文/ VRAR星球 維克多

電影《盜夢空間》描寫了人可以進(jìn)入他人夢境，在潛意識里盜取機密，插入虛假信息，重塑夢境，改變他人意識。日前，芝加哥大學(xué)計算機科學(xué)系的研究者指出，VR系統(tǒng)的沉浸式界面存在漏洞，用戶很容易成為新型網(wǎng)絡(luò)攻擊——盜夢空間式攻擊的受害者。

這項全球首創(chuàng)研究成果，以論文形式發(fā)表在預(yù)印本平臺arXiv上：《盜夢空間式攻擊：虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的沉浸劫持》（Inception Attacks: Immersive Hijacking in Virtual Reality Systems）。該文介紹并描述了盜夢空間式攻擊的性質(zhì)、特點、漏洞和威脅模型、攻擊實例、并提出有效的應(yīng)對防御措施。

什么是盜夢空間式攻擊？

下面通過兩個具體場景來說明。

場景1。Alice每周花4天時間通過雇主的新VR應(yīng)用程序在家庭辦公室遠(yuǎn)程工作。每天早上，她都會戴上頭顯，打開應(yīng)用程序開始她的日常生活。今天，她注意到她的雇主X公司的內(nèi)部網(wǎng)服務(wù)器在VR中識別她的公司密碼需要很長時間。她記下了重置家庭WiFi路由器的心路歷程。在其他地方，Carl坐在那里看著他的VR頭顯完成記錄Alice的登錄序列。

場景2。Alice在正常的VR約會之夜與伴侶Madison發(fā)生最新爭吵后，沮喪地摘下了她的VR頭顯。Madison整個星期都越來越疏遠(yuǎn)了，實際上今晚他們的關(guān)系結(jié)束了。在其他地方，Carl關(guān)掉了他的生成語音界面，滿意地看著困惑的麥迪遜突然離開。

上述兩種情況都源于一個攻擊，即攻擊者Carl破壞了用戶VR系統(tǒng)的完整性，在用戶和其VR層之間插入他自己的軟件。在這種攻擊下，用戶Alice不再與預(yù)期的VR對象，如X公司的服務(wù)器，或Madison直接交互。相反，用戶實際上是在Carl的VR層中操作，間接地與VR對象進(jìn)行交互，這些交互由Carl實時監(jiān)控、記錄和修改。鑒于VR的沉浸式屬性，Carl能夠在自己的“盜夢空間式VR層”中，復(fù)制用戶跟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及跟其他用戶的正常交互，并且用戶無法區(qū)分自己在哪個VR層中。因此，研究者將這種新型網(wǎng)絡(luò)攻擊命名為“盜夢空間式攻擊”。如下圖所示：

盜夢空間式攻擊：用戶以為他們直接與從VR主屏幕啟動的VR應(yīng)用程序進(jìn)行交互，但實際上他們正在攻擊者的盜夢層中運行模擬的VR應(yīng)用程序。

研究者最終將盜夢空間式攻擊定義為：在VR系統(tǒng)的背景下，攻擊者通過將用戶困在偽裝成完整VR系統(tǒng)的單個惡意VR應(yīng)用程序中、來控制和操縱用戶與其VR環(huán)境的交互的攻擊。

盜夢空間攻擊通過在惡意應(yīng)用程序中創(chuàng)建VR系統(tǒng)的主屏幕環(huán)境和應(yīng)用程序的模擬并將用戶困在其中，將攻擊者插入用戶和任何外部實體之間。雖然用戶認(rèn)為他們與不同的VR應(yīng)用程序進(jìn)行了正常的交互，但事實上，他們是在一個模擬世界中進(jìn)行交互的，在這個世界中，他們看到和聽到的一切都被攻擊者截獲、轉(zhuǎn)發(fā)，并可能被攻擊者更改。當(dāng)用戶受到盜夢空間攻擊時，他們的所有輸入（語音、動作、手勢、擊鍵）和VR應(yīng)用程序輸出（虛擬瀏覽器、來自遠(yuǎn)程服務(wù)器的音頻/視頻、通過化身與其他VR用戶的交互）都可能被攻擊者實時竊聽、記錄或修改。

盜夢空間式攻擊的兩大特點

盜夢空間式攻擊有兩個特點，它們使這種攻擊變得異常強大。

1、 盜夢空間式攻擊極難檢測

因為VR應(yīng)用程序通常被設(shè)計成接近真實世界，避免使用傳統(tǒng)計算機應(yīng)用程序特有的指標(biāo)和提示。因此，用戶目前無法驗證其沉浸式體驗（視覺或聽覺）的任何部分是否來自特定的VR應(yīng)用程序。

