Supporting users in password authentication with persuasive design

Activities like text-editing, watching movies, or managing personal finances are all accomplished with web-based solutions nowadays. The providers need to ensure security and privacy of user data. To that end, passwords are still the most common authentication method on the web. They are inexpensive and easy to implement. Users are largely accustomed to this kind of authentication but passwords represent a considerable nuisance, because they are tedious to create, remember, and maintain. In many cases, usability issues turn into security problems, because users try to work around the challenges and create easily predictable credentials. Often, they reuse their passwords for many purposes, which aggravates the risk of identity theft. There have been numerous attempts to remove the root of the problem and replace passwords, e.g., through biometrics. However, no other authentication strategy can fully replace them, so passwords will probably stay a go-to authentication method for the foreseeable future. Researchers and practitioners have thus aimed to improve users' situation in various ways. There are two main lines of research on helping users create both usable and secure passwords. On the one hand, password policies have a notable impact on password practices, because they enforce certain characteristics. However, enforcement reduces users' autonomy and often causes frustration if the requirements are poorly communicated or overly complex. On the other hand, user-centered designs have been proposed: Assistance and persuasion are typically more user-friendly but their influence is often limited. In this thesis, we explore potential reasons for the inefficacy of certain persuasion strategies. From the gained knowledge, we derive novel persuasive design elements to support users in password authentication. The exploration of contextual factors in password practices is based on four projects that reveal both psychological aspects and real-world constraints. Here, we investigate how mental models of password strength and password managers can provide important pointers towards the design of persuasive interventions. Moreover, the associations between personality traits and password practices are evaluated in three user studies. A meticulous audit of real-world password policies shows the constraints for selection and reuse practices. Based on the review of context factors, we then extend the design space of persuasive password support with three projects. We first depict the explicit and implicit user needs in password support. Second, we craft and evaluate a choice architecture that illustrates how a phenomenon from marketing psychology can provide new insights into the design of nudging strategies. Third, we tried to empower users to create memorable passwords with emojis. The results show the challenges and potentials of emoji-passwords on different platforms. Finally, the thesis presents a framework for the persuasive design of password support. It aims to structure the required activities during the entire process. This enables researchers and practitioners to craft novel systems that go beyond traditional paradigms, which is illustrated by a design exercise.Heutzutage ist es möglich, mit web-basierten Lösungen Texte zu editieren, Filme anzusehen, oder seine persönlichen Finanzen zu verwalten. Die Anbieter müssen hierbei Sicherheit und Vertraulichkeit von Nutzerdaten