[논문 리뷰] The Insecurity of Home Digital Voice Assistants -- Amazon Alexa as a Case Study

Xinyu Lei, Guan-Hua Tu외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 09.

User Authentication and Security Systems참고 문헌 16인용 수 65

한 줄 요약

본 논문은 아마존 Alexa의 취약한 접근 제어를 분석하고 두 가지 개념 증명 공격(가정 침입 및 가짜 주문)을 시연하며, 음성 명령을 수락하기 전에 물리적 현존을 요구하는 WiFi 기반 Virtual Security Button(VSButton)을 제안한다.

ABSTRACT

Home Digital Voice Assistants (HDVAs) are getting popular in recent years. Users can control smart devices and get living assistance through those HDVAs (e.g., Amazon Alexa, Google Home) using voice. In this work, we study the insecurity of HDVA service by using Amazon Alexa as a case study. We disclose three security vulnerabilities which root in the insecure access control of Alexa services. We then exploit them to devise two proof-of-concept attacks, home burglary and fake order, where the adversary can remotely command the victim's Alexa device to open a door or place an order from Amazon.com. The insecure access control is that the Alexa device not only relies on a single-factor authentication but also takes voice commands even if no people are around. We thus argue that HDVAs should have another authentication factor, a physical presence based access control; that is, they can accept voice commands only when any person is detected nearby. To this end, we devise a Virtual Security Button (VSButton), which leverages the WiFi technology to detect indoor human motions. Once any indoor human motion is detected, the Alexa device is enabled to accept voice commands. Our evaluation results show that it can effectively differentiate indoor motions from the cases of no motion and outdoor motions in both the laboratory and real world settings.

연구 동기 및 목표

• Alexa의 접근 제어에 초점을 맞춰 HDVAs의 보안 취약점을 식별한다.
• 약한 인증 및 물리적 현존 확인의 부재를 악용한 실용적 공격을 시연한다.
• 음성 명령 수락 전에 물리적 현존을 강제하기 위한 저오버헤드의 WiFi 기반 솔루션(VSButton)을 제안한다.

제안 방법

• Alexa의 단일 요소 음성 인증과 물리적 현존 제어의 부재를 분석한다.
• 다양한 기기에서 사람의 음성과 TTS로의 음성 명령을 통해 취약점을 실험적으로 검증한다.
• 두 가지 개념 증명 공격: 가정 침입과 가짜 주문을 시연한다.
• CSI 기반 WiFi 모션 감지를 사용하여 Virtual Security Button(VSButton)을 설계하고 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Alexa의 접근 제어에서 어떤 보안 취약점이 무단 음성 명령을 가능하게 하는가?
• RQ2 공격자가 물리적 근접 없이 Alexa 지원 기기가 동작하도록 영향을 줄 수 있는가?
• RQ3 HDVAs의 완화책으로서 WiFi 기반 물리적 현존 감지가 HDVAs에 대해 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• Alexa는 올바른 인증 단어를 하나만 입력해도 이후의 음성 명령을 모두 수락하는 취약한 단일 요소 인증에 의존한다.
• 주변에 사람이 없어도 Alexa는 음성 명령을 수락하여 원격 또는 간접적인 명령 수행을 가능하게 한다.
• 기본 이름과 명령으로 Alexa 지원 스마트 기기를 제어할 수 있어 위협 면적이 확대된다.
• 두 가지 개념 증명 공격은 실내 음향 기기 또는 기기가 침해되어 가정 침입 및 가짜 주문을 시연한다.
• 제안된 VSButton은 실내 동작과 실외 동작을 효과적으로 구분하고, 테스트 환경에서 현존이 감지될 때만 음성 명령을 가능하게 한다.
• VSButton은 기존 가정 WiFi 인프라를 활용하여 기기 변경이 거의 필요 없다.