Ученые создали Lamphone: используя фотодиод и телескоп исследователи превратили лампочки в “жучки” для прослушки

    Если вы впечатляетесь оригинальностью разработок Льва Термена в области скрытого съема звуковой информации, иными словами, прослушки, такими как “Буран” и “Златоуст”, вас, наверняка, впечатлит описанный ниже опыт израильских исследователей. Бен Насси (Ben Nassi), Аарон Пирутин (Yaron Pirutin), Ювл Эловици (Yuval Elovici), Борис Задов (Boris Zadov) из университета Бен-Гуриона в Негеве (Ben-Gurion University of the Negev), а также Ади Шамир (Adi Shamir) из Вайзмановского научного института (Weizmann Institute of Science) разработали устройство, способное дистанционно прослушивать речь и другие звуки по вибрациям лампочки, висящей под потолком. Устройство расшифровывает данные в реальном времени и позволяет получать информацию практически мгновенно.


    Немного об истории фотоакустической прослушки


    Корнями методы прослушки такого типа уходят в глубь вековисследования инженера закрытого туполевского КБ и пионера электронной музыки, Льва Термена. Который ещё в середине сороковых годов прошлого столетия разработал систему “Буран”, она при помощи отраженных ИК-лучей была способна осуществлять прослушку по вибрации оконных стекол. Этот же принцип в дальнейшем лег в основу лазерных микрофонов. Однако метод был не совершенен. Наличие звукопоглотительных преград перед источником звука предотвратило достаточное дрожание стекла для того, чтобы осуществлять сколько-нибудь полезный съём информации.


    лазерный микрофон конца 80-х

    Появление видеокамер с высоким разрешением и частотой обновления кадров открыли новые возможности для прослушки. Звуковые волны, сталкиваясь с поверхностью предметов, вызывают незаметные глазу колебания.



    Для их распознания может применятся камера с высоким разрешением и частотой обновления кадров от 60 fps. Три года назад группа исследователей из Массачусетского технологического смогли преобразовать видео, снятое с частотой 2200 fps в звук мелодии, которая проигрывалась в помещении в момент съемки. В дальнейшем было обнаружено, что с меньшей эффективностью метод можно применять даже с частотой обновления 60 fps.



    У этого метода также были ограничения. Во первых — это стоимость камер с высокой и сверхвысокой частотой обновления. Во вторых — есть проблемы со скоростью обработки изображения, снятого с такой частотой кадров, объемные видеофайлы требуют долгой обработки, длительность которой напрямую зависит от аппаратных мощностей. Это ограничивает возможность использования метода realtime.
    Камеры с существующим разрешением практически не позволяют использовать съём на значительном расстоянии, ограничивая его 5-6 метрами до объекта.

    Суть нового метода


    Израильские ученые решили усовершенствовать метод американцев, сфокусировали съем на конкретном объекте при помощи телескопа и заменили дорогую камеру на недорогой фотодиод. Дрожание воздуха при разговоре вызывает микровибрации лампочки, что в свою очередь вызывает не заметные, но существенные для чувствительной аппаратуры изменения освещённости. Свет улавливается телескопом и преобразуется фотодиодом в электрический сигнал. При помощи программного аналогово-цифрового преобразователя сигнал записывают в виде спектрограммы, которая обрабатывается написанным исследователями алгоритмом и затем конвертируется в звук.

    Работоспособность метода исследователи проверили лабораторным опытом, в котором прикрепили к лампочке гироскоп и воспроизводили звуки с частотой от 100 до 400 Гц в одном сантиметре от объекта. Колебания лампочки были небольшими и составляли от 0,005 до 0,06 градуса (отклонение составляла в среднем от 300 до 950 микрон), но главное было в том, что они значительно отличались в зависимости от частоты и уровня звукового давления, а соответственно, существует зависимость колебаний от характеристик распространяющихся звуковых волн.



    Колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости были очень маленькими (300–950 микрон), но изменялись в зависимости от частоты и громкости подаваемого звука, что означает, что лампочка, пусть и едва заметно, но все же колеблется от распространяющихся рядом звуковых волн, а ее колебания зависят от их характеристик.

    Измерения и эксперимент


    Измерения данных с фотодиода показали приблизительные изменения тока при колебаниях лампочки на разных расстояниях между ней и телескопом. Выяснили, что при использовании 24-битного преобразования колебания лампочки на 300 микрон в плоскости вызывают изменение напряжения на 54 микровольта, чего вполне достаточно для передачи тестового спектра (100 — 400 Гц) на значительном (несколько десятков метров) расстоянии при помощи оптики использованного телескопа. Также отсутствие звука отражается на спектрограмме оптического сигнала от лампочки в виде пика в 100 Герц (что вызвано её частотой мерцания). Эту особенность также внесли в алгоритм.



