[論文レビュー] An Analysis of the CAVES Attestation Protocol using CPSA

John D. Ramsdell, Joshua D. Guttman+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Cryptographic Implementations and Security参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、暗号プロトコル形状分析手法（CPSA）を用いてCAVES認証プロトコルの形式的検証を実施し、信頼性保証の注釈を用いて、新規性、包括的証明、制限付き漏洩、意味的明確性、信頼性といったセキュリティ目標を達成していることを示した。解析により、初期バージョンに中間者攻撃の脆弱性が発見され、その修正により認証および整合性の保証が強化された。

ABSTRACT

This paper describes the CAVES attestation protocol and presents a tool-supported analysis showing that the runs of the protocol achieve stated goals. The goals are stated formally by annotating the protocol with logical formulas using the rely-guarantee method. The protocol analysis tool used is the Cryptographic Protocol Shape Analyzer.

研究の動機と目的

• CAVES認証プロトコルが、新規性、包括的証明、制限付き漏洩といった主なセキュリティ原則を形式的に満たしていることを検証すること。
• 特にメッセージ認証およびセッション整合性において、自動解析を通じてプロトコル設計の脆弱性を特定・是正すること。
• CPSAツールが、アプリケーション固有の意味を持つ複雑な暗号プロトコルを検証する有効性を示すこと。
• 長期鍵と論理的注釈を用いて、形式的プロトコル解析におけるプライベートチャネルおよびハッシュ関数のモデル化手法を確立すること。
• TPMのクォートと検証者認証の役割を形式的に検証することで、認証メカニズムの信頼性を検証すること。

提案手法

• プロトコルは、S式構文を用いて役割、メッセージ、実行ストランドを定義することで、CPSAフレームワーク内でモデル化された。
• 各メッセージの送受信に信頼性保証の注釈が適用され、信頼性と実行間の一貫性を保証する論理式が指定された。
• CPSAは、鍵が改ざんされていないことや値が新規であることに関する仮定を満たす、最小で異なる実行パスを表す形状を生成した。
• 認証と機密性の評価は、すべての形状が必要な信頼性および保証条件を満たすかを検証することで行われた。
• 中間者攻撃は、クライアントとサーバーがセッション鍵およびアイデンティティについて合意しない形状を解析することで、プロトコルの以前のバージョンで発見された。
• 攻撃を防止するために、メッセージ7において、暗号化されたボリュームの外側に検証者セッションID $N_V$ を追加した。この修正は、再送やなりすまし攻撃を防ぐために形式的に検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CAVESプロトコルは、認証アーキテクチャの原則が要請するように、証明書の新規性と最新性を保証しているか？
• RQ2 プロトコルは、測定証明書を承認済みの検証者にのみ提供するように、制限付き漏洩を強制できるか？
• RQ3 信頼性保証法を用いて、暗号プロトコルにおけるアプリケーション固有の信頼性特性を形式的に表現・検証できるか？
• RQ4 検証者セッションIDといった重要な識別子がメッセージ構造から省かれた場合、プロトコルにどのような脆弱性が存在するか？
• RQ5 自動形状解析は、認証プロトコルにおいて中間者攻撃を検出し、防止できるか？

主な発見

• 以前のバージョンのCAVESプロトコルは、暗号化ボリュームの外側から検証者セッションID $N_V$ が欠落していたため、中間者攻撃の脆弱性を有していた。攻撃者はセッション鍵およびアイデンティティを操作可能であった。
• メッセージ7において、$N_V$ を暗号化ボリュームの外側に追加することで、クライアントとサーバーが検証者アイデンティティおよびセッション鍵について一貫性を持つようになり、攻撃が防止された。
• 最終的なプロトコル設計下で生成されたすべての形状が、信頼性保証条件を満たしており、認証、機密性、整合性というプロトコルの目的が達成されていることが確認された。
• CPSA解析により、証明書が新規であることが確認された。これは、アトラスター・ノードがプロトコルフローにおいて検証者ノードの間に位置しているため、リアルタイムでの測定報告が保証されるからである。
• 初期メッセージにおけるTPMクォートは、信頼の根拠を提供しており、信頼性保証の論理式は、検証者承認およびデータ公開の信頼モデルを形式的に捉えている。
• 解析により、プロトコルは、設定可能な測定クエリ $J$ を通じて包括的な情報収集をサポートしていることが判明した。これにより、検証者は詳細な状態を照会可能である。