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一璞 光栗子 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
周末的下午，你正在家里打游戲，不曾注意到身旁的智能音箱上，多出了一個小綠點。
那是一束激光，來自窗外馬路對面的另一棟建筑。
突然，房間的燈開了。
空調、空氣凈化器、掃地機器人啟動了，手機收到了電商平臺的扣款提示，甚至你外面的車庫門也已然洞開……
而你的手機和平板電腦也突然開始發瘋，瘋狂的下載刪除不同的應用，播放奇怪的視頻和音樂，給社交軟件上的好友發奇怪的信息……
到底發生了什么？是誰，不知不覺侵入了你的生活？
其實，這是來自日本電氣通信大學和美國密歇根大學科學家的一項新發現：
當激光打在裝有語音助手的設備上，就可以冒充人類的語音，被麥克風轉換成電信號，悄無聲息的發出指令，控制相連的設備。
因此，那些和Google Assistant、亞馬遜Alexa、蘋果Siri相連的機器，不管是智能的燈具、門鎖、電器這些硬件設施，還是各種電商、支付、社交App，都會不知不覺間被控制。
雖然科學家們還沒有在其他品牌的語音助手上測試，不過量子位采訪到了騰訊安全團隊Tencent Blade Team，他們說：從原理上講問題大都是相通的。
不需要太強的激光，普通激光筆的強度就可以，就算距離有110米遠，就算在外面的另一棟建筑里，就算要穿過玻璃窗，都可以控制你家里的智能音箱、手機和平板們。
來看看科學家們的實地演示。
將命令Google Assistant打開車庫門的語句“OK Google, open the garage door”的嵌入激光中，打在智能音箱的麥克風上。
智能音箱回了一句“OK, opening”，接著車庫門就開了。
那么如果把距離設置的非常遠呢？
在第二段演示中，激光發射器和智能音箱的距離長達110米。
科學家們將詢問時間的語句“OK Google, what time is it?”的嵌入激光中，打在智能音箱的麥克風上。
“It’s 9:43”在沒有任何人發話詢問的情況下，智能音箱自己突然說了一個時間。
即使在窗外的另一棟建筑里，也不影響激光對智能音箱的控制。
在第三段演示中，科學家們將激光源挪到了遠處的一棟高高的建筑上，隔著玻璃窗發射激光，將命令Google Assistant打開車庫門的語句“OK Google, open the garage door”的嵌入激光中，打在窗口智能音箱的麥克風上。
因為這次發射點又高又遠，所以科學家們干脆給激光配了一個長焦鏡頭。
智能音箱還是順利的回復“OK, opening”，打開了車庫的門。
最后，想看三個演示的全程，可以點開視頻↓↓↓
https://www.ixigua.com/i6757897498930446852/
當然，演示中并沒有“鬼故事現場”的感覺，一個原因是激光可見，另一個原因是語音助手的聲音你可以聽到。
因此，科學家們也嘗試了人類肉眼看不見的紅外光，在比較近的距離是可以起到作用的；
至于，語音助手回話會被主人聽見，先用激光發個指令把音量調零，就真的悄無聲息控制一切了。
看到這里你可能疑惑，激光怎么能冒充人聲？
故事是從去年春天開始。
來自日本的菅原健，是個研究網絡安全問題的科學家。他專程跑去美國，給密歇根大學的同行傅佳偉 (Kevin Fu) 教授，秀了一波自己剛剛解鎖的技能：
把一束高強度的激光，對準iPad的麥克風，然后用每秒震蕩大約1000次的正弦波，不停地調整激光的強度。
