科学媒介中心|灯泡的新应用——还原声音和窃听蓝字关注我们（图源：wired.com）王雷

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【科学媒介中心|灯泡的新应用——还原声音和窃听】

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（图源：wired.com）
王雷编译
众所周知，灯泡最常见的功能是照明。随着社会的发展，灯泡的功能也发生了明显的变化，比如汽车、装饰品等不同用途的功能性用灯。最近，科学家又赋予了灯泡新的功能——窃听。与传统的窃听技术（安装窃听器、搭线窃听、非法入侵窃听）有所不同，该技术不需要在房间内安装设备或入侵系统，只需要一个灯泡就可以在百米外实时监听。近日，以色列本·古里安大学以及魏茨曼科学研究院的科研人员发明了一种通过灯泡震动还原声音并实施监听的新技术，被称为“灯泡电话”（Lamphone）。该监听装置的成本很低（约1000美元），主要由光电传感器、望远镜、笔记本电脑以及声音处理软件等组成。相关研究已发表，文章题目为“Lamphone:Real-TimePassiveSoundRecoveryfromLightBulbVibrations” 。该技术的操作原理是：当室内播放音乐或有人讲话时，产生的声波会撞击灯泡，引起灯泡表面气压的波动，使灯泡产生微弱的震动信号。同时，室外安装的光电传感器对准室内的灯泡，捕获光学测量的相关结果，经过计算机信号处理后，就可以还原房间内的语音或音乐。

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“灯泡电话”的原理图
“灯泡电话”技术主要包括以下几个重要部分：望远镜设备：将视野从远处聚焦于房间内悬挂的灯泡上。光电传感器：安装于望远镜上，由光电二极管（一种半导体器件）组成。光电二极管可以将光转换为电流，常用于烟雾探测、医疗检测等电子设备。声音恢复系统：接收光信号作为输入，并输出恢复的声音信号。从光电传感器采样，使用相应的算法处理，得到复原的声音信号。

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算法处理后的声音谱图
研究人员指出，光电传感器通过分析灯泡表面的微小震动并得出数据，根据相关算法来分离音频信号和光信号，通过文本应用程序对音频信号进行识别，还原声音的内容。更有趣的是，该技术还能用来识别歌曲。研究人员播放了一段披头士乐队的歌曲“LetItBe” ，经过光信号收集和声音还原，歌曲应用程序立即识别出这首歌曲的名称。基于“旁路攻击”的窃听技术
早在灯泡窃听技术出现之前，已经有许多声波现象可以用作窃听。 1956年，英国情报处（Britishintelligence）成功监听了埃及驻伦敦大使馆。相关人员在使馆内放置一个扩音器，通过Hagelin机器（一种早期密码机）收集“滴答”声。英国情报处在以后几年中监听这个声音，窃取到了该大使馆的许多通话内容。旁路攻击（SideChannelAttacks）指的是绕过对加密算法的繁琐分析，利用密码芯片等计算硬件中不小心泄露的信息（比如执行时间、功耗损耗、电磁辐射之类的旁路信息），通过统计学分析来破解密码。 “灯泡电话”窃听技术所采用的是声学密码分析，也就是捕捉设备在运算时泄漏的声学信号。斯坦福大学的计算机科学家和密码学家丹·博内（DanBoneh）指出， “灯泡电话”的窃听技术属于“旁路攻击”范畴，是利用意料之外的信息泄漏渠道进行窃听的新技术。

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（图源：livescience）
目前，该窃听技术仍在试验阶段，存在的局限性主要表现为以下几点：研究人员在整个测试中使用的是悬挂式灯泡，对于固定灯泡或安装在天花板上的灯泡是否会产生同样的效果，答案是未知的。在测试中，语音和音乐都达到了最大值。在光电传感器和数模转换器的选择上，研究人员使用的是相对便宜且功能性不全面的机器。如果升级传感器设备，或许能够监听音量更低的对话，但同时成本也会增加。在灯泡的选择问题上，研究人员使用的是LED灯泡，该灯泡的信噪比约为白炽灯泡的6.3倍，为荧光灯泡的70倍。研究团队计划在八月的黑帽安全会议（BlackHatsecurityconference）上正式发表这项技术，相信随着研究的深入和技术的发展，该技术将会变得更加成熟。参考文献：