sicherstellen. Dazu sind Passwörter weiterhin die geläufigste Authentifizierungsmethode im Internet. Sie sind kostengünstig und einfach zu implementieren. NutzerInnen sind bereits im Umgang mit diesem Verfahren vertraut jedoch stellen Passwörter ein beträchtliches Ärgernis dar, weil sie mühsam zu erstellen, einzuprägen, und verwalten sind. Oft werden Usabilityfragen zu Sicherheitsproblemen, weil NutzerInnen Herausforderungen umschiffen und sich einfach zu erratende Zugangsdaten ausdenken. Daneben verwenden sie Passwörter für viele Zwecke wieder, was das Risiko eines Identitätsdiebstals weiter erhöht. Es gibt zahlreiche Versuche die Wurzel des Problems zu beseitigen und Passwörter zu ersetzen, z.B. mit Biometrie. Jedoch kann bisher kein anderes Verfahren sie vollkommen ersetzen, so dass Passwörter wohl für absehbare Zeit die Hauptauthentifizierungsmethode bleiben werden. ExpertInnen aus Forschung und Industrie haben sich deshalb zum Ziel gefasst, die Situation der NutzerInnen auf verschiedene Wege zu verbessern. Es existieren zwei Forschungsstränge darüber wie man NutzerInnen bei der Erstellung von sicheren und benutzbaren Passwörtern helfen kann. Auf der einen Seite haben Regeln bei der Passworterstellung deutliche Auswirkungen auf Passwortpraktiken, weil sie bestimmte Charakteristiken durchsetzen. Jedoch reduziert diese Durchsetzung die Autonomie der NutzerInnen und verursacht Frustration, wenn die Anforderungen schlecht kommuniziert oder übermäßig komplex sind. Auf der anderen Seite stehen nutzerzentrierte Designs: Hilfestellung und Überzeugungsarbeit sind typischerweise nutzerfreundlicher wobei ihr Einfluss begrenzt ist. In dieser Arbeit erkunden wir die potenziellen Gründe für die Ineffektivität bestimmter Überzeugungsstrategien. Von dem hierbei gewonnenen Wissen leiten wir neue persuasive Designelemente für Hilfestellung bei der Passwortauthentifizierung ab. Die Exploration von Kontextfaktoren im Umgang mit Passwörtern basiert auf vier Projekten, die sowohl psychologische Aspekte als auch Einschränkungen in der Praxis aufdecken. Hierbei untersuchen wir inwiefern Mental Modelle von Passwortstärke und -managern wichtige Hinweise auf das Design von persuasiven Interventionen liefern. Darüber hinaus werden die Zusammenhänge zwischen Persönlichkeitsmerkmalen und Passwortpraktiken in drei Nutzerstudien untersucht. Eine gründliche Überprüfung von Passwortregeln in der Praxis zeigt die Einschränkungen für Passwortselektion und -wiederverwendung. Basierend auf der Durchleuchtung der Kontextfaktoren erweitern wir hierauf den Design-Raum von persuasiver Passworthilfestellung mit drei Projekten. Zuerst schildern wir die expliziten und impliziten Bedürfnisse in punkto Hilfestellung. Daraufhin erstellen und evaluieren wir eine Entscheidungsarchitektur, welche veranschaulicht wie ein Phänomen aus der Marketingpsychologie neue Einsichten in das Design von Nudging-Strategien liefern kann. Im Schlussgang versuchen wir NutzerInnen dabei zu stärken, gut merkbare Passwörter mit Hilfe von Emojis zu erstellen. Die Ergebnisse zeigen die Herausforderungen und Potenziale von Emoji-Passwörtern auf verschiedenen Plattformen. Zuletzt präsentiert diese Arbeit ein Rahmenkonzept für das persuasive Design von Passworthilfestellungen. Es soll die benötigten Aktivitäten während des gesamten Prozesses strukturieren. Dies erlaubt ExpertInnen neuartige Systeme zu entwickeln, die über traditionelle Ansätze hinausgehen, was durch eine Designstudie veranschaulicht wird

