[論文レビュー] DTKI: a new formalized PKI with no trusted parties

Jiangshan Yu, Vincent Cheval+1 more|IACR Cryptology ePrint Archive|Aug 5, 2014

Access Control and Trust被引用数 15

ひとこと要約

DTKIは、信頼できる証明書機関（CA）に依存しない、形式的かつ形式化された公開鍵基盤（PKI）を提案する。これは、証明書の不正発行や中央集権的エンティティへの過度な信頼を回避するため、分散型で検証可能な公開ログシステムと、独占的支配を防ぐためのマッピングログを用いる。Tamarinプローバーを用いた形式的検証により、証明書の不正発行に対する耐性を確保し、信頼性を向上させる。

ABSTRACT

The security of public key validation protocols for web-based applications has recently attracted attention because of weaknesses in the certificate authority model, and consequent attacks. Recent proposals using public logs have succeeded in making certificate management more transparent and verifiable. However, those proposals involve a fixed set of authorities. This means an oligopoly is created. Another problem with current log-based system is their heavy reliance on trusted parties that monitor the logs. We propose a distributed transparent key infrastructure (DTKI), which greatly reduces the oligopoly of service providers and allows verification of the behaviour of trusted parties. In addition, this paper formalises the public log data structure and provides a formal analysis of the security that DTKI guarantees.

研究の動機と目的

• 現在のPKIモデルにおける根本的欠陥に対処すること。すなわち、証明書機関（CA）が信頼できると仮定されているが、これが侵害された場合にシステム全体に深刻なリスクをもたらす。
• Certificate Transparency（CT）のような既存システムで固定されたログ管理者セットがもたらす独占的支配を排除すること。これにより新規参入者が制限され、権力が集中するのを防ぐ。
• CT や AKI といった先行システムに欠落していた、公開の追加のみ可能なログの構造とセキュリティ特性の形式的定式化を実現すること。
• クライアントが任意の単一のエンティティ（ログ管理者を含む）を信頼せずに、証明書の含められ具合とログ整合性を暗号的に検証できることを可能にすること。
• Tamarinプローバーを用いた形式的セキュリティ証明により、DTKIの特性が正しく保証され、整合性と耐性が確保されること。

提案手法

• 公開で追加可能な証明書ログ（CLM）と、ドメインとログ管理者との間の動的マッピングを維持する別個の公開検証可能なマッピングログ（MLM）から成る二層構造のログアーキテクチャを導入する。
• マーチュールツリー構造を用いて、証明書の含められ具合とログ整合性の効率的で暗号的な証明を可能にし、証明サイズと検証時間を対数時間に抑える。
• 分散型モデルを採用し、ドメイン所有者が複数のCLMから選択可能であり、MLMがアクティブなCLMを動的に管理することで、独占的支配を防ぐ。
• デジタル署名やハッシュツリーといった暗号原素を用いて、ログにおけるデータ整合性を保証し、改ざんを防止する。
• Tamarinプローバーを用いて、証明書発行の真正性、整合性、非否認性といったセキュリティ特性の形式的検証を実施する。
• WebブラウザがMLMのみを信頼すればよくなるようにシステムを設計し、これは証明書機関ではなく、公開で透明なレジストリとして機能する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できるCAに依存しないPKIを構築可能か。ただし、証明書の真正性と整合性は保証されるものとする。
• RQ2 公開ログシステムをどのように設計すれば、独占的支配を防ぎ、ログ管理者の動的で検証可能な追加／削除を可能にするか。
• RQ3 透明な鍵基盤のセキュリティ特性を正確に規定・検証できる形式的モデルは何か。
• RQ4 クライアントがログ管理者を信頼せずに、証明書の含められ具合とログ整合性を暗号的に検証できる証明を構築可能か。
• RQ5 悪意あるまたは改ざんされたログ管理者が、検出を回避したりログ構造を操作したりするのをどうやって防止できるか。

主な発見

• DTKIは、公開の追加のみ可能なログと動的マッピングログを用いた分散型で検証可能なログシステムに置き換えることで、信頼できるCAの必要性を完全に排除した。
• マッピングログを通じて、任意の数のログ管理者が参加または退出できる仕組みを提供することで、独占的支配を防ぎ、ブラウザベンダーによる事前承認リストの固定化を不要にした。
• Tamarinプローバーによる形式的検証により、証明書発行の真正性、整合性、非否認性といったDTKIの核心的セキュリティ特性が保証されていることが確認された。
• マーチュールツリーの使用により、証明書の含められ具合とログ整合性に対する効率的で対数時間の証明が可能となり、スケーラビリティと実用性が確保された。
• マッピングログ（MLM）は、国際機関（例：ICANN）が運営可能な透明性の高い非商業的レジストリとして機能し、中央集権的管理のリスクを低減する。
• 検証可能な分散型監視により、CT よりも強固なセキュリティ保証を提供する。具体的には、不正発行された証明書の検出が可能であり、ログ管理者とCAとの共謀を防止できる。