參與：張倩、蛋醬、杜偉

從1988年第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)蠕蟲(chóng)病毒誕生以來(lái)，「互聯(lián)網(wǎng)危機(jī)四伏」的觀念就已經(jīng)深入人心。如果只是這樣，不給電腦聯(lián)網(wǎng)、禁止使用任何可移動(dòng)儲(chǔ)存介質(zhì)，數(shù)據(jù)就安全了嗎？但專門研究黑客攻擊技術(shù)的研究者告訴我們，這個(gè)想法太天真了。他們用實(shí)驗(yàn)證明，即使不聯(lián)網(wǎng)，機(jī)箱里的風(fēng)扇也能泄露你的機(jī)密信息。

這項(xiàng)研究的作者 Mordechai Guri 來(lái)自以色列本·古里安大學(xué)。在最近發(fā)表的一篇論文中，他提出了一種名為 AiR-ViBeR 的數(shù)據(jù)竊取技術(shù)。令人頗為震驚的是，這種技術(shù)的「竊取」方式是借助電腦內(nèi)部的風(fēng)扇振動(dòng)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，這一攻擊分為三個(gè)步驟。首先，利用植入電腦中的惡意軟件來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以此來(lái)調(diào)節(jié)電腦產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，數(shù)據(jù)會(huì)被編碼到這些振動(dòng)中；接下來(lái)，將智能手機(jī)放置在電腦桌上或靠近電腦主機(jī)的其他位置，手機(jī)中的加速度傳感器可以用來(lái)收集振動(dòng)信號(hào)；最后，通過(guò) app 解碼獲取的信號(hào)。

過(guò)去五年來(lái)，Mordechai Guri 一直致力于找到一種讓不聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)向外界發(fā)送數(shù)據(jù)，但又不被發(fā)現(xiàn)的方法。AiR-ViBeR 是他設(shè)計(jì)的一堆稀奇古怪方法里最新的一種。

這項(xiàng)研究非常重要，因?yàn)槟切┐鎯?chǔ)了機(jī)密文件和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的政府和公司內(nèi)網(wǎng)，如今會(huì)面臨著被攻破的危險(xiǎn)。

這之前，Guri 教授的團(tuán)隊(duì)還提出過(guò)很多種從未聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中竊取數(shù)據(jù)的方法，比如：

LED-it-Go：通過(guò)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的 LED 指示燈從不聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)竊取數(shù)據(jù)；

USBee：使 USB 連接器的數(shù)據(jù)總線發(fā)出電磁輻射，用以竊取數(shù)據(jù)；

AirHopper：使用本地 GPU 卡向附近的手機(jī)設(shè)備發(fā)射電磁信號(hào)，也可用于竊取數(shù)據(jù)；

PowerHammer：使用電源線從不聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中竊取數(shù)據(jù)；

……

現(xiàn)有各種類型的攻擊未聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的方法。

在這篇最新發(fā)表的研究中，Guri 拓展了數(shù)據(jù)泄漏的全新媒介——「振動(dòng)」。

具體來(lái)講，Guri 觀察到，CPU 風(fēng)扇、GPU 風(fēng)扇、電源風(fēng)扇或者任何其他安裝在電腦機(jī)箱上的風(fēng)扇都可以產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)于沒(méi)有連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦，植入在系統(tǒng)中的惡意代碼可以控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。所以，通過(guò)加快或減緩風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，攻擊者可以控制風(fēng)扇振動(dòng)的頻率。這種頻率可以被編碼，然后通過(guò)電腦桌等傳播出去。

一個(gè)典型工作站中的 CPU 風(fēng)扇（A）和機(jī)箱風(fēng)扇（B）。其中，機(jī)箱風(fēng)扇是本文研究者重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

接下來(lái)，附近的攻擊者可以使用智能手機(jī)中的加速度傳感器記錄下這些振動(dòng)，然后解碼隱含在振動(dòng)模式中的信息，進(jìn)而對(duì)竊取自未聯(lián)網(wǎng)電腦系統(tǒng)中的信息進(jìn)行重建。

收集振動(dòng)則可以通過(guò)以下兩種方式完成：

如果攻擊者可以物理訪問(wèn)未連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦或內(nèi)網(wǎng)，他們只需要將自己的智能手機(jī)放在電腦桌上，無(wú)需接觸被攻擊的電腦就能收集到所需的震動(dòng)；

如果攻擊者無(wú)法訪問(wèn)未聯(lián)網(wǎng)的電腦或內(nèi)網(wǎng)，則可以利用目標(biāo)公司的員工，令他們的智能手機(jī)感染上病毒。這樣一來(lái)，這些員工手機(jī)上的惡意軟件就可以替攻擊者來(lái)收集振動(dòng)了。Guri 認(rèn)為這是有可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楝F(xiàn)代智能手機(jī)上的加速度傳感器可以通過(guò)任何 App 來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)，并且不需要用戶許可。這也使得這項(xiàng)技術(shù)能夠很好地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

盡管 AiR-ViBeR 是一項(xiàng)非常新穎的工作，但通過(guò)振動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的速度卻非常慢，每秒僅有半個(gè)比特，是 Guri 和他的團(tuán)隊(duì)近年來(lái)提出的最慢的數(shù)據(jù)竊取方法之一。

