窃听私人对话是最常见和不愉快的隐私威胁之一。许多人将笔记本电脑上的麦克风和摄像头粘合在一起，以使大多数私人和私人时刻保持秘密，这并非没有代价。好了，现在也该将激光雷达粘在智能吸尘器上了。因为新加坡国立大学的科学家找到了一种用吸尘器窃听房间的方法。
最近，研究人员提出了几种窃听“智能家居”的各种智能设备的方法。本文介绍了LidarPhone-一种通过激光雷达的新型声学攻击通道，激光雷达配备了流行的家用机器人真空吸尘器。其主要思想是将激光雷达重新用作激光麦克风，以拾取附近物体引起的细微振动产生的声音。
声音是通过介质振动传播的压力波。因此，环境中的声能会部分地感应到附近的物体上，从而在这些固体介质中产生微妙的物理振动。 LidarPhone的基本概念是使用机器人真空吸尘器的激光雷达传感器感测此类在家居用品中引起的振动，然后处理记录的振动信号以重建声迹。这种感测方法受激光麦克风原理的启发，该麦克风使用反射的激光束从振动的物体中拾取声音。
廉价激光雷达的工作原理
尽管激光麦克风需要进行复杂的调整，但旋转激光雷达传感器至少配备有激光发射器和反射传感器。这提供了将激光雷达转换为麦克风的关键功能。当然，这种想法的实际实施需要克服许多困难。
使用激光雷达作为激光麦克风时的主要问题之一是反射信号的信噪比（SNR）极低。部分原因是，尽管LidarPhone在高度上有明显的相似性，但它依赖于与激光麦克风不同的物理原理。激光麦克风的目标是高反射率的材料（即产生镜面反射），例如高SNR的玻璃窗。相反，将硬件激光雷达放大器和模数转换器（ADC）调整为仅对大多数在粗糙表面（例如墙壁）上反射的低强度信号敏感，从而产生漫反射。因此，即使激光雷达从玻璃窗接收到高强度信号，他将不会收到有用的信息。
激光麦克风的定向镜面反射（左）与LidarPhone接收到的具有较低SNR的漫反射之间的区别
为了克服低SNR的问题，科学家使用了各种信号处理技术，包括滤除包含噪声的频率分量。为了进一步降低噪声的影响，他们通过使用频谱分析减去动态分析的噪声来执行噪声降低。在科学工作中更详细地描述了物理和数学方法。
LidarPhone攻击发展中的另一个主要问题是激光雷达的低采样率。给定其旋转运动，目标上某一点的采样率等于激光雷达的旋转率。科学家通过将激光雷达速度（5 Hz）乘以每转样本数（360）来提高采样率。因此，采样率已从5 Hz增加到1.8 kHz，这是训练神经网络时的重要指标。
LidarPhone会仔细处理并从最初嘈杂的激光反射中提取音频信号轨迹。这样，捕获了机密信息（例如，当受害者正在参加电话会议时，计算机扬声器发出的语音）。
在此科学论文中，作为实验，对小米Roborock机器人吸尘器的攻击进行了测试。 LidarPhone原型接受了计算机扬声器上的数字和电视扬声器上的音乐的训练：超过3万个音频片段，总录制时间超过19个小时。结果，当对数字和音乐进行分类时，LidarPhone的平均准确率分别约为91％和90％。
在实验中，LidarPhone从最小的振动物体（例如垃圾桶或塑料袋）反射的激光束中接收了机密语音信息。下图显示了带有各种物体反射的声音信号的外观。
该图对应于单词“九”中从a）原始音频派生的声音； b）3米远处的麦克风录音； c）处理过的垃圾桶激光雷达记录； d）宜家包装。相应的音频文件在bit.ly/lidarphone-sensys 上发布
。LidarPhone克服了现代窃听方法的局限性，现代窃听方法需要某种窃听设备来增加检测的机会。这里没有错误或多余的设备。仅普通的吸尘器适度地站在角落，不会引起怀疑。
研究人员写道，其他许多光传感器，包括智能手机上的光传感器，理论上也可以用作麦克风。最近，许多科学论文发现了智能手机上非声学传感器的用例，这些用例有可能使您未经许可就记录对话。我们正在谈论的使用加速度计，陀螺仪和振动电动机（的1，2，3，4）。
但是，使用智能手机进行窃听是微不足道且可预测的。带激光雷达的家用电器，没有人可以怀疑在谈话中进行窃听，这是完全不同的事情。如吸尘器。通常，我们家庭中智能设备的普及为聆听私人对话带来了许多此类声音攻击的机会。要记住的主要事情是，激光雷达实际上是现成的激光麦克风。
研究论文于2020年11月16日在日本的SenSys '20虚拟会议上发布。
