پژوهشگرانی از دانشگاه پرینستون و مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) روشی را برای رهگیری ارتباطات زیرآب از هوا توسعه داده‌اند که این روش باورهای قدیمی درباره امنیت این نوع انتقالات را به چالش می‌کشد.
اعضای این تیم دستگاهی ساخته‌اند که از رادار برای استراق سمع سیگنال‌های صوتی زیرآب (سونار) استفاده می‌کند. این دستگاه با رمزگشایی ارتعاشات بسیار کوچکی که این سیگنال‌ها روی سطح آب ایجاد می‌کنند، توانست تا عملیات شنود را انجام دهد. طبق گفته پژوهشگران، این فناوری همچنین می‌تواند مکان تقریبی فرستندهٔ زیرآب را شناسایی کند.
در مقاله‌ای که ۲۰ نوامبر ارائه شد، فناوری موردنظر توسط تیم تحقیقاتی توضیح داده شد و راهبردهایی برای مقابله با این نوع جدید از استراق سمع پیشنهاد گردید. اعضای تیم، این سیستم را در دریاچه کارنگی (دریاچه مصنوعی کوچکی در پرینستون) آزمایش کردند. گرچه استفاده از این روش در اقیانوس‌های باز، چالش‌های بیشتری دارد اما پژوهشگران معتقدند که با پیشرفت‌های مهندسی قابل تحقق خواهد بود.
هدف پژوهشگران علاوه بر ارائه هشدار درباره آسیب‌پذیری ارتباطات زیرآب، معرفی روش‌هایی برای جلوگیری از رهگیری این پیام‌ها نیز خواهد بود
یاسمن قاسمی‌پور، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر و محقق اصلی این مطالعه گفت: «امیدوارم راهکارهای پیشنهادی ما موردتوجه طراحان فرستنده‌های صوتی زیرآب قرار بگیرد.»
چالش‌های پیشین و گام‌های جدید
تا سال ۲۰۱۸ انتقال پیام بین دستگاه‌های هوایی و زیرآبی ازنظر فنی غیرممکن تلقی بود تا اینکه پژوهشگران MIT سیستمی را برای این کار توسعه دادند. البته این روش به همکاری بین فرستنده‌های هوایی و زیرآبی نیاز داشت؛ یعنی دو طرف باید از قبل، درباره نرخ داده‌ها، فرکانس‌ها و جزئیات فنی دیگر توافق می‌کردند. در آن زمان مشخص نبود که آیا این فناوری برای رهگیری پیام‌های خصوصی فرستنده‌های زیرآب غیرهمکار نیز قابل‌استفاده خواهد بود یا خیر.
حالا تیم قاسمی‌پور در همکاری با گروه MIT، پیامدهای امنیتی این فناوری را بررسی کرده و راهی برای رمزگشایی پیام‌های مشابه بدون دانستن جزئیات فنی آن‌ها پیداکرده است.
خطرات امنیتی استراق سمع زیرآبی
پژوهشگران هشدار داده‌اند که توانایی رهگیری ارتباطات زیرآب از هوا، خطرات امنیتی متعددی ایجاد می‌کند. یک مهاجم می‌تواند از این فناوری برای رهگیری اطلاعات حساس ارسال‌شده توسط حسگرهای پایش اقلیمی، سکوهای نفت و گاز و حتی زیردریایی‌ها استفاده کند.
پویان ملاحسینی، دانشجوی دکتری در پرینستون و یکی از نویسندگان اصلی مقاله توضیح داد: «این پژوهش نشان می‌دهد که اطلاعات حساس ممکن است به روش‌هایی که قبلاً در نظر گرفته نشده بودند، نشت کنند.»
نحوه محافظت از ارتباطات زیرآب
امنیت ارتباطات زیرآب به‌شدت به این واقعیت متکی است که امواج صوتی نمی‌توانند به‌راحتی از آب عبور کرده و به هوا برسند. سیگنال‌های حامل اطلاعات، در زیرآب به شکل امواج صوتی انتقال می‌یابند و به دلیل تفاوت زیاد چگالی بین آب و هوا، سطح آب به‌عنوان مانعی برای صدا عمل کرده و باعث بازتاب اکثر امواج صوتی می‌شود.
