2008年,系统性能工程师Brendan Gregg在数据中心进行实验,发现靠近传统机械硬盘大声呼喊会导致硬盘操作延迟显著增加,进而降低系统性能。他称:“当我在硬盘附近大声喊叫时,延迟突然升高,性能下降,甚至能精准定位受到影响的硬盘。” [1, 2, 3]

这种延迟的增加源于声音引起的机械振动,干扰了硬盘读写头的精确定位。硬盘读写头需要高度稳定的机械定位以完成数据操作,声波带来的振动使其无法快速准确地完成任务,从而拖慢响应速度 [1, 2, 3]。这一效应需要距离硬盘很近才能产生足够的振动影响,因为声波传播和振动强度衰减较快 [1, 2, 3]。

与机械硬盘不同,固态硬盘(SSD)没有旋转盘片和读写头,采用闪存和电子信号读写,因此不受这种声波机械振动的影响 [1, 2, 3]。

2017年,一篇名为《Acoustic Denial of Service Attacks on HDDs》的研究论文进一步验证了声波谐振对硬盘的影响,指出这种声波谐振能够通过振动硬盘内部机械结构对嵌入式硬盘系统发起拒绝服务攻击,严重干扰设备性能 [1, 2]。

此外,微软工程师Raymond Chen回忆起Windows XP时代一个著名案例:播放Janet Jackson的歌曲《Rhythm Nation》时,部分采用5400转机械硬盘的笔记本会发生崩溃,因为歌曲中出现的频率恰与硬盘的自然谐振频率匹配,激发了硬盘内部机械结构的共振。受影响的笔记本不仅播放该视频的机器崩溃,周围没有播放视频的机器也会受影响发生崩溃。陈称:“播放Janet Jackson的《Rhythm Nation》视频导致带有特定硬盘的笔记本崩溃,原因是音频与硬盘谐振频率相符。” [1, 2, 3]

制造商通过在音频处理链路中插入自定义滤波器,去除导致谐振的频率,解决了这一故障问题。该硬盘谐振漏洞被正式登记为CVE-2022-38392 [1, 2]。

Brendan Gregg的实验视频于2008年发布,系统性揭示了声音振动对机械硬盘性能的负面影响;随后相关的学术研究和实际案例佐证了这一现象。硬盘厂商与软件开发者也加紧采用软硬件措施避免声波谐振对设备稳定性的威胁。