TEMPEST 讓公開的顯示器規格成為捷徑

公開的顯示器規格可以把電磁竊聽的一個階段，從廣泛搜尋轉變成範圍狹窄的工程任務，但前提是已經有可用的訊號。研究人員以 2²¹ 個擷取樣本測試 F-DLA，估算螢幕更新率約需 0.30 秒；傳統方法則需 0.67 秒。在選舉設備測試實驗室裡，如果這種方法在初步擷取之外仍能維持準確，評估人員就能更快檢查顯示器洩漏的時序。

螢幕運作時看起來可能毫無聲息。但當電流在顯示器內切換、訊號沿著電路和纜線傳輸時，設備也會發出非預期的電磁輻射。如果這種洩漏夠強、夠乾淨，攻擊者就能透過無線電擷取它，並用來重建螢幕顯示的內容。在長時間錄音中找出螢幕的時序，是困難的第一步。如今，即使目標是規格公開的標準裝置，也可能必須在許多可能的時序中搜尋。

為什麼螢幕的時序很重要

影像不是以一張不中斷的畫面傳送出去的。顯示器會反覆更新影像，同時依序處理構成每個畫面的列和像素。這些重複的模式可能會在洩漏的無線電訊號中留下線索。

螢幕重複顯示一個畫面的速率，就是它的更新率，單位是赫茲。60 赫茲代表螢幕每秒更新約 60 次。找出這個速率，有助於分析人員將擷取到的訊號與螢幕的時序對齊。沒有這種對齊，重建影像就像在不知道撕裂照片的邊緣該如何拼接時，試圖把它拼回原貌。

軟體定義無線電可以擷取無線電頻譜中選定的部分，並用軟體進行處理。但仍然需要可用的訊號。干擾、目標硬體、訊號強度，以及分析人員對齊訊號的能力，都會影響能否還原螢幕影像。

公開規格縮小搜尋範圍

這篇論文提出 Fast DLA，也就是 F-DLA，用來在影像 TEMPEST 攻擊中估算畫面更新率。TEMPEST 研究電子設備的非預期電磁輻射，以及這些輻射可能洩露的資訊。

核心概念很簡單：當顯示器可能採用的設定已經知道時，就不要搜尋每一種可能的時序。作者指出公開的巴西投票機規格。這些規格列出 UE2013 和 UE2015 的解析度為 1280×768，UE2020 的解析度至少為 1280×720。對於相關解析度，研究人員將可能的更新率限制為四種選擇：60、75、85 和 120 赫茲。

這會把工作從廣泛搜尋改成檢查一小組選項。論文表示，以 FFT 為基礎的傳統離散線性自相關方法，其複雜度為 O(N log N)。當顯示器參數事先已知，且可能的更新率與時序誤差維持在界線內時，F-DLA 的複雜度為 O(N)。用日常語言來說，擷取到的資料越多，所需的工作量應大致按比例增加，而不會再多出額外的搜尋負擔。

測試使用一台 VGA 螢幕，以 1280×720 和 60 赫茲顯示電子投票機介面。研究人員使用 Ettus USRP B200 軟體定義無線電和數位電視天線，在約 20 公分外擷取訊號。兩種方法都處理了 2²¹ 個樣本。兩者都辨識出約 60 赫茲的更新率，但 F-DLA 約耗時 0.30 秒，傳統 DLA 則約需 0.67 秒。論文在圖 1 中收錄了自相關圖，在圖 2 中收錄了重建的 TEMPEST 影像。

這可能帶來的改變

在選舉設備測試實驗室裡，評估人員可以將接收器對準顯示器，更快檢查其輻射是否符合公開螢幕規格所列的時序。安全測試人員搜尋訊號中這一部分所需的時間會減少。如果攻擊者已經取得已知標準化顯示器的可用擷取訊號，也能更快完成時序估算這個步驟。

這並不代表竊取螢幕影像會變得容易。接收器仍然必須擷取到可用的輻射。分析人員仍然必須找出發生洩漏的頻率，並重建影像。公開規格不會在完全測不到訊號時憑空產生訊號；它們只會在已有訊號時降低不確定性。

這項結果仍屬初步。實驗只使用了一次擷取，作者將在訊號品質下降的通道中進行測試留待未來研究。嚴重的通道劣化可能會破壞時序誤差維持在界線內這項假設，讓 F-DLA 和傳統方法的估算都受到影響。如果這個捷徑在更嘈雜、更多樣的環境中仍然準確，公開的硬體資訊就會成為直接評估電磁輻射的理由，而不是讓人把這些資訊本身視為無害。

來源

arXiv，「Fast Frame Rate Estimation in Electromagnetic Side-Channel Attacks on Public Systems」