傅佳偉在一旁帶著耳機，聽麥克風收到了什么。讓人驚訝的是，他聽到了一種高頻音調。
明明是接收聲波的設備，卻把光波當成聲波接收了，這是MEMS麥克風的一個重要弱點。而大部分手機和智能音箱，都是使用MEMS麥克風，因此。
自從有了這個神奇的發現，菅原君就開始和傅佳偉的實驗室一起，用激光去欺騙智能音箱，攻擊各種接收語音指令的設備。
科學家說，只要用一種特定的頻率去調整激光的強度，激光便會用同樣的頻率去干擾麥克風，讓麥克風把光波解調成電信號。
就像下面這張圖，上為激光發射的信號，下為麥克風接收的信號，頻率幾乎一致：
不用指定發射位置，只要對準麥克風射出激光，麥克風就把光線轉換成電信號了，像日常把聲波轉換成電信號一樣。
當然，如果只是隨意的電信號，并不足以讓音箱乖乖聽你的話。必須讓它以為是有人類發出語音才行。
所以，研究人員還要對激光做調幅 (AM) ，讓麥克風轉出接近人類語音的信號。
就像開頭展示的那樣，他們選定了一系列指令，包括：“現在幾點了”“把音量調零”“買一支激光筆”“打開車庫門”等等。
然后，用這些詞句的語音波形，來定制激光的強度變化。
這樣，智能音箱收到的電信號，就會和聽到人聲的時候差不多了。
一開始，他們用60毫瓦的激光，測試了16臺不同的智能音箱。
結果，50米是成功接收的最遠距離。
攻擊手機，就稍微困難一些了：iPhone需要10米以內，安卓手機需要5米以內。
后來，科學家們又想測試一下，這項技術的極限在哪里。于是，把激光強度調低到了5毫瓦，相當于一支廉價激光筆的水平，把距離拉遠到110米。
雖然，許多音箱都沒有響應，但Google Home和初代Echo Plus依舊中了招，就是開頭看到的那樣。
進一步加大難度，隔著窗戶發射激光，76米距離。這次沒騙到一只Echo，但Google Home依然被騙了，堪稱碩果僅存：
至于，麥克風為什么對光波也有反應，哈佛大學電氣工程系的退休教授Paul Horowitz說，至少有兩種物理機制，可以讓麥克風把激光誤解成聲波。
一是激光的脈沖會加熱麥克風的振膜，令周圍的空氣膨脹，產生一種壓力。聲音也是依靠產生聲壓，才被麥克風捕捉到的。
二是，如果被攻擊的設備，不是完全不透光的話，光線其實可以直接穿過麥克風，直接到達芯片的所在，這樣就能把光波的振動，翻譯成電信號了。
這可能跟太陽能板里的二極管，還有光纖電纜末端的光電效應，原理一樣。如果真是這樣，想讓激光被當做語音指令，就更容易了。
另外，量子位還采訪到了騰訊的安全團隊Tencent Blade Team，他們的理解是：
這項研究和此前業界的 “海豚音攻擊”有異曲同工之妙，都是利用了麥克風的一些特殊的硬件特性進行攻擊，但這次的“光攻擊”可以從更遠距離（超過100米）發起，在現實生活中的攻擊利用難度更低。
攻擊的難度降低，防御的難度提升。Blade團隊認為，這項研究的意義十分重大：
從目前公開的信息來看，廠商很難從軟件層面對這個漏洞進行徹底修復，之前安全圈內也沒有MEMS麥克風會將光信號轉換為電信號相關的安全研究，這項研究還是具有很高的創新性與實戰意義。
怎樣才能不被黑？
看到這樣的攻擊效果，谷歌和亞馬遜很快就回應了：
谷歌說，已經在仔細觀察這次的研究成果，并且強調一直對保護用戶、提升設備的安全性能非常重視。
亞馬遜也發表了聲明說，正在看論文，后面將會和作者們交流，更深入地了解這項研究。
在廠商們給出補救措施之前，研究人員先為他們提供了一些友善的建議：
比如，可以設置讓用戶先輸入語音密碼，解鎖后才能發布指令。
比如，可以在麥克風周圍加上光屏蔽，抵擋激光的攻擊。
再比如，在音箱兩側依靠兩個麥克風同時接收指令，然后對比。因為兩個麥克風，很難同時被擊中。
