光声光谱法测量了通过声学检测对吸收的电磁能,尤其是光的影响。它基于光声效应。当周期性中断的光束入射在材料目标上时,它会产生声波,其周期性及其强度取决于光吸收以及随后材料中的非辐射衰变。这种现象被称为“光声效应”,是亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)在1880年发现的,试图通过阳光束传输声音。贝尔通过安装薄薄的Lampbrack来代替横向线,并通过听力管来代替望远镜,以证明声音是在电磁谱的所有波长中产生的,但是它的响度是光谱强度[1]。
高光学吸收弹性纳米复合材料可以形成为独立材料,以薄膜形式应用于宏观 [1] 和微观目标 [2] 上,并使用软光刻等表面改性技术进行图案化。 [3] 它们广泛应用于从发光二极管 [4] 到生物检测 [5] 和太阳能电池 [6] 的各个领域。 [7–11] 这些弹性复合材料在生物医学成像方面显示出巨大的前景,特别是在光学超声 (OpUS) 生成方面。 [7–11] 在这里,弹性复合膜吸收脉冲或调制光源,通过光声效应产生超声波。 [10,12,13] OpUS 发射器的优势在于它们可以从微型设备产生高超声压力和带宽,而不会影响其生成效率;此外,它们不受电磁干扰,并具有低成本生产的潜力。 [8,14,15]
可以使用调幅激光在 MEMS 麦克风的输出端生成虚假但相干的声学信号。虽然这种漏洞会对信任这些麦克风的网络物理系统的安全性产生影响,但这种影响的物理解释仍然是个谜。如果不了解导致这种信号注入的物理现象,就很难设计出有效可靠的防御措施。在这项工作中,我们展示了热弹弯曲、热扩散和光电流产生机制在多大程度上被用于将信号注入 MEMS 麦克风。我们为每种机制都提供了模型,开发了一种程序来经验性地确定它们的相对贡献,并强调了对八种商用 MEMS 麦克风的影响。我们通过使用几种激光波长和一个真空室的精确设置来隔离每种机制来实现这一点。结果表明,麦克风上的注入信号取决于入射光的波长,其中长波长(例如 904 nm 红外激光)利用 ASIC 上的光电效应,而短波长(例如 450 nm 蓝色激光)利用振膜和周围空气上的光声效应。根据这一理解,我们为未来的抗激光麦克风设计提出了建议,包括改进球顶应用、减少 MEMS 结构内的材料不对称性,以及添加简单的光或温度传感器以进行注入检测。基于根本的因果关系,我们还指出了具有与 MEMS 麦克风相似特性的其他传感器中可能存在的漏洞,例如传统麦克风、超声波传感器和惯性传感器。
摘要 - 我们根据光声效应提出了一类新的信号注入攻击:使用麦克风将光转换为声音。我们展示了攻击者如何通过将振幅调节的光瞄准麦克风的光圈将任意音频信号注入目标麦克风。然后,我们继续展示这种效果如何导致对语音控制系统的远程语音命令注入攻击。检查使用亚马逊的Alexa,Apple的Siri,Facebook的门户网站和Google Assistant的各种产品,我们展示了如何使用光线以最多110米的距离和两座独立的建筑物来获得对这些设备的完全控制。Next, we show that user authentication on these devices is often lacking or non-existent, allowing the attacker to use light-injected voice commands to unlock the target's smartlock-protected front doors, open garage doors, shop on e-commerce websites at the target's expense, or even locate, unlock and start various vehicles (e.g., Tesla and Ford) that are connected to the target's Google account.最后,我们以可能针对攻击的软件和硬件防御措施得出结论。索引术语 - 信号注射攻击,转导攻击,语音控制系统,光声效应,激光,MEMS
1.1光声成像,有一些密切相关但不同的成像方式在光声成像的标题下。所有人都利用光声效应,这是当充分短的光脉冲被弹性材料吸收并随后被热化时,吸收位点将充当声脉冲的来源。1 - 3中,在所有变体中,光脉冲都针对正在研究的软生物组织,并在组织表面测量所得的声脉冲。从声脉冲的测量值中,可以形成吸收光的图像。这是光声图像。光声显微镜与光声断层扫描的不同之类的方式不同,以收集数据并形成图像。在光学显微镜中,光束或声学探测器都被牢固地聚焦并横跨组织表面扫描。1,4由于焦点引起的定位,可以直接从测量的声学时间序列中形成图像。确实,正是聚焦的紧密性决定了图像的分辨率。(源或检测器通常是栅格扫描的事实不是使显微镜的原因;一系列集中的来源或检测器也可以使用。)是释放的 - 实际上,照明的布置使整个利益区域充满光 - 并且一系列未加注(或至少不是紧密的集中)探测器可用于记录产生的声学时间序列。1,2因为光声源可以分布在整个组织中,并且每个时间序列都可以包含来自任何地方的信号(因为检测器没有重点),因此与显微镜相比,数据和源之间的连接更为复杂,并且必须使用图像重建算法来形成图像。光声断层扫描,而不是显微镜,是本综述的主要关注点,尽管所述的组织光学功能将适用于浊度介质中的所有光声成像方法。
1.1光声成像,有一些密切相关但不同的成像方式在光声成像的标题下。所有人都利用光声效应,这是当充分短的光脉冲被弹性材料吸收并随后被热化时,吸收位点将充当声脉冲的来源。1 - 3中,在所有变体中,光脉冲都针对正在研究的软生物组织,并在组织表面测量所得的声脉冲。从声脉冲的测量值中,可以形成吸收光的图像。这是光声图像。光声显微镜与光声断层扫描的不同之类的方式不同,以收集数据并形成图像。在光学显微镜中,光束或声学探测器都被牢固地聚焦并横跨组织表面扫描。1,4由于焦点引起的定位,可以直接从测量的声学时间序列中形成图像。确实,正是聚焦的紧密性决定了图像的分辨率。(源或检测器通常是栅格扫描的事实不是使显微镜的原因;一系列集中的来源或检测器也可以使用。)是释放的 - 实际上,照明的布置使整个利益区域充满光 - 并且一系列未加注(或至少不是紧密的集中)探测器可用于记录产生的声学时间序列。1,2因为光声源可以分布在整个组织中,并且每个时间序列都可以包含来自任何地方的信号(因为检测器没有重点),因此与显微镜相比,数据和源之间的连接更为复杂,并且必须使用图像重建算法来形成图像。光声断层扫描,而不是显微镜,是本综述的主要关注点,尽管所述的组织光学功能将适用于浊度介质中的所有光声成像方法。