纸质二维码也能隔空篡改:百米之外无痕攻击,秒变恶意网站入口

  克雷西 发自 凹非寺

  量子位 | 公众号 QbitAI

  现在,打印好的纸质二维码,可能也不安全了!

  通过激光照射,攻击者在一百米开外就能分分钟实施篡改。

  更可怕的是,这种激光用肉眼根本无法察觉,正常的二维码在无意之间就有可能变成恶意网站的入口。

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  最近,日本东海大学的研究人员开发出一种远距离、超隐蔽的二维码篡改方式。

  不仅攻击过程不可见,被攻击后的二维码用肉眼看也和正常情况没有任何区别。

  对普通用户和设备来说,这种攻击几乎无法防范。

  那么,研究人员是如何在无形之中“偷天换日”的呢?

  激光照射改变信息点“颜色”

  要想解释这个问题,我们需要先了解一下二维码识读的原理。

  (本文中的“二维码”均是指我们最常见的QR型二维码)

  我们常见的二维码,主要由定位点、格式及掩码信息区、信息区和纠错区组成。

  以下图中的2(尺寸)M(纠错等级)型二维码为例,它由25×25个格点组成,其中左上、左下、右下的7×7区域为定位点。

  下图中D1~D28和E1~E16分别为数据字段和纠错字段,蓝色区域则为格式及掩码信息区。

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  其中数据字段是由原始文本先经过分组,然后用一定的处理方式转换为二进制字符串,在二维码中用黑色和白色分别表示1和0

  纠错字段,顾名思义就是为了避免在生成和扫描过程中产生误差而设计的,它由数据字段根据里德-所罗门算法生成,根据纠错等级的不同长度也有所区别。

  格式及掩码信息区则储存了二维码的编码(明文到二进制串)方式,以及掩码操作。

  掩码是为了避免出现某些特定图案影响扫描结果,按照一定规律对原始点阵进行的变换操作,操作方式存储在了掩码信息区域。

  读取过程则是先捕捉定位点,然后对图像进行校正和降噪处理,接着判断格式及掩码区的位置并读取,以获知数据字段的解码方式。

  本实验中,研究者通过逐步覆盖二维码信息的方法,构造出一个介于两个二维码之间的混合中间体

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  这个中间体包含了一个关键色块,它的颜色决定了真正被读取出的二维码究竟是哪一个。

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  研究人员利用肉眼不可见的激光对这个色块进行照射,就能决定摄像头的识别结果——

  经过照射之后,虽然肉眼看不出区别,但在摄像头的视角下原本是黑色的模块就会被识别为白色

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  下图对比了人眼和摄像头可以识别的波长范围:在暗处,波长超过600纳米的光几乎无法被人眼识别,即使在亮处,也无法看到超过700纳米的光。

  而摄像头在700纳米的波长下依然有50%以上的捕捉率。

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  本实验中,研究人员使用了10毫瓦的635纳米(红色可见光)和785纳米(红外线)的光分别在不同距离对二维码进行了照射。

  其中0~50米为真实距离,100米距离则通过镜面反射实现。

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  结果显示,在10~40米处,两种波长的光都能成功将二维码指向的链接改成虚假网址;

  在50米处,可见光处理的二维码出现了两个网址都能扫出的现象,但红外光依然能成功篡改;

  而在100米的位置,两种波长的光线照射后的二维码都出现了交替结果。

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  未来,研究者还计划把攻击距离增加到1公里。

  不过,这个实验中需要使用透镜对激光进行聚焦,进而确定篡改信息点的位置。

  如果光路中的气流扰动比较明显,则会对这一过程产生影响,因此长距离攻击存在更多不确定因素。

  也正是这一特点,为防御这种攻击提供了可能——只要时不时扰动二维码面前的气流,激光就找不到位置了。

  对此,有网友调侃到,不如在二维码前面扇扇子,把激光“赶走”。

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  除了气流扰动的方式,作者在论文中还提到,二维码拥有者可以使用防篡改材料来避免攻击。

  One More Thing

  除了篡改二维码,还有用激光照射交通标志从而干扰自动驾驶系统的案例。

  这种激光同样是肉眼不可见,但可以被摄像头识别,从而造成误导。

  相关研究表明,在室内环境下,这种攻击对停车标志和限速标志的攻击成功率几乎是百分之百。

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  论文地址(日语):

  http://id.nii.ac.jp/1001/00228597/

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