[論文レビュー] Cryptanalysis and Improvement of Jiang et al.'s Smart Card Based Remote User Authentication Scheme

Dheerendra Mishra, Ankita Chaturvedi+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2013

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、2013年の江らのスマートカードベースのリモート認証方式を cryptanalyzes し、オフラインおよびオンラインのパスワード推測攻撃、内部者攻撃、ユーザーなりすまし、前方機密性および匿名性の欠如といった脆弱性を特定する。著者らは、効率的なログイン、ユーザーフレンドリーなパスワード変更、スマートカードの無効化、およびすべての主な攻撃に対する耐性を備えた改善された方式を提案し、計算オーバーヘッドを低減する。

ABSTRACT

The smart card based authentication protocols try to ensure secure and authorized communication between remote entities. In 2012, Wei et al. presented an improvement of Wu et al.'s two-factor authentication scheme for TMIS which is proven vulnerable to off-line password guessing attack by Zhu. Zhu also proposed a modified scheme to overcome with weakness of Wei et al.'s scheme, although Lee and Liu showed the failure of his scheme to resist parallel session attacks. Moreover, Lee and Liu introduced an improved scheme. We analyze Wei et al.'s, Zhu's and Lee and Liu's schemes and identify that none of the schemes resist on-line password guessing attack. Moreover, these schemes do not present efficient login and password chance phase. We also show that how inefficient password change phase causes denial of service attack. Further, we propose an improved password based remote user authentication scheme with the aim to eliminate all the drawbacks of previously presented schemes.

研究の動機と目的

• スマートカードを用いた江らの2013年のリモートユーザ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。
• この方式がオフラインおよびオンラインのパスワード推測攻撃、内部者攻撃、およびユーザーなりすまし攻撃に対して依然として脆弱であることを示すこと。
• この方式がユーザの匿名性、前方機密性、および効率的なログインおよびパスワード変更フェーズを確保しないことを示すこと。
• すべての特定された弱みを是正する新しいスマートカードベースの認証方式を提案すること。
• 再登録を必要とせず、ユーザーが紛失したスマートカードを回復できるスマートカード無効化メカニズムを導入すること。

提案手法

• 著者らは、江らの方式について形式的な cryptanalysis を実施し、登録、ログイン、認証、パスワード変更の各フェーズにおけるセキュリティ上の欠陥を分析する。
• サーバーが保持する値 $ B_i = h(ID_i)^{x+PW_i} \mod p $ が指数部分を通じてパスワードに関する情報を漏洩させることを特定し、これによりオフラインパスワード推測攻撃が可能になる。
• 方式にはセッション鍵の検証がなく、セッション鍵がユーザIDに束縛されていないため、なりすましおよびリプレイ攻撃に対して脆弱である。
• パスワードの正しさをスマートカード上でローカルに検証できる新しい鍵導出メカニズム $ h(ID_i \parallel a \parallel PW_i) $ を使用することで、ユーザーフレンドリー性を向上させる。
• 改善されたプロトコルは、ユーザーがサーバーの支援を受けて紛失したスマートカードを回復できるスマートカード無効化フェーズを導入し、再登録の必要性を排除する。
• 一時的な乱数値を用いることで前方機密性を確保し、サーバーのマスターシークレット $ x $ が常に暴露されないようすることで、内部者攻撃を防止する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 江らの方式はオフラインおよびオンラインのパスワード推測攻撃に対して安全か？
• RQ2 内部者攻撃者は、サーバーの保持するデータを利用してユーザIDやパスワードを侵害できるか？
• RQ3 この方式はユーザの匿名性および前方機密性を提供するか？
• RQ4 パスワード変更フェーズは効率的でユーザーフレンドリーか？
• RQ5 この方式は再登録を必要とせず、スマートカードの無効化をサポートできるか？

主な発見

• 江らの方式は、$ h(ID_i)^{x+PW_i} \mod p $ の公開によりパスワード情報が漏洩するため、オフラインパスワード推測攻撃に対して脆弱である。
• サーバーが認証試行回数を制限しないため、オンラインパスワード推測攻撃に対しても脆弱である。
• 内部者攻撃者は、サーバーデータベースにアクセスし、$ B_i $ の構造的特徴を悪用することで、ユーザIDおよびパスワードを侵害できる。
• ログイン時にユーザIDがプレーンテキストで送信され、セッション鍵とも関連づけられるため、方式はユーザ匿名性を提供しない。
• 改善された方式は、一時的な乱数値を用いることで前方機密性を達成し、$ h(ID_i \parallel a \parallel PW_i) $ を用いた検証によりセッション鍵の整合性を保証する。
• 改善された方式は計算コストを低減する：ログインフェーズでは $ 4T_h + T_E $ であるのに対し、江らの方式は $ 2T_h + T_M + 3T_E $ であり、より効率的である。