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[15836] 2020-09-10_隔空取物之侧信道攻击

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2020-09-10_隔空取物之侧信道攻击 隔 空 取 物 之 侧 信 道 攻 击 原 创   随 便 看 看   F r e e B u f   2 0 2 0 - 0 9 - 1 0 前 言 前 言 在 学 习 C I S S P 密 码 学 时 了 解 到 侧 信 道 攻 击 ( 又 称 边 信 道 攻 击 、 旁 路 攻 击 s i d e - c h a n n e l   a t t a c k ) ， 攻 击 者 通 过 测 量 功 耗 、 辐 射 排 放 以 及 进 行 某 些 数 据 处 理 的 时 间 ， 借 助 这 些 信 息 倒 推 处 理 过 程 ， 以 获 得 加 密 秘 钥 或 敏 感 数 据 。 本 文 将 从 实 践 角 度 尝 试 一 种 侧 信 道 攻 击 方 法 ， 主 要 关 注 特 殊 场 景 下 的 信 息 泄 漏 方 式 。 相 关 案 例 相 关 案 例 首 先 通 过 2 个 案 例 来 直 观 了 解 下 侧 信 道 ， 2 0 1 7 年 一 段 昆 明 小 学 生 “ 听 声 音 ” 徒 手 解 开 o f o 共 享 单 车 密 码 锁 的 视 频 流 传 于 网 络 ， 视 频 中 该 小 学 生 通 过 不 断 扭 动 密 码 盘 来 尝 试 解 锁 ， 仅 用 1 7 秒 便 成 功 解 开 了 车 锁 ， 这 种 是 通 过 声 音 信 号 的 侧 信 道 来 推 测 密 码 组 成 。 另 一 种 侧 信 道 是 通 过 图 像 的 隐 蔽 信 道 来 传 递 机 密 信 息 ， 越 南 战 争 中 美 国 战 俘 J e r e m i a h   D e n t o n 在 1 9 6 6 年 由 北 越 组 织 的 采 访 中 发 送 莫 尔 斯 电 码 ， 翻 译 出 来 就 是 - / -   -   - / . - .   / -   / .   .   -   / . - .   / .   T O R T U R E （ 虐 待 ） ， 这 一 信 息 很 快 被 海 军 情 报 局 的 专 家 注 意 到 ， 北 越 则 要 等 到 消 息 登 上 美 国 媒 体 才 发 现 ， 面 临 舆 论 压 力 。 下 图 是 当 时 的 影 像 资 料 动 态 图 ： 理 论 基 础 理 论 基 础 关 注 侧 信 道 攻 击 需 要 了 解 侧 信 道 信 息 泄 漏 通 用 模 型 和 通 信 原 理 的 相 关 知 识 。 侧 信 道 信 息 泄 漏 模 型 ： 侧 信 道 信 息 泄 漏 模 型 ：
侧 信 道 主 要 存 在 于 信 息 发 送 方 和 信 息 接 受 方 ， 比 如 我 们 使 用 手 机 通 讯 软 件 进 行 聊 天 ， 虽 然 传 输 过 程 是 加 密 的 ， 但 如 果 聊 天 的 两 个 人 手 机 被 肩 窥 ( 乘 扶 梯 、 排 队 等 场 景 ) ， 那 么 就 会 存 在 信 息 泄 漏 的 风 险 ， 因 此 侧 信 道 信 息 泄 漏 本 质 上 还 是 属 于 终 端 的 安 全 。 通 信 原 理 通 信 原 理 侧 信 道 通 常 是 不 稳 定 的 ， 面 临 太 多 干 扰 和 不 可 控 因 素 ， 为 保 证 信 道 稳 定 ， 我 们 需 要 学 习 通 信 原 理 的 相 关 知 识 。 