隨著全球氣候問題的日益嚴峻，科技巨頭們正紛紛嘗試將數據中心放到海底，利用海水散熱來降低運營成本和碳排放，例如微軟的Project Natick項目和Subsea Cloud公司的商用水下數據中心。

然而，令人意想不到的是，來自海洋生物（例如抹香鯨）或潛艇聲納的“聲波攻擊”可能成為水下數據中心的一大安全隱患。

聲波攻擊可導致硬盤損壞

來自美國佛羅里達大學和日本電氣通信大學的研究人員發現，距水下數據中心6米內的海洋生物（尤其是鯨魚）聲波即可影響其關鍵運營。這些聲波會與數據中心內部使用的機械硬盤的頻率發生共振，降低應用程序響應速度和RAID存儲系統的吞吐量。

研究人員在arXiv知識庫上發表的論文（鏈接在文末）中詳細闡述了這一攻擊原理。論文指出，處于共振頻率的海洋生物聲波會通過振動傳播，在機械硬盤（包括混合硬盤，SSD不受影響）的磁頭和盤片上產生與聲壓成正比的振動，從而影響磁盤的讀寫性能。

研究人員使用安裝有RAID 5存儲陣列的Supermicro機架服務器進行了測試。測試分為兩種場景：室內實驗室水箱和佛羅里達大學校園內的人工湖泊（露天水域測試設施）。測試中，聲波由水下揚聲器發出。

研究結果表明，測試過程中，RAID5的傳輸速度在不同聲波頻率下均出現下降。這可能是由于硬盤和服務器內部組件具有不同的共振頻率所致。不過，在5.1-5.3kHz之間的頻段，研究人員觀察到了“持續的傳輸速率下降”。

論文稱，僅需2.4分鐘的持續聲波注入，就可導致分布式文件系統出現無響應狀態，并使數據庫的延遲增加高達92.7%，從而降低系統可靠性。研究人員還指出，強烈的聲波攻擊甚至可能永久損壞部分硬盤。

緩解措施

為了減輕“聲波攻擊”的威脅，研究人員探索了幾種方法。一種是使用吸音材料來衰減聲波引起的振動，但測試結果顯示這種方法會導致服務器在運行工作負載時溫度升高，并且攻擊者可以通過提高音量來削弱這種防御措施。

論文提出了另一種更具可行性的防御方案，即利用機器學習模型來檢測多種低音對局部磁盤陣列傳輸性能的影響。檢測到攻擊后，論文建議通過數據中心資源管理系統的數據副本復制和糾刪碼技術，將I/O請求遷移到不受影響的節點。