[論文レビュー] An Isabelle formalization of protocol-independent secrecy with an application to e-commerce

Frédéric Blanqui|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2006

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 22被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、パラメータに依存しない機密性の定理をIsabelleを用いて形式的に定式化し、暗号プロトコルにおける機密性の自動検証を可能にする。スパイの挙動を明示的に追跡しないで機密性を証明するための、『ガーディッドメッセージ』という新規概念を導入し、モバイルエージェントの比較購入を目的とした2つの電子商取引プロトコルについて形式的検証を実施。機密性、完全性、非否認性の完全な証明を達成した。

ABSTRACT

A protocol-independent secrecy theorem is established and applied to several non-trivial protocols. In particular, it is applied to protocols proposed for protecting the computation results of free-roaming mobile agents doing comparison shopping. All the results presented here have been formally proved in Isabelle by building on Larry Paulson's inductive approach. This therefore provides a library of general theorems that can be applied to other protocols.

研究の動機と目的

• スパイ固有の状態追跡に依存せずに、暗号プロトコルにおける機密性を証明する一般的かつ再利用可能なフレームワークの開発。
• 多様なプロトコル、特にモバイルエージェントのセキュリティを目的としたプロトコルに適用可能な、Isabelleにおけるプロトコルに依存しない機密性定理の形式的定式化と証明。
• 機密性、完全性、非否認性を保証する2つの新しい電子商取引プロトコル（以前に形式的検証がなされていなかった）の検証。
• ガーディッド性と一意性条件の自動証明戦略を可能にすることで、形式的プロトコル検証の作業負荷を低減すること。

提案手法

• 本稿では、メッセージが『ガーディッド』であるとは、その機密性が暗号化に使用された鍵の集合の機密性に依存する場合を指すという概念を導入した。
• 核心的な機密性定理を証明した。すなわち、ガーディッドメッセージから導出可能なメッセージがある場合、その鍵材は必ず導出可能であるとし、鍵が漏洩していない限り機密性が保証されることを示した。
• Isabelleの帰納的データ型を用いて、メッセージとイベントをモデル化し、エージェント、鍵、ノンス、暗号化、ハッシュを、完全な暗号的仮定に基づいて形式化した。
• 各プロトコル規則ごとに検証可能なガーディッド性条件を定義し、スパイの挙動に依存せずに、各規則がガーディッド性を保持することを証明することで、機密性を保証した。
• このフレームワークは、Needham-Schoeder-Lowe、Otway-Rees、Yahalom、および2つの新しいモバイルエージェント向け電子商取引プロトコルに適用された。
• 著者らは、ガーディッド性と一意性の証明を自動化するIsabelle戦略を実装・再利用し、初期設定後は検証時間を顕著に短縮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Isabelleにおいて、スパイの挙動を明示的にモデル化しないで、プロトコルに依存しない機密性定理を形式的に確立できるか？
• RQ2 『ガーディッドメッセージ』の概念をどのように活用することで、暗号プロトコルにおける機密性証明を単純化・一般化できるか？
• RQ3 このフレームワークは、非自明なモバイルエージェント向け電子商取引プロトコル（機密性、完全性、非否認性を含む）に効果的に適用可能か？
• RQ4 Isabelle内での自動戦略を、機密性証明におけるガーディッド性および一意性条件の帰納証明にどの程度開発できるか？

主な発見

• 本稿では、Paulsonの帰納的アプローチを用いて、Isabelleにおいてプロトコルに依存しない機密性定理を形式的に定式化し、多数のプロトコルに一般に再利用可能であることを示した。
• コアイデアルに基づくアプローチよりも、ガーディッドメッセージの概念は、状態やイベントの順序を追跡する必要がなく、より単純で直感的な機密性証明の基盤を提供した。
• このフレームワークを用いて、以前に形式的検証がなされていなかった2つのモバイルエージェント向け電子商取引プロトコルを形式的に検証し、機密性、完全性、非否認性を確認した。
• リクエストおよびオファーの機密性証明をスパイの範囲を超えて全エージェントに拡張したが、Isabelleの既存ライブラリへのわずかな拡張で実現可能であった。
• P1の検証後、P2の形式化には数分しかかからなかった。これは、単純なメッセージ形式の変更により、フレームワークの再利用性とモularityが明確に示された。
• 著者らは、ガーディッド性および一意性の補題を証明するための自動化されたIsabelle戦略の開発を予定しており、今後の検証作業の負荷を顕著に低減できると期待している。