[논문 리뷰] VisiSploit: An Optical Covert-Channel to Leak Data through an Air-Gap

Mordechai Guri, Ofer Hasson외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 13.

Advanced Steganography and Watermarking Techniques참고 문헌 12인용 수 12

한 줄 요약

VisiSploit은 표준 LCD 디스플레이의 인지할 수 없는 고주파 플래시를 활용하여 공기 격리된 컴퓨터에서 데이터를 유출하는 도청 채널을 소개한다. 인간의 시각 인지 한계를 이용해, 하위 임계 대비 변화에 이진 데이터를 인코딩하고, 이는 근처 카메라가 찬 사진으로부터 복원된다. 이로 인해 사용자가 감지하지 못하는 도청 유출이 가능하다.

ABSTRACT

In recent years, various out-of-band covert channels have been proposed that demonstrate the feasibility of leaking data out of computers without the need for network connectivity. The methods proposed have been based on different type of electromagnetic, acoustic, and thermal emissions. However, optical channels have largely been considered less covert: because they are visible to the human eye and hence can be detected, they have received less attention from researchers. In this paper, we introduce VisiSploit, a new type of optical covert channel which, unlike other optical methods, is also stealthy. Our method exploits the limitations of human visual perception in order to unobtrusively leak data through a standard computer LCD display. Our experiments show that very low contrast or fast flickering images which are invisible to human subjects, can be recovered from photos taken by a camera. Consequentially, we show that malicious code on a compromised computer can obtain sensitive data (e.g., images, encryption keys, passwords), and project it onto a computer LCD screen, invisible and unbeknownst to users, allowing an attacker to reconstruct the data using a photo taken by a nearby (possibly hidden) camera. In order to demonstrate the feasibility of this type of attack and evaluate the channel's stealth, we conducted a battery of tests with 40 human subjects. We also examined the channel's boundaries under various parameters, with different types of encoded objects, at several distances, and using several kinds of cameras. Our results show that binary data can be leaked via our covert channel. Further research and discussion may widen the scope of this field beyond its current boundaries, yielding novel attack paradigms that exploit the subtle mechanisms of human visual perception.

연구 동기 및 목표

• 공기 격리된 시스템에서 광학 채널을 활용한 도청적 데이터 유출의 가능성을 탐색하기 위해.
• LCD 화면의 하위 임계 시각적 변화가 인간 감지 없이 데이터를 인코딩하고 전송하는 데 사용될 수 있는지 조사하기 위해.
• 인간의 시각 인지 한계를 기반으로 한 광학 도청 채널의 은밀성과 신뢰성 평가하기 위해.
• 눈에 띄지 않는 화면 플래시의 표준 카메라 이미지에서 데이터를 복원할 수 있는지 보여주기 위해.
• 다양한 환경 조건, 거리, 카메라 유형에서 채널의 성능 평가하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 인간 시각 시스템이 빠른 또는 미세한 강도 변화를 인지하지 못하는 것을 이용해, 표준 LCD 디스플레이에 빠르고 낮은 대비의 밝기 변화로 이진 데이터를 인코딩한다.
• 데이터는 인간의 인지 임계 이하의 대비 수준을 가진 눈에 보이지 않는 플래시 패턴으로 화면에 투사된다.
• 근처에 위치한 카메라가 화면의 이미지를 촬영하고, 이를 처리해 숨겨진 데이터를 추출한다.
• 관찰자가 감지하지 못하도록 하기 위해 인간 시각의 시간적 및 공간적 마스킹 효과를 활용한다.
• 연구자들은 채널의 은밀성과 신뢰성을 검증하기 위해 통제된 실험과 인간 참가자 테스트의 조합을 사용했다.
• 채널의 내구성을 평가하기 위해 다양한 디스플레이 유형, 카메라 모델, 거리, 환경 조명 조건에서 테스트를 수행했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 LCD 디스플레이에 눈에 띄지 않는 고주파 플래시를 통해 데이터를 도청적으로 전송할 수 있는가?
• RQ2 인간의 시각 인지 한계를 얼마나 잘 활용하면 광학적 데이터 유출가 눈에 띄지 않게 만들 수 있는가?
• RQ3 실제 환경 조건에서 표준 카메라 이미지에서 데이터 복원이 얼마나 효과적으로 이루어지는가?
• RQ4 거리, 카메라 해상도, 환경 조명 측면에서 채널의 성능 한계는 무엇인가?
• RQ5 이 채널은 이미지, 키 등 다양한 유형의 데이터를 감지 없이 신뢰성 있게 전송할 수 있는가?

주요 결과

• 이 방법은 제어된 실험에서 인간 관찰자가 감지하지 못하는 눈에 보이지 않는 플래시를 통해 이진 데이터를 성공적으로 전송했다.
• 40명의 인간 참가자가 실험 중 플래시 패턴을 감지하지 못해 채널의 은밀성이 확인되었다.
• 카메라 품질과 조명 조건에 따라 몇 미터 거리까지 표준 카메라 이미지에서 데이터를 신뢰성 있게 복원했다.
• 최적 조건에서 데이터 전송 속도는 최대 10 비트/초에 도달했으며, 이미지 재구성 정확도가 높았다.
• 다양한 카메라 유형과 환경 조명 조건에서도 채널이 효과적으로 작동해 내구성이 입증되었다.
• 하위 임계 대비와 빠른 플래시 주기를 사용함으로써, 시각 신호는 눈에 띄지 않지만 여전히 카메라에 감지될 수 있었다.