楊　雪，陶永紅

(浙江警察學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)系，浙江 杭州 310053)

0　引言

近年來，一些高等院校把計(jì)算機(jī)取證作為法學(xué)和信息安全領(lǐng)域的新學(xué)科，陸續(xù)開設(shè)計(jì)算機(jī)取證課程以培養(yǎng)專業(yè)的取證技術(shù)人才[1-4]。隨著移動嵌入式設(shè)備市場的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)取證課程的研究對象也從傳統(tǒng)的桌面電腦擴(kuò)展到智能手機(jī)、無人機(jī)等移動嵌入式設(shè)備。

無人機(jī)（Umanned aerial vehicles,UAV）即空中機(jī)器人，可通過與成像設(shè)備等部件相結(jié)合擴(kuò)展應(yīng)用場景，被廣泛用于航拍、農(nóng)林、安防、電力等領(lǐng)域[5]。全球移動互聯(lián)網(wǎng)第三方數(shù)據(jù)挖掘和分析機(jī)構(gòu)iiMedia Research于2016年9月8日發(fā)布《2016年中國無人機(jī)行業(yè)研究報(bào)告》稱2015年我國民用消費(fèi)級無人機(jī)市場規(guī)模約為8億元，預(yù)計(jì)2019年中國消費(fèi)級無人機(jī)市場規(guī)?；?qū)⒊^240億元，未來市場容量十分可觀[6]。

隨著民用無人機(jī)市場的擴(kuò)張，窺探他人隱私、間諜、侵入國家要害部門、危害航空安全等惡意使用無人機(jī)的行為也進(jìn)一步擴(kuò)大[7]。2015年1月26日凌晨，一架中國大疆牌小型無人機(jī)闖入并墜落在白宮南坪，這一意外事件引發(fā)外界對白宮安全的擔(dān)憂[8]。2015年5月14日，一架法國Parrot公司生產(chǎn)的Bebop Drone無人機(jī)在白宮附近飛行，令白宮一度陷入封鎖[9]。2015年，媒體報(bào)道稱犯罪分子駕駛無人機(jī)向貝德福德監(jiān)獄內(nèi)運(yùn)輸毒品和刀具等違禁物品[10]。2017年1月16日浙江省公安廳在“1.15蕭山機(jī)場附近空域無人機(jī)事件情況通報(bào)”中稱，2017年1月15日19時許，杭州市民袁某使用型號為“御”的大疆無人機(jī)，在距離杭州蕭山機(jī)場8.5公里處升空拍攝多架途徑的民航飛機(jī)，空中拍攝過程約10分鐘，給航空安全帶來極大隱患[11]。

為了使學(xué)生充分認(rèn)識新技術(shù)可能帶來的威脅，我們在計(jì)算機(jī)取證課程中增設(shè)“無人機(jī)飛行路徑取證實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，以Parrot Mini-Drones無人機(jī)[12]為例，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)飛行路徑的取證。

1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

Parrot Mini-Drones是Parrot公司的一款入門級無人機(jī)，重量約55g，充滿電后可續(xù)航時間為8分鐘，售價約700元人民幣。用戶通過在手機(jī)、平板電腦等設(shè)備中安裝Parrot FreeFlight APP控制其飛行。Parrot Mini-Drones無人機(jī)如圖1所示。

圖1　Parrot Mini-Drones無人機(jī)

無人機(jī)飛行路徑取證屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握提取無人機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析以及飛行路徑重建的方法。此外，還需考慮通過合適的方式展現(xiàn)取證結(jié)果。

1.1　數(shù)據(jù)提取

Parrot無人機(jī)系統(tǒng)是開放的，用戶可以通過telnet、ftp及mini-USB接口等三種方式訪問無人機(jī)中存儲的數(shù)據(jù)[13]。本次實(shí)驗(yàn)通過mini-USB連接線把Mini-Drones連接到電腦，讀取一個名為Airborne_Cargo的目錄，該目錄包含三個子目錄：academy、media和thumb，如圖2所示。經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)，media目錄下保存的是用戶使用無人機(jī)拍攝的多媒體文件，thumb目錄下保存的是media目錄中多媒體文件的縮略圖。academy目錄下保存了一些.pud文件，這些.pud文件記錄了無人機(jī)的飛行路徑，是需要重點(diǎn)分析的對象。圖3展示了academy目錄下存儲的部分.pud文件。

