Seamless and Secure VR: Adapting and Evaluating Established Authentication Systems for Virtual Reality

Virtual reality (VR) headsets are enabling a wide range of new opportunities for the user. For example, in the near future users may be able to visit virtual shopping malls and virtually join international conferences. These and many other scenarios pose new questions with regards to privacy and security, in particular authentication of users within the virtual environment. As a first step towards seamless VR authentication, this paper investigates the direct transfer of well-established concepts (PIN, Android unlock patterns) into VR. In a pilot study (N = 5) and a lab study (N = 25), we adapted existing mechanisms and evaluated their usability and security for VR. The results indicate that both PINs and patterns are well suited for authentication in VR. We found that the usability of both methods matched the performance known from the physical world. In addition, the private visual channel makes authentication harder to observe, indicating that authentication in VR using traditional concepts already achieves a good balance in the trade-off between usability and security. The paper contributes to a better understanding of authentication within VR environments, by providing the first investigation of established authentication methods within VR, and presents the base layer for the design of future authentication schemes, which are used in VR environments only

Building and evaluating an inconspicuous smartphone authentication method

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Os smartphones que trazemos connosco estão cada vez mais entranhados nas nossas vidas intimas. Estes dispositivos possibilitam novas formas de trabalhar, de socializar, e ate de nos divertirmos. No entanto, também criaram novos riscos a nossa privacidade. Uma forma comum de mitigar estes riscos e configurar o dispositivo para bloquear apos um período de inatividade. Para voltar a utiliza-lo, e então necessário superar uma barreira de autenticação. Desta forma, se o aparelho cair das mãos de outra pessoa, esta não poderá utiliza-lo de forma a que tal constitua uma ameaça. O desbloqueio com autenticação e, assim, o mecanismo que comummente guarda a privacidade dos utilizadores de smartphones. Porem, os métodos de autenticação atualmente utilizados são maioritariamente um legado dos computadores de mesa. As palavras-passe e códigos de identificação pessoal são tornados menos seguros pelo facto de as pessoas criarem mecanismos para os memorizarem mais facilmente. Alem disso, introduzir estes códigos e inconveniente, especialmente no contexto móvel, em que as interações tendem a ser curtas e a necessidade de autenticação atrapalha a prossecução de outras tarefas. Recentemente, os smartphones Android passaram a oferecer outro método de autenticação, que ganhou um grau de adoção assinalável. Neste método, o código secreto do utilizador e uma sucessão de traços desenhados sobre uma grelha de 3 por 3 pontos apresentada no ecrã táctil. Contudo, quer os códigos textuais/numéricos, quer os padrões Android, são suscetíveis a ataques rudimentares. Em ambos os casos, o canal de entrada e o toque no ecrã táctil; e o canal de saída e o visual. Tal permite que outras pessoas possam observar diretamente a introdução da chave; ou que mais tarde consigam distinguir as marcas deixadas pelos dedos na superfície de toque. Alem disso, estes métodos não são acessíveis a algumas classes de utilizadores, nomeadamente os cegos. Nesta dissertação propõe-se que os métodos de autenticação em smartphones podem ser melhor adaptados ao contexto móvel. Nomeadamente, que a possibilidade de interagir com o dispositivo de forma inconspícua poderá oferecer aos utilizadores um maior grau de controlo e a capacidade de se auto-protegerem contra a observação do seu código secreto. Nesse sentido, foi identificada uma modalidade de entrada que não requer o canal visual: sucessões de toques independentes de localização no ecrã táctil. Estes padrões podem assemelhar-se (mas não estão limitados) a ritmos ou código Morse. A primeira contribuição deste trabalho e uma técnica algorítmica para a deteção destas sucessões de toques, ou frases de toque, como chaves de autenticação. Este reconhecedor requer apenas uma demonstração para configuração, o que o distingue de outras abordagens que necessitam de vários exemplos para treinar o algoritmo. O reconhecedor foi avaliado e demonstrou ser preciso e computacionalmente eficiente. Esta contribuição foi enriquecida com o desenvolvimento de uma aplicação Android que demonstra o conceito. A segunda contribuição e uma exploração de fatores humanos envolvidos no uso de frases de toque para autenticação. E consubstanciada em três estudos com utilizadores, em que o método de autenticação proposto e comparado com as alternativas mais comuns: PIN e o padrão Android. O primeiro estudo (N=30) compara os três métodos no que que diz respeito a resistência a observação e à usabilidade, entendida num sentido lato, que inclui a experiencia de utilização (UX). Os resultados sugerem que a usabilidade das três abordagens e comparável, e que em condições de observação perfeitas, nos três casos existe grande viabilidade de sucesso para um atacante. O segundo estudo (N=19) compara novamente os três métodos mas, desta feita, num cenário de autenticação inconspícua. Com efeito, os participantes tentaram introduzir os códigos com o dispositivo situado por baixo de uma mesa, fora do alcance visual. Neste caso, demonstra-se que a autenticação com frases de toque continua a ser usável. Já com as restantes alternativas existe uma diminuição substancial das medidas de usabilidade. Tal sugere que a autenticação por frases de toque suporta a capacidade de interação inconspícua, criando assim a possibilidade de os utilizadores se protegerem contra possíveis atacantes. O terceiro estudo (N=16) e uma avaliação de usabilidade e aceitação do método de autenticação com utilizadores cegos. Neste estudo, são também elicitadas estratégias de ocultação suportadas pela autenticação por frases de toque. Os resultados sugerem que a técnica e também adequada a estes utilizadores.As our intimate lives become more tangled with the smartphones we carry, privacy has become an increasing concern. A widely available option to mitigate security risks is to set a device so that it locks after a period of inactivity, requiring users to authenticate for subsequent use. Current methods for establishing one's identity are known to be susceptible to even rudimentary observation attacks. The mobile context in which interactions with smartphones are prone to occur further facilitates shoulder-surfing. We submit that smartphone authentication methods can be better adapted to the mobile context. Namely, the ability to interact with the device in an inconspicuous manner could offer users more control and the ability to self-protect against observation. Tapping is a communication modality between a user and a device that can be appropriated for that purpose. This work presents a technique for employing sequences of taps, or tap phrases, as authentication codes. An efficient and accurate tap phrase recognizer, that does not require training, is presented. Three user studies were conducted to compare this approach to the current leading methods. Results indicate that the tapping method remains usable even under inconspicuous authentications scenarios. Furthermore, we found that it is appropriate for blind users, to whom usability barriers and security risks are of special concern

