为什么特斯拉的自动驾驶总是很好骗？

本文来自微信公众号：机器之心（ID：almosthuman2014），作者：蛋酱、张倩，题图来自：视觉中国

特斯拉的 Autopilot 系统有多好骗？人类永远不会认为，树上的投影和户外广告中的标志是真实的，可惜特斯拉没这么聪明。

片头先播放一段广告（没收钱）：

‍这段广告来自麦当劳，但有人在上面“动了手脚”：除了汉堡和薯条，还有一个“STOP”交通标志一闪而过。

虽然这个标志只出现了 0.5 秒，但却足以误导一辆特斯拉最新的自动辅助驾驶系统，使其下达停车命令：

路边的电子广告牌正在播放上述广告，一辆特斯拉从旁边经过时受到了广告中一闪而过的停车标志误导，将车停下

这种针对自动驾驶汽车的对抗攻击也不是什么新鲜事，但在以往的研究中，人们大多关注“有哪些东西是自动驾驶系统看不到的”。而这项实验的不同之处在于，研究者关注的是“有哪些东西是人类驾驶员不会留意，但自动驾驶系统会注意的”，比如上文中一闪而过的停车标志。

以色列本·古里安大学的研究者已经花了两年的时间来研究这个问题。此前，他们曾透露，特斯拉的辅助驾驶系统会被路上一闪而过的投影所误导，将这些投影看成路标或斑马线，从而在毫无预警的情况下将车停下。

在今年初的一项实验中，研究人员分别在道路、树木等物体上投射了人影、路标、道路标志线等误导性投影，结果搭载 HW2.5 Autopilot 的 Tesla Model X 全部中招。

特斯拉 Autopilot 将投影在路上的虚拟人当成真人，下达刹车命令

特斯拉 Autopilot 眼中的虚拟人投影

特斯拉 Autopilot 在地面标志线投影的误导下突然变道

在上述研究的基础上，研究人员继续改进实验。一项新的研究发现，在一个电子广告牌中嵌入几帧的路标也能达到相同的效果。

他们提醒说，如果黑客入侵了联网的广告牌，他们就能利用这一漏洞制造交通拥堵或事故，而且几乎不留下证据。这篇论文已被 2020 年第 27 届 ACM 计算机和通信安全（CCS）会议收录。

论文地址：https://www.nassiben.com/phantoms

研究人员发现，一张只出现 0.42 秒的图像就能成功欺骗特斯拉，而一个只出现了八分之一秒的标志骗过了以色列高级驾驶辅助系统——Mobileye。

将一个限速标志嵌入上述广告，时长为 125ms

向一个安装了 Mobileye 设备的汽车展示潜入了限速标志的广告牌，汽车被成功欺骗

为什么自动驾驶总是很好骗？

当然，本·古里安大学的研究者，不是第一批向特斯拉自动辅助驾驶系统发起挑战的人。早在 2016 年，南卡罗来纳大学和浙江大学等机构的研究者就曾经利用无线电、发光设备等成功地“愚弄”了特斯拉的自动辅助驾驶系统。

近日，还有一个中国团队发现，针对特斯拉的车道跟踪技术，只需要在道路上贴上贴纸，就能诱导特斯拉改变车道。

本·古里安大学研究者在这项研究中采用的是与二者不同的方法——至少不是物理方法。正如很多黑客此前所证明的一样，袭击者可以远程侵入联网的广告牌。团队推测这种“幻影攻击”会以勒索或者恶作剧等形式发生，论文第一作者 Ben Nassi 指出：“以前的方法会留下证据，需要复杂的准备工作。而这种方法完全可以远程进行，不需要任何专业知识。”

攻击模型

这种攻击有以下特点：

无需物理接近攻击现场；

不会留下任何可识别的物理证据；

攻击过程很短暂，几乎没有目击证人；

攻击的目标不太可能试图阻止攻击（通过控制车辆），因为他 / 她不会注意到任何异常情况。

面对这项研究结论，特斯拉尚未置评，但在上周的一封邮件中，特斯拉提到了一个熟悉的论点：它的 Autopilot 功能并不意味着是一个完全自动驾驶的系统。“Autopilot 提供了一种驾驶员辅助功能，仅适用于全神贯注的驾驶员，他们把手放在方向盘上，准备随时接管。”