    Сам алгоритм действует последовательно. На первом этапе он работает как фильтр информационно не значимых частот, таких как частота мерцания, а затем выделяет спектр, соответствующий речи. После этого устраняет частотные признаки посторонних шумов, подобно стандартным денойзерам в диктофонах и студийных рекордерах. Обработанная таким образом спектрограмма конвертируется в звук сторонней программой.



    Созданный учеными Lamphone в текущей версии позволяет в реальном времени восстанавливать речь и музыку из помещения, находящегося в 25 метрах от места наблюдения. Это объективно доказано следующим экспериментом, установку, оснащенную любительским телескопом с 20-см объективом установили на мосту, в 25 метрах от окна в комнату, где размещалась лампа. Неподалеку от лампы воспроизвели песни The Beatles «Let It Be» и Coldplay «Clocks», а также запись фрагмента речи Д.Трампа с фразой «We will make America great again».



    В итоге, записи звука, восстановленные по спектрограммам оказались вполне различимыми, мелодии без труда угадывались сервисом Shazam, а слова распознавались открытым API Google для распознавания текста.

    Сухие остатки


    Устройство работает. Ни о чем подобном раньше никем не сообщалось. Это в чем-то упростит работы спецслужб, а всем, кому есть чего опасаться, следует принимать новые меры предосторожности. Пока не ясно, сможет ли работать система с чем-то кроме подвижного источника света. Израильские исследователи планируют продолжить свои изыскания.

    Использован визуальный контент и материалы
    Pult.ru
    Крупнейшая сеть Hi-Fi, High End в России

    Комментарии 42

      +2
      Если такие вещи публикуют, то на практике у спецслужб что-то ещё круче припасено.
        +2

        молоток и законы

          +4

          Паяльник же

            +2
            На правах анекдота: Василий, работник электромеханического завода, получивший зарплату за три года утюгами и не чаял так круто подняться. Помог случайный ожог об утюг во время глажки.
              +1
              Кто не жил в 90-е — не поймёт)
                +1
                И это хорошо.
          0

          Возможно у исследователей припасено нечто более впечатляющее для спецслужб, а публикуют чтобы разжечь интерес.

            0
            В книге Виктора Суворова «Аквариум», которая впервые вышла в 1985 году, упоминалось снятие звука лазером с оконного стекла, так и стёкла с особыми отражающими свойствами, которые этому препятствуют. Выходит, это направление совсем не новое и давно имеет реальные применения. И, действительно, наверняка за 35 лет прогресс в этом деле давно шагнул вперёд.
            +2

            Открытые шторы, обязательная подвесная люстра, яркий свет, исключительно тёмное время суток.


            Это ж как надо постараться чтобы тебя могли прослушать таким способом.
            Ну и в качестве SSL соединения можно свечку использовать

              +1
              … и дорогая лампа, со сверхстабильным питанием.
                +1
                Помехи питания легко отфильтровать по сигналу с лампы из соседней комнаты, сидящей на той же линии питания.
                  0
                  Не факт: лампы разных типов будут по-разному откликаться на помехи в сети.
                0
                Вот как раз свечное пламя гораздо больше от звука вибрирует. Даже музыкальные инструменты/проигрыватели с таким эффектом есть.
                –3
                ничего нового давно уже было метод прослушки по стеклу в окне, шторы или открывать окно…
                  +1

                  Вы статью читали?

                  +4

                  Ждём в продаже абажуры сертифицированные ФСТЭК.

                    +1
                    Существует Li-Fi со скоростями в 100 МБит и выше (теперь на шару для всего микрорайона :).
                      +5
                      Колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости были очень маленькими (300–950 микрон)

                      Но это же почти миллиметр, то есть можно увидеть невооружённым глазом. Как надо орать на лампочку, чтобы она аж задрожала?)
                        0
                        В одном заведении, уютно разместившемся в подвале, первый раз включили звук (каких-то 16 кВт). В торговом зале магазина бытовой электроники, размещённого этажом выше, с полок попадали микроволновки.
                          +1
                          Если взять подвес длиной в метр, и говорить в лампу — вполне её шатает :)

                          Вполне грантовая работа: много громких заявлений, правильная трактовка претыдущих работ и правильная трактовка себя.
                            +1
                            300 мкм — это почти миллиметр? Кхм. Ок.
                              +1
                              Там вообще-то две цифры указано, 950мкм это миллиметр без малого. Там похоже киловаттные излучатели стояли при эксперименте, чтоб раскачать лампочку.
                                +1
                                Первое, что значит киловатные? Давайте оперировать не мощностью, а звуковым давлением (SPL), так как электрическая мощность не является характеристикой отражающей параметры волны давления.

