## 硬科技报告 | 灯泡也会泄露隐私吗？

你好，这里是《邵恒头条》，我是脱不花，这是我为邵恒代班的第16天。

今天是7月13号，我照例为你带来彭天放老师的《硬科技报告》。 在这个月的《硬科技报告》里，彭老师为你解读的两项前沿科技进展，都和你身边的光学有关。

一个说的是科学家可以通过观察一间屋子里的灯泡，来监听这间屋子中的讲话。另一个是说有一项技术，能够让镜头变得像纸片一样薄，这样手机的镜头，就不会比机身的其他部分高。如果这项技术真的普及，不仅手机会变得轻，估计能治好很多人的强迫症。

好，接下来我们就一起来听听彭天放老师的解读。

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你好，我是彭天放，欢迎来到7月份的《硬科技报告》。

在过去的一个月里，我为你梳理出两项值得关注的硬科技进展：

第一项进展，与我们的个人隐私保护有关。

6月12号，科技媒体《连线》杂志报道了一项来自以色列科学家的技术进展。在这项研究里，研究人员在几十米开外，通过观测一间屋子里面的电灯泡，居然就可以窃听到房间里面的声音。而且这个声音的还原度还相当高，我从这个项目的网站上给你截取了一段音频，你可以感受一下这种远距离窃听技术的效果。

好，听完了效果，在介绍这项技术之前，我想申明一下，研究人员做的这项实验，是想让大家对于隐私安全，有一个更全面的认知。

为什么这么说，我们先来看看这件事背后的原理。其实，这里面的思路很简单。我们知道，声音的本质是物体的振动。当我们在房间里说话或者放音乐的时候，周围的物体就会在声波的驱动下以类似的频率和节奏振动起来，振动的幅度可以达到微米甚至毫米的量级。这时候如果能用测量仪器，观测记录下这些物体表面的振动的幅度，理论上就可以还原出房间里面的声音。

研究人员于是选择了一间亮着吊灯，并且没有拉窗帘的办公室；在距离房间25米远的过街天桥上架起了望远镜，瞄准这个房间里面的灯泡。然后用光电传感器记录望远镜所观察到的房间里面灯泡振动的数据，最后再通过笔记本电脑用算法过滤掉数据里面的误差噪声，就还原出了你最开始听到的那一段声音。

听到这里，不知道你有没有一种感觉，就是这项研究好像也不是太复杂嘛。不像其他的技术进展，要么需要专业的科学仪器，要么需要复杂的理论知识。我专门到这个研究项目的网站上看了一下，研究人员在上面还好心地附上了项目完整的代码和数据包，整个的大小只有5.6MB，和一张清晰一点的照片一样大。整个技术操作起来也并不复杂，一个理工科大三年级的学生，花上一个星期的时间，应该很容易就能重复这项研究里面的实验结果。

那这样一项研究，我为什么还要推荐给你呢？这项技术背后的一个信息安全理念，很值得我们留意，那就是所谓的“旁路攻击”（Side Channel Attack），就是旁边的“旁”，道路的“路”。

这个旁路攻击，原本是密码学中的一个概念，是指黑客绕开了信息传输过程中的编码、传输、加密这些规定路径，而通过物理世界中一些原本意想不到的信息渠道（比如像是声音、亮光、发热等等），来破解或者窃取想要的数据。

比如说，以前就有人通过分析电话拨号时候声调的区别，来破解公众人物的联系方式；或者通过密码锁上按键磨损或者残留体温的信息，来推测密码的数字组合。而在这次的研究中呢，研究人员就是利用了声音振动引起的房间中光信号的微弱变化，实现了对隐私数据的旁路攻击。

其实通过声音震动，实现窃听的实验之前也有过不少。比如麻省理工学院的技术人员，过去就曾经开发出过一项类似的技术。他们也是利用一台望远镜，在大约4.5米开外的地方，通过观察房间里面一个扔在地上的薯片包装袋随着声音的振动，来还原出房间里面的语音信息。

类似的，还有一种叫做激光麦克风的技术，是通过向房间内照射一束肉眼不可见的激光束，对比发射和反射光的区别来测量墙壁的振动，从而远距离地监测房间里面的声音信息。

只不过，这两项技术比起以色列科学家这一次发表的成果，要么数据处理的计算量太大，要么对于设备的要求非常高，总的来说还是有一些使用门槛的。而以色列的这一项研究，用非常简易的设备就实现了对声音信息的旁路攻击，确实足以引起人们的警觉。

不过说到这里，你也不用过于担心。因为所有目前类似的技术，都是在非常理想的情况下进行的实验。比如在以色列的这项研究中呢，研究人员专门挑选了亮度很高的LED灯泡，并且选择了对振动很敏感的吊灯这种安装方式，同时把房间内想要监听声音的音量放到很大，才取得了大家听到的实验效果。

研究人员自己也表示，发布这项技术，并不是想鼓励大家有什么“危险的想法”，而是要提示人们存在这种数据隐私被窃取的可能性。

未来，随着像智能家居、物联网等等技术的普及，我们各种的日常行为，被意想不到的渠道所记录甚至泄露的风险也会越来越高。推荐这项研究的原因，也是邀请大家不妨畅想一下，身边还有哪些类似灯泡这样的旁路安全隐患。也许某一天你就会像科学家一样，为整个社会又发现了一个安全漏洞。

我为你推荐的第二项硬科技进展，在将来有可能治愈一些对手机的外观有完美要求的同学。相信你已经习惯了一件事，那就是几乎所有手机的摄像头，都比机身的其他部分厚那么一点点，很容易造成镜头的磨损。