در سال ۲۰۱۸، پژوهشگران MIT دریافتند که برخورد امواج صوتی به سطح آب، اثر ارتعاشی جزئی‌ای ایجاد می‌کند که به‌نوعی یک اثرانگشت از سیگنال زیرآبی است. این تیم از یک رادار نصب‌شده روی پهپاد برای خواندن این ارتعاشات سطحی استفاده کرد و با به‌کارگیری الگوریتم‌هایی توانست الگوهای این ارتعاشات را شناسایی، سیگنال را رمزگشایی و پیام را استخراج کند.
فاضل عدیب، دانشیار هنرهای رسانه‌ای و علوم در MIT و یکی از نویسندگان مقاله گفت: «ارتباطات بین زیرآب و هوا یکی از سخت‌ترین مسائل حل‌نشده در حوزه ماست. موفقیت روش ما در رمزگشایی پیام‌های زیرآب از روی ارتعاشات سطحی، هم هیجان‌انگیز و هم غافلگیرکننده بود.»
اما روش MIT برای کارکرد صحیح، نیازمند اطلاع از برخی پارامترهای فیزیکی مثل فرکانس و نوع مدولاسیون انتقال بود.
پیشرفت‌های جدید در استراق سمع
تیم پرینستون با استفاده از روش مشابهی برای تشخیص ارتعاشات سطحی، الگوریتم‌های جدیدی را توسعه داد که با بهره‌گیری از تفاوت‌های بین رادار و سونار، این پارامترهای فیزیکی را کشف کنند. این پیشرفت به آن‌ها امکان داد که پیام را بدون همکاری از سوی فرستنده زیرآب رمزگشایی کنند.
پژوهشگران با استفاده از یک پهپاد تجاری ارزان‌قیمت و یک رادار، روش مدنظرشان را در یک استخر آزمایش کردند. آن‌ها یک بلندگو را در زیرآب قرار دادند و هم‌زمان که شناگران در حال حرکت بودند، یک پهپاد را بر فراز سطح آب به پرواز درآوردند. پهپاد به‌طور مداوم پالس‌های کوتاه راداری به سطح آب ارسال کرد. وقتی امواج راداری از سطح آب بازتاب یافتند، الگوی ارتعاشات ناشی از امواج صوتی را نشان دادند که سیستم توانست آن‌ها را شناسایی و رمزگشایی کند.
این تیم به‌علاوه با استفاده از یک رادار نصب‌شده بر روی یک بوم در محیط واقعی در دریاچه کارنگی، آزمایش‌هایی را انجام داده و دریافتند که سیستم قادر است تا حتی باوجود تداخل ناشی از باد و امواج، پارامترهای ناشناخته را تعیین کرده و پیام‌ها را رمزگشایی کند. درواقع این روش توانست نوع مدولاسیون، یکی از مهم‌ترین پارامترها را با دقت ۹۷.۵۸٪ شناسایی کند.
قاسمی‌پور گفت: «ما می‌خواستیم نشان دهیم که می‌توان این کار را با تجهیزات معمولی و در دسترس انجام داد. تصور کنید که با یک رادار پیشرفته‌تر چه‌کارهایی می‌توان انجام داد.»
آن‌ها دریافتند که پارامترهای طراحی یک پیوند ارتباطی زیرآب تأثیر زیادی بر آسیب‌پذیری آن در برابر چنین حملاتی دارد. مثلاً برخی از انواع مدولاسیون نسبت به سایرین راحت‌تر رمزگشایی می‌شوند. مقاله این تیم پیشنهادهایی را برای طراحی فرستنده‌هایی که در برابر استراق سمع مقاوم‌تر هستند ارائه کرده است.
