[論文レビュー] POWER-SUPPLaY: Leaking Data from Air-Gapped Systems by Turning the Power-Supplies Into Speakers

Mordechai Guri|arXiv (Cornell University)|May 1, 2020

Speech and dialogue systems被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、コンピュータの電源ユニット（PSU）の内部スイッチング周波数を制御することで、PSU自体をスピーカーに変換する、新しい音響コvertチャネルであるPOWER-SUPPLaYを紹介する。この技術により、音声ハードウェアや特権権限がなくても、空気ギャップおよび音声ギャップのシステムからのデータ漏洩を最大50ビット/秒で実現できる。

ABSTRACT

It is known that attackers can exfiltrate data from air-gapped computers through their speakers via sonic and ultrasonic waves. To eliminate the threat of such acoustic covert channels in sensitive systems, audio hardware can be disabled and the use of loudspeakers can be strictly forbidden. Such audio-less systems are considered to be \ extit{audio-gapped}, and hence immune to acoustic covert channels. In this paper, we introduce a technique that enable attackers leak data acoustically from air-gapped and audio-gapped systems. Our developed malware can exploit the computer power supply unit (PSU) to play sounds and use it as an out-of-band, secondary speaker with limited capabilities. The malicious code manipulates the internal \ extit{switching frequency} of the power supply and hence controls the sound waveforms generated from its capacitors and transformers. Our technique enables producing audio tones in a frequency band of 0-24khz and playing audio streams (e.g., WAV) from a computer power supply without the need for audio hardware or speakers. Binary data (files, keylogging, encryption keys, etc.) can be modulated over the acoustic signals and sent to a nearby receiver (e.g., smartphone). We show that our technique works with various types of systems: PC workstations and servers, as well as embedded systems and IoT devices that have no audio hardware at all. We provide technical background and discuss implementation details such as signal generation and data modulation. We show that the POWER-SUPPLaY code can operate from an ordinary user-mode process and doesn't need any hardware access or special privileges. Our evaluation shows that using POWER-SUPPLaY, sensitive data can be exfiltrated from air-gapped and audio-gapped systems from a distance of five meters away at a maximal bit rates of 50 bit/sec.

研究の動機と目的

• 音声ハードウェアが無効化されたり欠落している状況下でも、空気ギャップのシステムからデータを漏洩させることができるかを示すこと。
• 電源ユニット（PSU）が意図しない音響送信機として利用可能かどうかを調査すること。
• 特別な権限やハードウェアアクセスが不要な、静かでユーザーモードで動作するマルウェア技術を開発すること。
• 組み込みおよびIoTデバイスを含む多様なシステムにおける、PSUを用いた音響データ漏洩の実現可能性を評価すること。
• この新しいコvertチャネルに対する実用的な対策を検討すること。

提案手法

• マルウェアがPSUのDC-DCコンバータのスイッチング周波数を操作することで、コイルやコンデンサから制御された音響波形を生成する。
• CPUを高負荷にするバブルループを用いてスイッチング周波数を制御し、0〜24 kHzの範囲の変調された音声トーンを発生させる。
• 標準的な変調技術（例：FSK）を用いて、バイナリデータを音響信号に変調して送信する。
• 近接した受信機（例：スマートフォン）が音響信号を収集し、標準的な音声処理によりデータを復号する。
• この方法はすべてユーザースペースで動作し、カーネルアクセス、ハードウェアI/O、特別な権限が不要である。
• ソフトウェアループの正確なタイミング制御により信号生成が実現され、PSU部品の固有の機械的共振を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンピュータの電源ユニットが、音声ハードウェアがなくても、二次的なスピーカーとしてデータを音響的に送信可能か？
• RQ2 音声ハードウェアが存在しない状況下でも、PSUが発生させる音響放射のみを用いて、空気ギャップまたは音声ギャップのシステムからのデータ漏洩が可能か？
• RQ3 特別な権限や直接的なハードウェアアクセスがなくても、このようなコvertチャネルが動作可能か？
• RQ4 PSUを用いた音響伝送で達成可能な最大データレートはどれくらいか？
• RQ5 既存の検出および緩和技術は、この新しいコvertチャネルに対してどれほど有効か？

主な発見

• POWER-SUPPLaY技術は、音声ハードウェアや特別な権限がなくても、PSUから可聴および超音波トーンを生成することに成功した。
• 最大50ビット/秒のデータ漏洩速度が、最大5メートルの距離で達成された。
• この技術は、音声ハードウェアのないPCワークステーション、サーバー、および組み込み/IoTデバイスなど、多様なシステムで動作した。
• マルウェアは標準的なユーザーモードプロセスから動作するため、静的および動的解析に対して非常に回避可能である。
• 信号はPSUのスイッチング周波数の操作によって生成され、コンデンサやトランスフォーマーの固有の機械的振動を活用している。
• 信号検出およびジャミングは困難であり、低SNRと静かな環境下での背景ノイズとの区別が難しいためである。