脑机、人和计算

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简单的想象一下脑机在可预见的未来的存在形式以及可能成为topic的一些idea。

BCI这一技术以及与脑子相关的各种科技,出现了在众多经典的影视作品里。
The Matrix 的脑后插管,到Cloud Atlas的培养仓;从 Ghost in The Shell中一系列人的义体脑,到Psycho Pass中由几百个脑子构成的,以人脑智能来判定犯罪指数的西比拉System,都在某种意义上为我们描绘了未来这一技术的种种可能性。
这其中和Security最相关的大抵就是素子少佐对于电子脑操纵的数字战争了吧。
然而,问题远远不止于此。Neuralink 已经向我们展示了工业界的State of the art,这也足矣说明我们的生活被这项技术所影响就在肉眼可见的未来。指数爆炸的科技发展速度能够使得这些技术迅速加速并成熟。
姑且就此主要设想一个很小的点:BCI相关设备如何做计算?

未来的样子

无疑,很多梦想开机甲都可以通过BCI来实现。

现在:业界

  • 非侵入式的BCI已经能够帮助残疾人行动了,例如驱动轮椅,操作游戏打Dota
  • 侵入式的BCI能够在老鼠脑袋里面精致的接上电极和TypeC,实现双向电信号的传递。

近未来

  • BCI应该可以帮助人脑做辅助计算。这里的计算指的是大脑可以像使用计算机一样来使用BCI。
  • 基于BCI的VR/AR控制器。当我们不需要用鼠标和键盘,挡杆和方向盘,甚至于纸张和笔等机械装置时,可以通过脑电/脑波来直接控制体外机械。

远未来

  • 抛却语言。诚然语言是很伟大的发明,不过其所能够承载的信息量和准确程度都是十分有限的。在未来我们或许可以通过脑波来直接交流。
  • Dump记忆。大脑可谓是人体最复杂的器官,而记忆则是这个器官中十分难以解析的存在。犹记得之前上Neuroscience课的时候老师讲到可以通过刺激小鼠脑部的一部分区域来制造虚假的记忆,那我们的记忆是否也可以在某种程度上被下载呢?
  • 模拟体验。如果记忆可以被存储,那么就可以被重现。如何重现一个仿佛自己真的经历过的记忆?如何重现别人曾经经历过的体验呢?
  • 机械飞升。当我们的脑子如果可以被1:1完美复制,那是不是就实现了永生?如果这个脑子能够能够以数字的形式被模拟运行,是不是就实现了机械飞升?

谈谈技术

咨询过一些在做BCI相关研究的朋友:他们认为 Neuralink 的技术相对学界还是比较落后的,但是其产业化程度已经相当高了。
现在的主要技术分成两类:侵入式和非侵入式。前者顾名思义就是要把something塞到脑袋里面,而后者就是在你的脑壳上面堆一坨电极。具体可以看看这个Wiki
而作为一个纯种野路子选手,我已经开始贼心不死地去物色实验设备了。EEG脑波捕获与分析实验应该是比较简单的就能够在家中完成的东西,具体可以参考OpenBCI提供的软硬件,以及在Crowdsupply上众筹成功的HackEEG。BTW同样在Crowdsupply上面计划上线的E3K似乎也是一个不错的选择。

Security And BCI

显然,安全圈已经有不少人开始关注这个问题,甚至在arxiv上面已经有了详实的survey介绍了可能发生攻击的信道以及各个信道的attack surface。
除此之外,早在2017年就有关于 Passive Brainwave Eavesdropping 的paper。简单地讲就是可以在用户输入密码的时候通过捕获脑波,跑一个ML model,分析出来密码。
虽然这个攻击听上去很牛逼,不过技术含量和影响确实有限。
那么看上去比较牛逼的attack会长啥样子呢?

  • 超距捕获脑电信号并加以分析。
    必须戴上BCI设备是当下的攻击成功的前提。在它没有被普及的情况下,很难对没有戴上/植入它的人实施攻击。
  • 向大脑输入信号来影响思考甚至决策。
    植入式的BCI设备是可以将电信号反馈到神经元的。这些反馈的电信号是否会对脑造成物理损伤?是否能够影响到人的思维?是否能够影响到人的behavior(e.g. 对于肌肉fire signal)?
    其实,说到底社工不也可以达到同样的效果嘛?

Trusted Computing

一切与大脑相关的数据的处理和计算是否都需要在足够安全的Environment下来进行呢?我认为答案是肯定的。如若这一环境不够安全,那么一个人脑子里面在想什么,其思维范式,甚至于记忆都有可能被偷走。
用当下的技术来面对这一问题的思路便是可信计算。这样做的前提是,在体内的脑机(BCI的上位机)的算力不够进行复杂的运算,故而我们需要将数据上传到云端更加powerful的机器上计算,因此可以使用trusted computing来保护计算的integrity & confidentiality。

IoT & BCI

我们能否像对待普通的IoT设备那样去对待BCI设备呢?联网的BCI从严格的意义上也应该属于Internet of Things,但way more critical。BCI的技术栈相较一般的IoT设备更加复杂:从sensor端到signal processing再到可能的更加high level的应用都将如此。

与Tech无关的部分

主要体现在公平、战争、surveillance的意味上。

公平

显然,脑子更好使的人能够在世俗意义上活得更好。那么没有装备先进BCI的人是否便会因此成为被压榨的对象呢?简而言之,如果富人家的小孩可以装备价值百万的辅助脑设备,而穷人家的孩子只能用自己的“原生”小脑袋瓜去背诵古文。那么阶级流动几乎就是不可能的事情了:从教育上直接被碾压的穷人可能永世无法翻身。

战争

虽然开机甲是非常酷的事情,但无法否认其几乎100%会被应用在战争上。当然是否有机甲可以开不仅仅取决于BCI的发展——其也取决于robotics和武器技术。然而我们无法排除BCI被滥用于战争的可能性。

Surveillance

这一点我并不是很想展开去讲,但我认为这在一些极权国家是非常自然地能够发生的事情。
试想一下每一个婴儿出生的时候都要被接上BCI或是植入芯片:作为各种意义上的identity,在察觉到“危险思想”的时候报告给安全部门,甚至于直接以技术来杜绝这种异己思想的出现。
这无疑会成为对文明最黑暗的“发明”。

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