[論文レビュー] Cryptanalysis of Multi-Server Authenticated Key Agreement Scheme Based on Trust Computing Using Smart Cards and Biometrics

Dheerendra Mishra|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2014

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、スマートカードとバイオメトリクスを用いたマルチサーバー認証鍵共有方式を暗号解析し、盗難スマートカード攻撃に対して脆弱であることを示しており、ユーザーのなりすまし、サーバーのスプーフィング、MITM攻撃が可能になる。また、前方機密性を提供していないため、ハッシュ関数に基づく軽量設計であるがゆえに、長期的なセッションセキュリティが損なわれる。

ABSTRACT

Advancement in communication technology provides a scalable platform for various services where a remote user can access the server from anywhere without moving from its place. It has provided a unique opportunity for online services, such that the user need not physically present at the service center. These services adopt authentication and key agreement protocols to ensure authorized and secure access to resources. Most of the authentication schemes support single server environment where the user has to register with each server. If a user wishes to access multiple application servers, he requires to register with each of the servers. Although multi-server authentication schemes introduced a scalable platform such that a user can interact with any server using single registration. Recently, Chuang and Chen proposed an efficient multi-server authenticated key agreement scheme based on smart cards along with password and biometrics. This is a lightweight authentication scheme which requires the computation of only hash function. In this article, we present a brief review of Chuang and Chen's scheme. We analyze Chuang and Chen's scheme and identify that their scheme does not resist stolen smart card attack which causes the user's impersonation attack, server spoofing attack and man-in-the middle attack. Additionally, we show that their scheme has a weak key agreement protocol, which does not ensure forward secrecy.

研究の動機と目的

• スマートカード、パスワード、バイオメトリクスを組み合わせた、ChuangとChenのマルチサーバー認証鍵共有方式のセキュリティを分析すること。
• この方式の盗難スマートカード攻撃に対する耐性における深刻な脆弱性を特定すること。
• 攻撃者が通信チャネルを制御する状況下でのサーバーのスプーフィングおよびMITM攻撃に対する方式の耐性を評価すること。
• 長期的なセッションセキュリティにとって重要な要因である前方機密性を達成しているかどうかを評価すること。
• 強力な盗聴攻撃者を含む現実世界の脅威モデルにおける、方式の設計上の欠陥を形式的に批判すること。

提案手法

• 同じ用語とプロトコルフローを用いて、ChuangとChenの方式のログインおよび認証フェーズを逆引き解析した。
• 盗難されたスマートカードにアクセスできる攻撃者を想定し、$D_i$、$C_i$、$B_i$、$ID_i$ などの格納パラメータを抽出した。
• 攻撃者がユーザーのスマートカードとサーバー間のメッセージを傍受・改ざんすることで、MITM攻撃を構築した。
• 盗難したユーザーIDとバイオメトリクスパラメータを用いて、偽の応答を生成することで、サーバーのスプーフィング攻撃を成功させた。
• $SK_{ij} = h(N_1 || N_2)$ を用いたセッション鍵導出を評価し、長期的秘密 $A_i$ が過去のセッション鍵を再計算可能であることを示した。
• 方式の暗号Primitiveを用いた形式的なメッセージフロー解析と方程式検証により、すべての攻撃ベクトルの正しさを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ChuangとChenの方式において、スマートカードを侵害した攻撃者が、正当なユーザーのなりすましを可能とするか？
• RQ2 攻撃者が通信チャネルを制御している場合、この方式はサーバーのスプーフィングに対して安全か？
• RQ3 MITM攻撃者が、ユーザーおよびサーバーの両方と独立して、検知されないセッションを確立できるか？
• RQ4 長期的秘密が暴露された場合でも、過去のセッション鍵が安全なまま保たれるという前方機密性をこの方式は提供するか？
• RQ5 これらの攻撃がハッシュ関数のみを用いて成立する、具体的な暗号的弱みは何か？

主な発見

• この方式は盗難スマートカード攻撃に対して脆弱であり、攻撃者が $D_i$、$C_i$、$B_i$、$ID_i$ を抽出することで、正当なユーザーのなりすましが可能である。
• 攻撃者は盗難したユーザーIDとバイオメトリクスパラメータを用いて、偽のメッセージを生成することで、サーバーのスプーフィング攻撃に成功する。
• この方式はMITM攻撃に対して脆弱であり、攻撃者がユーザーおよびサーバーの両方と別々に認証されたセッションを確立し、直接通信しているかのように見せかけることができる。
• セッション鍵 $SK_{ij} = h(N_1 || N_2)$ は、侵害された長期秘密 $A_i = h(ID_i || x)$ を用いることで攻撃者によって再計算可能であり、前方機密性が破られている。
• 単一のハッシュ関数に依存し、相互認証メカニズムが欠如しているため、アクティブで強力な攻撃者に対してこの方式は安全でない。
• 効率的で軽量な設計を謳っているが、マルチサーバー環境における実際の展開に必要な基本的なセキュリティ要件を満たしていない。