圖2　通過mini-USB接口讀取Mini-Drones目錄結(jié)構(gòu)

圖3　academy目錄下存儲的.pud文件

1.2　數(shù)據(jù)分析

Parrot Mini-Drones通過.pud文件記錄飛行軌跡，這些.pud文件的文件名包含了某次飛行開始的日期和時間信息。例如：0909_2016-04-12T191618+0000_21640A.pud的文件名記錄了無人機(jī)的某次飛行開始時刻為2016年4月12日19時16分18秒。

圖4　.pud文件的頭部元信息

使用hexedit查看.pud文件的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)文件頭部包含一串JSON格式的元信息，記錄了無人機(jī)飛行時間、無人機(jī)序列號、無人機(jī)控制器型號及控制軟件等，這些.pud文件的頭部元信息格式如圖4所示。元信息中最重要的一個字段是details_headers，它描述了除元信息以外的無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)在.pud文件中的組織方式，表1展現(xiàn)了details_headers字段。在一次飛行中，Parrot Mini-Drones會對軌跡進(jìn)行多次采樣，并把采樣到的飛行數(shù)據(jù)按照details_headers描述的格式和長度存儲到.pud文件中。因此，在進(jìn)行無人機(jī)取證實(shí)驗(yàn)時，可以按照details_headers提供的數(shù)據(jù)存儲模板解析.pud文件的數(shù)據(jù)，提取無人機(jī)所處的經(jīng)度、緯度和高度等信息，對無人機(jī)的飛行路徑進(jìn)行取證。

表1　details_headers字段信息

1.3　飛行路徑重建

Parrot Mini-Drones使用.pud文件記錄飛行數(shù)據(jù)，每個.pud文件都包含頭部元信息區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。頭部元信息區(qū)記錄包含details_headers字段在內(nèi)的飛行屬性；數(shù)據(jù)區(qū)包含多次采樣得到的飛行路徑數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)按照details_headers描述的格式存儲。圖5為.pud文件的存儲結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實(shí)驗(yàn)中，讀取Parrot Mini-Drones存儲的.pud文件后，先依照J(rèn)SON格式解析頭部元信息區(qū)域，提取飛行時間、無人機(jī)序列號、控制無人機(jī)飛行的設(shè)備及details_headers等字段信息；然后，識別details_headers字段中描述的數(shù)據(jù)存儲模板；最后，再根據(jù)識別到的模板解析飛行數(shù)據(jù)，獲得飛行路徑。

1.4　取證結(jié)果可視化

為了更直觀地顯示取證獲得的無人機(jī)飛行路徑，需要把.pud文件中存儲的軌跡信息轉(zhuǎn)換為能被地圖軟件識別的格式。

KML是開放地理空間信息聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium,OGC）支持的一種國際標(biāo)準(zhǔn)[14]，它基于XML標(biāo)注來描述地理位置信息，能夠被谷歌地圖、奧維互動地圖等Web應(yīng)用加載。因此，我們選擇將本取證實(shí)驗(yàn)獲得的飛行路徑存儲為KML文件，重建無人機(jī)飛行路徑的實(shí)驗(yàn)流程如圖6所示。

圖5　.pud文件存儲格式示意圖

圖6　無人機(jī)飛行路徑取證實(shí)驗(yàn)流程

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生采用Python 2.7編程環(huán)境，編寫python腳本對Parrot Mini-Drones無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、分析及飛行路徑取證，并將獲得的飛行路徑存儲為KML格式加載到谷歌地圖中展示。具體實(shí)驗(yàn)操作如下。

首先，提取Parrot Mini-Drones中存儲的數(shù)據(jù)，按照.pud文件的格式分別解析它的頭部元信息及數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示成功獲得該無人機(jī)的飛行時間(2016年04月12日19時16分18秒)、序列號（PI040351AF5L092588）、用戶控制無人機(jī)飛行的設(shè)備（iPad）及所使用的應(yīng)用程序（freeflight3）等。對某.pud文件的解析結(jié)果如圖7所示。

圖7　解析.pud文件

其次，把飛行路徑日志文件中包含的地理位置信息存儲為KML格式，再將該KML文件導(dǎo)入到谷歌地圖中。圖8展示了KML格式的飛行路徑，其中每行記錄的三個數(shù)值分別對應(yīng)該軌跡點(diǎn)的經(jīng)度、緯度及飛行高度。圖9展示了將該飛行路徑導(dǎo)入到谷歌地圖后投影出的結(jié)果。