AUGMENTED TOUCH INTERACTIONS WITH FINGER CONTACT SHAPE AND ORIENTATION

Touchscreen interactions are far less expressive than the range of touch that human hands are capable of - even considering technologies such as multi-touch and force-sensitive surfaces. Recently, some touchscreens have added the capability to sense the actual contact area of a finger on the touch surface, which provides additional degrees of freedom - the size and shape of the touch, and the finger's orientation. These additional sensory capabilities hold promise for increasing the expressiveness of touch interactions - but little is known about whether users can successfully use the new degrees of freedom. To provide this baseline information, we carried out a study with a finger-contact-sensing touchscreen, and asked participants to produce a range of touches and gestures with different shapes and orientations, with both one and two fingers. We found that people are able to reliably produce two touch shapes and three orientations across a wide range of touches and gestures - a result that was confirmed in another study that used the augmented touches for a screen lock application

Continuous Smartphone Authentication using Wristbands

Many users find current smartphone authentication methods (PINs, swipe patterns) to be burdensome, leading them to weaken or disable the authentication. Although some phones support methods to ease the burden (such as fingerprint readers), these methods require active participation by the user and do not verify the user’s identity after the phone is unlocked. We propose CSAW, a continuous smartphone authentication method that leverages wristbands to verify that the phone is in the hands of its owner. In CSAW, users wear a wristband (a smartwatch or a fitness band) with built-in motion sensors, and by comparing the wristband’s motion with the phone’s motion, CSAW continuously produces a score indicating its confidence that the person holding (and using) the phone is the person wearing the wristband. This score provides the foundation for a wide range of authentication decisions (e.g., unlocking phone, deauthentication, or limiting phone access). Through two user studies (N=27,11) we evaluated CSAW’s accuracy, usability, and security. Our experimental evaluation demonstrates that CSAW was able to conduct initial authentication with over 99% accuracy and continuous authentication with over 96.5% accuracy