當然，對產品做出這樣的升級，還需要不少時間。
而你現在能做的就是，不要把智能音箱放在黑客能看到的地方。
不然，還是去用那些需要解鎖的設備吧，人臉解鎖和指紋解鎖都能起到保護作用，避免語音助手接收到黑客的指令。
騰訊Blade Team還提示，最好關閉聲紋識別 (因為聲紋也可以用激光冒充) ，也可以在設備外部的麥克風口貼上黑色標簽紙，阻擋激光攻擊。
一作菅原健，就是從日本跑到美國炫 (mian) 技 (ji) 的那一位，電子通信大學 (UBE) 的準教授。
傅佳偉 (Kevin Fu) ，密歇根大學的教授，專注攻擊各種AI。量子位之前報道過一種把硬盤改造成竊聽器的方法，也是他參與的研究。難怪，菅原君會不遠萬里去找他。
Daniel Genkin，密歇根大學助理教授。他和傅佳偉都是這項研究的負責人。
另外，還有兩位作者，他們是傅佳偉教授實驗室的成員，Benjamin Cyr以及Sara Rampazzi。
論文
Light Commands: Laser-Based Audio Injection Attacks on Voice-Controllable Systems
Takeshi Sugawara, Benjamin Cyr, Sara Rampazzi, Daniel Genkin, Kevin Fu
https://lightcommands.com/20191104-Light-Commands.pdf
主頁
https://lightcommands.com/
參考鏈接
https://www.wired.com/story/lasers-hack-amazon-echo-google-home/
https://www.nytimes.com/2019/11/04/technology/digital-assistant-laser-hack.html
— 完 —
量子位 QbitAI · 頭條號簽約
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章來源：https://www.zunxiang17.com/wenda/20170111985.html
周期性的振動測量是有效的機械狀態管理的基礎，與其它無損監測技術相比，振動頻譜提供了更多的旋轉機械狀態信息。
(1)監測目的
隧道施工對地面建筑的影響主要有兩個方面：地表不均勻沉降和爆破振動，當這兩者的作用超過建筑的承受能力，會造成樓房等地表建筑的開裂，后果非常嚴重。其中，爆破振動具有瞬時性，是居民對隧道施工***直接的感受，對居民的生活產生較大干擾同時也引發居民對建筑安全的擔心和質疑。因此必須進行爆破振動監測，嚴格將爆破震動危害控制在允許的范圍內，監測對象安全評價，為后續施工提供精確可靠的數據和指導后續施工爆破方案設計等是爆破振動監測的主要目的。
(2)工作內容
工作內容為對爆破影響范圍內需保護的建(構)筑物進行實時振動監測，確保振速控制在規范規定和建、構筑物安全范圍內，具體的工作內容有：現場熟悉、了解和掌握場址影響區范圍內構筑物狀況;配備先進監測設備、按有關規范對爆破影響區建(構)筑物進行爆破振動監測，對監測數據進行處理分析：
A. 對振動技術參數即頻率、振幅、周期、振動時間、振動相位等的監測。
B. 對振動量即速度、加速度、位移等物理量的監測。
(3)爆破振動監測原理
爆破振動監測原理如流程圖
由于炸藥在巖石中的爆炸作用，使安裝布置在監測質點上的傳感器隨質點振動而振動，使傳感器內部的磁系統、空氣隙、線圈之間作相對的運動，變成電動勢信號，電動勢信號通過導線輸入可變增益放大器將信號放大，進入AD轉換，再通過時鐘、觸發電路，同時也通過存儲器信號保護，再通過CPU系統輸入計算機，采用波形顯示和數據處理軟件進行波形分析和數據處理。
