[論文レビュー] Measuring Password Strength: An Empirical Analysis

Matteo Dell’Amico, Pietro Michiardi+1 more|ArXiv.org|Jul 20, 2009

User Authentication and Security Systems被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、イタリアのインスタントメッセージングサーバーから収集された約10,000件の実世界のパスワードを対象に、検索空間の大きさを用いてパスワードの強度を測定し、辞書攻撃およびマルコフ連鎖ベースの攻撃手法の有効性を評価する実証的分析を提示している。パスワードの強度は著しくばらつきを示し、攻撃の努力が増加するにつれて効果の逓減が見られる。k=2およびk=1のマルコフモデルは、それぞれ約7×10^16および約10^40回の試行後に91.06%および99.71%のパスワードを解読している。

ABSTRACT

We present an in-depth analysis on the strength of the almost 10,000 passwords from users of an instant messaging server in Italy. We estimate the strength of those passwords, and compare the effectiveness of state-of-the-art attack methods such as dictionaries and Markov chain-based techniques. We show that the strength of passwords chosen by users varies enormously, and that the cost of attacks based on password strength grows very quickly when the attacker wants to obtain a higher success percentage. In accordance with existing studies we observe that, in the absence of measures for enforcing password strength, weak passwords are common. On the other hand we discover that there will always be a subset of users with extremely strong passwords that are very unlikely to be broken. The results of our study will help in evaluating the security of password-based authentication means, and they provide important insights for inspiring new and better proactive password checkers and password recovery tools.

研究の動機と目的

• パスワード強化メカニズムが存在しない環境下で、ユーザーが実際に選択するパスワードの実際の強度を分析すること。
• 最新のパスワード解読技術（特に辞書とマルコフ連鎖モデル）が、実際のパスワードデータセットに対してどの程度有効であるかを評価すること。
• 攻撃の努力（試行回数）と成功確率（解読されたパスワードの割合）の関係を定量化すること。
• システム設計者に対して、パスワード強度の強化ポリシーおよびキーストレッチパrameterの最適化に関する実用的知見を提供すること。
• パスワード強度の分布に基づいて、パスワードの推測攻撃におけるコスト対効果のトレードオフを評価すること。

提案手法

• 本研究では、イタリアのインスタントメッセージングサーバーから収集された9,998件の平文パスワードのデータセットを用いる。
• パスワードの強度は、パスワードを予測するために必要な試行回数（検索空間の大きさ）を推定することで測定される。
• 複数の攻撃手法を適用する：一般的なパスワードリスト、英語およびイタリア語の言語固有の辞書、および順序k（1〜5）を変化させたマルコフ連鎖モデル。
• 高次のマルコフモデル（k ≥ 3）については、明示的な列挙を避けるために、アルゴリズム2を用いて検索空間を近似する。
• 検索空間の大きさが小さい順に、辞書とマルコフモデルを組み合わせた段階的攻撃戦略を提案し、解読効率を最大化する。
• 各攻撃フェーズにおいて、累積的な試行回数と解読済みパスワードの割合を記録・分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強化メカニズムが存在しない実世界のシステムにおいて、パスワード強度の実際の分布はどのようなものか？
• RQ2 実ユーザーのパスワードを解読する際、辞書攻撃とマルコフ連鎖モデルのどちらがより効果的か？
• RQ3 追加の攻撃努力がパスワード解読成功に与える効果が逓減する（つまり、収益が減少する）のはどの段階か？
• RQ4 検索空間の大きさと、さまざまな攻撃手法の成功確率の間にはどのような相関関係があるか？
• RQ5 与えられた計算リソース予算内で解読可能なパスワード数を最大化したい攻撃者にとって、最適な段階的戦略は何か？

主な発見

• ユーザーが選択するパスワードの強度には著しいばらつきがあり、少数のユーザーが非常に強いパスワードを選び、推測に極めて強いパスワードが存在する。
• 辞書攻撃は、弱いパスワードに対して最も効果的であり、約4050万回の試行後に44.26%のパスワードを解読する。
• k=5およびk=4のマルコフモデルは、それぞれ約4100万回および約4800万回の試行後に45.05%および46.76%のパスワードを解読する。
• k=3およびk=2のマルコフモデルは、それぞれ約7.5億回および7×10^16回の試行後に58.10%および91.06%のパスワードを解読する。
• k=1のマルコフモデルは、約10^40回の試行後に99.71%のパスワードを解読する。これは、極めて複雑なパスワードですら、全探索によっても脆弱であることを示している。
• 本研究では、強い逓減効果が明らかになった：検索空間の大きさが1桁小さくなるごとに、解読成功の増加はわずかにとどまり、高コストの攻撃はあまり正当化されない。