[論文レビュー] A new authentication protocol for revocable anonymity in ad-hoc networks

Adam Wierzbicki, Aneta Zwierko+1 more|ArXiv.org|Oct 22, 2005

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、メルクルのパズルとゼロ知識証明を用いて、取り消し可能な匿名性を実現する新しい認証プロトコルを提案する。直接通信を必要とせず、盗聴、中間者攻撃、再生攻撃に対して耐性を示し、信頼できる当局によるアカウンタビリティを提供する。これにより、安全でスケーラブルな認証が可能になる。

ABSTRACT

This paper describes a new protocol for authentication in ad-hoc networks. The protocol has been designed to meet specialized requirements of ad-hoc networks, such as lack of direct communication between nodes or requirements for revocable anonymity. At the same time, a ad-hoc authentication protocol must be resistant to spoofing, eavesdropping and playback, and man-in-the-middle attacks. The article analyzes existing authentication methods based on the Public Key Infrastructure, and finds that they have several drawbacks in ad-hoc networks. Therefore, a new authentication protocol, basing on established cryptographic primitives (Merkle's puzzles and zero-knowledge proofs) is proposed. The protocol is studied for a model ad-hoc chat application that provides private conversations.

研究の動機と目的

• 直接通信が不可能で、中央集権的なディレクトリに信頼が置けない動的で分散型のアドホックネットワークにおいて、従来のPKIが不適切となる状況でのノード認証の課題を解決すること。
• 恒久的なインfrastrutureのない環境において、盗聴、中間者攻撃、再生攻撃に対して強いセキュリティを提供すること。
• ユーザーが他のノードに対して匿名のままに保たれつつ、必要に応じて信頼できる当局によって特定可能となる、取り消し可能な匿名性を可能にすること。
• 計算効率が良く、任意のMANETルーティングプロトコルと互換性があり、ルーティング固有の性質に依存しないプロトコルを設計すること。
• プライベートで認証された通信を必要とするモデルチャットアプリケーションを通じて、プロトコルの実現可能性とセキュリティを実証すること。

提案手法

• プロトコルは、直接通信を必要とせず、2つのノード間で共有秘密を確立するためにメルクルのパズルを用いる。初期ノード（イニシエータ）がパズルの集合を生成し、相手に送信する。
• 応答ノードは1つのパズルを解き、その解を用いて秘密を知っていることを証明する値を計算するが、秘密そのものを露呈せずに、ゼロ知識証明技術を用いる。
• 暗号的プリミティブ（例えば、DESなどの対称暗号）を用いてパズルを生成し、値を結合するための安全なハッシュ関数を用いることで、 cryptanalysis に対して耐性を確保する。
• 信頼できるブートストラップ当局を導入し、ユーザーのIDと公開鍵のマッピングを維持することで、必要に応じてIDの無効化（レボケーション）を可能にする。
• プロトコルは2段階の交換を実行する：パズル配布段階とゼロ知識証明交換段階。重要な計算はすべてオフラインで実行され、遅延を低減する。
• ランダム値（b, r(u)）とチャレンジ・レスポンスメカニズムを用いることで、各認証セッションが一意になるようにし、再生攻撃を防止する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アドホックネットワークにおいて、ノード間の直接通信を要せず、どのように安全な認証を実現できるか？
• RQ2 中間者攻撃、盗聴、再生攻撃に対して耐性を持ち、かつ強力な匿名性と取り消し可能なアカウンタビリティを両立できるプロトコルを設計できるか？
• RQ3 分散型で動的変化するネットワーク環境において、中間者攻撃、盗聴、再生攻撃に対して耐性を持つための暗号技術は何か？
• RQ4 このようなプロトコルの計算および通信オーバーヘッドを最小限に抑える方法は何か？
• RQ5 既存のMANETルーティングプロトコルに、変更を加えずにどの程度統合できるか？

主な発見

• ゼロ知識証明と、セッションごとに一意なランダム値を用いたチャレンジ・レスポンスメカニズムにより、中間者攻撃、盗聴、再生攻撃に対して、プロトコルは効果的に耐性を示す。
• 認証中にノード間の直接通信を完全に排除でき、ノードが直接接触していない状況でも安全なセットアップが可能になる。
• 取り消し可能な匿名性をサポートする：ユーザーは他のノードに対して匿名のままに保たれ、必要に応じて信頼できる当局によって特定可能となる。これにより、法的要件やアカウンタビリティが満たされる。
• 計算オーバーヘッドは最小限であり、主にオフライン段階に移譲される。パズル送信と証明交換には1回の通信ラウンドで十分である。
• パズルの集合サイズを制限（例：メッセージサイズの1%未満）することで、すべてのパズルを解くのに必要な時間がメッセージ送信時間より長くなるように設定でき、実用的なセキュリティ境界を提供する。
• PKIと比較して、公開鍵ディレクトリに依存せず、通信オーバーヘッドを低減し、受信者のIDを事前に把握していなくても認証が可能になる。