[論文レビュー] Open Sesame: The Password Hashing Competition and Argon2

Jos Wetzels|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2016

User Authentication and Security Systems参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、パスワードハッシュ競争（PHC）の優勝者であるArgon2を提示する。Argon2は、サイドチャネル攻撃およびGPUベースの攻撃に対しても耐性を持つように設計された、パスワードを安全にハッシュ化するためのものである。本論文では、さまざまな展開環境においてセキュリティ、パフォーマンス、設定可能性のバランスをとった、メモリハードな適応的ハッシュアルゴリズムを導入する。

ABSTRACT

In this document we present an overview of the background to and goals of the Password Hashing Competition (PHC) as well as the design of its winner, Argon2, and its security requirements and properties.

研究の動機と目的

• 現代のハードウェア攻撃に対して耐性を持つ、安全で現代的なパスワードハッシュアルゴリズムの需要の増大に対応する。
• 実用的な展開に適した、メモリハードでありながら計算的に効率的なパスワードハッシュ関数を設計する。
• さまざまな脅威モデルとシステム制約に適応可能な柔軟で設定可能なアルゴリズムを提供する。
• 定常時間実行の特性を通じて、タイミング分析や電力分析によるサイドチャネル漏洩を防止する。
• パスワードハッシュ競争（PHC）の枠組みを通じて、標準化され、暗号的に堅牢なソリューションを確立する。

提案手法

• データ依存性があり、メモリを多く消費するミキシングプロセスを用いた、メモリハードな暗号ハッシュ関数としてArgon2を設計する。
• 2段階構造を採用する：鍵導出による初期化と、置換に基づくミキシング関数を用いたデータ依存ミキシング。
• メモリコスト、時間コスト、並列処理の各パラメータを設定可能とすることで、セキュリティとパフォーマンスの調整を可能にする。
• 時間-メモリトレードオフ攻撃に対して耐性を持つために、大規模で予測不能なメモリ領域を要求する。
• タイミング解析や電力分析によるサイドチャネル漏洩を防ぐために、定常時間実行を保証する。
• メモリアクセスパターンを予測不能かつデータ依存的にすることで、CPUおよびGPU両方に対する抵抗性を高める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、メモリハードでありながらサイドチャネル攻撃に対しても安全なパスワードハッシュ関数を設計できるか？
• RQ2 GPUベースの攻撃に対する耐性とパフォーマンス、セキュリティのバランスをとるために必要な設定パラメータは何か？
• RQ3 1つのアルゴリズムが、脅威モデルが異なる多様な展開環境を効果的にカバーできるか？
• RQ4 Argon2は、時間-メモリトレードオフ攻撃に対して、既存のパスワードハッシュ方式と比べてどの程度耐性を示すか？
• RQ5 実際のセキュリティに与えるデータ依存メモリアクセスの実用的影響は何か？

主な発見

• Argon2は、強力なセキュリティ特性と設定可能性の高さから、パスワードハッシュ競争の優勝者に選ばれた。
• 大きな予測不能なメモリ領域を要求することで、時間-メモリトレードオフ攻撃に対して耐性を持つ。
• Argon2の設計により、定常時間実行が保証され、タイミング分析や電力分析によるサイドチャネル脆弱性が軽減される。
• メモリコスト、時間コスト、並列処理の各パラメータを細かく設定可能であり、多様なシステムへの展開が可能である。
• ベンチマークの結果、現代のCPUでも制限のある環境下でも、高いセキュリティを維持しつつ、受け入れ可能なパフォーマンスを達成している。
• データ依存メモリアクセスパターンにより、事前計算攻撃を防止し、GPUベースのパスワード解読攻撃に対する耐性が向上している。