但研究人员 Yisroel Mirsky 不赞同这一说法：“众所周知，人们在使用自动辅助驾驶系统时，不会始终保持 100％的注意力。因此，无论特斯拉如何表示，我们都必须努力减少这种威胁，以确保人们的安全。”

特斯拉的 Autopilot 系统主要依靠相机，而不那么依靠雷达。而更加完备的自动驾驶汽车（比如 Waymo、Uber、Cruise）还集成了激光雷达，从而减少了受此类攻击的可能性，因为激光雷达不在乎广告牌上内容的变化。

对策：GhostBuster 系统 

本·古里安大学的研究者并未测试针对更多传感器设置的攻击， 但他们演示了在基于摄像头的平台上检测到幻影的方法。研究者开发了一个名为 Ghostbusters 的系统，用于验证车载目标检测器检测到的物体，该系统的设计考虑了诸如深度、光线以及交通标志周围的环境感知等要素，并权衡所有这些要素，然后再确定道路标志图像是否真实。

打个比方，Ghostbusters 就像是一个专家委员会集思广益，来讨论出现的“影像”是真实存在的还是虚幻的，从而进行集体决策。在研究者看来，这种方法可以更加可靠地战胜“幻影攻击”，同时也不会降低基于摄像头的自动驾驶系统的速度。

GhostBuster 可以部署在现有的高级驾驶辅助系统上，无需额外的传感器，并且不需要对现有的道路基础设施进行任何更改。GhostBuster 由四个轻量级深度 CNN 组成，通过检查目标物体的反射光、环境、表面和深度来评估其真实性。在最终预测中，第五个模型使用四个模型的嵌入来识别“幻影”。

GhostBuster 架构图

实验表明，这一对策优于现有的基准方法。FPR 设置为 0 的条件下，AUC 超过 0.99，TPR 为 0.994。该模型应用于七种最新的路标检测器时，攻击成功率从未使用时的 99.7～81.2% 降到了 0.01%。目前，研究者已经开放了训练后的模型、代码以及数据集。

项目地址：https://github.com/ymirsky/GhostBusters

本·古里安大学的 Nassi 承认，Ghostbuster 系统并不完美（GitHub 页面详细介绍了局限性），但他仍然认为即使特斯拉的自动辅助驾驶系统存在雷达、摄像头等多种传感器，黑客攻击生成的图像仍会让汽车出现判断问题。

作为车企，特斯拉自动辅助驾驶系统的原则是“better safe than sorry”，如果摄像头发现障碍系统就判定为障碍，反而会为黑客攻击提供机会。但如果不这么做，一个或几个传感器探测到了风险，其他却没有探测到不算数，可能会引发其他的麻烦。

“如果你的自动驾驶系统可以忽略图像攻击，又未能得到其他传感器的正确验证，就会有发生其他事故的风险。”Nassi 说道。“降低黑客攻击的风险需要付出代价。”

通用旗下自动驾驶公司 Cruise 的 Charlie Miller，曾在滴滴出行进行自动驾驶安全方面的工作，他对此反驳说：“基于激光雷达的自动驾驶实际上已经解决了这一问题。”

“对于系统传感器的工具总是吸引眼球的，但对于我所熟悉的系统来说，这并不是一种严重的攻击行为。”Miller 说道，“例如在 Uber 和 Cruise 的自动驾驶车队中。”

但他仍然认为 Ben Gurion 的研究很有意义。“这是我们需要考虑并着手应对的问题。对于特斯拉来说，其辅助驾驶系统依赖于视频输入内容，这种系统必须保证可被信赖。”

参考链接：https://arstechnica.com/cars/2020/01/how-a-300-projector-can-fool-teslas-autopilot/

本文来自微信公众号：机器之心（ID：almosthuman2014），作者：蛋酱、张倩

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