6月11号，瑞典查尔姆斯理工大学的官网，报道了一项关于超透镜技术的最新研究成果。在这项研究里，科研人员用芯片加工中常用的电子束曝光技术，制造出了像纸片一样薄的光学透镜。这种所谓超透镜，很可能在未来让手机摄像头，不再有今天这样让人难受的突起。

我知道，超透镜和电子束曝光这两个概念，你可能比较陌生。我们把这两个概念放下，一会儿再谈。先来弄明白一个问题，那就是为什么今天大部分手机的摄像头都比机身厚一块儿呢？

其实你肯定知道，无论是手机的摄像头，还是太空望远镜，原理都很简单，都是按照一定的比例，把光学信息传递给另一端的图像传感器。原理用一句话能说清楚，但其实想要实现很复杂。

比如不同颜色的光线在经过镜头的时候，被弯折的角度往往不一样，这就会产生色差。再比如不同角度的光线，也不会完美地汇聚到一个平面上，这又会产生像差或者畸变。

那当然，为了尽可能还原真实图像，比如相机这样的成像系统，都需要一组复杂的透镜，来降低误差。手机摄像头因为还需要满足用户调整光圈、焦距等等具体的使用需求，就更复杂了。因此今天手机摄像头里面用到的透镜数量，少则六七个，多的会到十几个。而每个透镜的厚度又都在毫米量级，不管相机部门的工程师们再怎么努力，也很难把镜头平平整整地塞到手机里。

听到这里，你大概就能想到了。如果能把透镜的厚度降低，不就能够减小整个镜头的尺寸了吗？

这个想法说起来容易，但是对于传统透镜，其实是很难的。因为传统透镜想要实现对光线的控制，恰恰靠的就是镜片厚薄程度的变化。硬要限制透镜的厚度，只会让透镜失去原有的光学功能。像是短焦、广角等等的成像效果可能就很难做到了。

正是因为如此，透镜这种光学原件，在控制光线的方法上，过去的几百年中，还真没有多大的本质进步。我们今天大部分手机里面所使用的透镜，和400年前伽利略望向天空的望远镜所使用的透镜，本质上都是用同一种方法折射光线的。

那透镜这样使用了一个上百年的产品，有没有可能做一些原理层面的创新呢？诶，这就要说到瑞典查尔莫斯大学这一次研究的超透镜技术了。这种超透镜在控制光线的方法上，就跟刚刚提到的传统透镜不一样。

它是通过在一个平面上，密密麻麻排布的大量只有几十或者几百纳米高的，由金属或者电介质材料构成的小柱子来实现对光线的控制的。我在下面放了一张超透镜的微观结构示意图，你有兴趣可以看一下。

![图片](https://piccdn3.umiwi.com/img/202007/12/202007121727453018156816.jpg)

简单来说，在超透镜的表面，每一个小柱子，就相当于一个调控光线的天线。当光照射到这些微型天线上的时候，会产生一种叫做等离子共振的物理效应，从而改变光的振幅、相位甚至是传播方向。而当我们把一个超透镜表面数以百万计的这种小天线，按照特定的角度和形状排列的时候，就能够对照射到它表面的光线，起到汇聚或者发散的控制效果。

换句话说，超透镜把传统镜片里的厚度变化，替换成了超透镜表面这些小柱子的形状和排列方式的变化。瞬间就让透镜从厚度以毫米为单位的立体结构，变成了高度只有百十来纳米的二维平面结构。对已经发展了几百年的光学透镜来说，是一种颠覆性的突破。

不过，超透镜技术还是有一些亟待改进的技术缺陷。其中像是镜片的透光率比较低、对光线的波段过于敏感这些缺陷，限于篇幅我们暂时不展开讲了。

瑞典查尔姆斯理工大学这一次的研究，针对的是超透镜技术另外一个重要的技术难题，那就是镜片的制造工艺问题。从我刚才的描述你肯定能感觉到，想要制造超透镜，肯定需要复杂、昂贵的工艺，这也是它大规模生产的瓶颈。

而在这项研究里，瑞典的技术人员使用了芯片加工工艺中常用的电子束曝光技术。在透明的塑料薄膜上，用电子束绘制出想要加工的超透镜图案，并且加工出了多种功能的柔性超透镜样品。这种采用电子束曝光的工艺，加工效率远远高于以往类似研究中使用的技术，可以说让超透镜这种产品的商业化，又往前推进了一步。

超透镜技术，是一项今天公众知名度不算太高，但是非常值得关注的前沿技术。如今，包括谷歌、苹果、微软等等科技公司，都纷纷开始关注和投资这一项技术的发展。

如果超透镜技术真的能够普及，那除了没有镜头凸起的手机以外，还有非常大的想象空间，比如《名侦探柯南》里面那款又能望远，又能显微的侦探眼镜，完全就可以使用超透镜技术做出来；好几吨重的太空望远镜，也可能变得就跟一扇木门一样轻薄。

自从2016年被《科学》杂志评为年度10大突破性技术之后，超透镜技术在这些年的进展非常迅速。这也是我向你推荐超透镜技术的原因，邀请你在未来持续关注这项年轻而热门的前沿技术。

本月的《硬科技报告》就到这里，我们下一期再见！

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好，内容听完了，我是脱不花。

在听彭天放老师讲解的过程中，我有一个特别强烈的感受，那就是了解科技的最前沿动态，也是在让我们看到一些可能出现的机会。比如智能家居这个领域，之前大家想的可能是，如何让家具实现更复杂的功能，但是在未来，可能有人还要琢磨如何通过家具来保护隐私。

如果彭天放老师的讲解，让你打开了别的脑洞，也欢迎你在留言区，分享给我。

好了，这就是今天的《邵恒头条》，我是脱不花，我们明天见。

![图片](https://piccdn3.umiwi.com/img/202007/12/202007121825426036435325.jpg)
