Тепловая атака
Тепловая атака (тепловая атака с помощью тепловизора, англ. thermal attack) — это тип атаки в области компьютерной безопасности, использующий тепловые следы для раскрытия введённых учётных данных. Данные атаки основаны на явлении теплопередачи от одного объекта к другому. Во время аутентификации тепло от рук пользователя передаётся поверхности устройства (например, экрана или клавиатуры), оставляя тепловые следы, которые могут быть проанализированы с помощью тепловизионных камер, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне. Эти следы возможно восстановить и использовать для реконструкции паролей[1][2]. В некоторых случаях атака возможна даже спустя 30 секунд после ввода данных пользователем[1].
Принцип действия
Тепловые атаки могут осуществляться уже после того, как жертва ввела данные аутентификации, исключая необходимость наблюдения за процессом в режиме реального времени (например, атаки через плечо), на которые могут влиять заслоняющие жесты. Хотя смарт-атаки способны выявлять последовательность нажатий в графических паролях, например, в Android Lock Patterns, тепловые атаки позволяют определить порядок ввода даже для ПИН-кодов и алфавитно-цифровых паролей. Это обусловлено тем, что клавиши, к которым пользователь прикасается первыми, остывают быстрее, чем те, к которым происходило последнее касание, что позволяет различать паттерны тепловых следов по остаточной температуре.
Экспериментально подтверждена эффективность тепловых атак на пластиковых клавиатурах, например, используемых в терминалах ввода ПИН-кодов в супермаркетах и ресторанах,[2] а также на портативных мобильных устройствах, таких как смартфоны и планшеты[1].
В статье, опубликованной на конференции по фактору человека в вычислительных системах (CHI 2017), группа авторов во главе с Абдельрахман показала, что атака возможна на современных смартфонах. Были также предложены способы смягчения воздействия атак, такие как случайные свайпы по экрану для искажения тепловых следов или принудительное повышение загрузки процессора на несколько секунд после ввода данных.
Тепловые атаки могут быть использованы и для восстановлении паролей по остаточным тепловым следам на клавиатуре. Исследователи из Университета Глазго[3] показали, что применение методов искусственного интеллекта значительно повышает эффективность таких атак. В рамках их исследования представлен инструмент ThermoSecure, оценённый на двух пользовательских выборках. Согласно результатам, ThermoSecure успешно восстанавливал пароли с точностью от 92 % до 55 % в зависимости от длины пароля. Эффективность тепловой атаки зависит и от стиля набора, и от материала клавиш: например, клавиши из ABS-пластика, удерживающие тепло дольше, более уязвимы. В рамках работы также рассмотрены способы противодействия тепловым атакам и предложены семь подходов к их смягчению.
Руководивший разработкой доктор Хамис, совместно с Норой Алотаиби и Джоном Уильямсоном, отмечает, что с удешевлением тепловизоров и ростом доступности машинного обучения «очень вероятно, что во всём мире разрабатываются системы, подобные ThermoSecure, для кражи паролей»[4].
Методы защиты от тепловых атак
Простые и практические меры
Одним из базовых и эффективных способов противодействия тепловым атакам является намеренное создание теплового шума на поверхности ввода (клавиатура, кнопочная панель) после ввода пароля. Например, если приложить ладонь ко всей панели на несколько секунд, можно скрыть реальные тепловые следы от пальцев, тем самым заметно затруднить несанкционированный анализ.
Спектр предложенных стратегий
В дополнение к простым способам исследователями предложен ряд стратегий защиты от тепловых атак[5]. Среди них — 15 различных подходов, включая:
- Использование биометрии: замена традиционных ПИН-кодов и паролей биометрической аутентификацией (распознавание отпечатка пальца, лица) позволяет полностью избавиться от проблемы остаточного тепла на клавишах.
- Подогрев поверхности: технология, позволяющая слегка нагревать кнопочную панель, эффективно стирает реальную тепловую картину, исключая распознавание паттернов тепловизором.
- Рандомизация раскладки: смена расположения клавиш после каждого использования блока ввода, не позволяющая привязать тепловой след к фиксированной позиции кнопок.
Технологические меры на стороне тепловизоров
Другим направлением противодействия является техническая модификация самих тепловизоров. В частности, предложено создавать тепловизоры, способные автоматически идентифицировать интерфейсы повышенного риска (клавиатуры, панели)[6]. Обнаружив такие элементы в кадре, камера блокирует возможность записывать их изображение.
Однако такой способ требует массового внедрения среди производителей тепловизоров. Наиболее реалистичны такие меры для тепловизоров, подключаемых к компьютерам или смартфонам, обладающим возможностями обработки данных и блокировки в реальном времени. Многие дешёвые модели камер — автономные и не имеют средств для динамической фильтрации, но устройства, рассчитанные на работу со смартфонами, могут реализовать подобные функции на стороне программного обеспечения.