[论文解读] VisiSploit: An Optical Covert-Channel to Leak Data through an Air-Gap

Mordechai Guri, Ofer Hasson+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2016

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 12被引用 12

一句话总结

VisiSploit 引入了一种隐蔽的光学侧信道，通过利用标准 LCD 显示屏上难以察觉的高频闪烁，从空气隔离计算机中渗出数据。利用人类视觉感知的局限性，该方法将二进制数据编码为低于感知阈值的对比度变化，随后通过附近摄像头拍摄的照片恢复数据，从而实现用户无法察觉的隐蔽数据泄露。

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.

研究动机与目标

• 探索利用光学信道从空气隔离系统中进行隐蔽数据渗出的可行性。
• 调查 LCD 屏幕上的亚阈值视觉变化是否可用于编码和传输数据而不会被人类察觉。
• 评估基于人类视觉感知极限的光学隐蔽信道的隐蔽性与可靠性。
• 证明可以从普通摄像头拍摄的不可见屏幕闪烁图像中恢复数据。
• 评估该信道在不同环境条件、距离和摄像头类型下的性能表现。

提出的方法

• 该方法将二进制数据编码为标准 LCD 显示屏上的快速、低对比度亮度变化，利用人类视觉系统无法感知快速或细微的强度变化的特性。
• 数据以人眼无法察觉的闪烁模式投射到屏幕上，对比度水平低于人类感知阈值。
• 将附近摄像头拍摄的屏幕图像进行处理，以提取隐藏数据。
• 该系统利用人类视觉中的时间掩蔽和空间掩蔽效应，确保闪烁对观察者完全不可见。
• 研究人员通过控制实验和人类受试者测试相结合的方式，验证了该信道的隐蔽性与可靠性。
• 该方法在不同显示类型、摄像头型号、距离和环境光照条件下进行了测试，以评估其鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过标准 LCD 显示屏上的不可见、高频闪烁实现数据的隐蔽传输？
• RQ2 在多大程度上可以利用人类视觉感知的局限性，使光学数据渗出完全不可察觉？
• RQ3 该隐蔽信道在真实世界条件下，从普通摄像头拍摄的图像中恢复数据的有效性如何？
• RQ4 该信道在距离、摄像头分辨率和环境光照方面的性能边界是什么？
• RQ5 该信道是否能可靠地传输不同类型的数据（例如图像、密钥）而不会被检测到？

主要发现

• 该方法在受控测试中成功通过 LCD 屏幕上的不可见闪烁传输了二进制数据，且未被人类观察者察觉。
• 40 名人类受试者在实验中均未能察觉闪烁模式，证实了该信道的隐蔽性。
• 在不同摄像头质量和光照条件下，数据可从距离数米外拍摄的标准摄像头图像中可靠恢复。
• 在最佳条件下，该系统实现了高达每秒 10 位的数据传输速率，且图像重建准确率高。
• 该信道在各种摄像头类型和环境光照条件下均保持有效，表现出良好的鲁棒性。
• 通过使用亚阈值对比度和高速闪烁频率，确保了视觉信号的不可见性，同时仍可被摄像头检测到。