2、 攻擊者幾乎完全控制VR體驗

攻擊者不僅竊聽和記錄數(shù)據(jù)，還可以實時更改目標(biāo)用戶的信息和體驗。攻擊者不僅可以默默地觀察用戶與VR提供商的互動，記錄密碼或其他敏感數(shù)據(jù)，還可以劫持和替換整個社交互動。

現(xiàn)在，通過利用許多漏洞中的任何一個，都可以在VR系統(tǒng)上發(fā)起盜夢空間式攻擊。在某些情況下，漏洞是傳統(tǒng)計算應(yīng)用程序中已經(jīng)解決的基本問題，但在VR系統(tǒng)中卻被忽視了。在其他情況下，由于VR應(yīng)用程序和接口的性質(zhì)，傳統(tǒng)的身份驗證機制變得更具挑戰(zhàn)性。

漏洞和威脅模型

宏觀地看，盜夢空間攻擊類似于網(wǎng)絡(luò)上的“中間人”（MITM）攻擊，只不過被應(yīng)用于VR環(huán)境。與“中間人”攻擊一樣，攻擊者可以利用各種安全漏洞發(fā)起盜夢空間攻擊。

盜夢空間攻擊可以從多個入口點發(fā)起，研究者主要考察了兩種不同的威脅模型。

1、威脅模型A

攻擊者可以使用各種傳統(tǒng)攻擊載體獲得根訪問權(quán)限，包括物理訪問、黑客攻擊、權(quán)限提升、遠(yuǎn)程攻擊或傳統(tǒng)越獄方法。根訪問允許攻擊者通過直接點擊設(shè)備的顯示器和音頻通道，來控制用戶的所見所聞。

但一個更簡單的選擇，是安裝一個內(nèi)部有隱藏盜夢空間式層的惡意應(yīng)用程序，并在打開頭顯時運行它。在進(jìn)入盜夢層之前，VR主屏幕中的用戶可能會注意到有閃爍的情況。

研究者認(rèn)為，當(dāng)前一代VR系統(tǒng)在桌面或移動計算操作系統(tǒng)中，缺乏可用的安全保護機制。更具體地說，VR系統(tǒng)沒有安全的引導(dǎo)加載程序或用戶身份驗證來防止攻擊者獲得對系統(tǒng)的控制。

2、威脅模型B

攻擊者沒有根訪問權(quán)限，但能夠運行包含隱藏著盜夢空間攻擊的惡意應(yīng)用程序。這種情況可以通過兩種方式發(fā)生。

首先，應(yīng)用程序的側(cè)載。許多VR系統(tǒng)——例如Meta Quest 2/3/Pro、VIVE Focus 3和PICO 4，支持VR應(yīng)用程序的側(cè)載，以增強可用性。側(cè)載允許VR頭顯安裝和運行非官方應(yīng)用商店的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以從連接到啟用側(cè)載的VR頭顯遠(yuǎn)程服務(wù)器啟動。該功能可在現(xiàn)有VR系統(tǒng)上使用，包括Meta Quest 2、3和Pro。因此，遠(yuǎn)程攻擊者可以在目標(biāo)頭顯上安裝模仿合法應(yīng)用程序的盜夢應(yīng)用程序。

其次，對于不支持側(cè)載應(yīng)用程序的頭顯，攻擊者可以將其盜夢組件嵌入其他良性應(yīng)用程序中，例如天氣應(yīng)用程序，并將其發(fā)布到App Store。對于像最新發(fā)布的Apple Vision Pro這樣具有強大安全性的VR系統(tǒng)，禁用側(cè)加載并不能阻止目標(biāo)用戶安裝和運行看似良性的入門應(yīng)用程序。在這種情況下，當(dāng)隱藏功能被觸發(fā)時，任何從應(yīng)用商店下載應(yīng)用程序的用戶都可能成為盜夢攻擊的目標(biāo)。

攻擊實例

研究者在實驗中，采用了Meta Quest頭顯的三個版本——即Quest 2、3和Pro，復(fù)制了兩個應(yīng)用程序——Meta Quest瀏覽器和VRChat，并完成攻擊行為，成功演示了盜夢空間式攻擊的可行性和影響。

