[论文解读] The Insecurity of Home Digital Voice Assistants -- Amazon Alexa as a Case Study

Xinyu Lei, Guan-Hua Tu+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2017

User Authentication and Security Systems参考文献 16被引用 65

一句话总结

本文分析了 Amazon Alexa 的不安全访问控制，展示了两个概念验证攻击（家庭入室盗窃和假订单），并提出一种基于 WiFi 的虚拟安全按钮（VSButton），以在接受语音命令前要求物理在场。

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.

研究动机与目标

• 在 HDVAs 中识别安全漏洞，重点关注 Alexa 的访问控制。
• 演示利用薄弱的身份认证和缺乏物理在场检查的实际攻击。
• 提出一种低开销、基于 WiFi 的解决方案（VSButton），在接受语音命令之前强制物理在场。

提出的方法

• 分析 Alexa 的单因素语音认证及缺乏物理在场控制。
• 通过来自人类和文本转语音（TTS）的语音命令在各设备上进行实验验证漏洞。
• 展示两个概念验证攻击：家庭入室盗窃和假订单。
• 使用基于 CSI 的 WiFi 运动检测设计并评估虚拟安全按钮（VSButton）。

实验结果

研究问题

• RQ1 Alexa 的访问控制中哪些安全漏洞会使未经授权的语音命令成为可能？
• RQ2 对手是否能够影响启用 Alexa 的设备在没有物理接近的情况下执行操作？
• RQ3 基于 WiFi 的物理在场检测器作为 HDVAs 的缓解措施有多有效？

主要发现

• Alexa 依赖薄弱的单因素认证，接受任何正确的认证词以及随后的任意语音命令。
• 即使附近没有人，Alexa 也会接受语音命令，从而实现远程或间接的命令执行。
• 支持 Alexa 的智能设备可通过默认名称和命令进行控制，扩大了威胁面。
• 两个概念验证攻击展示了使用被妥协的室内声学设备或被妥协的设备进行家庭入室盗窃和伪造订单。
• 所提出的 VSButton 能够有效地区分室内运动与室外运动，并且在测试设置中仅在检测到在场时才允许语音命令。
• VSButton 利用现有的家庭 WiFi 基础设施，几乎不需要设备改动。