Pre-Characterization of Electromagnetic Side-Channel Leakage Using Publicly Available Information: A Case Study on E-Voting Interfaces

Resumo Técnico: Pré-caracterização de Vazamento por Canal Lateral Eletromagnético Usando Informações Publicamente Disponíveis

Declaração do Problema
Este trabalho aborda a vulnerabilidade de sistemas de votação eletrônica a ataques por canal lateral sem fio, especificamente ataques TEMPEST, onde informações sensíveis da tela são reconstruídas a partir de emanações eletromagnéticas não intencionais. Os autores focam na Máquina de Votação Eletrônica Brasileira (MVE), investigando se informações publicamente disponíveis sobre o design e a operação do sistema podem ser aproveitadas para pré-caracterizar seu vazamento eletromagnético. O problema central é que escolhas de design feitas para usabilidade e transparência — como interfaces de alto contraste, informações mínimas na tela e regras estritas nas seções de votação que proíbem outros dispositivos eletrônicos — podem inadvertidamente criar uma assinatura espectral distinta e facilmente identificável, facilitando a escuta remota sem acesso físico prévio ao hardware.

Metodologia
O estudo emprega um modelo de ameaça "TEMPEST Público", onde um atacante utiliza informações de sistema divulgadas publicamente para identificar características estruturais do sinal ex ante, antes da aquisição física do sinal. A metodologia envolve as seguintes etapas:

1. Emulação do Sistema: Os autores emulam a interface da MVE usando um monitor VGA padrão configurado com parâmetros derivados de especificações técnicas públicas (especificamente os modelos UE2020/UE2022) e regras operacionais. A emulação utiliza uma resolução de 1280×720@60Hz, resultando em uma taxa de pixels de 1650×750@60 (incluindo intervalos de blanking).
2. Modelagem do Sinal: O artigo modela o sinal de vídeo VGA como uma sequência de pulsos retangulares associados às intensidades dos pixels. A análise teórica indica que a transformada de Fourier deste sinal contém energia substancial ao redor do clock de pixels e seus harmônicos, com transições retangulares abruptas produzindo harmônicos de ordem superior que decaem lentamente e irradiam com eficiência.
3. Configuração Experimental: Um Rádio Definido por Software (SDR), especificamente um Ettus USRP B200, foi utilizado para interceptar as emissões eletromagnéticas. A configuração envolveu um dispositivo alvo e o SDR posicionados em salas separadas, divididas por uma parede de alvenaria. O SDR foi configurado com uma taxa de amostragem de 54 MS/s, utilizando uma antena de TV digital HD convencional e o conjunto de software gr-tempest.
4. Análise de Dados: Os sinais interceptados foram analisados usando uma representação de Transformada Discreta de Fourier (DFT) linha a linha (Raster de Tempo) para identificar componentes espectrais e reconstruir a interface de votação.

Principais Resultados
Os experimentos produziram as seguintes descobertas:

• Assinatura Espectral Distintiva: O design de alto contraste e informação mínima da interface da MVE resultou em uma assinatura espectral simples e altamente distintiva.
• Penetração em Paredes: A assinatura específica, caracterizada por um componente DC forte centrado em um instante de tempo de aproximadamente 11,11 µs (derivado da duração da linha e da taxa de amostragem), permaneceu observável mesmo após o sinal se propagar através de uma parede de alvenaria.
• Reconstrução: Os autores reconstruíram com sucesso a interface de votação interceptada a partir do sinal interceptado, demonstrando que o padrão espectral único permite a identificação do sistema alvo sem a necessidade de inferir taxas de pixels apenas a partir da correlação de sinal.
• Informação Pública como Facilitador: O estudo confirmou que dados públicos (especificações técnicas, regras operacionais e designs de interface) permitem que um atacante mapeie parâmetros específicos para a assinatura espectral, reduzindo a complexidade computacional necessária para a estimativa de taxa de quadros e identificação de harmônicos.

Significância e Alegações
O artigo alega ser o primeiro estudo na literatura a investigar ataques TEMPEST especificamente no contexto de um sistema de votação eletrônica oficialmente adotado por um país. Os autores destacam que, embora seus experimentos tenham utilizado uma emulação em vez de hardware oficial da MVE, os resultados levantam preocupações significativas quanto à suscetibilidade do sistema a tais ataques.

A significância do trabalho reside em duas áreas principais:

1. Vulnerabilidade de Segurança: Demonstra que medidas de transparência (publicação de designs de interface e especificações) combinadas com restrições de usabilidade (alto contraste, texto mínimo) podem criar um canal lateral "público" que facilita a escuta remota.
2. Potencial de Mitigação: Os autores sugerem que essas propriedades pré-caracterizadas poderiam apoiar o design de bloqueadores automáticos capazes de mirar adaptativamente em frequências comprometedoras, oferecendo uma estratégia potencial de contramedida.

O trabalho é motivado por um chamado público da autoridade eleitoral brasileira para antecipar questões de segurança e por decisões judiciais recentes sobre violações de privacidade na votação, enfatizando a necessidade de mais pesquisas sobre contramedidas protetoras para o processo eleitoral nacional.