智联网传感器安全综述：机理、攻击和防护1
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2022-08-04
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专题
第 17 卷 第 4 期 2021 年 4 月
智联网传感器安全综述：
机 理 、攻 击 和 防 护
智联网与传感器安全
智联网的发展驱动智能进入实体环境。越来越
多的智能设备具备了“眼睛”和“大脑”，能够动
态感知、智能处理并自主回应来自周围环境的信息。
而在这其中，智能设备的“眼睛”正是摄像头、雷
达、麦克风、加速度计、陀螺仪、热电偶等各类传
感器。目前，传感器已广泛应用于个人设备、智能
家居、工业控制、自动驾驶、医疗诊断等智联网领
域，并且随着智能设备种类和数量的显著增加（预
计 2022 年将达到 430 亿
[1]
），传感器的数量也将突
破 1 万亿大关
[2]
，在智联网中拥有举足轻重的地位。
例如，随着汽车越来越智能化，一辆汽车中的传感
器数量有望超过 200 个
[3]
，应用于从引擎控制到自
动驾驶的各个环节。
传感器是一类通过换能（transduction）器件将
各类物理能量信号转换为电能信号的设备，如图 1
所示。例如，热电偶可以产生与温度相关的电动势，
麦克风可以通过压电效应将声音转换为相应的模拟
电信号，加速度计可以将受力转换为电容变化。除
了换能器，传感器中通常还有信号处理电路，对换
能器产生的电信号进行放大、滤波等处理，并输出
模拟或数字形态的测量值。智能设备通过热电偶和
麦克风输出的测量值便可感知其所在环境的温度和
声音，进而实现智能家居控制和语音助手等功能。
然而，传感器的安全风险在过去常被忽视。作
为一类复杂度和智能化程度普遍较低的测量设备，
传感器容易遭受来自实体环境的恶意攻击，发生故
障或产生攻击者预期的错误测量结果，造成危及整
个系统的安全后果。例如，已有研究
[4]
表明，通
过发射恶意的电磁波信号可以使热电偶产生错误的
测量结果，例如将正常室温（20°C）篡改为 0°C
关键词 ：
传感器安全 换能攻击
徐文渊
浙江大学
图 1 传感器换能和感知原理
传感器原理
传感器 信号处理模块
物理信号 电信号
输入
输出
压电
效应
ADC
换能：
其他信号通过物理效应（压电等）转换成电信号
01011....
图 2 通过电磁波攻击温度热电偶，使其产生错误的
温度测量结果
被攻击的温度计
（-1409 ℉）
攻击者
使用的天线
正常温度计
（73 ℉）
测温表笔
shkpwbdkak
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