1、劫持Meta Quest瀏覽器，篡改銀行賬戶

Meta Quest瀏覽器內(nèi)置于Quest頭顯之中，為用戶提供身臨其境的網(wǎng)絡(luò)瀏覽體驗。由于該應(yīng)用程序使用公共API與網(wǎng)頁服務(wù)器通信，研究者的復(fù)制工作主要集中在復(fù)制瀏覽器GUI，顯示網(wǎng)站內(nèi)容，以及檢測和響應(yīng)用戶輸入。他們構(gòu)建了與真實版本非常相似的Meta Quest瀏覽器副本，演示了三個攻擊實例。攻擊者能夠分別實時竊聽用戶登錄信息、修改用戶對網(wǎng)站的輸入和修改頭顯上顯示的網(wǎng)站內(nèi)容。

（1） 竊取信息

當(dāng)用戶使用Meta Quest 瀏覽器訪問銀行、公司、醫(yī)療和電子郵件等敏感賬戶時，攻擊者可以截獲并記錄私人信息，包括用戶輸入的憑據(jù)。這是因為，使用交互SDK，復(fù)制應(yīng)用程序可以準(zhǔn)確地監(jiān)控光標(biāo)移動、記錄擊鍵、捕捉按鈕按下和跟蹤頭顯運動。因此，攻擊者可以準(zhǔn)確地提取用戶對特定網(wǎng)絡(luò)條目的輸入。

（2） 操作服務(wù)器輸出

復(fù)制應(yīng)用程序可以顯示從服務(wù)器獲取的網(wǎng)站內(nèi)容的修改版本。

這是一個典型的網(wǎng)上銀行交易場景示例。當(dāng)用戶使用復(fù)制瀏覽器訪問銀行網(wǎng)站時，瀏覽器首先從復(fù)制的GUI收集他們的憑據(jù)，并通過HTTP請求將憑據(jù)發(fā)送到銀行服務(wù)器。驗證登錄憑據(jù)后，銀行服務(wù)器將目標(biāo)的帳戶信息返回給頭顯，包括帳戶余額。雖然所有這些網(wǎng)絡(luò)通信都使用SSL握手協(xié)議進(jìn)行加密，但要在頭顯上顯示的內(nèi)容在握手協(xié)議期間使用復(fù)制瀏覽器提供的密鑰進(jìn)行加密。因此，副本瀏覽器可以解密并獲得原始內(nèi)容，并且可以在將其在用戶頭顯顯示之前對其進(jìn)行修改。攻擊者完全控制了副本瀏覽器，允許他們隨意執(zhí)行任何任意代碼。

如上圖，在銀行場景中，銀行服務(wù)器向VR中的目標(biāo)發(fā)送正確的銀行賬戶余額。然而，在顯示給用戶之前，這種余額會被盜夢攻擊更改為10美元。

（3） 操縱用戶輸入

攻擊者還可以修改復(fù)制品上用戶輸入的內(nèi)容，并使用修改后的內(nèi)容形成對網(wǎng)頁服務(wù)器的API調(diào)用。這些API調(diào)用通常使用參數(shù)字段中的純文本和數(shù)值（例如HTML格式）。

下面的例子展示了受害者通過美國銀行旗下數(shù)字支付服務(wù)Zelle進(jìn)行在線交易的場景。受害者首先通過填寫網(wǎng)頁表單并單擊“Continue transfer”進(jìn)行1美元的交易。在通過HTTP請求將網(wǎng)頁表單提交到服務(wù)器之前，攻擊者通過以下JS代碼將網(wǎng)頁表單中的交易金額更改為5美元：

上圖所示：在交易場景中，受害者輸入的金額在提交到銀行服務(wù)器之前被攻擊者更改。（a） 受害者通過填寫網(wǎng)頁表單進(jìn)行1美元的交易。攻擊者在將交易金額發(fā)送到服務(wù)器之前，秘密地將交易金額更改為5美元。（b）然后受害者被帶到確認(rèn)頁面，完成交易。攻擊者在確認(rèn)頁面上將金額值設(shè)置為1.00美元，以避免受害者產(chǎn)生任何懷疑。（c）實際交易金額更改為5美元。

劫持VRChat聊天

之前文中曾描述過一個盜夢攻擊的場景，Alice和Madison在VR約會之夜的對話被攻擊者Carl劫持。研究者描述了通過復(fù)制VRChat應(yīng)用程序，在Meta Quest設(shè)備上實現(xiàn)這種攻擊。攻擊者可以在該應(yīng)用程序中收聽和修改Alice和Madison之間的實時音頻通信。

在盜夢攻擊下，攻擊者Carl在Alice和Madison的VRChat會話之間充當(dāng)中間人。因此，Carl能夠改變實時音頻傳輸。例如，Alice會聽到Madison對她的問題回答——“不”，而實際上Madison對攻擊者發(fā)送的虛假分手信息的回答是——“為什么”。

