tecnología
Los dispositivos digitales ahora cuentan con “órganos sensoriales” para ayudarles a interactuar con el mundo físico. Por una parte, esto resulta muy cómodo para los usuarios. Pero, por otra, genera nuevas amenazas que a menudo resultan absolutamente inesperadas. Aunque los sensores electrónicos son similares funcionalmente a sus análogos humanos, en términos de diseño y capacidades siguen siendo muy diferentes y los diseñadores no siempre tienen en cuenta esas diferencias.
Piensa, por ejemplo, en los comandos ultrasónicos, imperceptibles para los seres humanos, pero que los asistentes de voz escuchan y obedecen. Bueno, hackear un asistente que responde a la voz con ayuda del sonido, aunque este sea imperceptible para los humanos, es cuando menos bastante predecible. Pero ¿y la luz?
Escuchar la luz: los micrófonos MEMS y sus fallos técnicos
Si un comando de voz se transforma en el parpadeo de un rayo láser dirigido contra el micrófono de un asistente de voz, este lo detectará y obedecerá la orden. Fueron los investigadores de la Universidad de Comunicaciones Electrónicas (Chofu, Japón) y la Universidad de Michigan los que lo descubrieron. Insertaron comandos en los gadgets a una distancia de varias decenas de metros. La única condición necesaria era la visibilidad directa entre la fuente del rayo láser y el micrófono.
Los investigadores probaron el ataque con rayo láser en altavoces inteligentes, smartphones, tablets y otros dispositivos que funcionan con Alexa de Amazon, Siri de Apple o el Asistente de Google. El truco funcionó en todos, pero la distancia en la cual el micrófono detectaba la señal varió de los 5 a los 110 metros. En teoría, el alcance se puede aumentar con un láser lo bastante potente y una lente adecuada.
El vídeo a continuación (como ilustración de lo que se puede lograr con este método) muestra cómo los investigadores engañan al altavoz inteligente de Google Home para que abra la puerta del garaje del edificio contiguo.
¿Por qué los micrófonos MEMS responden a la luz?
El ataque láser es posible debido al diseño de los micrófonos en los dispositivos. La mayoría de los micrófonos modernos presentes en los dispositivos electrónicos se denominan sistemas microelectromecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés); se trata de dispositivos en miniatura cuyos componentes electrónicos y mecánicos se fusionan en un sofisticado diseño.
Los sensores basados en MEMS se producen en serie mediante las mismas tecnologías que los chips de ordenador y suelen ser del mismo material (silicio) y con el mismo grado de miniaturización (sus piezas individuales se miden en micrómetros e incluso nanómetros). Asimismo, los sensores MEMS son muy baratos, así que han desplazado ya a la mayoría de sensores y dispositivos en miniatura que operaban en el cruce de los mundos físico y electrónico.
El principal elemento de detección de un micrófono MEMS es una membrana superfina de aproximadamente una centésima y del grosor de un cabello humano. Las ondas acústicas hacen que la membrana vibre, así que el espacio entre ella y la pieza fija del sensor se amplía y se contrae de modo alterno. Juntas, la membrana y la base fija del sensor, forman un condensador, así que la variación de la distancia entre ellas se traduce en variación de la capacitancia. Estas variaciones son fáciles de medir y registrar, por lo que después se pueden transformar en audio.
Un haz de luz también puede crear ondas que hagan vibrar a la membrana sensible. Se tiene conocimiento del supuesto efecto fotoacústico desde fines del siglo XIX. Fue entonces cuando el científico escocés Alexander Graham Bell, conocido por patentar el teléfono, inventó el fotófono, un dispositivo que empleaba un haz de luz para intercambiar mensajes de audio a una distancia de varios cientos de metros.
