360汽車(chē)信息安全干擾傳感器的“N”種方法

在上周關(guān)于Defcon的預(yù)告中，車(chē)云菌提到過(guò)將會(huì)有360的團(tuán)隊(duì)將會(huì)演示是如何通過(guò)欺騙，或者說(shuō)是干擾傳感器，來(lái)讓車(chē)上的半自動(dòng)駕駛系統(tǒng)做出錯(cuò)誤的決定。

本周一，360汽車(chē)信息安全實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人劉健皓與一同進(jìn)行這項(xiàng)課題研究的浙江大學(xué)教授/博士生導(dǎo)師徐文淵、浙江大學(xué)閆琛一起，在Defcon上共同進(jìn)行演示，介紹了是如何騙過(guò)特斯拉Model S上的超聲波傳感器、攝像頭和毫米波雷達(dá)。

自動(dòng)駕駛，包括現(xiàn)階段的半自動(dòng)駕駛，實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都是通過(guò)安裝在車(chē)輛上的各類傳感器對(duì)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行感知，數(shù)據(jù)傳到分析處理單元，控制單元根據(jù)分析處理單元發(fā)送的結(jié)果得到判斷，進(jìn)而向車(chē)輛的執(zhí)行器發(fā)出命令，做出轉(zhuǎn)向、加速、剎車(chē)等不同的命令。

他們的切入點(diǎn)，就是在第一步，傳感器感知周?chē)h(huán)境時(shí)，做了一些手腳，讓傳感器得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

如何干擾傳感器?

不同的傳感器干擾的方式自然不同。這次研究的三個(gè)傳感器工作原理各不相同，咱們一個(gè)一個(gè)看。

1.超聲波傳感器

超聲波傳感器在車(chē)輛上的作用是探測(cè)障礙物，發(fā)出超聲波之后，根據(jù)接收到回聲的時(shí)間來(lái)判斷與障礙物之間的距離。特斯拉的Model S的車(chē)身周?chē)惭b有12個(gè)超聲波傳感器用來(lái)探測(cè)車(chē)輛周?chē)恼系K物，并且會(huì)在檢測(cè)到有障礙物之后發(fā)出警告聲，儀表盤(pán)上對(duì)應(yīng)位置會(huì)有障礙物以及距離提示。如果開(kāi)啟了Autopilot，那么車(chē)輛還會(huì)在距離過(guò)近的時(shí)候自動(dòng)剎車(chē)。

影響超聲波傳感器的方式很簡(jiǎn)單，一種是通過(guò)發(fā)出超聲波的噪聲，增加超聲波傳感器接收到回聲的信噪比來(lái)影響它的判斷;一種是發(fā)出相同頻率的超聲波給超聲波傳感器，讓它誤以為原本沒(méi)有障礙物的地方是有障礙物的。

實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很方便，只需要一個(gè)成本在60元人民幣的干擾設(shè)備，在車(chē)輛的超聲波傳感器前方發(fā)出對(duì)應(yīng)信號(hào)就可以了。從團(tuán)隊(duì)研究的結(jié)果來(lái)看，如果是通過(guò)噪聲來(lái)干擾，那么會(huì)影響超聲波對(duì)距離的判斷，判斷結(jié)果不精準(zhǔn)，從而顯示在儀表盤(pán)上的距離信息也是錯(cuò)誤的;而如果是通過(guò)發(fā)出同頻率的信號(hào)，那么會(huì)讓傳感器做出完全相反的判斷。

干擾之后，傳感器對(duì)距離判斷錯(cuò)誤 如果是在人工駕駛狀態(tài)下，那么會(huì)被儀表盤(pán)顯示的錯(cuò)誤信息而誤導(dǎo)，而如果是在Autopilot的狀態(tài)下，那么同樣會(huì)被誤導(dǎo)而做出錯(cuò)誤判斷，或者誤以為系統(tǒng)不工作而發(fā)出警告聲，必須由人類駕駛員接手。需要注意的是，如果是發(fā)出同頻率信號(hào)來(lái)進(jìn)行干擾，那么時(shí)間很重要，只有第一次讓傳感器接收到的超聲波是有效的，能夠產(chǎn)生影響。

傳感器未能識(shí)別出障礙物 當(dāng)然，除此之外還有一個(gè)最簡(jiǎn)單的辦法，使用一些可以吸聲的材料，就可以吸收傳感器發(fā)出的超聲波，直接讓其被罷工。

2.毫米波雷達(dá)