(4)監測方法
爆破振動監測是實時監測，所以在爆破前根據實地調查結果進行細致的準備工作，并嚴格按照工作流程進行工作。
為確保監測的準確可靠，***先對爆破點附近的監測對象進行詳細準確的調查后，確定監測對象，然后在爆破前對監測系統進行檢查、檢測和標定，同時根據監測對象與爆破點相對位置關系，確定測點位置及布置方法，提前進入現場進行安置，根據爆破時間進行監測。
A 測點布置
根據設計要求，將爆破振動測點布置在所需監測的地表、建筑物結構支撐柱、隧道側壁上。安裝傳感器時必須安裝穩固，否則質點的速度監測數據將產生失真現象，一般采用石膏固定傳感器效果較好。還應注意對傳感器的保護，使其避免受到爆破碎石或其它物體的物理性損傷。另外必須注意傳感器的方向性。
a、測點布置遵循的原則
***大振動斷面發生的位置和方向監測;
爆破地震效應跟蹤監測;
爆破地震波衰減規律監測。
b、測點的布置方法
按照上述原則和爆破地震的傳播規律和以往的經驗，隧道爆破振動監測點布置在隧道一側底部，每次監測選擇離爆破點***近的2個測點，每個測點布置垂直方向、水平方向和水平切向的傳感器;地面建構筑物的測點布置在距爆破中心***近的建構筑物及其地表面，即靠近開挖隧道一側(迎爆面)。
對于建構筑物測點選取基礎上表面，若基礎埋于土層下，則選擇***近基礎且堅實的散水作為測點。
B 監測
a、爆破振動速度監測系統
爆破振動速度測量系統一般由拾振器(或測振儀配合傳感器)和記錄器(包括計時器)兩個部分組成。
b、使用儀器
采集器物理性能
2 內存32 兆，用于操作系統和數據儲存，可用閃存卡擴展
2 NiMH 電池，工作8 小時，重新充電3 小時
2 便攜2.04 公斤，長寬厚為 203mm X 260mm X 48mm
2 146mm X 108mm 彩色LCD 顯示器 / 分辨率為640 X 480 / 帶背光
2 大尺寸按鍵，包括12 個軟功能鍵，上下文相關幫助
2 密封外殼(IP65)
2 多種通訊方式，包括USB 口、以太網、串行或Email 數據文件
采集器數據采集功能
2 幅值量程自動設置
2 平均方式：正常、峰值保持、階數追蹤、時間同步、負平均
2 分析頻寬80kHz ;分辨率可達12800線
2 A/D 轉換為16 位精度，動態范圍超過96dB(對特定的應用，配合模擬積分可大于120dB)
2 供ICP傳感器的20伏2毫安電源
2 內置電壓輸入“緩沖”
2 轉速TTL 輸入，內置用于非TTL 信號的調理，可調整觸發
2 虛擬轉速，為隱藏的軸產生轉速脈沖
2 雙通道，既完全兼容，又可***立組態
采集器分析功能
2 交互式數據采集參數設置，幫您成為分析專***
2 動態分析的值包括：通頻值、頻譜、波形、12 個分析參數、1/3 倍頻程、A加權、相位、伯德 / 奈奎斯特圖
2 真正細化可提供***達300,000 線的分辨率
2 內置PeakVue 功能和調制解調功能，可對滾動軸承和齒輪故障進行早期診斷
2 低速測試(SST)技術，可以用于分析轉速為10RPM 的設備
2 變速分析，對定轉速和變轉速的診斷同樣***
2 同時雙通道采集，和帶濾波的軸軌跡分析
2 交叉通道可測量同步交叉通道相位和相干性
采用自動記錄儀將速度傳感器測得的測點水平徑向、水平切向和垂直方向上的振動速度進行記錄。所記錄的振動波形應有時間標尺，并標出***大振幅值和所處時刻。
