普林斯顿大学和麻省理工学院的研究人员发现了一种从空中拦截水下信息的方法，推翻了长期以来对水下传输安全性的假设。该团队创建了一种设备，该设备使用雷达通过解码这些信号在水面上产生的微小振动来窃听水下声学信号或声纳。研究人员表示，原则上，该技术还可以大致确定水下发射器的位置。在11月20日ACM MobiCom上发表的一篇论文中，研究人员详细介绍了新的窃听技术，并提供了防范其攻击的方法。
他们在普林斯顿的小型人工湖卡内基湖上展示了这种能力。将这项技术应用于公海将更具挑战性，但研究人员表示，他们相信，通过重大的工程改进，这是可能的。研究人员表示，他们的目的不仅是提醒人们注意水下传输的脆弱性，还要详细说明可用于防止拦截的方法。电气与计算机工程助理教授、该研究的首席研究员Yasaman Ghasempour说：“我希望我们提出的一些对策策略能被设计水下通信声学发射器的人所采用。”。
在2018年麻省理工学院的研究人员开发出一种系统之前，在水下和机载设备之间传输信息在技术上被认为是不可行的。但麻省理工学院的技术依赖于空中和海上各方之间的合作——提前共享数据速率、频率和其他关键技术细节。当时，尚不清楚这种技术是否可用于拦截来自非合作水下发射机的私人信息。
Ghasempour和她的普林斯顿团队与麻省理工学院小组合作，探索了该技术的安全影响，并开发了一种在不知道任何技术细节的情况下破译同类消息的方法。研究人员表示，拦截空中水下通信的能力带来了广泛的安全风险。他们表示，对手可以利用该技术拦截气候监测传感器、石油和天然气钻井平台甚至潜艇传输的敏感信息。普林斯顿大学研究生、该论文的共同主要作者、麻省理工学院研究生赛义德·萨阿德·阿夫扎尔说：
“这项工作表明，敏感信息可能会以以前没有考虑过的方式泄露。”。如何保护水下通信？研究人员表示，水下通信的安全性在很大程度上依赖于水下传播的声音无法穿透水面。携带信息的信号在水下以声波的形式传输。因为水和空气的密度非常不同，所以水的表面充当了声音的屏障。当水下声波撞击水面时，它们大多只是反弹。2018年，麻省理工学院的研究小组意识到，声波对水面的影响会留下一种与水下信号相对应的微小振动指纹。
该团队使用安装在无人机上的雷达读取表面振动，并部署算法来检测模式、解码信号并提取信息。麻省理工学院媒体艺术与科学副教授、这篇新论文的合著者Fadel Adib说：“水下对空通信是我们领域最困难的长期问题之一。”。“看到我们的方法成功地从它们在水面上引起的微小振动中解码出水下信息，这令人兴奋，也令人惊讶。”
但为了使这项技术发挥作用，麻省理工学院团队的系统需要提前了解某些物理参数，如传输的频率和调制类型。基于这一发展，普林斯顿大学的团队使用了一种类似的方法来检测表面振动，但开发了新的算法，利用雷达和声纳之间的差异来揭示这些物理参数。这使得研究人员能够在没有水下发射器配合的情况下解码信息。研究人员使用廉价的商用无人机和雷达，在游泳池中测试了他们的方法。
研究人员在水下部署了一个扬声器，当游泳者提供干扰时，他们让一架无人机飞过水面。无人机反复向水面发出简短的雷达鸣叫声。当雷达信号从水面反弹时，它们揭示了声波的振动模式，供系统检测和解码。研究人员还使用安装在吊杆上的雷达在普林斯顿卡内基湖的真实环境中进行了测试。他们发现，即使受到风浪的干扰，该系统也能计算出未知参数并解码来自扬声器的信息。
事实上，它可以确定调制类型，这是最重要的参数之一，准确率为97.58%。Ghasempour说：“我们想证明，这可以用现成的基本设备来完成。”。“想象一下，有人能用更复杂的雷达做什么。”他们发现，水下通信链路的设计参数极大地影响了其对此类攻击的敏感性。例如，某些类型的调制比其他类型更容易理解。本文就设计更抗窃听的发射机的方法提出了建议。
Ghasempour说，她希望后续跟进，为防范此类攻击提供更多建议。