[論文レビュー] KIMAP: Key-Insulated Mutual Authentication Protocol for RFID

Atsuko Miyaji, Mohammad Shahriar Rahman|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2012

RFID technology advancements参考文献 33被引用数 3

ひとこと要約

KIMAPは、共有鍵環境下で前方セキュリティおよび「制限付き」後方セキュリティを提供するRFIDシステム向けの鍵自己隔離型相互認証プロトコルである。絶縁鍵を用いることで、秘密鍵の漏洩による損害を制限し、タグの鍵が認証中に漏洩しても、過去および将来のセッション鍵が安全であることを保証する。

ABSTRACT

RFID tags are heavily constrained in computational and storage capabilities, and raise numerous privacy concerns in everyday life due to their vulnerability to different attacks. Both forward security and backward security are required to maintain the privacy of a tag i.e., exposure of a tag's secret key should not reveal the past or future secret keys of the tag. We envisage the need for a formal model for backward security for RFID protocol designs in shared key settings, since the RFID tags are too resource-constrained to support public key settings. However, there has not been much research on backward security for shared key environment since Serge Vaudenay in his Asiacrypt 2007 paper showed that perfect backward security is impossible to achieve without public key settings. We propose a Key-Insulated Mutual Authentication Protocol for shared key environment, KIMAP, which minimizes the damage caused by secret key exposure using insulated keys. Even if a tag's secret key is exposed during an authentication session, forward security and `restricted' backward security of the tag are preserved under our assumptions. The notion of `restricted' backward security is that the adversary misses the protocol transcripts which are needed to update the compromised secret key. Although our definition does not capture perfect backward security, it is still suitable for effective implementation as the tags are highly mobile in practice. We also provide a formal security model of KIMAP. Our scheme is more efficient than previous proposals from the viewpoint of computational requirements.

研究の動機と目的

• 強力なプライバシー保証が求められる中、共有鍵RFIDプロトコルに後方セキュリティメカニズムが欠如している問題に対処する。
• 公開鍵基盤なしでは理論的に完全な後方セキュリティが達成できないという課題を克服する。
• 計算およびストレージ制限のあるRFIDタグに適した実用的で効率的な相互認証プロトコルを設計する。
• 共有鍵仮定下におけるRFIDシステムにおける鍵自己隔離型相互認証の形式的セキュリティモデルを提供する。
• 秘密鍵漏洩の影響を絶縁鍵管理により最小限に抑え、過去および将来のセッションのセキュリティを維持する。

提案手法

• 各タグがマスターキーから導出された絶縁鍵の集合を保持する鍵自己隔離アーキテクチャを導入する。
• タイムベースまたはセッションベースの鍵導出メカニズムを用いて、各認証セッションごとに新規鍵を生成する。
• たとえタグの現在の秘密鍵が漏洩しても、絶縁性のおかげで過去および将来の鍵が安全であることを保証する。
• 完全なプロトコルトランザクションを入手しない限り、敵対者が鍵更新プロセスを再構築できないようにプロトコルを設計する。
• RFID相互認証に特化した標準的なゲームベース定義を用いて、鍵自己隔離を組み込んだセキュリティモデルを形式化する。
• 公開鍵暗号を避けて対称暗号プリミティブに依存することで、制限付きデバイスにおける効率性を高める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リソース制約のあるタグを想定した条件下で、共有鍵環境下のRFIDシステムにおいて後方セキュリティを効果的に達成できるか？
• RQ2 認証セッション中にタグの秘密鍵が漏洩した場合に、最大でどの程度の損害を抑えることができるか？
• RQ3 RFIDプロトコルにおいて、前方および後方セキュリティを両立させる形で、鍵自己隔離を形式的にモデル化・実装する方法は何か？
• RQ4 公開鍵サポートの欠如が、RFID相互認証方式の設計およびセキュリティ保証にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 提案されたKIMAPプロトコルは、先行の鍵自己隔離型または相互認証プロトコルと比較して、効率性およびセキュリティの面でどの程度優れているか？

主な発見

• KIMAPは前方セキュリティおよび「制限付き」後方セキュリティを達成しており、タグの現在の秘密鍵が漏洩しても、過去および将来のセッション鍵が侵害されないことを保証する。
• RFID相互認証に特化した鍵自己隔離を想定した定義済みセキュリティモデルのもとで、プロトコルは形式的に安全であることが証明されている。
• 公開鍵暗号を避ける対称鍵操作に依存しているため、従来の提案と比較して計算効率が優れている。
• 「制限付き」後方セキュリティの概念が、敵対者が鍵更新の逆工程を再構築するために必要な重要なプロトコルトランザクションを欠いていると仮定した実用的妥協策として導入された。
• タグが頻繁に露出する可能性があるモバイルRFID環境での実用的展開に適している。
• 軽量な設計と形式的なセキュリティ保証により、公開鍵基盤なしでも実用的かつ実現可能であることが示された。