Voice biometrics is drawing increasing attention as it is a promising alternative to legacy passwords for user authentication. Recently, a growing body of work shows that voice biometrics is vulnerable to spoofing through replay attacks, where an adversary tries to spoof voice authentication systems by using a pre-recorded voice sample collected from a genuine user. To this end, we propose VoiceGesture, a liveness detection solution for voice authentication on smart devices such as smartphones and smart speakers. VoiceGesture detects a live user by leveraging both the unique articulatory gesture of the user when speaking a passphrase and the audio hardware advances on these smart devices. Specifically, our system re-uses a pair of built-in speaker and microphone on a smart device as a Doppler radar, which transmits a high-frequency acoustic sound from the speaker and listens to the reflections at the microphone when a user speaks a passphrase. Then we extract Doppler shifts resulted from the user's articulatory gestures for liveness detection. VoiceGesture is practical as it requires neither cumbersome operations nor additional hardware but a speaker and a microphone commonly available on smart devices that support voice input. Our experimental evaluation with 21 participants and different smart devices shows that VoiceGesture achieves over 99% and around 98% detection accuracy for text-dependent and text-independent liveness detection, respectively. Results also show that VoiceGesture is robust to different device placements, low audio sampling frequency, and supports medium range liveness detection on smart speakers in various use scenarios like smart homes and smart vehicles.


翻译:语音生物测定正在引起越来越多的关注,因为它是用户认证遗留密码的一个很有希望的替代方法。 最近,越来越多的工作显示,语音生物测定方法很容易通过重放攻击来掩盖声音识别方法。 具体地说, 我们的系统在智能设备上重新使用一对内置扬声器和麦克风作为多普勒雷达,通过从真正用户那里收集的预先录制的声音样本,试图伪造声音验证系统。 为此,我们提议了语音Gesture, 即一种在智能手机和智能扬声器等智能设备上进行语音验证的活性检测解决方案。 然后我们从用户的感应器和智能扬声器的感应手势中找到一个活性用户的感应手势。 语音Gesture在这些智能设备上重新使用一对内置音器和麦克风作为多普勒雷达的智能扬声器和麦克风器, 在用户讲解口音的口音记录中分别使用高频声调声调声调和智能感应变器, 智能感官和智能感应力感官的感官测试工具在21级定位和感官感官感官感应器上可以分别使用。

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