Usable privacy and security in smart homes

Ubiquitous computing devices increasingly dominate our everyday lives, including our most private places: our homes. Homes that are equipped with interconnected, context-aware computing devices, are considered “smart” homes. To provide their functionality and features, these devices are typically equipped with sensors and, thus, are capable of collecting, storing, and processing sensitive user data, such as presence in the home. At the same time, these devices are prone to novel threats, making our homes vulnerable by opening them for attackers from outside, but also from within the home. For instance, remote attackers who digitally gain access to presence data can plan for physical burglary. Attackers who are physically present with access to devices could access associated (sensitive) user data and exploit it for further cyberattacks. As such, users’ privacy and security are at risk in their homes. Even worse, many users are unaware of this and/or have limited means to take action. This raises the need to think about usable mechanisms that can support users in protecting their smart home setups. The design of such mechanisms, however, is challenging due to the variety and heterogeneity of devices available on the consumer market and the complex interplay of user roles within this context. This thesis contributes to usable privacy and security research in the context of smart homes by a) understanding users’ privacy perceptions and requirements for usable mechanisms and b) investigating concepts and prototypes for privacy and security mechanisms. Hereby, the focus is on two specific target groups, that are inhabitants and guests of smart homes. In particular, this thesis targets their awareness of potential privacy and security risks, enables them to take control over their personal privacy and security, and illustrates considerations for usable authentication mechanisms. This thesis provides valuable insights to help researchers and practitioners in designing and evaluating privacy and security mechanisms for future smart devices and homes, particularly targeting awareness, control, and authentication, as well as various roles.Computer und andere „intelligente“, vernetzte Geräte sind allgegenwärtig und machen auch vor unserem privatesten Zufluchtsort keinen Halt: unserem Zuhause. Ein „intelligentes Heim“ verspricht viele Vorteile und nützliche Funktionen. Um diese zu erfüllen, sind die Geräte mit diversen Sensoren ausgestattet – sie können also in unserem Zuhause sensitive Daten sammeln, speichern und verarbeiten (bspw. Anwesenheit). Gleichzeitig sind die Geräte anfällig für (neuartige) Cyberangriffe, gefährden somit unser Zuhause und öffnen es für potenzielle – interne sowie externe – Angreifer. Beispielsweise könnten Angreifer, die digital Zugriff auf sensitive Daten wie Präsenz erhalten, einen physischen Überfall in Abwesenheit der Hausbewohner planen. Angreifer, die physischen Zugriff auf ein Gerät erhalten, könnten auf assoziierte Daten und Accounts zugreifen und diese für weitere Cyberangriffe ausnutzen. Damit werden die Privatsphäre und Sicherheit der Nutzenden in deren eigenem Zuhause gefährdet. Erschwerend kommt hinzu, dass viele Nutzenden sich dessen nicht bewusst sind und/oder nur limitierte Möglichkeiten haben, effiziente Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Dies macht es unabdingbar, über benutzbare Mechanismen nachzudenken, die Nutzende beim Schutz ihres intelligenten Zuhauses unterstützen. Die Umsetzung solcher Mechanismen ist allerdings eine große Herausforderung. Das liegt unter anderem an der großen Vielfalt erhältlicher Geräte von verschiedensten Herstellern, was das Finden einer einheitlichen Lösung erschwert. Darüber hinaus interagieren im Heimkontext meist mehrere Nutzende in verschieden Rollen (bspw. Bewohner und Gäste), was die Gestaltung von Mechanismen zusätzlich erschwert. Diese Doktorarbeit trägt dazu bei, benutzbare Privatsphäre- und Sicherheitsmechanismen im Kontext des „intelligenten Zuhauses“ zu entwickeln. Insbesondere werden a) die Wahrnehmung von Privatsphäre sowie Anforderungen an potenzielle Mechanismen untersucht, sowie b) Konzepte und Prototypen für Privatsphäre- und Sicherheitsmechanismen vorgestellt. Der Fokus liegt hierbei auf zwei Zielgruppen, den Bewohnern sowie den Gästen eines intelligenten Zuhauses. Insbesondere werden in dieser Arbeit deren Bewusstsein für potenzielle Privatsphäre- und Sicherheits-Risiken adressiert, ihnen Kontrolle über ihre persönliche Privatsphäre und Sicherheit ermöglicht, sowie Möglichkeiten für benutzbare Authentifizierungsmechanismen für beide Zielgruppen aufgezeigt. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit legen den Grundstein für zukünftige Entwicklung und Evaluierung von benutzbaren Privatsphäre und Sicherheitsmechanismen im intelligenten Zuhause

Proceedings of the 22nd Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design – FMCAD 2022

The Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design (FMCAD) is an annual conference on the theory and applications of formal methods in hardware and system verification. FMCAD provides a leading forum to researchers in academia and industry for presenting and discussing groundbreaking methods, technologies, theoretical results, and tools for reasoning formally about computing systems. FMCAD covers formal aspects of computer-aided system design including verification, specification, synthesis, and testing

Proceedings of the 22nd Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design – FMCAD 2022

The Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design (FMCAD) is an annual conference on the theory and applications of formal methods in hardware and system verification. FMCAD provides a leading forum to researchers in academia and industry for presenting and discussing groundbreaking methods, technologies, theoretical results, and tools for reasoning formally about computing systems. FMCAD covers formal aspects of computer-aided system design including verification, specification, synthesis, and testing

Computer Aided Verification

The open access two-volume set LNCS 12224 and 12225 constitutes the refereed proceedings of the 32st International Conference on Computer Aided Verification, CAV 2020, held in Los Angeles, CA, USA, in July 2020.* The 43 full papers presented together with 18 tool papers and 4 case studies, were carefully reviewed and selected from 240 submissions. The papers were organized in the following topical sections: Part I: AI verification; blockchain and Security; Concurrency; hardware verification and decision procedures; and hybrid and dynamic systems. Part II: model checking; software verification; stochastic systems; and synthesis. *The conference was held virtually due to the COVID-19 pandemic