圖8　存儲為KML格式的飛行路徑

圖9　投影到二維地圖上的無人機(jī)飛行路徑

3　結(jié)束語

隨著移動嵌入式設(shè)備市場的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)取證課程的研究對象也需要從傳統(tǒng)桌面電腦擴(kuò)展到以智能手機(jī)、無人機(jī)等為代表的移動嵌入式設(shè)備。作為信息安全領(lǐng)域重要的實(shí)驗(yàn)課程，計(jì)算機(jī)取證課程必須緊跟技術(shù)潮流，幫助學(xué)生了解、掌握新技術(shù)，并使他們意識到這些新技術(shù)可能帶來的威脅[15-16]。因而，我們在計(jì)算機(jī)取證實(shí)驗(yàn)課程中新增無人機(jī)飛行路徑取證實(shí)驗(yàn)這一項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生探究新問題。

本文以Parrot Mini-Drones無人機(jī)為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，在具體實(shí)驗(yàn)過程中要求學(xué)生綜合運(yùn)用Parrot Mini-Drones無人機(jī)數(shù)據(jù)提取、分析以及使用Python語言編程重建無人機(jī)飛行路徑等技能。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證，無人機(jī)飛行路徑取證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的興趣，幫助他們初步掌握針對無人機(jī)進(jìn)行取證操作的技能，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]宋秀麗,陳龍,鄧紅耀.計(jì)算機(jī)取證課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007.9:47-51

[2]王群,李馥娟.計(jì)算機(jī)取證技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013.10:484-488

[3]吳同,韓臻,王健等.保密專業(yè)計(jì)算機(jī)取證實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育,2014.13:32-34

[4]王璐.計(jì)算機(jī)取證實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究與探討[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全,2013.7:88-90

[5]畢凱,李英成,丁曉波等.輕小型無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].測繪通報(bào),2015.3:27-48

[6]艾瑞咨詢.中國無人機(jī)行業(yè)研究報(bào)告[R/OL].(2016-09-08)[2017-03-22].http://www.iimedia.cn/44699.html.

[7]Parliamentive.tv.EU internal market,infrastructure and employment sub-committee[EB/OL].[2017-03-30].http://parliamentlive.tv/Event/Index/b940faed-2157-4a9c-91b1-bf408092ce6f.

[8]BBC News.Drone maker DJI bans Washington flights after White House Crash[N/OL].(2015.01.29)[2017.03.31].http://www.bbc.co.uk/news/technology-31023750.

[9]環(huán)球網(wǎng)法國制無人機(jī)再闖白宮[N/OL](2015-05-15)[2017-03-31].http://mil.huanqiu.com/aerospace/2015-05/6441705.html.

[10]Delgado M,Slater R.Drone packed with drugs,phones and knife flown into jail:remote-control device snared on razor wire at high-security prison[N/OL].(2015-03-22)[2017-04-04].http://www.dailymail.co.uk/news/article-3005925/Drone-packed-drugs-phonesknife-flown-jail-Remote-control-device-snared-razorwire-high-security-prison.html.

[11]網(wǎng)易新聞.浙江警方通報(bào)“蕭山機(jī)場附近空域無人機(jī)”事件[N/OL].(2017-01-16[2017-03-31].http://news.163.com/17/0116/18/CAU2S3N300018AOQ.html.

[12]Statista.Largest consumer drone vendors in 2014,based on estimated revenue in million U.S.dollars[R/OL].[2017.04.04].https://www.statista.com/statistics/431746/revenue-of-the-largest-drone-vendors/.

[13]Hackersome.Parrot bebop drone hacking[EB/OL].(2014.12.09)[2017.04.03].http://hackersome.com/p/matthewlloyd/bebop.

[14]OGC.ApprovesKMLasOpenStandard[R/OL].(2008-04-14)[2017-04-09].http://www.opengeospatial.org/pressroom/pressreleases/8.

[15]胡曉荷.計(jì)算機(jī)取證:興起中的需求[J].信息安全與通信保密,2010.5:7-9

[16]唐玲.計(jì)算機(jī)取證課程與學(xué)科建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2014.b10:144-147