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太赫兹数据链路中的安全漏洞

2019-01-27 15:25:57 来源:

一项新的研究表明,太赫兹数据链可能在未来的超高速无线数据网络中发挥作用,并不像许多研究人员所假设的那样免受窃听的影响。发表在“自然”杂志上的这项研究表明,聪明的窃听者可以拦截来自太赫兹发射器的信号而不会在接收器处检测到入侵。

“太赫兹社区的传统观点认为,在没有发现攻击的情况下,几乎不可能监视太赫兹数据链接,”布朗大学工程学院教授,​​该研究的共同作者丹尼尔米特曼说。“但我们表明,在太赫兹领域未被发现的窃听比大多数人所假设的更容易,而且我们在考虑设计网络架构时需要考虑安全问题。”

由于其频率更高,太赫兹辐射可以携带比现今无线通信中使用的微波多100倍的数据,这使得太赫兹成为未来无线网络中使用的有吸引力的选择。除了增强的带宽之外,通常还假设高频波传播的方式自然会增强安全性。与在广角广播中传播的微波不同,太赫兹波以窄的,非常定向的波束传播。

“在微波通信中,窃听者可以在广播锥体的任何地方放置一个天线并拾取信号而不会干扰预期的接收器,”Mittleman说。“假设攻击者可以对该信号进行解码,那么他们就可以在没有被检测到的情况下进行窃听。但是在太赫兹网络中,窄波束意味着窃听者必须将天线放置在发射器和接收器之间。我们的想法是没有阻止部分或全部信号就无法做到这一点,这将使得预期的接收器很容易检测到窃听尝试。“

来自布朗,莱斯大学和布法罗大学的Mittleman及其同事开始测试这个概念。他们在发射器和接收器之间建立了直接的现场太赫兹数据链路,并试验了能够拦截信号的设备。他们能够展示几种可以在不被检测到的情况下窃取信号的策略 - 即使数据携带光束非常有方向性,锥角小于2度(与微波传输相比,角度通常与120度)。

一组策略涉及将物体放置在能够散射光束的一小部分的光束的最边缘处。为了使数据链路可靠,光束的直径必须略大于接收器的孔径。这为攻击者提供了一小段信号,使其无需在接收器上投射可检测到的阴影。

研究人员表明,平坦的金属片可以将一部分光束重定向到由攻击者操作的辅助接收器。研究人员能够在第二个接收器处获得可用信号,而主接收器没有明显的功率损耗。

通过在梁中使用金属圆柱而不是平板,团队展示了一种更灵活的方法(从攻击者的角度来看)。

“气缸的优势在于它们可以向所有方向散射光线,为攻击者提供了更多选择,可以设置接收器,”布法罗工程助理教授兼研究合着者Josep Jornet说。“考虑到太赫兹波传播的物理特性,即使是非常小的圆柱也可以在不阻挡视线路径的情况下显着地散射信号。”

研究人员接着演示了另一种涉及无损分束器的攻击,即使不是不可能,也很难检测到。放置在发射器前面的分束器可以使攻击者足够有效地进行窃取,但不会太多,以至于它会引起网络管理员的警钟。

研究人员表示,最重要的是,虽然与较低频率相比,太赫兹链路存在固有的安全增强功能,但这些安全性改进仍然远非万无一失。

莱科大学电子与计算机工程教授兼研究合着者Edward Knightly说:“从马尔科尼时代开始,确保窃听者的无线传输一直是一项挑战。”“虽然太赫兹乐队在这个方向上取得了巨大的飞跃,但遗憾的是,我们发现一个坚定的对手仍能有效拦截信号。”

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