[논문 리뷰] POWER-SUPPLaY: Leaking Data from Air-Gapped Systems by Turning the Power-Supplies Into Speakers

Mordechai Guri|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 01.

Speech and dialogue systems인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 컴퓨터의 전원 공급 장치(PSU)를 조작하여 내부 스위칭 주파수를 제어함으로써 청취 가능한 음파와 초음파를 생성함으로써 PSU를 스피커로 전환하는 새로운 음향 코어트 채널인 POWER-SUPPLaY를 소개한다. 이 기법은 오디오 하드웨어나 특권 권한 없이도 공기 차단 및 음향 차단 시스템에서 최대 50 bit/sec 속도로 데이터 유출을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 오디오 하드웨어가 비활성화되거나 존재하지 않는 경우에도 공기 차단 시스템에서 데이터를 유출시킬 수 있음을 입증하는 것.
• 전원 공급 장치(PSU)가 의도하지 않은 음향 송신기로 악용될 수 있는지 조사하는 것.
• 특별한 권한이나 하드웨어 접근 없이도 작동하는 스텔스성 높은 사용자 모드 악성 소프트웨어 기법을 개발하는 것.
• 임베디드 및 IoT 기기 포함 다양한 시스템에서 PSU를 이용한 음향 데이터 유출의 실현 가능성을 평가하는 것.
• 이 새로운 코어트 채널에 대비한 실용적인 대응 조치를 탐색하는 것.

제안 방법

• 악성 소프트웨어가 DC-DC 컨버터의 스위칭 주파수를 조작하여 인덕터와 커패시터에서 제어 가능한 음향 파형을 생성한다.
• CPU를 집중적으로 사용하는 바쁜 루프를 통해 스위칭 주파수를 조절함으로써 0–24 kHz 범위의 변조된 음향 톤을 생성한다.
• 이중 데이터는 표준 변조 기법(예: FSK)을 사용하여 음향 신호에 변조하여 전송한다.
• 근거리에 있는 수신기(예: 스마트폰)가 음향 신호를 캡처하고 표준 오디오 처리를 통해 데이터를 복원한다.
• 이 방법은 커널 접근, 하드웨어 I/O, 특별한 권한 없이도 사용자 공간에서만 작동한다.
• 소프트웨어 루프의 정밀한 타이밍 제어를 통해 신호 생성이 이루어지며, PSU 구성 요소의 고유한 기계적 공진을 악용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 컴퓨터의 전원 공급 장치가 오디오 하드웨어 없이도 음향 전송을 위해 보조 스피커로 악용될 수 있는가?
• RQ2 오디오 하드웨어 없이도 PSU가 생성하는 음향 방출만으로 공기 차단 또는 음향 차단 시스템에서 데이터를 유출시킬 수 있는가?
• RQ3 이러한 코어트 채널이 특권 권한이나 직접적인 하드웨어 접근 없이도 작동할 수 있는가?
• RQ4 PSU 기반 음향 전송을 통해 도달할 수 있는 최대 데이터 전송 속도는 얼마인가?
• RQ5 기존의 감지 및 완화 기법들이 이 새로운 코어트 채널에 대해 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• POWER-SUPPLaY 기법은 오디오 하드웨어나 특권 권한 없이도 청취 가능한 음파와 초음파를 성공적으로 생성한다.
• 이 방법은 최대 5미터 거리까지 50 bit/sec의 최대 데이터 유출 속도를 달성한다.
• 이 기법은 오디오 하드웨어가 없는 PC 워크스테이션, 서버, 임베디드/IoT 기기 등 다양한 시스템에서 작동한다.
• 악성 소프트웨어는 표준 사용자 모드 프로세스에서 작동하므로 정적 및 동적 분석으로부터 매우 회피 가능하다.
• 음향 방출은 PSU의 스위칭 주파수 조작을 통해 생성되며, 커패시터와 트랜스포머의 고유한 기계적 진동을 악용한다.
• 저 SNR(신호 대 잡음비)와 조용한 환경에서 배경 잡음과의 구분이 어려워 감지 및 조작 방해가 어렵다.