[論文レビュー] Automatic Methods for Analyzing Non-Repudiation Protocols with an Active Intruder

Francis Klay, Judson Santos Santiago+1 more|ArXiv.org|Oct 17, 2007

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、暗号プロトコルの参加者に関する知識追跡を用いて、非否定性および公平性を自動的に分析する、新しいアノテーションベースの手法を提案する。AVISPAツールに実装されたこの手法は、楽観的Cederquist-Corin-Dashti（CCD）プロトコルに以前未知の攻撃を検出しており、タイミング的要因および侵入者に起因するレースコンディションにより、公平性を欠いていることを示している。本手法は、下位の分析エンジンを変更することなく、広範な適用性を示している。

ABSTRACT

Non-repudiation protocols have an important role in many areas where secured transactions with proofs of participation are necessary. Formal methods are clever and without error, therefore using them for verifying such protocols is crucial. In this purpose, we show how to partially represent non-repudiation as a combination of authentications on the Fair Zhou-Gollmann protocol. After discussing its limits, we define a new method based on the handling of the knowledge of protocol participants. This method is very general and is of natural use, as it consists in adding simple annotations, like for authentication problems. The method is very easy to implement in tools able to handle participants knowledge. We have implemented it in the AVISPA Tool and analyzed the optimistic Cederquist-Corin- Dashti protocol, discovering two unknown attacks. This extension of the AVISPA Tool for handling non-repudiation opens a highway to the specification of many other properties, without any more change in the tool itself.

研究の動機と目的

• 暗号プロトコルにおける公平性および非否定性の検証を自動化するツールの不足に対処すること。
• 非否定性を認証特性の組み合わせとしてモデル化する方法の限界を克服すること。このアプローチでは、公平性および証拠の対称性が捉えられない。
• 形式的検証ツールにおいて、単純なアノテーションを用いて非否定性および公平性の性質を一般かつ拡張可能に指定する手法を開発すること。
• 実世界の非否定性プロトコルにおいて、タイミングに基づく攻撃や侵入者による悪用といった微細なプロトコルの欠陥を検出可能にすること。
• AVISPAツールに、コア検証エンジンの変更なしに非否定性分析を追加すること。

提案手法

• 本手法は、特定の状態における各エージェントの知識を論理的帰納式（例：\texttt{aknows}(A,s,M)）を用いてモデル化する。
• 認証に類似した単純なアノテーションを導入し、非否定性および公平性要件を表現する。
• 参加者がメッセージと受領証明の両方を保有していることを保証するための状態不変式メカニズムを用いる。
• AVISPAツールを拡張し、これらの知識帰納式をプロトコル実行トレース全体で検証できるようにする。
• CCDプロトコルに適用する際には、両当事者が完全な証拠を取得していることを要件とする不変式を指定し、違反の有無を確認する。
• 本手法は、AVISPAの既存のモデル検査および記号実行機能を活用し、公平性が失敗するトレースを検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非否定性および公平性を、下位の検証エンジンを変更せずに、知識帰納式のみを用いて形式的に検証できるか？
• RQ2 なぜ非否定性を認証特性の組み合わせとしてモデル化すると、Fair Zhou-Gollmannプロトコルのようなプロトコルにおける公平性を捉えられないのか？
• RQ3 アクティブな侵入者がタイミング的要因やメッセージ遅延を悪用することで、楽観的非否定性プロトコルの公平性を破壊できるか？
• RQ4 Cederquist-Corin-Dashti（CCD）プロトコルに、公平性保証に反する以前に発見されていなかった欠陥が存在するか？
• RQ5 提案されたアノテーションベースの手法は、ツールの再実装なしに、さまざまな非否定性プロトコルに再利用可能か？

主な発見

• 本手法は、Cederquist-Corin-Dashti（CCD）プロトコルに以前未知の2件の攻撃を検出しており、同プロトコルが公平性を提供していないことを立証した。
• 1件目の攻撃は、ネットワーク遅延により一方の当事者が中止し、他方が解決を完了することで発生し、両当事者が誠実であっても証拠の所有に非対称性が生じる。
• 2件目の攻撃は、悪意ある侵入者が最初のメッセージを傍受し、誠実な当事者が中止する前にTTPによる解決を引き起こすもので、侵入者が完全な証拠を取得する一方、誠実な当事者は取得できない。
• プロトコルは修正され、修正版ではその後のすべての検証シナリオで攻撃が検出されず、欠陥が元の設計に起因することを確認した。
• 本手法は一般性と再利用性に優れている。AVISPAのコアエンジンを変更せずに、任意のプロトコルに対してアノテーションのみで非否定性および公平性を指定可能である。
• 本手法は境界付き検証において効率的であり、同フレームワーク内で他のセキュリティ特性の指定の道を開いた。