研究:智能设备亮度调节传感器可在无摄像头条件下捕捉用户图像 带来图像隐私风险

用于智能设备亮度调节的传感器可以捕捉诸如滑动和敲击等触摸交互的图像。

　　

在George Orwell的小说《1984》中，老大哥在没有任何摄像头的情况下，通过双向的电视式电幕监视公民。类似地，我们目前的智能设备包含环境光传感器，这为另一种威胁打开了大门:黑客。这些被动的、看似无害的智能手机组件接收来自环境的光线，并相应地调整屏幕的亮度，就像你的手机在明亮的房间里自动变暗一样。不过，与摄像头不同的是，应用程序使用这些传感器不需要征得许可。在一项令人惊讶的发现中，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员发现，嵌入智能设备屏幕上的环境光传感器很容易受到隐私威胁。该团队提出了一种计算成像算法，利用这些传感器的细微单点光强度变化，从显示屏的角度恢复环境图像，以演示黑客如何将它们与监视器结合使用。1月10日，一篇关于这项工作的开放获取论文发表在《科学进展》杂志上。

“这项工作将你的设备的环境光传感器和屏幕变成了一个摄像头!环境光传感器是一种微型设备，几乎安装在我们日常生活中所有的便携式设备和屏幕上，”普林斯顿大学教授Felix Heide说，他没有参与这篇论文。“因此，作者强调了影响各种设备的隐私威胁，但迄今为止一直被忽视。”

虽然手机摄像头之前被曝光为记录用户活动的安全威胁，但麻省理工学院的研究小组发现，环境光传感器可以在没有摄像头的情况下捕捉用户触摸互动的图像。根据他们的新研究，这些传感器可以窃听用户的常规手势，如滚动、滑动或滑动，并捕捉用户在观看视频时与手机的互动方式。例如，可以访问你屏幕的应用程序，包括视频播放器和网页浏览器，可能会监视你，收集这些无需许可的数据。

根据研究人员的说法，人们普遍认为环境光传感器不会向黑客泄露有意义的私人信息，因此编写应用程序来请求访问它们是不必要的。“许多人认为这些传感器应该一直处于开启状态，”主要作者杨柳说，他是麻省理工学院电子工程与计算机科学系的博士生，也是CSAIL的附属机构。“但就像电幕一样，环境光传感器可以在未经我们允许的情况下被动地捕捉我们的行为，而应用程序则需要请求访问我们的摄像头。”我们的演示表明，当与显示屏结合使用时，这些传感器可能会向监控你智能设备的黑客提供信息，从而构成某种图像隐私威胁。”

收集这些图像需要一个专门的反演过程，其中环境光传感器首先收集光强度的低比特率变化，部分被与屏幕接触的手阻挡。接下来，通过与屏幕内容的知识形成逆问题，将输出映射到二维空间。然后，算法从屏幕的角度重建图像，通过深度学习迭代优化和去噪，以显示手部活动的像素化图像。该研究引入了被动传感器和主动监视器的新组合，以揭示以前未被探索的成像威胁，该威胁可能会将屏幕前的环境暴露给黑客，黑客可以处理来自其他设备的传感器数据。“这种成像对隐私的威胁以前从未被证明过，”Liu说，他与Felix Heide一起撰写了这篇论文，他是麻省理工学院EECS教授、CSAIL成员，也是这篇论文的资深作者。该团队为操作系统提供商提出了两项软件缓解措施:收紧权限，降低传感器的精度和速度。首先，他们建议通过允许用户批准或拒绝应用程序的请求来限制对环境光传感器的访问。为了进一步防止任何隐私威胁，该团队还建议限制传感器的功能。通过降低这些组件的精度和速度，传感器将揭示更少的私人信息。他们认为，从硬件方面来看，环境光传感器不应该在任何智能设备上直接面对用户，而应该放在侧面，这样它就不会捕捉到任何重要的触摸交互。 

在第一个测试中，研究人员让一个人体模型坐在设备前，让不同的手接触屏幕。一只人的手指向屏幕，随后，一个类似于张开手掌的硬纸板切口触碰到了显示器，麻省理工学院团队收集的像素化印记揭示了与屏幕的物理交互。随后用人手进行的演示显示，黑客可以通过同样的成像方法逐渐捕捉到用户滑动、滚动、捏、滑动和旋转的方式，尽管速度只有每3.3分钟一帧。有了更快的环境光传感器，恶意行为者可能会实时窃听用户与设备的交互。在第三次演示中，该小组发现用户在观看电影和短片等视频时也有风险。当屏幕上播放卡通片《猫和老鼠》时，一只手在传感器前徘徊，用户身后的一块白板将光线反射到设备上。环境光传感器捕捉到每个视频帧的细微强度变化，由此产生的图像显示触摸手势。虽然环境光传感器的漏洞构成了威胁，但这种黑客攻击仍然受到限制。这个隐私问题的速度较低，目前的图像检索速度为每帧3.3分钟，这压倒了用户交互的停留时间。此外，如果从自然视频中检索，这些图片仍然有点模糊，这可能会导致未来的研究。虽然电幕可以捕捉屏幕外的物体，但这种成像隐私问题只适用于与移动设备屏幕接触的物体，就像自拍相机无法捕捉画面外的物体一样。