最近,看到一则N年前的新闻:亚马逊出品的老款Echo音箱被人黑了。通过对这款音箱底部基座硬件的简单加工,英国安全研究人员展示了如何将恶意软件植入Echo的过程。恶意软件一旦植入便可以进行一系列恶劣的行径,监听、攻击网络中其他设备、盗用账号,甚至安装勒索软件,不一而足。
这就引出了IoT(物联网)领域的一个安全问题。看似平常的家用物件都可能成为“被黑”的对象,对于IoT设备安全风险的防范决不能掉以轻心,哪怕是小小的智能音箱都可能成为攻击的对象,变成枕边的窃听器。
智能音箱与智能手机不同,它不是一个开放式的产品,用户无法在其上安装运行任意App,所以传统的针对App的安全保护方案(比如App加固)完全不适用。智能音箱的安全威胁主要来自于以下几个方面:
1. 固化在智能音箱中的系统的安全性
在上面说的故事中,虽然是由于硬件设计造成的漏洞,但由于系统本身同样存在安全性问题,攻击者长驱直入,直接向系统内部植入恶意代码,这是以往针对App的加固保护方案无法解决的问题。要根本性的提高安全性,必须对整个系统的各个模块增强由内而外的安全基因,而不能寄希望于由外而内的加壳式保护。
2. 音箱设备缺乏一机一密的安全性
智能手机用户虽然硬件与系统相同,但是不同用户使用的App不尽相同。假设一部分用户由于安装了某些带有漏洞的App而被攻击,不使用该款App的用户则可能不受影响。智能音箱却不同,同款音箱的用户硬件、软件没有区别。攻击者一旦找到攻击方法,所有的用户都无一例外面临同样的威胁。这就相当于所有用户的家门钥匙都是相同的,任何一位用户钥匙被盗,所有用户都同时面临一样的危险。在这样的场景下,一机一密就显得犹为重要。如果生产的每一台音箱都具有独一无二的密钥和保护手段,则相当于每个用户都拥有完全不同的锁和钥匙,这样即使某位用户的锁被攻破,其他用户也不受影响,从而大大减小安全事件的影响度,也为厂家提供安全修复方案赢得更多时间。
3. 智能音箱传输数据的安全性
智能音箱通过网络传输的数据可能被截获或篡改。比如智能音箱都带有的语音识别功能,为了提高识别的准确率,音箱会先收集语音信息,然后将其上传至服务器端来作识别。对于传输数据的保护,常用方式是使用HTTPS等通信协议进行加密,虽然一般认为HTTPS能保证数据在传输链路上的完整性和不可篡改性,但是智能音箱中会内置对应的证书或密钥信息来完成加密和验证,如果音箱系统对于自身代码和数据的保护强度不够,一旦被攻击者逆向破解出关键的程序逻辑和证书密钥等敏感数据,并加以篡改,就能将这些语音数据传输至攻击者任意指定的服务器。
1. 加密通信
在智能音箱中,加密通信可以用于保护用户和设备之间的数据传输,例如语音指令和用户的个人信息等。常用的加密通信协议包括TLS/SSL等,这些协议通过使用公钥和私钥的方式来确保数据的机密性和完整性。
我们来看一个简单的示例代码,演示如何使用Python的requests库实现基于TLS/SSL的加密通信:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | import requests # 设置请求参数 url = "https://example.com" headers = { "User-Agent" : "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/58.0.3029.110 Safari/537.3" , } # 发送HTTPS请求,通过verify参数开启SSL/TLS验证 response = requests.get(url, headers = headers, verify = True ) # 输出响应内容 print (response.text) |
参考上面,我们使用了requests库发送了一个HTTPS请求,通过设置verify参数为True来开启SSL/TLS验证。这样,请求过程中的数据传输就会通过加密方式进行保护,从而确保数据的机密性和完整性。
2. 强化身份验证
在智能音箱中,强化身份验证可以通过多因素身份认证、使用加密令牌等方式实现。来看看一个简单的示例代码,演示如何使用Python的Flask库实现基于JWT的身份验证:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 | from flask import Flask, request, jsonify import jwt app = Flask(__name__) # 定义一个秘钥 secret_key = 'my_secret_key' # 定义一个生成token的函数 def generate_token(user_id): payload = { 'user_id' : user_id, } token = jwt.encode(payload, secret_key, algorithm = 'HS256' ) return token # 定义一个验证token的函数 def verify_token(token): try : payload = jwt.decode(token, secret_key, algorithms = [ 'HS256' ]) return payload[ 'user_id' ] except : return None # 定义一个登录接口,验证用户身份并生成token @app .route( '/login' , methods = [ 'POST' ]) def login(): username = request.form.get( 'username' ) password = request.form.get( 'password' ) # 验证用户名和密码 user_id = verify_user(username, password) if user_id: # 生成token token = generate_token(user_id) return jsonify({ 'token' : token}) else : return jsonify({ 'error' : 'Invalid username or password' }) # 定义一个需要身份验证的接口 @app .route( '/protected' ) def protected(): # 从请求头中获取token token = request.headers.get( 'Authorization' ).split( ' ' )[ 1 ] # 验证token user_id = verify_token(token) if user_id: return jsonify({ 'message' : 'Hello, user {}' . format (user_id)}) else : return jsonify({ 'error' : 'Invalid token' }) if __name__ = = '__main__' : app.run() |