                                Второе, источник звука там мог быть любой, так как описанный диапазон колебаний — это калибровочные измерения, а не сам эксперимент. При от чего вы убеждены, что для колебаний в 1 мм необходим именно 1кВт (условно, простенькая концертная акустика). Не рассматривали вероятность резонансных пиков, как причины более сильных колебаний?

                                Третье. Вполне вероятно, что громкость в момент контрольных измерений была выше, чем громкость человеческой речи, так как существенные значения громкости авторы не упоминают, однако это не означает, что принцип не работоспособен, ведь использовался фотодиод с обычной чувствительностью и любительский телескоп. И вероятно, что с иной оптической частью, можно фиксировать менее заметны отклонения, а соответственно записывать более тихие звуки. Дело не громкости исходного сигнала, нов самом принципе.
                            0

                            А ещё интересно, какого типа была лампочка — накаливания или современная светодиодная, и зависит ли от этого применимость метода. Хотя, если лампа подвесная, то скорее всего не сильно зависит, там больше механическое перемещение всей люстры. Разве что светодиодная может добавить в спектр высокочастотных составляющих.

                              0
                              Если лампа подвесная и её раскачивает от звука, то не нужны никакие ухишрения, достаточно направленного микрофона. А вообще в статье есть некоторая странность — в ней _измеряли_ колебания лампы. С достаточной точностью для оценки работоспособности метода, эта величина рассчитываемая. Масса лампы известна, коэффициент упругости материала тоже, удельная энергия звуковой волны, в точке где находится лампа, величина легко вычисляемая. А вообще идея стара как мир. Я не об фото способах, а о способах использования модуляции звуком чего либо. Наиболее нашумевший пример — герб России подаренный пионерами послу США. Он был сделал из папьемаше с одной особенностью — между двумя полостями была натянута тоненькая проволока известной длины. Сечение проволочки было таково, что её не было видно на рентгене. Прослушка осуществлялась до безобразия просто — генератор несущей с частотой равной частоте резонанса проволочки и направленная антенна. Ну и не менее известный способ основанный на том, что частота гетеродина в бытовом приёмнике одна и таже и гетеродин в то время был выполнен с применением катушек индуктивности. Колебания катушки вызывали небольшую девиацию частоты. Все эти способы основаны на одном простом факте — если известна частота несущей, то с применение очень узкополосных фильтров, можно «вырезать» только её и дальше применять усиление не обращая на шумы. Собственно в этой статье и применён этот же метод.
                                +1
                                Он был сделал из папьемаше
                                Чушь, он был сделан из ценных пород дерева, герб из папьемаше никто не будет держать над столом в кабинете.
                                между двумя полостями была натянута тоненькая проволока известной длины.
                                Чушь, конструкция «златоуста» была иной, хотя тонкая проволочка известной длины там присутствовала ибо была антенной, также присутствовала тонкая мембрана закрывавшвя металлическую полость, за счет которой и осуществлялась модуляция направленного радиосигнала голосовыми частотами. Просто проволочка без ничего не даст того эффекта о котором вы пишете. Устройство было разработано в Тупалевской шарашке, Львом Терменом, и упоминалось в этой статье, а в этом блоге у меня был материал на эту тему.
                                Рекомендую учить матчасть.
                                  0
                                  Спасибо за уточнение. Увы в то время когда мне про это рассказывали интернета в России массово не было, да и «тема» была толи открытой толи закрытой, понять этого не могли даже те кто «открывал». Рассказ преподавателя запомнился, а потом стал работать в чуть иной области. О том что это изобретение Термена узнал только от вас, заодно и почитал как на самом деле было. Что касается рекомендаций «учить матчасть» уж поверьте с этим все хорошо, вот только в чуть иной области, в которой у Вас возможно ещё более печально, чем у меня в этой. Предлагать поучить Вам матчасть не буду — уже не спасёт.
                                  0
                                  Вот вам схема работы эндовибратора «Златоуст» и фото человека который сумел объяснить как он работает.
                                    0
                                    *небольшое уточнение. Лев Термен придумал златоуст в НИИ-1, т.е в т.н. «кучинской шараге» и уже позже был переведен в Тупалевскую, где разработал «Буран»
                                  +2
                                  1996 год, части ВКС, затем РВСН. «Связист», «энергетик» и даже немного медик :)
                                  Всё это нам рассказывал капитан в каком-то музее связи и шпионажа (Подмосковье).
                                  Там же видел «жучки» в виде маленькой веточки на дереве (размещено было около аэродрома), в люке (на въезде танковую часть). Там же видел оптику спутников, длина около 7 метров, диаметр в узкой части не меньше 65см. Масса магнитофонов, пишущих на проволоку, разных видов и размеров и спрятанных в «камнях», рекламных тумбах. Был какой-то под 60кг, интересен был тем, что включал запись не позже 80ms после получения радиосигнала (записывал сообщения в коде Морзе).
                                  Всего уже и не упомнишь, было больше 20 лет назад.
                                    +1
                                    В конце 80-х, наш полк с новенькими РС12, (РВСН) выдвигался в поле (на учения). Часть маршрута проходила по дорогам общего пользования.
                                    По колонне передали ориентировку на а/м «Волга», с американскими дипломатами.
                                    И приказ комендантскому взводу- в случае угрозы колонне с ПУ- вытеснять американцев с дороги любыми способами, на вопрос бойца, водителя с БТР 80: «А если я его протараню и пассажиры погибнут», получил ответ от командира: «Дам тебе внеочередной отпуск на десять дней».
                                    0
                                    Еще можно луч лазера, отраженного от окна моделировать. И сертифицированный абажур будет ненужен)
                                      0
                                      это «классика». Но на современных пластиковых не работает ;)
                                        +1
                                        Опоздали с этой идеей на пару десятков лет.
                                        Даже в коммерческой сфере, в конце 90-х использовали компактные устройства создающие помехи (вибрация) на стёклах в помещениях где велись важные переговоры.
                                          0
                                          А причем тут стёкла. Звук снимают не с оконных стёкол, а с подвешенной лампочки, существует разница как в объекте, так и в технологии. Помехи на стёклах в данном случае не сработают. Простейший способ создать помехи на стёклах это закрыть их тяжелой шторой.
                                        +2

