[发明专利]基于主动攻击信号消除策略的超声波防御方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于主动攻击信号消除策略的超声波防御方法，包括：信号提取步骤：产生防御信号，使得攻击信号在麦克风的通带中产生关于预设频率对称的两个投影信号；投影信号消除步骤：消除攻击信号与防御信号调制出的小于所述预设频率的投影信号；攻击信号消除步骤：消除攻击信号自解调出的信号。本发明通过软件上的修复措施，能达到滤除恶意攻击信号的目的，避免了现有防御方法的缺陷，也使得防御手段更加方便，便于普及。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及基于主动攻击信号消除策略的超声波防御方法及系统。

背景技术

声控系统VCS(Voice Control System)现如今已经成为非常普遍的技术，较为成熟的有Apple Siri、Google Now以及Amazon Echo。声音控制已经成为一种方便的人机交互机制，人们通过语言指令和设备进行远场交互，越来越多的APP提供语音接口，使人们可以在双手不方便或者与设备相距较远的情况下控制设备进行购物，播放音乐等行为。然而近期，G.Zhang等人在2017 ACM CCS国际网络安全会议发表的“Dolphin Attack：InaudibleVoice Commands”的研究揭示出，这些VCS存在被攻击的风险，文章使用20kHz-30kHz波段的超声波信号成功攻击各大主流VCS，20kHz-30kHz的超声波信号可以在人耳毫无察觉的情况下对VCS进行控制。虽然这些攻击信号在原理上都远远超过了人耳以及麦克风的工作频段范围，但是，受限于麦克风本身器件的非线性特性，高频的攻击信号会在低频段产生一定的“投影”，从而使得攻击指令被后续的语音处理器件所接受并作为指令进行解析。现实生活中电子元件的非线性是不可避免的，声控系统本身的安全漏洞因此极具威胁性，可能发生个人信息泄漏、恶意软件静默安装，更有甚者可能导致安全系统完全瘫痪，使得保证安全的卫士成为威胁安全的杀手。另外，已有研究发现，其攻击范围可以达到7.6米(25英尺)，这使得对相应的安全防范措施的需要迫在眉睫。

现有的防御机制都是针对于攻击信号的某些特征来进行检测。但是，这些现有的机制仍然有一些漏洞，通过这些漏洞，攻击者可以绕过这些防御机制并顺利完成攻击。并且，一个完全彻底的防御机制并不仅仅只需要检测出攻击信号，更加需要滤除攻击信号，这样才能保证符合规定的正常声音指令不会受到影响。再考虑到大量的声控设备已经投入市场一段时间，现在对声控系统进行硬件上的修改是不切实际的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于主动攻击信号消除策略的超声波防御方法及系统。

根据本发明提供的一种基于主动攻击信号消除策略的超声波防御方法，包括：

信号提取步骤：产生防御信号，使得攻击信号在麦克风的通带中产生关于预设频率对称的两个投影信号；

投影信号消除步骤：消除攻击信号与防御信号调制出的小于所述预设频率的投影信号；

攻击信号消除步骤：消除攻击信号自解调出的信号。

较佳的，所述防御信号为两两相隔20kHz的正弦波，所述预设频率为10kHz。

较佳的，所述投影信号消除步骤采用工频自适应滤波的方法，包括：

步骤21：使用FFT检测出投影信号的载波频率所在的范围；

步骤22：采用人工合成的方法根据频谱分辨率以1Hz为间隔产生相应一组频率的正交信号对；

步骤23：以所产生的正交信号为参考信号对小于所述预设频率的投影信号进行自适应滤波。

较佳的，所述攻击信号消除步骤使用主动式的攻击信号滤除方法，包括：

步骤31：使用高通滤波器提取出大于所述预设频率的投影信号，使用平方计算模拟攻击信号的自解调得到攻击指令的初始参考信号；