雷达感知安全论文速览 | NDSS 2023, MetaWave: Attacking mmWave Sensing with Meta-material-enhanced Tags

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毫米波雷达安全性研究综述 | NDSS 2023, MetaWave: 利用元材料增强型标签进行毫米波信号攻击

注

摘要 *

作者开发了一种新型无能源被动式毫米波攻击系统,命名为MetaWave。该系统通过低成本的微型元器件标签来干扰毫米波雷达传感。

MetaWave系统由两大核心模块构成:(1)经由经过精心设计的MetaWave标签借助元材料特性进行操作，在被动机制下完成对毫米波信号的调控；这种独特设计不仅允许精确操控回波特性还能够有效干扰雷达感知机制;(2)基于射频模拟技术构建的 MetaWave 攻击架构则通过优化后的标签配置显著提升了攻击效果。

实验证明,MetaWave在实际场景中实现了高达97%的测距攻击成功率,不仅达成了高达96%的角度测量攻击成功率,其速度测量攻击成功率则能达到91%,然而其成本仅为传统毫米波攻击手段的十分之一至一百倍。

引言 *

毫米波传感技术主要应用于几个重要领域,包括汽车技术、安防系统以及工业机器人等关键系统。然而,这种技术也存在被恶意攻击的风险,可能导致误报或者漏报情况的发生,最终会引发相关事件的发生。

现有研究中的毫米波攻击主要依赖于高端射频设备，并且这些攻击手段往往较为容易被相关系统检测与防范。相比之下,本研究创新性地提出了基于低成本元材料标签的新颖攻击方式,这种新型方法不仅隐蔽性更强,而且实施起来也更加便捷

元材料标签 :可以被动调制射频信号,用于毫米波攻击。

威胁模型 *

Eve作为攻击者意图欺骗Bob的毫米波传感系统以达成对自身和目标的信息隐蔽以及虚拟威胁对象的进攻

与现有工作不同,本文追求以下可实施性特征:

被动标签 :主动电磁攻击容易被检测,昂贵的电磁波发生器难以实际操作。

实用性 :假设Bob做好了安全防范,Eve难以修改其设备。

黑盒 :假设Bob的系统与外界隔离,Eve无法访问内部细节。

原理和背景 * 毫米波传感量测 :距离、角度和速度是三个基础目标属性。

元材料标签 :

吸收标签 :大幅衰减振幅,隐藏目标。

反射标签 :反射信号,虚构目标。

极化标签 :改变极化,欺骗信号。

模拟器 :可不同iable的射频模拟器,用于优化标签设计。

可行性研究 * 通过实际毫米波探测装置和反射面阵列对吸收入射标签的隐身特性进行了实证检测。

系统概述 * 标签设计 :六边形设计健壮性最佳;支持2D和3D模式。

攻击框架 :

输入场景参数。

可差分射频模拟器 :快速高保真模拟毫米波信号。

标签优化器 :迭代搜索最优标签参数。

仿真器评估 * 与商业产品对比,模拟器实现速度提升80-100倍,保真度75%。

• 考虑标签部署误差后,隐身攻击成功率可达91.2%。

实际攻击评估 *

总体表现:成功率均超过90%。

距离测量攻击 :误差1.3米,成功率97%。

角度测量攻击 :误差38度,成功率96%。

速度测量攻击 :误差5.4米/秒,成功率91%。

对策分析 *

手动检查难以发现标签。

标签无主动辐射,难以检测。

多传感器融合 可能有效。

通过对比现有的主动射频调制攻击, MetaWave不仅具有更低的成本, 而且展现出更高的隐蔽性。

结论 本研究提出了一种创新性方法,利用元材料标签技术实现低功耗信号接收对抗,并进一步验证了该方案在实际应用中的优势。