[論文レビュー] Deducing Security Goals From Shape Analysis Sentences

John D. Ramsdell|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2012

User Authentication and Security Systems参考文献 8被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、暗号プロトコル形状分析器（cpsa）の実行から、プロトコルの動作を完全に特徴付ける論理文を自動で抽出する手法を提示する。cpsaの形状解析を一階論理文に翻訳することで、自動定理証明を用いてセキュリティ目標を形式的に検証可能となり、暗号プロトコルにおける認証および機密性の性質の信頼性ある検証が可能になる。

ABSTRACT

Guttman presented a model-theoretic approach to establishing security goals in the context of Strand Space theory. In his approach, a run of the Cryptographic Protocol Shapes Analyzer (CPSA) produces models that determine if a goal is satisfied. This paper presents a method for extracting a sentence that completely characterizes a run of CPSA. Logical deduction can then be used to determine if a goal is satisfied. This method has been implemented and is available to all.

研究の動機と目的

• cpsaの形状解析を論理的に完全な文に変換することで、暗号プロトコルにおけるセキュリティ目標の形式的検証の課題に対処すること。
• 形状解析の出力に基づいて、セキュリティ目標が満たされているかどうかを自動論理的帰納によって検証できるようにすること。
• cpsaのモデル理論的解析と、標準的な定理証明ツールを用いた実用的セキュリティ目標検証の間のギャップを埋めること。
• プロトコル解析の結果から直接的にセキュリティ目標を導出し、検証できる実用的で実装可能な手法を提供すること。
• 論理文にすべての可能な正規動作を符号化することで、認証および機密性の両方の目標をサポートすること。

提案手法

• 誠実な動作を記述する原子論理式の連言として表される、セキュリティ仮説 $\Phi_0$ を特徴付ける特徴的なスケルトン $k_0$ を構築する。
• cpsaを用いて、$k_0$ の被覆的写像として得られる、すべての最小で本質的に異なる実現スケルトン（形状）を生成する。これにより、すべての可能なプロトコル実行が表現される。
• 観察可能なすべての動作を捉えるために、順序ソート付き一階論理形式化を用いて形状集合から形状解析文を抽出する。
• 形状解析文をProver9の文法に翻訳し、セキュリティ目標の自動定理証明を可能にする。
• 一階論理証明器を用いて、形状解析文から論理的帰納によってセキュリティ目標が証明可能かどうかをチェックすることで、セキュリティ目標を検証する。
• 論理文に排他的な結論および非起源／一意の起源制約を符号化することで、認証および機密性の両方の目標をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 cpsaの形状解析から、プロトコルのすべての可能な正規動作を完全に特徴付ける論理文を自動で導出できるか？
• RQ2 この文を用いて、与えられたセキュリティ目標（例：認証または機密性）がプロトコル動作によって論理的に含意されているかどうかを形式的に検証できるか？
• RQ3 Guttmanのモデル理論的アプローチに比べ、自動定理証明を可能にすることで、本手法はどのような点で改善されるか？
• RQ4 プロトコルの変更（例：鍵識別子の追加）が形状解析文およびその結果得られるセキュリティ目標の満たし方に与える影響は何か？
• RQ5 形状解析文は、文法的単純化によって新しいセキュリティ目標を生成するために、どの程度再利用または適合可能か？

主な発見

• 本手法は、cpsaから導出されたすべての最小で本質的に異なるプロトコル実行を完全に特徴付ける形状解析文を正常に生成した。
• 形状解析文により、Prover9を用いた一階論理帰納によるセキュリティ目標の自動検証が可能となり、正当な目標は迅速に証明された。
• Blanchetのプロトコルの不完全版では、形状解析文が意図した認証目標を含意しなかったため、マッドインザミドル攻撃の脆弱性が正しく同定された。
• 応答者のIDを暗号化メッセージに追加するようにプロトコルを変更した後、形状解析文は認証目標を論理的に含意するようになった。これにより、プロトコルの正しさが確認された。
• 形状解析文の結論を単純化することで、新しいセキュリティ目標を容易に生成でき、目標の定式化にかかる人的作業を削減できた。
• 目標が帰納されない場合、その失敗がプロトコルの欠陥によるものではなく、関連性がないことによるものである可能性があるため、本手法では反例の検出を保証しない。これは、本手法の限界を示している。