پهپادها حالا می‌توانند به پیام‌های زیر آب گوش دهند!

فناوری شنود بین محیطی، تصورات قدیمی در مورد امنیت ارتباطات زیر آب را به چالش می‌کشد. محققان دانشگاه پرینستون و ام‌آی‌تی روشی را برای شنود ارتباطات زیر آب از طریق هوا توسعه داده‌اند که باورهای قدیمی درباره امنیت انتقال‌های زیر آب را زیر سوال می‌برد.

این گروه دستگاهی ساخته‌اند که با استفاده از رادار، سیگنال‌های صوتی زیر آب یا سونار را از طریق رمزگشایی لرزش‌های بسیار کوچک این سیگنال‌ها روی سطح آب شنود می‌کند. محققان می‌گویند این روش می‌تواند به‌طور تقریبی محل فرستنده زیر آب را هم مشخص کند!

در مقاله‌ای که در 20 نوامبر در کنفرانس ACM MobiCom ارائه شد، این گروه این فناوری را توضیح دادند و راهکارهایی برای مقابله با این نوع جدید شنود پیشنهاد کردند. آنها با موفقیت این سیستم را در دریاچه کارنگی، یک دریاچه مصنوعی کوچک در پرینستون، آزمایش کردند. اگرچه استفاده از این روش در اقیانوس‌های باز چالش‌های خیلی بیشتری دارد، اما محققان معتقدند با پیشرفت‌های مهندسی قابل توجه، این کار شدنی است.

محققان می‌گویند هدفشان فقط هشدار دادن به مردم درباره آسیب‌پذیری انتقال‌های زیر آب نیست، بلکه توضیح روش‌هایی است که می‌توان برای جلوگیری از شنود استفاده کرد.

یاسمن قاسم‌پور، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر و مسئول اصلی این تحقیق، می‌گوید:

امیدوارم برخی از راهکارهای مقابله‌ای که پیشنهاد می‌کنیم، توسط کسانی که فرستنده‌های صوتی برای ارتباطات زیر آب طراحی می‌کنند، مورد استفاده قرار بگیرد.

انتقال پیام بین دستگاه‌های زیر آب و هوا تا سال 2018 که محققان ام‌آی‌تی سیستمی برای این کار ساختند، از نظر فنی غیرممکن تلقی می‌شد. اما روش ام‌آی‌تی به همکاری بین طرف‌های هوایی و دریایی نیاز داشت، به اشتراک‌گذاری سرعت داده‌ها، فرکانس‌ها و سایر جزئیات فنی مهم از قبل. در آن زمان، مشخص نبود که آیا می‌توان از این روش برای شنود پیام‌های خصوصی از فرستنده‌های زیر آب غیرهمکار استفاده کرد یا نه.

قاسم‌پور و گروهش در پرینستون با همکاری گروه ام‌آی‌تی، پیامدهای امنیتی این فناوری را بررسی کرده و روشی برای رمزگشایی همین نوع پیام‌ها بدون اطلاع از هیچ یک از آن جزئیات فنی پیدا کردند.

محققان می‌گویند توانایی شنود ارتباطات زیر آب از طریق هوا، خطرات امنیتی زیادی به همراه دارد. آنها می‌گویند یک دشمن می‌تواند از این فناوری برای شنود اطلاعات حساس منتقل شده توسط حسگرهای نظارت بر آب و هوا، سکوهای نفت و گاز و حتی زیردریایی‌ها استفاده کند.

پوریا ملاحسینی، دانشجوی فارغ‌التحصیل در پرینستون و یکی از نویسندگان اصلی مقاله به همراه سید سعد افضل، دانشجوی فارغ‌التحصیل در ام‌آی‌تی، می‌گوید:

این کار نشان می‌دهد که اطلاعات حساس می‌تواند به روش‌هایی که قبلاً فکرش را هم نمی‌کردیم، لو برود.