通 信 的 基 本 过 程 如 下 ： 信 源 ： 消 息 的 发 出 者 信 宿 ： 消 息 的 接 收 者 信 源 编 码 器 ： 消 息 的 重 组 单 元 信 道 编 码 器 ： 消 息 抗 毁 能 力 的 单 元 信 道 ： 消 息 的 传 输 媒 介 干 扰 源 ： 毁 坏 传 输 信 道 的 各 种 因 素 信 道 译 码 器 ： 消 息 的 毁 坏 检 测 单 元 信 源 译 码 器 ： 消 息 的 还 原 单 元 看 到 通 信 信 道 建 立 的 关 键 过 程 ， 我 们 的 理 论 知 识 已 基 本 完 备 ， 接 下 来 就 是 如 何 尝 试 在 特 定 场 景 稳 定 的 侧 信 道 攻 击 。 实 践 应 用 实 践 应 用 模 拟 场 景 模 拟 场 景 这 里 我 们 假 设 的 场 景 是 ： 通 过 某 种 方 式 接 触 到 1 台 类 似 哑 终 端 电 脑 ， 仅 保 留 基 本 外 设 ， 操 作 系 统 安 全 补 丁 齐 全 ， 普 通 用 户 权 限 ， 对 外 通 信 功 能 ( u s b 拷 贝 、 网 卡 、 蓝 牙 、 红 外 ) 全 部 禁 用 ， 硬 盘 有 物 理 保 护 并 进 行 全 盘 加 密 ， 那 么 如 何 获 取 这 台
电 脑 上 的 机 密 文 件 呢 ？ 选 定 侧 信 道 选 定 侧 信 道 我 们 可 以 尝 试 建 立 侧 信 道 ， 绕 过 看 似 天 衣 无 缝 的 安 全 防 护 体 系 。 分 析 下 可 以 利 用 的 外 设 ， 鼠 标 ， 键 盘 、 音 箱 、 显 示 器 ， 能 向 外 传 递 信 息 的 数 据 就 是 显 示 器 和 音 箱 ， 首 先 考 虑 拍 照 ， 拍 照 可 以 获 取 图 像 数 据 ， 依 靠 视 力 辨 别 部 分 信 息 ， 无 法 获 取 完 整 文 件 ， 信 息 传 输 严 重 失 真 。 其 次 联 想 到 摩 尔 斯 电 码 ， 这 是 一 种 古 老 的 通 讯 方 式 ， 通 过 滴 滴 答 答 的 声 波 传 递 摩 尔 斯 电 码 ， 然 后 通 过 接 受 设 备 翻 译 对 应 电 码 。 理 论 上 可 行 ， 将 文 件 流 信 息 编 码 转 换 成 对 应 的 摩 尔 斯 码 ， 根 据 分 贝 数 值 区 分 长 短 码 ， 然 后 翻 译 出 对 应 的 原 文 。 示 例 如 下 ： 但 是 这 种 方 式 有 2 个 局 限 性 ： 1 . 干 扰 源 ： 接 收 声 音 信 号 时 一 旦 遇 到 噪 音 ， 信 号 将 会 严 重 失 真 2 . 速 度 慢 ： 每 次 只 能 传 输 一 个 字 符 ， 遇 到 几 M 的 文 件 将 会 传 输 非 常 久 ， 进 一 步 增 加 了 不 确 定 性 。 因 此 需 要 寻 找 一 种 抗 干 扰 能 力 强 ， 单 次 传 输 信 息 量 大 的 侧 信 道 。 这 时 考 虑 到 二 维 码 ， 首 先 是 单 次 传 输 信 息 容 量 ： 双 色 单 层 ( 如 黑 白 ) 的 一 般 是 几 K 的 容 量 ， 彩 色 ( 8 色 ) 单 层 的 能 够 达 到 几 百 k   的 容 量 ， 但 是 二 维 码 携 带 的 信 息 越 多 ， 抗 干 扰 能 力 越 差 。 考 虑 普 通 显 示 设 备 色 域 、 分 辨 率 、 亮 度 、 校 准 准 确 度 的 问 题 ， 还 有 扫 码 设 备 摄 像 头 像 素 的 问 题 ， 选 用 常 见 的 双 色 单 层 ( 黑 白 ) 二 维 码 是 最 适 合 的 ， 即 便 是 低 端 的 7 2 0 p 分 辨 率 的 显 示 器 ， 5 0 0 万 像 素 主 摄 的 智 能 手 机 可 以 轻 松 建 立 侧 信 道 。 下 面 需 要 根 据 通 信 原 理 的 知 识 设 计 稳 定 的 通 信 信 道 ， 通 信 过 程 如 下 ：