即便理論上 AiR-ViBeR 是可行的，那些攻擊者們也不會(huì)真的使用它，他們更可能選擇其他速度更快的技術(shù)。

AiR-ViBeR app 接收到了利用風(fēng)扇振動(dòng)竊取自未聯(lián)網(wǎng)電腦中的「秘密」信息（42 比特）。

如何防止 AiR-ViBeR 的攻擊？

從振動(dòng)檢測(cè)層面來(lái)說(shuō)，一種解決方案是，在包含敏感信息的計(jì)算機(jī)上放置加速度傳感器，用以檢測(cè)異常振動(dòng)。

還有一種方案是「風(fēng)扇訪問(wèn)監(jiān)視器」，這是軟件層面的對(duì)策。一般在系統(tǒng)中，任何程序都不應(yīng)該訪問(wèn)風(fēng)扇控制，所以可使用端點(diǎn)保護(hù)來(lái)檢測(cè)干擾風(fēng)扇控制 API 或訪問(wèn)風(fēng)扇控制總線的代碼（比如 ACPI 和 SMBus）。但這種方法的缺陷在于，攻擊者可以使用 rootkit 或其他規(guī)避技術(shù)，繞過(guò)監(jiān)視器并訪問(wèn)風(fēng)扇控制。

此外，也可通過(guò)切斷或屏蔽原始傳輸來(lái)堵塞通信信道，這也是一種內(nèi)部干擾方法，可以使用專門程序在隨機(jī)的時(shí)間和 RPM 上更改風(fēng)扇速度，但同樣它也無(wú)法避免被內(nèi)核 rootkit 禁用或規(guī)避。

目前，在安全性方面最受信任的外部干擾方法是將產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)的組件連接到計(jì)算機(jī)上，該方法有一項(xiàng)弱點(diǎn)就是需要維護(hù)，無(wú)法做到在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行部署，但這種操作確實(shí)比較簡(jiǎn)單易行。

當(dāng)然，還可以讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行物理隔離，把它放進(jìn)一種特殊的抗振機(jī)箱。或者用水冷系統(tǒng)代替原有的計(jì)算機(jī)風(fēng)扇，只是這樣的方案并不能大規(guī)模推廣，并且很貴。

防御、檢測(cè)、人為干擾三種類型的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)于 AiR-ViBeR 的技術(shù)細(xì)節(jié)可以參考論文《AiR-ViBeR: Exfiltrating Data from Air-Gapped Computers via Covert Surface ViBrAtIoNs》

論文地址：https://arxiv.org/abs/2004.06195v1

參考鏈接：https://www.zdnet.com/article/academics-steal-data-from-air-gapped-systems-using-pc-fan-vibrations/

無(wú)風(fēng)扇散熱和有風(fēng)扇散熱各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，選擇哪種散熱方式應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)決定。在需要低噪音、高可靠性和緊湊設(shè)計(jì)的場(chǎng)合，無(wú)風(fēng)扇散熱是更好的選擇；而在對(duì)散熱效率有較高要求的場(chǎng)合，有風(fēng)扇散熱則更具優(yōu)勢(shì)。

一、無(wú)風(fēng)扇散熱方式

優(yōu)勢(shì)：

1. 低噪音：無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)消除了傳統(tǒng)風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音，使得工業(yè)電腦在運(yùn)行時(shí)更加安靜，適合需要低噪音環(huán)境的場(chǎng)合，如實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)中心等。
2. 高可靠性：風(fēng)扇在高溫或灰塵環(huán)境中可能會(huì)失效，而無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)減少了機(jī)械故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
3. 減少維護(hù)：風(fēng)扇在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后可能會(huì)積累灰塵和污垢，導(dǎo)致散熱效率下降和噪音增加。無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)減少了風(fēng)扇的磨損和故障率，降低了維護(hù)頻率和成本。
4. 緊湊設(shè)計(jì)：無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)允許工業(yè)電腦采用更緊湊的結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間，便于安裝和集成。

應(yīng)用場(chǎng)景：

• 無(wú)風(fēng)扇嵌入式工控計(jì)算機(jī)因其低功耗、高性能和高可靠性，廣泛應(yīng)用于高溫、高濕、高塵、高振動(dòng)等惡劣環(huán)境下的工業(yè)操縱和自動(dòng)化領(lǐng)域，如鋼鐵、水泥、造紙等生產(chǎn)領(lǐng)域，以及智能交通、醫(yī)療設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域。

二、有風(fēng)扇散熱方式

優(yōu)勢(shì)：

1. 散熱效率高：風(fēng)扇通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生氣流，將熱空氣從散熱片或散熱器上吹走，顯著提高散熱效果。特別是在高負(fù)載或高溫環(huán)境下，風(fēng)扇能夠迅速帶走大量熱量，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
2. 靈活性強(qiáng)：風(fēng)扇可以與散熱片、熱管等多種散熱方式結(jié)合使用，形成多種組合散熱方案，以滿足不同設(shè)備和場(chǎng)景的需求。

應(yīng)用場(chǎng)景：

• 散熱風(fēng)扇廣泛應(yīng)用于各種需要高效散熱的工業(yè)設(shè)備中，如機(jī)器、機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備等。特別是在一些對(duì)散熱要求極高的場(chǎng)景下，如高性能計(jì)算、圖形處理等領(lǐng)域，風(fēng)扇散熱方式成為不可或缺的選擇。

三、區(qū)別總結(jié)