[論文レビュー] Decodability Attack against the Fuzzy Commitment Scheme with Public Feature Transforms

Benjamin Tams|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2014

Biometric Identification and Security参考文献 8被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、ケルクブームらが二値特徴ベクトルを用いた不確か承認方式における復号可能性攻撃を防ぐために提案した公開置換対策が、実効性がなく、保護されたテンプレートのハミング距離が低い場合、一般化された復号可能性攻撃を助長する可能性でさえあることを示している。著者らは、線形符号に基づく二値方式において、距離を保存する変換ではこのような攻撃を完全に防げないことを証明し、非二値の場合には分野置換を用いた改善された不確か金庫方式を用いることで、リンク不能性を達成することを提案する。

ABSTRACT

The fuzzy commitment scheme is a cryptographic primitive that can be used to store biometric templates being encoded as fixed-length feature vectors protected. If multiple related records generated from the same biometric instance can be intercepted, their correspondence can be determined using the decodability attack. In 2011, Kelkboom et al. proposed to pass the feature vectors through a record-specific but public permutation process in order to prevent this attack. In this paper, it is shown that this countermeasure enables another attack also analyzed by Simoens et al. in 2009 which can even ease an adversary to fully break two related records. The attack may only be feasible if the protected feature vectors have a reasonably small Hamming distance; yet, implementations and security analyses must account for this risk. This paper furthermore discusses that by means of a public transformation, the attack cannot be prevented in a binary fuzzy commitment scheme based on linear codes. Fortunately, such transformations can be generated for the non-binary case. In order to still be able to protect binary feature vectors, one may consider to use the improved fuzzy vault scheme by Dodis et al. which may be secured against linkability attacks using observations made by Merkle and Tams.

研究の動機と目的

• 保護されたバイオメトリックテンプレートがレコード多重性攻撃の対象となる場合の不確か承認方式のセキュリティを分析すること。
• ケルクブームらの公開置換対策が、復号可能性に基づくクロスマッチングを防ぐ効果的かどうかを調査すること。
• 距離を保存する公開変換が、線形符号に基づく二値不確か承認方式において復号可能性攻撃を防げるかどうかを特定すること。
• レコード固有の分野置換を用いた改善された不確か金庫方式を用いて、二値バイオメトリックテンプレートを保護する安全な代替手段を提案すること。
• 秘密鍵に依存せずにバイオメトリックテンプレート保護におけるリンク不能性を達成する可能性を評価すること。

提案手法

• シモエンスらが不確か承認方式の文脈で述べた復号可能性攻撃およびその一般化されたバージョンを分析する。
• ケルクブームらの対策である、バイオメトリック特徴ベクトルにレコード固有のビット置換を適用する公開変換の効果を評価する。
• 関連するテンプレート間のハミング距離が低い場合、この対策が一般化された復号可能性攻撃によるテンプレート回復を防げないことを示す。
• 線形符号に基づく二値不確か承認方式において、距離を保存する変換のいかなるクラスに対しても、復号可能性攻撃を防げないことを証明する。
• 非二値不確か承認方式において、一般化された復号可能性攻撃を防ぐために、公開分野置換を用いた修正された対策を提案する。
• ドディスらが提唱した改善された不確か金庫方式に、レコード固有の分野置換を組み合わせることで、二値特徴ベクトルに対する実用的でリンク不能な代替手段を推奨する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケルクブームらが提案した公開置換対策は、不確か承認方式における復号可能性攻撃を効果的に防げるか？
• RQ2 公開特徴変換を用いても、一般化された復号可能性攻撃がどのような条件下で依然として可能であるか？
• RQ3 ハミング距離を保存するが、二値不確か承認方式におけるリンク不能性攻撃を防げる公開変換を設計することは可能か？
• RQ4 レコード固有の分野置換を用いた改善された不確か金庫方式は、二値バイオメトリックテンプレートに対してリンク不能性を提供できるか？
• RQ5 レコード多重性攻撃下で線形符号を用いた二値バイオメトリックテンプレート保護に、理論的・実用的限界は何か？

主な発見

• ケルクブームらが提案した公開置換対策は、保護された特徴ベクトルのハミング距離が小さい場合、一般化された復号可能性攻撃を防げない。
• 関連する二つのレコードのハミング距離が十分に低い場合、一般化された復号可能性攻撃によりバイオメトリックテンプレートを完全に回復できる。
• 線形符号に基づく二値不確か承認方式において、距離を保存する変換のいかなるクラスに対しても、復号可能性攻撃を防げない。
• 非二値不確か承認方式では、公開分野置換を効果的に用いて一般化された復号可能性攻撃を防げる。
• ドディスらの改善された不確か金庫方式に、レコード固有の分野置換を組み合わせることで、二値バイオメトリックテンプレートを保護する実用的でリンク不能な代替手段が得られる。
• 線形符号を用いた二値不確か承認方式のセキュリティは、テンプレート類似性に関する強い仮定が成り立たない限り、根本的にリンク不能性攻撃に対して脆弱である。