信 源 ： 任 意 格 式 文 件 信 源 编 码 器 ： 7 z 压 缩 + b a s e 6 4 编 码 信 道 编 码 器 ： 数 据 分 组 生 成 二 维 码 信 道 ： 动 态 二 维 码 干 扰 源 ： 重 复 接 收 + 信 号 不 对 齐 信 道 译 码 器 ： 二 维 码 解 析 成 分 组 数 据 信 源 译 码 器 ： b a s e 6 4 解 码 + 7 z 解 压 缩 信 宿 ： s d c a r d 发 送 端 通 过 将 原 文 件 进 行 编 码 分 割 转 换 成 二 维 码 图 片 集 ， 二 维 码 在 固 定 时 间 间 隔 变 换 展 示 ， 接 受 端 设 置 同 样 的 采 样 时 间 间 隔 ， 最 后 把 采 样 到 的 片 段 信 息 进 行 组 合 就 可 以 解 码 得 到 原 文 件 ， 这 样 就 可 以 建 立 稳 定 的 侧 信 道 。 编 码 实 现 编 码 实 现 首 先 是 实 现 信 源 编 码 器 ， 通 过 将 压 缩 文 件 的 数 据 流 转 换 为 b a s e 6 4 ， 然 后 再 对 b a s e 6 4 消 息 进 行 分 段 ， 每 段 消 息 再 经 信 道 编 码 器 ， 组 成 连 续 的 动 态 二 维 码 g i f ， 完 成 信 道 编 码 过 程 。 这 里 使 用 p y t h o n 语 言 实 现 ， 关 键 代 码 如 下 ：
接 收 器 需 要 用 到 二 维 码 识 别 设 备 ， 使 用 最 常 见 的 a n d r o i d 手 机 即 可 ， 那 么 就 需 要 开 发 一 个 a p k ， 这 里 使 用 j a v a 语 言 实 现 。 首 先 动 态 二 维 码 经 过 信 道 译 码 器 转 换 成 b a s e 6 4 消 息 ， 完 成 信 道 译 码 过 程 。 关 键 代 码 如 下 ： 然 后 b a s e 6 4 消 息 经 过 信 源 译 码 器 得 到 文 件 流 ， 文 件 流 再 保 存 到 S D 卡 ， 即 可 完 成 信 源 译 码 过 程 。 关 键 代 码 如 下 ：
以 下 是 编 码 完 进 行 测 试 时 发 现 的 问 题 及 对 应 解 决 办 法 ： 1 . 消 息 包 丢 失 ： 手 抖 导 致 相 机 对 焦 失 败 ， 可 以 通 过 降 低 采 样 频 率 ， 选 用 有 防 抖 功 能 的 相 机 来 解 决 。 2 . 重 复 发 包 ： 多 次 重 复 扫 码 ， 可 以 通 过 对 同 一 采 样 间 隔 的 消 息 去 重 来 解 决 3 . 包 顺 序 错 乱 ： 由 于 二 维 码 无 法 标 识 消 息 序 号 ， 开 始 传 输 时 无 法 准 确 同 步 。 通 过 循 环 扫 码 ， 识 别 压 缩 包 文 件 头 信 息 ， 排 列 出 正 确 的 包 顺 序 来 解 决 包 顺 序 错 乱 问 题 。 最 终 效 果 如 下 图 所 示 ， 通 过 连 续 扫 码 实 现 “ 隔 空 取 物 ” ： 总 结 总 结 本 文 通 过 模 拟 特 定 场 景 下 的 侧 信 道 攻 击 ， 可 以 实 现 非 网 络 传 输 ， 非 硬 件 破 解 的 “ 隔 空 取 物 ” 。 侧 信 道 信 息 泄 漏 非 常 隐 蔽 ， 现 有 的 防 信 息 泄 漏 的 安 全 工 具 D L P 难 以 防 御 侧 信 道 的 攻 击 。 因 此 建 议 对 一 些 敏 感 岗 位 人 员 禁 止 携 带 智 能 设 备 ， 同 时 在 终 端 监 控 工 具 上 进 行 调 整 ， 实 时 检 测 设 备 音 频 、 图 像 等 潜 在 的 侧 信 道 传 输 载 体 ， 保 护 关 键 机 密 信 息 。
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