El efecto fotoacústico ocurre sobre todo cuando la luz calienta los objetos expuestos a ella. Cuando se calientan, los objetos se dilatan; cuando se enfrían, recuperan su tamaño original. Así pues, al estar expuestos al parpadeo de un rayo láser, cambian sus dimensiones. Nunca lo notarás, pero los sensores MEMS, sí; al ser diminutos, pueden detectar incluso acciones microscópicas. Por lo tanto, detectan vibraciones y las transforman en una grabación de audio, que en consecuencia se puede reconocer como un comando de voz.
La música del movimiento: la sensibilidad de audio de un acelerómetro MEMS
Aparte de los micrófonos, muchos otros sensores (por ejemplo, los sensores de movimiento como giroscopios y acelerómetros) usan la tecnología MEMS. Los puedes encontrar en marcapasos, airbags y otros artículos. También controlan la orientación de la pantalla en smartphones y tablets y pueden ser susceptibles de engaño.
Hace un par de años, unos investigadores de las universidades de Michigan y de Carolina del Sur realizaron un experimento en el que controlaban, mediante sonidos, los acelerómetros que normalmente responden al movimiento.
Por qué los acelerómetros MEMS responden al sonido
Los sensores del acelerómetro detectan el movimiento al calcular el desplazamiento de cargas microscópicas. Las ondas acústicas pueden hacer vibrar la carga, lo que engaña al acelerómetro, haciéndole pensar que está en movimiento. Los investigadores probaron unos 20 modelos populares de acelerómetros y descubrieron que tres cuartos de ellos era susceptibles a los estímulos acústicos.
En su estudio, hicieron que una pulsera de actividad Fitbit contara pasos falsos y utilizaron un smartphone colocado en horizontal sobre una mesa para mover un coche por radiocontrol (el coche respondía con normalidad a la posición del dispositivo, pero en este caso, la música que se reproducía en el dispositivo engañó al sensor del smartphone).
El helio deja a los iPhone fuera de combate
No todos los fallos técnicos en MEMS exigen estar en condiciones de laboratorio para manifestarse. Durante la instalación de un nuevo escáner MRI en una clínica de EE.UU., los empleados se percataron de que sus móviles no funcionaban. La investigación reveló que este fenómeno solo afectó a los dispositivos de Apple. El responsable fue el helio licuado que se usa para enfriar algunos de los componentes de la máquina. Se había filtrado un poco de gas y se esparció por la clínica, lo que bastó para inutilizar a los iPhone.
Por qué los iPhone dejan de funcionar con helio
A diferencia de otros sistemas de la clínica que usan MEMS pero no como un motor de vital importancia, el Apple Watch, el iPhone 6 y sus versiones posteriores utilizan MEMS en su reloj de sistema.
Dentro de MEMS existe un vacío necesario para su noraml funcionamiento. Para mantener el vacío, los chips se sellan con una capa delgada de silicio. Pero las moléculas de helio son lo bastante pequeñas como para penetrar el recubrimiento de silicio e interferir con el funcionamiento normal del resonador microscópico dentro del chip, lo que provoca un caos en los componentes electrónicos y hace que el iPhone se apague inmediatamente.
Apple reconoce que sus dispositivos son sensibles al helio; sus manuales de usuario incluyen la siguiente advertencia: “Exponer el iPhone a entornos con altas concentraciones de sustancias químicas industriales (incluso cerca de gases licuados en evaporación, como el helio) puede dañar o afectar al funcionamiento del iPhone”. Sin embargo, este tipo de situaciones son tan poco frecuentes que pocas personas piensan en ellas.
Después de un tiempo apartados de la sustancia (algunos necesitaron varios días), la mayoría de los dispositivos dañados volvieron a la normalidad. El fabricante de los sensores MEMS usados en los iPhone afirma que las unidades de nueva generación ya no son susceptibles a esta clase de fallos.
Cuida de tus dispositivos
Las vulnerabilidades MEMS descritas anteriormente son la excepción, pero no la regla. Dicho esto, te recomendamos mantener tus dispositivos lejos del helio. Por si acaso, ya sabes.
Consejos