然后需對爆破振動質點速度進行回歸分析，模擬出其傳播規律。回歸分析可根據測點***程不同采用分組進行，選擇相互之間***差較小的測點作為一組采用薩道夫斯基公式進行回歸分析：
式中，Vmax為測點***大振動速度，應分三個方向統計分析;
K、α為衰減系數;
Q為爆破裝藥量，齊發爆破時為總裝藥量，延時爆破時為***大一段藥量;
R為測點至爆源的距離。
按照***小二乘法原理，根據爆破振動監測數據，可求出K、α值。K、a值與爆區地形、地質條件和爆破條件都相關，但K值更依賴于爆破條件的變化，a值主要取決于地形、地質條件的變化。爆破臨空條件好，夾制作用小，K值就小，反之K值大;地形平坦，巖體完整、堅硬，a值趨小，反之破碎、軟弱巖體，地形起伏，a值趨大。根據我公司以前的相似工程經驗，K取值范圍大部分在50～1000之內，a取值在1.3～3.0之間。而近距離振動衰減規律和遠距離衰減規律可分開考慮，當比例距離R’=R/Q≤10，為近距離，R’=R/Q≤10時為遠距離。近距離振動K值較大，可達500以上，a值較大，可達2.0～3.0;遠距離爆破振動，K達130～500，a為1.3～2.0。
(5) 建、構筑物及已開挖地下隧道的安全性評估
評價各種爆破對不同類型建(構)筑物和其他保護對象的振動影響，應采用不同的安全判據和允許標準。地面建筑物的爆破振動判據，采用保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率。
《爆破安全規程》(GB6722-2003)中對爆破振動安全規定如下：
爆破振動安全允許標準序號保護對象類別安全允許振速/(cm/s)
<10Hz10Hz～50Hz50Hz～100Hz
1土窖洞、土坯房、毛石房屋a0.5～1.00.7～1.21.1～1.5
2一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物a2.0～2.52.3～2.82.7～3.0
3鋼筋混凝土結構房屋a3.0～4.03.5～4.54.2～5.0
4一般古建筑與古跡b0.1～0.30.2～0.40.3～0.5
5水工隧道c7～15
6交通隧道c10～20
7礦山巷道c15～30
8水電站及發電廠中心控制室設備0.5
注1：表列頻率為主振頻率，系指***大振幅所對應波的頻率。
注2：頻率范圍可根據類似工程或現場實測波形選取。選取頻率時亦可參考下列數據：硐室
爆破<20Hz;深孔爆破10Hz～60Hz;淺孔爆破40Hz～100Hz。
a 選取建筑物安全允許振速時，應綜合考慮建筑物的重要性、建筑質量、新舊程度、自振
頻率、地基條件等因素。
b 省級以上(含省級)重點保護古建筑與古跡的安全允許振速，應經專***論證選取，并報
相應文物管理部門批準。
c 選取隧道、巷道安全允許振速時，應綜合考慮構筑物的重要性、圍巖狀況、斷面大小、
深埋大小、爆源方向、地震振動頻率等因素。
d 非擋水新澆大體積混凝土的安全允許振速，可按本表給出的上限值選取。
若被監測對象的質點振動速度超過上表所規定的范圍，應采取相應措施修正爆破方案，并加強被監測對象的其它監測手段(如安全巡視、沉降及位移監測、應力應變監測等)，確保其安全。爆破方案修正措施包括：控制***大單響藥量、選用低爆速低威力的炸藥、創造自由面、控制開挖循環進尺、采用多段微差起爆技術、調整爆破傳爆方向、開挖減震溝、采用預裂爆破方法等。這些措施可多種同時采用，確保安全施工。
(6) 建議
A、振動安全評價方面，不僅要考慮建筑物結構形式，更要考慮地基基礎。應該說大部分振動破壞都不是建筑結構直接振裂的破壞，而是地基基礎的振動變形和位移導致結構破壞案例占多數，因此除考慮不同結構類型的振速標準外，還應考慮不同地基類型的振動標準。如瑞典的“標準”規定：
