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研究揭示太赫兹数据链接的安全漏洞
发布时间:2018-10-29 08:58:08 阅读:83

来源:布朗大学;电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 张天宇 编译

太赫兹辐射有一天也许能够被用在无线数据网络上,将会比现在微波频段的网络快上许多倍。在这个研究领域中,除了大幅提升速度以外,太赫兹数据链接被公认为窃听渠道的天然屏障。与微波的广角传播不同,太赫兹波以一个窄波的形式直接从发射机传播到接收机。所以窃听者不太可能在窃听信号时不阻塞一部分太赫兹信号的传输,那将很容易被接收器检测出来。不过最近的研究表明,一个机智的窃听者确实可以在不被发现的情况下窃听太赫兹信号。为了确保链接是可靠的,波束的直接要比接收器的孔径稍大一些。这给窃听者在不被接收器发现的情况下窃听信号提供了可能。
图片来源:Mittleman实验室 / 布朗大学

    新的研究表明,对于未来超高速无线数据网络至关重要的太赫兹数据链接,不像许多研究人员所理解的那样可以免疫窃听。这项发表在《自然》杂志上的研究表明,一个聪明的窃听者可以在不被接收器发现的情况下窃听一个从太赫兹发射器发出的信号。

    “在太赫兹领域,大家都认为窃听者不可能在不被发现的情况下窃取太赫兹数据链接,”来自布朗大学工学院的教授,同时也是这个研究的共同作者Daniel Mittleman说到,“但是我们的研究表明,在太赫兹频段中,未被检测到的窃听对于大多数人来说是简单可行的,所以我们需要像考虑设计网络架构那样来考虑安全问题。”

    因为频率更高,所以太赫兹辐射在当今的无线通信中,可以承载比微波多达100倍以上的数据,这使得太赫兹成为未来无线网络的一个很有吸引力的选择。随着带宽的提高,普遍认为高频的电磁波在传输中会自然地能够提升安全性。与以广角传播方式传输的微波不同,太赫兹波能够以非常窄的,方向性很好的波束传输。

    “在微波通信中,窃听者可以在传播角内任意一个地方放置一个天线去抓取信号而不干扰接收机,”Mittleman说。“假设窃听者可以解码该信号,他们就可以在没有被发现的情况下进行窃听。但是在太赫兹网络中,一个很窄的波束意味着窃听者必须在发射机和接收机之间放置天线。因此不太可能在不阻塞部分或全部信号时实现窃听,因为这使得窃听很容易被接收机所检测到。”

    Mittleman和来自布朗大学、莱斯大学和纽约州立大学布法罗分校的合作者们开始着手测试这一工作。他们在发射机和接收机之间直接建立了一个直线对传式的太赫兹数据链接,以测试设备截获信号的能力。他们发现多种策略下,都可以在不被检测到的情况下实现信号的窃听——甚至是在携带数据的波束方向性非常好的情况下,其锥角小于2度(微波传输下,对应角度为120度)。

    其中一个策略涉及到将物体放在波束的边缘上,能够只散射波束的一小部分。为了使数据链接可靠,波束的直径要比接受器的孔径稍微大一些。这给窃听者在不被接收器探测到时对信号进行窃听提供了可能性。

    研究者们表明一个平板金属能够重定向光束的一部分到被窃听者操作的第二个接收机上。研究者能够在第二个接收机上获得可用信号,同时在第一个接收机上没有明显的功率损耗。

    研究团队甚至展示了一个更灵活的方式(从窃听者的角度),在波束中用金属圆柱代替金属平板。

    “圆柱在全方位散射光线方面具有优势,能够给窃听者提供更多的选择去放置一个接收机,”来自纽约州立大学布法罗分校的助理教授,研究的共同作者Josep Jornet说。“鉴于太赫兹波传输的物理特性,就算是一个非常小的圆柱也能在不阻塞直线对传路径的同时,明显散射信号。”

    研究者还证明了另外一种实现起来比较困难、涉及无损耗分束器的窃听方式,如果不是不可能,也难以检测。分束器放置在发射器前面,只窃听刚刚好够用的信号,而不用到能够被网络管理员发现的程度。

    研究人员表示,虽然太赫兹链接与低频信号相比,在固有的安全性上有了增强,但却远远没有达到万无一失的地步。

    “能避免窃听的安全的无线传输,自马可尼在无线电通信取得成功以来就一直是个难题,”来自莱斯大学电子与计算机工程学院的教授,研究的共同作者Edward Knightly说。“虽然太赫兹波段在这个方向上取得了巨大的飞跃,但我们遗憾的发现,一个坚定的对手仍然可以有效地拦截信号。”

 
 

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