攻擊的具體做法是，用戶頭顯上的復(fù)制應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了VRChat的GUI，它從中捕獲用戶的憑據(jù)。此外，復(fù)制應(yīng)用程序會捕獲用戶的實時語音和動作，并將這些數(shù)據(jù)流傳輸?shù)焦粽叻?wù)器。攻擊者的服務(wù)器使用用戶的憑據(jù)在其頭顯上運行合法的VRChat應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序與VRChat服務(wù)器通信。攻擊者服務(wù)器還捕獲其VR耳機的屏幕顯示和音頻流，并將其直播到目標(biāo)頭顯上的復(fù)制應(yīng)用程序，然后將其顯示在頭顯上。通過這種方式，攻擊者服務(wù)器是用戶頭顯頭和VRChat服務(wù)器之間的中間人，它可以訪問原始的視覺和音頻數(shù)據(jù)，并可以實時修改其中任何一個以劫持VRChat會話。

盜夢式攻擊遠(yuǎn)比傳統(tǒng)攻擊嚴(yán)重

研究者認(rèn)為，盜夢空間式攻擊遠(yuǎn)比傳統(tǒng)攻擊嚴(yán)重。VR頭顯有潛力為用戶提供與現(xiàn)實本身相當(dāng)?shù)纳疃瘸两襟w驗，但當(dāng)這種身臨其境的功能被濫用時，VR系統(tǒng)可以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全攻擊，其后果遠(yuǎn)比傳統(tǒng)攻擊嚴(yán)重。特別是，VR系統(tǒng)可以使用身臨其境的感官輸入來操縱用戶產(chǎn)生虛假的舒適感，誤導(dǎo)他們泄露私人和敏感信息，例如向金融賬戶提供認(rèn)證證書，或信任他們的所見所聞，如手勢、動作和對話。

研究結(jié)果證明了盜夢式攻擊的初步可行性和有效性。該攻擊成功欺騙了27名參與者中的26名。值得注意的是，即使是每天/每周與VR設(shè)備互動的經(jīng)驗豐富的用戶也容易受到影響。

研究還表明，個體抵抗盜夢式攻擊是一項挑戰(zhàn)。首先，當(dāng)今VR系統(tǒng)中固有的波動性和故障使檢測微小差異或引起懷疑變得極具挑戰(zhàn)性。此外，對信譽良好的企業(yè)開發(fā)的應(yīng)用程序的信任以及通過事先使用合法應(yīng)用程序形成的習(xí)慣，也鼓勵用戶在遭遇盜夢攻擊時保持正常操作。

研究者認(rèn)為需要更系統(tǒng)的方法來應(yīng)對防御這種新型攻擊。

應(yīng)對防御措施

1、 防止安裝

首先，考慮如何阻止盜夢應(yīng)用程序安裝在目標(biāo)頭顯上。

（1）為網(wǎng)絡(luò)端口添加安全身份驗證。在網(wǎng)絡(luò)端口上要求更強的身份驗證，將限制通過未經(jīng)授權(quán)的遠(yuǎn)程連接安裝盜夢攻擊。

（2）禁用頭顯的側(cè)載功能。盜夢攻擊常是通過側(cè)加載方便地執(zhí)行的。為了提高安全性，VR系統(tǒng)應(yīng)該提供與側(cè)載相關(guān)的安全風(fēng)險的信息教程，或者通過將重要用例遷移到更受控制的環(huán)境來減少啟用側(cè)載和ADB訪問的需要。

（3）安全引導(dǎo)加載程序和安全區(qū)域。安全區(qū)域是一個與主應(yīng)用程序處理器隔離的處理器，用于存儲加密密鑰，并使其無法從系統(tǒng)的其他部分訪問。在啟動過程中，安全區(qū)域會驗證引導(dǎo)加載程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核和特權(quán)進(jìn)程，從而保護整個引導(dǎo)進(jìn)程的完整性。

2、防止啟動

如果盜夢應(yīng)用程序已成功安裝在頭顯上，一些防御技術(shù)可能有助于阻止它在頭顯上執(zhí)行。

（1）Kiosk模式。在企業(yè)環(huán)境中，使用kiosk模式可能會限制用戶可以交互的應(yīng)用程序集，這將阻止盜夢應(yīng)用程序啟動。但Kiosk模式大大限制了企業(yè)SaaS的靈活性，并增加了運營成本。

