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机器窃窃私语 间谍可以从它所发出的声音中了解机器正在制造什么

发布时间:2019-05-17 14:08:12 来源:

实验室仪器是整个研究和医疗保健的重要工具。但是,如果这些工具泄露了有价值的信息呢?

根据加利福尼亚大学欧文分校和加州大学河滨分校的一组研究人员的说法,在生物安全方面,这可能是一个非常现实的威胁。通过简单地记录普通实验室仪器的声音,团队成员可以重建研究人员对该仪器所做的工作。

“任何有源机器都会散发出某种形式的痕迹:物理残留物,电磁辐射,声学噪声等。这些痕迹中的信息量是巨大的,我们只能在我们可以学到的东西方面达到冰山一角。关于生成它们的机器的逆向工程,“加州大学河滨分校计算机科学副教授Philip Brisk说。

在网络和分布式系统安全研讨会上发表的一篇论文中,该小组表明他们可以通过记录所用实验室仪器的声音来重建研究人员正在做的事情。这意味着学术,工业和政府实验室可能对间谍活动持开放态度,这可能会破坏研究的稳定性,危及产品开发,甚至使国家安全面临风险。

研究人员想知道是否有可能确定DNA合成器在其制造过程中所产生的声音产生的声音。

DNA合成仪是允许用户从几种基本成分构建定制DNA分子的机器。研究人员通常构建DNA片段以插入其他生物的基因组中,特别是细菌,以制造新生物。有时,这些生命系统被用于制造有价值的新药或其他产品。

Brisk和UC Irvine电气和计算机工程教授Mohammad Abdullah Al Faruque和他的博士生Sina Faezi; 与加州大学欧文分校制药科学教授John C. Chaput一起; 加州大学河滨分校的生物工程教授William Grover在Chaput实验室的DNA合成器附近的几个地方设置了与智能手机类似的麦克风。

所有DNA均由四个碱基构成,腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),以几乎无限的组合排列。特定的模式或序列可以被理解为它是什么样的DNA的线索。

DNA合成器含有开放和接近释放化学物质的组分,因为它们制造这些基质中的每一种,以及它们流过的管和腔室。这些机制在工作时会发出独特的声音。

在滤除背景噪音并对录制的声音进行多次调整后,研究人员发现这些差异太微妙,人类无法注意到。

“但是通过我们实验室编写的仔细的特征工程和定制的机器学习算法,我们能够找出这些差异,”Faezi说。每次机器生产A,G,C或T时,研究人员都可以轻松区分。

当研究人员使用软件分析他们通过记录获得的AGCT模式时,他们确定了正确类型的DNA,准确率为86%。通过运行其他众所周知的DNA测序软件,他们将准确度提高到几乎100%。

使用这种方法,知识渊博的观察者可以判断机器是否正在制造炭疽,天花或埃博拉DNA,或者商业上有价值的DNA是否属于商业秘密。该方法可以帮助执法部门防止生物恐怖主义,但也可以被犯罪分子或恐怖分子用来拦截生物秘密。

“几年前,我们发布了一项关于窃取3D打印机制造物体计划的类似方法的研究,但这种DNA合成器攻击可能更严重,”Al Faruque说。

研究人员建议使用DNA合成机的实验室采取安全措施,例如严格控制对机器的访问,并清除机器附近留下的无害的看似记录设备。他们还建议机器制造商开始设计机器组件,以减少他们制造的声音数量,通过重新设计或重新定位组件或将它们包裹在吸音材料中。

Brisk和Grover指出,几乎所有用于生物医学研究的机器都会产生某种声音,并且黑客可以想象应用于任何机器。

“生物工程师的实际信息是,当我们设计仪器时,我们不得不担心这些安全问题,”Grover说。

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