ارتباطات زیر آب چگونه محافظت می‌شود؟

محققان می‌گویند امنیت ارتباطات زیر آب به شدت به این واقعیت بستگی دارد که صدا در زیر آب نمی‌تواند از سطح آب عبور کند. سیگنال‌هایی که اطلاعات را حمل می‌کنند، به‌صورت امواج صوتی در زیر آب منتقل می‌شوند. چون آب و هوا چگالی‌های خیلی متفاوتی دارند، سطح آب مانند یک مانع برای صدا عمل می‌کند. وقتی امواج صوتی زیر آب به سطح می‌رسند، بیشترشان فقط منعکس می‌شوند.

در سال 2018، گروه ام‌آی‌تی متوجه شد که برخورد امواج صوتی به سطح آب، نوعی اثر انگشت از لرزش‌های بسیار کوچک بر جای می‌گذارد که با سیگنال زیر آب مطابقت دارد. این گروه از راداری که روی یک پهپاد نصب شده بود برای خواندن لرزش‌های سطح استفاده کرد و الگوریتم‌هایی را برای تشخیص الگو، رمزگشایی سیگنال و استخراج پیام به کار برد.

فادل ادیب، دانشیار هنرهای رسانه‌ای و علوم در ام‌آی‌تی و یکی از نویسندگان همکار این مقاله جدید، می‌گوید:

ارتباطات زیر آب به هوا یکی از سخت‌ترین مشکلات قدیمی در زمینه ما است. دیدن موفقیت روش ما در رمزگشایی پیام‌های زیر آب از لرزش‌های بسیار کوچک که روی سطح ایجاد می‌کردند، هیجان‌انگیز و شگفت‌انگیز بود.

اما برای اینکه این روش کار کند، سیستم گروه ام‌آی‌تی نیاز به اطلاع از پارامترهای فیزیکی خاصی مانند فرکانس انتقال و نوع مدولاسیون از قبل داشت.

گروه پرینستون با تکیه بر این پیشرفت، از روشی مشابه برای تشخیص لرزش‌های سطح استفاده کرد، اما الگوریتم‌های جدیدی را توسعه داد که از تفاوت‌های بین رادار و سونار برای آشکارسازی آن پارامترهای فیزیکی بهره می‌برد. این امر به محققان اجازه داد تا پیام را بدون همکاری فرستنده زیر آب رمزگشایی کنند.

محققان با استفاده از یک پهپاد و رادار تجاری ارزان قیمت، روش خود را در یک استخر شنا آزمایش کردند. محققان یک بلندگو را زیر آب قرار دادند و در حالی‌که شناگران اختلال ایجاد می‌کردند، یک پهپاد را بر فراز سطح به پرواز درآوردند. پهپاد به‌طور مکرر پالس‌های رادار کوتاه را به سمت آب ارسال می‌کرد. وقتی سیگنال‌های رادار از سطح آب منعکس می‌شدند، الگوی لرزش‌های ناشی از امواج صوتی را برای تشخیص و رمزگشایی سیستم آشکار می‌کردند.

محققان همچنین از یک رادار نصب‌شده روی بوم برای آزمایش‌ها در یک محیط واقعی در دریاچه کارنگی در پرینستون استفاده کردند. آنها دریافتند که این سیستم می‌تواند پارامترهای ناشناخته را شناسایی کرده و پیام‌ها را از بلندگو، حتی با اختلال ناشی از باد و امواج، رمزگشایی کند. در واقع، می‌توانست نوع مدولاسیون، یکی از مهم‌ترین پارامترها را با دقت 97.58 درصد تعیین کند.

قاسم‌پور می‌گوید:

ما می‌خواستیم نشان دهیم که این کار را می‌توان با تجهیزات معمولی و ارزان انجام داد. تصور کنید که یک فرد با یک رادار پیشرفته‌تر چه کاری می‌تواند انجام دهد.

آنها دریافتند که پارامترهای طراحی یک لینک ارتباطی زیر آب به شدت بر حساسیت آن به چنین حملاتی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، شناسایی برخی از انواع مدولاسیون آسان‌تر از بقیه است. این مقاله توصیه‌هایی را در مورد روش‌های طراحی فرستنده‌هایی که در برابر شنود مقاوم‌تر هستند، ارائه می‌دهد. قاسم‌پور گفت که امیدوار است برای ارائه پیشنهادات بیشتر در مورد روش‌های محافظت در برابر این نوع حملات، پیگیری کند.

منبع: Scitechdaily