相比之下，對(duì)于毫米波雷達(dá)的破解難度要大很多。最直接的體現(xiàn)就在設(shè)備的成本上，據(jù)劉健皓透露，他們干擾毫米波雷達(dá)的設(shè)備成本在120萬(wàn)人民幣。不過(guò)，出于安全考慮以及設(shè)備電源線長(zhǎng)的限制，對(duì)于毫米波雷達(dá)的干擾并非是在車(chē)輛高速運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。

毫米波雷達(dá)的理論干擾距離就是毫米波的探測(cè)距離，不過(guò)無(wú)線毫米波發(fā)射裝置很少且成本會(huì)更高，這也是對(duì)毫米波雷達(dá)的攻擊會(huì)更加難以發(fā)生在現(xiàn)實(shí)中。

毫米波雷達(dá)的干擾設(shè)備 上圖就是干擾毫米波雷達(dá)的設(shè)備。劉健皓表示，通過(guò)電磁波的干擾，可以在前方無(wú)車(chē)的狀態(tài)下讓傳感器認(rèn)為有車(chē)，這個(gè)信息會(huì)同步顯示到儀表盤(pán)上，如果距離足夠近，報(bào)警裝置還會(huì)提醒，同樣，在Autopilot狀態(tài)下，會(huì)自動(dòng)剎車(chē)。同樣，可以在前方有車(chē)的時(shí)候，讓系統(tǒng)認(rèn)為前方無(wú)車(chē)，而繼續(xù)行駛。

干擾毫米波雷達(dá)后儀表盤(pán)的錯(cuò)誤顯示 與超聲波雷達(dá)相同的是，同樣可以通過(guò)干擾設(shè)備來(lái)讓系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的距離判斷。而不論是超聲波雷達(dá)還是毫米波雷達(dá)的距離判斷，從實(shí)際的開(kāi)車(chē)場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，只有微小距離的錯(cuò)誤判斷會(huì)更容易給人以誤導(dǎo)，比如在倒車(chē)或者停車(chē)入位的時(shí)候，更多的干擾，是對(duì)于Autopilot這套系統(tǒng)。

如果傳感器被嚴(yán)重干擾，在Autopilot下，系統(tǒng)同樣會(huì)做出「?jìng)鞲衅鞑荒苷９ぷ鳌沟呐袛?，從而無(wú)法啟動(dòng)Autopilot，要求進(jìn)入人工狀態(tài)。

3.攝像頭

雖然現(xiàn)在特斯拉5月份的致死事故還沒(méi)有最終確定原因，但是卡車(chē)的白色集裝箱對(duì)攝像頭帶來(lái)的「致盲」效果，正是劉健皓著手研究的切入點(diǎn)。不過(guò)對(duì)于攝像頭的干擾，并沒(méi)有直接在車(chē)上進(jìn)行，而是將攝像頭拆下。

致盲攝像頭 讓攝像頭致盲的手段是采用光源直射攝像頭(或者直射標(biāo)定板，讓其反光射向攝像頭)，其最終的效果取決于光源與攝像頭的距離，以及光源的強(qiáng)度。據(jù)劉健皓介紹，在距離攝像頭50cm的位置用200毫瓦的紅外線，可以讓攝像頭致盲40秒。如果距離增加，效果會(huì)遞減。如果光源過(guò)強(qiáng)，還會(huì)造成攝像頭直接被燒壞。

攝像頭被致盲的結(jié)果 當(dāng)然，距離50cm在現(xiàn)實(shí)生活中是無(wú)法對(duì)行駛過(guò)程中的車(chē)輛實(shí)現(xiàn)的，隨著距離的拉長(zhǎng)，可以通過(guò)增加光源強(qiáng)度的方法，來(lái)造成致盲。而只要致盲2-3秒，對(duì)于開(kāi)啟了自動(dòng)行駛狀態(tài)的車(chē)來(lái)說(shuō)，就很可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

從硬件來(lái)說(shuō)，攝像頭本身存在一個(gè)刷新頻率，如果刷新頻率夠高，則會(huì)讓致盲的效果減弱。

傳感器可以被欺騙，這說(shuō)明了什么?

從前面的描述中其實(shí)可以看出，從傳感器入手來(lái)進(jìn)行攻擊，其實(shí)并不是一個(gè)很容易實(shí)現(xiàn)的方式。

在提到的三種傳感器中，最容易實(shí)現(xiàn)的就是超聲波了。設(shè)備成本低，入手容易，一個(gè)充電寶就可以讓其保持工作，雖然有距離的限制，但是除了地庫(kù)之外，也可以通過(guò)跟車(chē)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而要致盲攝像頭，一方面是距離越遠(yuǎn)效果越差，雖然只要致盲哪怕一秒鐘就可能會(huì)引起嚴(yán)重的后果，但是需要一場(chǎng)精心策劃，毫米波雷達(dá)更是如此。