（2）應(yīng)用程序證書。對于VR系統(tǒng)來說，盜夢攻擊應(yīng)用程序就像任何其他自定義VR應(yīng)用程序一樣，無需額外驗證。因此，需要增強所有應(yīng)用程序的驗證過程。如果強制執(zhí)行應(yīng)用程序證書，攻擊者將需要通過獲取證書或利用缺陷繞過驗證來運行進(jìn)行盜夢。

（3） 禁用非系統(tǒng)應(yīng)用程序的應(yīng)用程序調(diào)用。禁用應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換將阻止盜夢應(yīng)用程序打開其他應(yīng)用程序或其子頁面。這意味著盜夢攻擊無法通過直接應(yīng)用程序調(diào)用克隆單個應(yīng)用程序。

（4）驗證應(yīng)用程序調(diào)用的真實性。加強客戶端身份驗證是防止MITM攻擊的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。頭顯可以添加類似的驗證來驗證應(yīng)用程序通信。盡管如此，證書驗證和源身份驗證仍然不能免受MITM攻擊，并且不能完全抵御盜夢攻擊。

3、 阻止用戶訪問操作系統(tǒng)的殼

盜夢式攻擊運行殼（shell）腳本來檢測用戶何時退出應(yīng)用程序，然后激活盜夢應(yīng)用程序，并收集頭顯的配置信息，以高精度復(fù)制主頁環(huán)境。禁用用戶對操作系統(tǒng)殼的訪問，將阻止攻擊者使用這些腳本，這將降低盜夢攻擊的有效性和隱蔽性。

4、通過異常檢測進(jìn)行防御

如果攻擊繞過了預(yù)防方法，并且盜夢應(yīng)用程序在頭顯上執(zhí)行，則檢測可以減輕危害，例如，通過退出所有應(yīng)用程序或在檢測到攻擊時重新啟動設(shè)備。

5、硬件防御

（1）定期重新啟動頭顯。重新啟動頭顯將終止運行盜夢應(yīng)用程序的進(jìn)程，并使攻擊處于休眠狀態(tài)，直到再次啟動。盡管它沒有刪除盜夢應(yīng)用程序，但它通過減少攻擊的活躍時間來減輕潛在的危害。

（2）定期硬重置。硬重置頭顯會擦除設(shè)備，從而完全刪除盜夢應(yīng)用程序和間諜腳本。攻擊者需要再次注入盜夢應(yīng)用程序來攻擊用戶。

6、組合防御

VR硬件和軟件平臺的開發(fā)仍處于早期階段，缺少在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中認(rèn)為理所當(dāng)然的許多安全機制。對盜夢攻擊的強大防御最終需要預(yù)防、檢測和緩解工具的組合。研究者建議考慮以下五個步驟的組合：

（1）禁用側(cè)載；

（2）強制應(yīng)用程序證書；

（3）禁用非系統(tǒng)應(yīng)用程序的應(yīng)用程序調(diào)用/驗證應(yīng)用程序調(diào)用；

（4）加密網(wǎng)絡(luò)流量；

（5）頭顯定期重啟。

7、教育用戶

用戶可能會注意到細(xì)微的異常，但會將其視為錯誤或小故障而不予理會。如果用戶意識到這種形式的攻擊，并對外觀或體驗的微小變化保持警惕，則可能會檢測到盜夢攻擊。然而，一般來說，用戶對網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測往往具有挑戰(zhàn)性且不可靠。特別是對于VR，由于用戶習(xí)慣于不完美的VR系統(tǒng)，這種防御不太可能有效。

展望

展望未來，研究者認(rèn)為仍有足夠的時間來設(shè)計和實施多種安全措施，以大幅減少這些襲擊的預(yù)期擴散及其造成的損害。

時間在流逝。每一代新的VR硬件都將帶來越來越大的計算能力，這反過來又將實現(xiàn)更強大的盜夢攻擊。例如，攻擊者用無縫、實時地注入VR用戶的語音生成AI版本來取代VR用戶。

研究者指出，VR平臺和開發(fā)者現(xiàn)在需要采取行動，不僅要提高VR系統(tǒng)的安全性，還要努力教育用戶在這些平臺上面臨的潛在安全風(fēng)險。

這項研究的發(fā)現(xiàn)，將會引起頭顯生產(chǎn)廠家的對網(wǎng)絡(luò)安全的進(jìn)一步關(guān)注，會在安全方面進(jìn)一步完善VR產(chǎn)品，將會有力推動有關(guān)VR安全的軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)和進(jìn)步，會催生一批VR安全的新技術(shù)和新產(chǎn)品。

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