[論文レビュー] Blockchain-based TLS Notary Service

Paweł Szałachowski|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2018

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 16被引用数 12

ひとこと要約

この論文では、ブロックチェーン上でスマートコントラクトを用いて不変性と公開監査可能性を確保することで、証明書の発行を一回限りのものとせず、持続的かつ監査可能で責任を問える形でドメインの検証を実現する、ブロックチェーンベースのTLSノーティファイサービスPADVAを提案する。ブロックチェーンによる透明性、SLAの強制、可用性要件の緩和を活用することで、従来のPKIおよび既存のノーティファイシステムに比べ、より高いセキュリティを実現する継続的で展開可能な鍵検証が可能になる。

ABSTRACT

The Transport Layer Security (TLS) protocol is a de facto standard of secure client-server communication on the Internet. Its security can be diminished by a variety of attacks that leverage on weaknesses in its design and implementations. An example of a major weakness is the public-key infrastructure (PKI) that TLS deploys, which is a weakest-link system and introduces hundreds of links (i.e., trusted entities). Consequently, an adversary compromising a single trusted entity can impersonate any website. Notary systems, based on multi-path probing, were early and promising proposals to detect and prevent such attacks. Unfortunately, despite their benefits, they are not widely deployed, mainly due to their long-standing unresolved problems. In this paper, we present Persistent and Accountable Domain Validation (PADVA), which is a next-generation TLS notary service. PADVA combines the advantages of previous proposals, enhancing them, introducing novel mechanisms, and leveraging a blockchain platform which provides new features. PADVA keeps notaries auditable and accountable, introduces service-level agreements and mechanisms to enforce them, relaxes availability requirements for notaries, and works with the legacy TLS ecosystem. We implemented and evaluated PADVA, and our experiments indicate its efficiency and deployability.

研究の動機と目的

• TLSのPKIにおける根本的な欠陥、特に信頼できるCAが単一障害点となる脆弱性を是正すること。
• 従来のノーティファイシステムの限界（高い可用性要件、プライバシー漏洩、責任のなさ）を克服し、スケーラブルで透明な解決策を提供すること。
• 既存のTLSインfraストラクチャと互換性を持つ継続的でサービスベースのドメイン検証を可能にすること。特に、時計が同期されていないサーバーにも対応できること。
• ブロックチェーン技術を活用して、サービスレベル契約（SLA）の強制、監査可能性の確保、個々のノーティファイの信頼性の低下を実現すること。

提案手法

• PADVAはブロックチェーンプラットフォームを用いてノーティファイの応答を記録・検証し、鍵検証イベントの不変性と公開監査可能性を保証する。
• ノーティファイは、ドメインの公開鍵を継続的かつ定期的に検証し、その結果をブロックチェーントランザクションとして送信する。
• スマートコントラクトを用いたフレームワークにより、応答時間や正確性といったSLAが強制され、不履行に対して金銭的または評判的罰則が科される。
• クライアントがノーティファイのサブセットからの応答を受容できるようにすることで、リアルタイムの可用性に依存しなくなる。
• PADVAは既存のハンドシェイクフローと統合可能であり、TLS 1.2 や 1.3 プロトコルに変更を加える必要がない。
• クライアントは、ブロックチェーンに保存された複数のノーティファイの証明を照合することで、サーバーの公開鍵の整合性と真正性を検証できる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一時的な証明書発行に依存せず、継続的かつ持続的に行われるTLSノーティファイシステムは可能か？
• RQ2 分散型で信頼を最小限に抑えた環境において、ノーティファイはどのように監査可能かつ責任を問えるようにできるか？
• RQ3 ブロックチェーン技術を活用することで、ノーティファイシステムの可用性要件と信頼性要件を低下させつつ、セキュリティとパフォーマンスを維持できるか？
• RQ4 スマートコントラクトを用いて、TLSノーティファイシステムにおけるサービスレベル契約（SLA）をどの程度強制できるか？
• RQ5 プロトコルレベルの変更なしに、ブロックチェーンベースのノーティファイシステムを既存のTLSエコシステムに展開できるか？

主な発見

• PADVAは、監査可能なノーティファイのネットワークを用いて、一時的なPKI検証に比べてレプリカ証明書の検出を著しく向上させる、継続的かつ持続的なTLS公開鍵検証を実現する。
• ブロックチェーンの不変性とSLAのスマートコントラクトによる強制を活用することで、個々のノーティファイの信頼性を低下させ、悪意ある行動を検出可能かつ高コストなものにする。
• 時計が同期されていないクライアントにも対応可能であり、時計同期が保証されない現実のTLS展開環境と完全に互換性を持つ。
• 評価の結果、PADVAは標準的なTLSハンドシェイクと比較して最小限のパフォーマンスオーバーヘッドで低遅延かつ高効率を維持していることが示された。
• ブロックチェーンを活用することで、バッチ処理が可能で検証可能な証明が可能となり、リアルタイムでのノーティファイの可用性に依存しなくなるとともに、システム全体の耐障害性が向上する。
• PADVAの設計は、将来的な拡張性を備えており、スマートコントラクトによる自動応答検証が可能となり、信頼性と正しさがさらに向上する。