                                        Из всего этого можно сделать вывод, что массовая и автоматизированная прослушка становится ещё дешевле, а за счет систем распознавания речи и дешевых видеокарт в обозримом будущем станет очень несложно проводить аутентификацию по голосу, матчить паттерны и ключевые слова.
                                        Почему дешевле? Потому, что там где нужна была очень дорогая быстродействующая камера, теперь достаточно одного пикселя (фотодиода) и хорошей оптики.


                                        В целом для консистентных параноиков ничего не изменилось. Они и так были в среде, где утечки возможны по очень большому и неопределенному числу каналов.


                                        Непоследовательные параноики, которые переживают, что их будут слушать спец-службы, но не готовы при этом отказываться от сториз в иснте и фейсбучика, будут по-прежнему громко страдать от уменьшения приватности, но ничего по существу для них тоже не поменялось.


                                        У жуликов есть куда больше старых и менее технологичных и трудоёмких способов облопошить кого-то. Появились новые инструменты или идеи, но это пока это всё же малоэффективно, так что и тут мало что изменилось.


                                        Забавно, что мы все сейчас как лягушки в тёплой водичке. Некоторые лягушки достаточно умны, чтобы понимать, что под кастрюлькой неслабо печот, но до закипания (сингулярности?) ещё далеко, а проблем у них полно и других помимо этого кулинарного шоу.
                                        Мир меняется. Чертовски интересно плавать в этой мутной водичке и наблюдать за тем, что происходит.

                                          0
                                          Читал как начало современного IT-детектива…
                                          Не подумывали в авторы податься? слог больно хороший.

                                          (я на полном серьёзе, работал когда-то с издательствами)
                                            +1
                                            Подумывал написать киберпанк-трагедию с элементами черного комедийного триллера)
                                              0
                                              считаю юмор сложнейшей темой
                                              попробуйте: может талант в землю зарываете )
                                                0
                                                Было бы слишком не скромно согласиться. А вообще, я напишу что угодно, лишь бы это проиллюстрировал Кол Белов).
                                          0

                                          Я не понял из статьи вот какой аспект: смогли ли исследователи "снять звук" с лампочки, параметры которой не калибровали (не измеряли до этого)?


                                          На мой взгляд, это существенно, т.к. меняет модель угроз: нужен ли физический доступ с генератором звука перед прослушкой или все можно сделать удаленно.
                                          Точно так же, как и со взломом компьютера: полностью удаленный или будет физический доступ на 10 минут без наблюдения — это очень, очень разные векторы атаки.

                                            0
                                            Не уточняется была ли это также лампочка или нет. Из опубликованного на сайте следует, что речь о любой лампочке висящей над говорящими.

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое