BitWhisper: Covert Signaling Channel between Air-Gapped Computers using Thermal Manipulations
Mordechai Guri, Matan Monitz, Yisroel Mirski, Yuval Elovici
cs.CR
2015-03-27
Ben-Gurion 团队用 CPU 发热和机箱热传感器在相邻气隙电脑间建双向隐蔽信道，有效距离 0–40 cm，速率约每小时 1 到 8 比特，只够传短命令或密码。
气隙的假设是:两台物理断开的电脑即使都被攻陷,中间也没有可用的数据通道。声学、光学、电磁泄漏都能单向往外送,但多数要外设或只能单工,也很难把命令打回隔离网。
BitWhisper 要的是另一条路:不用额外硬件,两台现成台式机靠自己的热量和板上热传感器对聊。目标不是高带宽,是在办公桌间距里把短指令送进去、把密码这类小数据带出来。
发送端用软件把 CPU 拉满或放空,控制机箱排热;接收端读板上温度传感器,把环境温度的起伏解调成比特。信道是半双工,两台机器都能当发送或接收。传感器普查里,CPU/GPU/主板空闲大约 33–35℃,分辨率常见 1℃;真正跟环境走、又不太被前台程序尖峰带跑的,是机箱环境温度那一路,而不是 CPU 内核传感器。
实验用了 i7-4790 塔式机、Lenovo 小机箱 Core 2 Duo,以及更大的 Gigabyte 塔。布局按办公室常见摆法:并排、上下叠、背对背、成角。距离从贴紧试到 35 cm。虚拟机实验在 VirtualBox 里做,客机间接打满物理 CPU,主机仍能当热发送器。采样用 HWInfo,约 0.5 Hz。协议与调制那一节在这份 arXiv 草稿里整节删掉了,公开文本只保留物理层测量。
接收端在超过 40 cm 后就感不到发送端的温度变化。贴紧时,第一次升 1℃ 大约 3 分钟,26 分钟累计约 +4℃;30–35 cm 处最多再升 1℃。并排布局里,每多 1 cm,热传播延迟大约加 0.35 分钟。上下叠不对称:发送端在上约 5 分钟起跳,在下约 12 分钟,因为主板多半在机箱下部。
100% 占用 40 分钟,CPU 内核大约 +20℃,主板传感器约 +10℃。环境传感器升 1℃ 要 1.5–3 分钟。日常写文档、多标签浏览、看视频几乎抬不动环境温度,所以接收端可以在工作时间监听,只要本机没有异常高负载。客机打满 CPU 的升温曲线跟物理机接近。论文给出的可用速率是每小时 8 个信号,摘要写成 1–8 bit/h,量级只够短命令和密码,不够搬文件。
| 条件 | 观测 | 含义 |
| 距离 >40 cm | 接收端无有效温升 | 信道半径停在桌面间距 |
| 0 cm 并排 | 3 分钟 +1℃,26 分钟约 +4℃ | 近距最强,仍然是分钟级 |
| 30–35 cm | 最多 +1℃ | 调制必须按 1℃ 量级设计 |
对做隔离网络和侧信道的人,这条结果把「气隙等于没通道」改成「桌面间距上存在一条极慢的双向热通道」。它不需要收音机、超声波扬声器或可见光,两台被植入的办公 PC 就够。速率决定了用途:指挥控制心跳、开关某个模块、带出密码,搬不走磁盘。2015 年的测量今天仍被拿来讨论气隙威胁,依据就是这个量级,不是更高的想象带宽。
信道半径 40 cm,布局和机箱开孔会改延迟,空调和空旷房间会把热稀释掉。半双工且方向不对称,协议细节在该草稿中缺失,无法复核调制、握手和实际误码。1℃ 分辨率加上数分钟的热惯性,上限很难离开「每小时若干比特」。前提是两台相邻机器都已被攻陷,论文没有给出在未妥协机器上的接收方案。夜间空闲更干净,忙时 CPU 内核传感器会被日常负载淹没。