3. 实现安全固件
在智能音箱中,实现安全固件可以使用一些特定的开发工具和技术,如使用硬件安全模块、进行代码加密和混淆、使用静态和动态分析工具等。简单写一个示例代码,演示如何使用C语言和嵌入式开发环境实现安全固件:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> / / 定义加密函数 void encrypt(char * str , char * key) { int len = strlen( str ); int keylen = strlen(key); for ( int i = 0 ; i < len ; i + + ) { str [i] ^ = key[i % keylen]; } } / / 定义加固函数 void secure_firmware() { / / 读取固件二进制文件 FILE * fp = fopen( "firmware.bin" , "rb" ); fseek(fp, 0 , SEEK_END); int size = ftell(fp); fseek(fp, 0 , SEEK_SET); char * firmware = (char * ) malloc(size); fread(firmware, size, 1 , fp); fclose(fp); / / 加密固件二进制文件 char * key = "my_secret_key" ; encrypt(firmware, key); / / 写入加密后的固件二进制文件 fp = fopen( "secure_firmware.bin" , "wb" ); fwrite(firmware, size, 1 , fp); fclose(fp); } int main() { / / 调用加固函数 secure_firmware(); return 0 ; } |
不过,在实际应用中,我们可以使用更加高级的加固技术和开发工具,比如加密芯片、安全编译器等等。
4. 虚拟源码保护
虚机源码保护在音箱内置系统的编译阶段,针对源码进行保护,从而不仅能够保护App,更能保护整个内置系统的安全性。对于保护的强度,顶象使用动感虚机指令的专利技术对代码进行保护,攻击者无法轻易逆向破解,不仅如此,每台设备的虚机指令都是独一无二的,任何一台设备被攻破,其他设备仍不受影响,从而达到一机一密的高安全性。
简单演示一下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | import virtualization # 虚拟化音箱应用程序的源代码 virtualized_code = virtualization.virtualize(source_code) # 加载虚拟化后的代码 app = load(virtualized_code) # 运行应用程序 app.run() |
上面代码使用了一个名为“virtualization”的库来虚拟化智能音箱应用程序的源代码。这个库可以将原始代码转换为一种虚拟语言,使得逆向工程变得更加困难。然后,我们使用“load”函数来加载虚拟化后的代码,并将其作为一个可执行的应用程序运行。
5. 安全SDK
安全SDK同样内置一机一密的加密方案,从而设备中不再需要内置证书或密钥等敏感信息。除了能够对数据提供高强度的加密之外,还能识别不受信任的服务器,从而从源头防止用户数据的泄露。
流程稍微复杂一些:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 | import com.security.sdk.SecuritySDK; public class MySmartSpeaker { public static void main(String[] args) { / / 初始化安全SDK SecuritySDK.init(); / / 进行用户身份认证 boolean isAuthenticated = SecuritySDK.authenticateUser( "username" , "password" ); if (!isAuthenticated) { System.out.println( "Authentication failed, exiting..." ); System.exit( 1 ); } / / 加载应用程序 String appCode = SecuritySDK.loadApp( "appname" ); if (appCode = = null) { System.out.println( "Failed to load app, exiting..." ); System.exit( 1 ); } / / 执行应用程序 SecuritySDK.execute(appCode); / / 卸载应用程序 SecuritySDK.unloadApp(appCode); } } |
首先初始化安全SDK,并进行用户身份认证。然后,使用安全SDK加载应用程序,并执行应用程序。最后,卸载应用程序。在这个过程中,安全SDK可以提供加密、验证、防篡改等一系列的安全功能,保护智能音箱应用程序的安全性。
智能音箱的普及,是我们进入万物互联世界的起始,但是安全问题是很多人目前不大能意识到,但实际上又有这非常大威胁的。正应了那句老话:千里之行,始于足下;千里之堤,毁于蚁穴。
希望各位智能音箱的厂家们,都能意识并重视并实践智能音箱安全问题。
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