散松的冰磧、砂、卵、粘土層 [V]≤1.8 cm/s
緊密冰磧層、砂巖、軟弱灰巖 [V]≤3.5 cm/s
花崗巖、片麻巖、石灰巖、石英砂巖 [V]≤7.0 cm/s
這一標準值得參考。地基的振動變形或破壞以振動加速度判據更為合理。
B、規程中將地下隧道根據功能分為三類，在實用中認為地下巷道的標準好用，建議本項目應根據圍巖類型和支護質量不同，確定不同的標準值。
C、對于重要建筑或有紀念意義建筑應由專***組根據調查報告或試驗報告論證確定振動安全標準，并跟蹤爆破作業進行振動監測，提出振動速度監測報告，報告內容應包括爆破振動安全評價。
D、爆源50 m以內若有保護目標時，應作振動監測。因爆源近區振動危害較大，振動衰減規律變化較大，只有通過測試結果隨時調整爆破設計方案，才能確保振動安全，同時也可避免一些不必要的糾紛。
(7)儀器操作注意事項
傳感器：傳感器安裝的準確性是數據可靠性的重要保障。現場安裝時，必須注意以下幾點：
1. 傳感器的測量方向必須準確，安裝時應使用水平尺及羅盤，對傳感器的安裝進行調平及調方向，確保三維測量方向的正確。
2. 傳感器安裝位置應選擇在與被監測物形成一體的結構上，并選取離爆點***近的位置。
3. 傳感器必須與被監測物可靠粘結，粘結劑可選擇石膏粉、AB膠，也可以選擇以夾具或磁座方式，與被測物形成剛性聯接。
4. 傳感器與儀器的連接必須可靠，連接完成后，可輕拽線纜，確認線纜已接好;儀器進入信號等待狀態后，輕輕用手指敲擊傳感器，觀察儀器是否記錄，確保傳感器及儀器的可靠工作。
儀器：現場使用時，應先安裝好傳感器并將傳感器線纜與儀器完成連接后，才能打開儀器電源;電源打開后30秒內不作操作，儀器將自動進入采集等待狀態。
章來源：https://www.zunxiang17.com/zixun/202402274646.html
振動分析儀是一種用于測量和分析機械設備振動的儀器，廣泛應用于設備狀態監測、故障診斷等領域。為了獲得準確和可靠的測量結果，以下是一些正確操作的建議：
1、了解設備：***先，你需要了解你的振動分析儀。閱讀并理解制造商的操作手冊，熟悉設備的功能和操作方法。
2、準備工作：在開始測量之前，確保設備處于穩定的狀態。避免在設備啟動或關閉時進行測量，因為這些時候的振動可能會影響結果。
3、選擇正確的探頭：根據你的測量需求，選擇合適的探頭。例如，對于大型設備，可能需要使用帶有磁性底座的加速度計；對于小型設備，可能需要使用手持式探頭。
4、設置參數：根據你的測量需求，設置參數。這可能包括采樣頻率、測量單位、濾波器設置等。
5、定位探頭：將探頭正確地定位在設備上。確保探頭與設備的接觸良好，避免任何可能影響測量的干擾。
6、開始測量：按下測量按鈕，開始記錄設備的振動數據。在測量過程中，避免移動探頭或設備。
7、分析數據：測量完成后，使用振動分析儀的分析功能來解讀數據。這可能包括頻譜分析、時間域分析、趨勢分析等。
8、保存和記錄：將測量結果保存并記錄下來。這對于設備的長期狀態監測和故障診斷非常重要。
9、清潔和維護：每次使用后，都需要清潔和維護。這可以延長設備的使用壽命，保證其性能的穩定性。
總的來說，正確操作振動分析儀需要了解設備、準備充分、選擇合適的探頭、設置正確的參數、正確定位探頭、準確記錄和分析數據，以及定期清潔和維護設備。通過這些步驟，你可以獲得準確和可靠的測量結果，為設備的狀態監測和故障診斷提供有力的支持。
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