[論文レビュー] An efficient dynamic ID based remote user authentication scheme using self-certified public keys for multi-server environment

Dawei Zhao, Haipeng Peng+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2013

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 17被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、ペairリング暗号と自己証明型公開鍵を用いて、登録センターに依存しない安全で効率的な動的IDベースのマルチサーバ環境向けリモート認証方式を提案する。先行研究におけるオフライン辞書攻撃、再送攻撃、なりすまし攻撃などの脆弱性を解消するため、Liaoらの方式を改善し、ユーザーの匿名性、ローカルパスワード検証、サービス拒否攻撃に対する耐性といった強化されたセキュリティ機能を実装する。

ABSTRACT

Recently, Li et al. analyzed Lee et al.'s multi-server authentication scheme and proposed a novel smart card and dynamic ID based remote user authentication scheme for multi-server environments. They claimed that their scheme can resist several kinds of attacks. However, through careful analysis, we find that Li et al.'s scheme is vulnerable to stolen smart card and offline dictionary attack, replay attack, impersonation attack and server spoofing attack. By analyzing other similar schemes, we find that the certain type of dynamic ID based multi-server authentication scheme in which only hash functions are used and no registration center participates in the authentication and session key agreement phase is hard to provide perfect efficient and secure authentication. To compensate for these shortcomings, we improve the recently proposed Liao et al.'s multi-server authentication scheme which is based on pairing and self-certified public keys, and propose a novel dynamic ID based remote user authentication scheme for multi-server environments. Liao et al.'s scheme is found vulnerable to offline dictionary attack and denial of service attack, and cannot provide user's anonymity and local password verification. However, our proposed scheme overcomes the shortcomings of Liao et al.'s scheme. Security and performance analyses show the proposed scheme is secure against various attacks and has many excellent features.

研究の動機と目的

• Liらの動的IDベースのマルチサーバ認証方式における深刻なセキュリティ上の欠陥を特定すること。具体的には、盗難スマートカード、オフライン辞書攻撃、再送攻撃、なりすまし攻撃、およびサーバースプーフィング攻撃に対する脆弱性を特定する。
• 非RC依存型でハッシュ関数のみを用いたマルチサーバ認証方式の限界を分析すること。これらの方式はしばしば強力なセキュリティと効率性を同時に満たせない。
• オフライン辞書攻撃およびサービス拒否攻撃に脆弱であり、ユーザーの匿名性やローカルパスワード検証が欠如しているLiaoらのペアリング暗号ベース方式を改善すること。
• マルチサーバ環境において、強力なセキュリティ、ユーザーの匿名性、および計算効率を同時に満たす新しい動的IDベースのリモートユーザー認証方式を設計すること。

提案手法

• 認証およびセッション鍵の確立時に登録センター（RC）に依存しないように、ペアリング暗号と自己証明型公開鍵メカニズムを活用する。
• ユーザーが動的IDを生成し、双線形ペアリング、スカラー乗算、ハッシュ関数を用いた暗号演算によって認証を行う、新しいユーザー登録およびログインプロトコルを導入する。
• ログイン時のオンライン計算コストを削減するために、ユーザーが事前に $ R_i = r_i \times P $ を計算する前処理技術を採用する。
• 一方向ハッシュ関数（$ h(\bullet) $）、ポイントへのマッピングハッシュ関数（$ H(\bullet) $）、および双線形ペアリング演算（$ e(\bullet, \bullet) $）の組み合わせを用いて、セキュリティと効率性を確保する。
• 一時的な鍵と公開鍵プリミティブを用いて、ユーザーとサーバー間で相互認証およびセッション鍵の確立を実現する。
• クライアント側でのローカルパスワード検証を実装し、オンラインでのパスワード漏洩を防止する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非RC依存型でハッシュ関数のみを用いた動的IDベースのマルチサーバ認証方式は、同時に強力なセキュリティと効率性を達成できるか？
• RQ2 Liらの方式に内在する、オフライン辞書攻撃、再送攻撃、なりすまし攻撃に対する脆弱性の具体的な原因は何か？
• RQ3 Liaoらのペアリング暗号ベース方式におけるセキュリティ上の弱み（オフライン辞書攻撃およびサービス拒否攻撃への感受性）をどのように是正できるか？
• RQ4 ユーザーの匿名性、ローカルパスワード検証、完全な前方機密性、および内部者攻撃およびサーバースプーフィング攻撃に対する耐性を同時に満たす新しい方式を設計できるか？

主な発見

• 本方式は、ユーザーのIDを動的IDに束縛し、ペアリング演算を用いた安全な鍵導出を実施することで、盗難スマートカードおよびオフライン辞書攻撃に対して耐性を持つ。
• タイムスタンプ付きメッセージと暗号的チャレンジを用いた相互認証により、再送攻撃、なりすまし攻撃、およびサーバースプーフィング攻撃に対して耐性を持つ。
• 完全な前方機密性を実現しており、長期的な秘密鍵が漏洩しても過去のセッション鍵が安全に保たれる。
• ユーザーの匿名性は、ユーザーの本名とは直接関連付けられていない動的IDを用いることで達成され、クライアント側でのローカルパスワード検証が可能である。
• 性能評価の結果、ユーザーのオンライン計算コストは 8 $TG_{mul}$ + $TG_{H}$ + $TG_{add}$ + 5 $T_h$ であり、Liaoらの方式よりもわずかに高いが、はるかに高いセキュリティ性を有する。
• Tsengらの方式と比較して、わずかに高い計算コストであるが、内部者攻撃およびサービス拒否攻撃に対する耐性といった優れたセキュリティ機能を提供する。