен вблизи компьютера жертвы. Качественный параболический микрофон позволяет отойти на несколько метров (но он вряд ли пригоден для скрытого наблюдения), а обычный смартфон требуется поднести на расстояние в несколько десятков сантиметров, причем дополнительно развернуть микрофоном в сторону вентиляционных отверстий ноутбука. Кроме того, потребуется обеспечить запуск на компьютере процесса дешифровки.

Если атакуемая сторона не выполняет подобных операций или же занимается шифрованием разных текстов, включая неизвестные организатору атаки, то ключ шифра узнать не выйдет. Авторы также попробовали сымитировать параллельную загрузку процессора другой задачей и утверждают, что это не позволяет эффективно бороться с подслушиванием: при этом использовалась искусственная задача сложения чисел, в то время как реальные алгоритмы (например, восстановление картинки из сжатого файла) требует большей нагрузки.

При этом высокая частота анализируемого звука не позволяет противодействовать атаке зашумлением помещения: большинство бытовых звуков имеют меньшую частоту. Кроме того, утверждается, что для «акустического взлома» может использоваться вирус, получающий данные с микрофона в самом компьютере: если микрофон достаточно чувствителен, то такая информация может помочь взломщику даже тогда, когда у него нет возможности физически подобраться к компьютеру.

Исследователи также приводят краткий обзор других методов, основанных на слежении за активностью электронных схем. В частности, проанализировать загрузку процессора можно по помехам, которые возникают в идущих от системного блока кабелях. Кроме того, достаточно давно используется анализ электромагнитного излучения оборудования и уже выпускаются серийные заземленные корпуса для борьбы с подобными атаками. Чтобы полностью застраховать себя от возможных взломов компьютерного оборудования, некоторые спецслужбы поступают и вовсе радикально: вместо компьютеров приобретают для работы с особо важными документами пишущие машинки. Впрочем, и по звуку нажимаемых клавиш тоже можно восстановить набираемый текст.