[論文レビュー] Private key encryption and recovery in blockchain

Mehmet Aydar, Salih Cemil Cetin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2019

Biometric Identification and Security参考文献 21被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、指紋から得られる対称鍵を用いた安全な鍵保管と、故障に強い鍵回復のための分散型回復メカニズムを備えたブロックチェーン向けのバイオメトリクスベースの秘密鍵暗号化手法を提案する。このアプローチにより、パスワード依存性が排除され、バイオメトリクスを活用した鍵再構築が可能になることで、セキュリティと使いやすさが向上する。

ABSTRACT

The disruptive technology of blockchain can deliver secure solutions without the need for a central authority. In blockchain protocols, assets that belong to a participant are controlled through the private key of an asymmetric key pair that is owned by the participant. Although, this lets blockchain network participants to have sovereignty on their assets, it comes with the responsibility of managing their own keys. Currently, there exists two major bottlenecks in managing keys; $a)$ users don't have an efficient and secure way to store their keys, $b)$ no efficient recovery mechanism exists in case the keys are lost. In this study, we propose secure methods to efficiently store and recover keys. For the first, we introduce an efficient encryption mechanism to securely encrypt and decrypt the private key using the owner's biometric signature. For the later, we introduce an efficient recovery mechanism using biometrics and secret sharing scheme. By applying the proposed key encryption and recovery mechanism, asset owners are able to securely store their keys on their devices and recover the keys in case they are lost.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンシステムにおける安全かつユーザーフrndlyな秘密鍵管理の重要な課題に対処すること。
• パスワード依存性、物理的紛失、中央集権的信頼性といった従来の鍵保管手法の制限を克服すること。
• 指紋テンプレートを用いて対称鍵を生成するバイオメトリクスベースの暗号化方式を開発し、秘密鍵の保護を実現すること。
• 秘密分散（例：シャミアの方式）を用いて鍵の一部を信頼できるエンティティやデバイスに分散配布し、閾値に達した共有データが集まった場合にのみ鍵を再構築できるようにする、分散型鍵回復メカニズムを設計すること。
• 分散環境における暗号鍵管理にバイオメトリクスを統合することで、セキュリティと使いやすさの両方を向上させること。

提案手法

• 指紋バイオメトリクスを用いて、秘密鍵を暗号化するための対称暗号鍵を生成し、認可されたユーザーのみが復号可能であることを保証する。
• 再発行可能な指紋テンプレートを適用することで、バイオメトリクスデータが漏洩した場合に鍵の再暗号化が可能になり、セキュリティが向上する。
• 私的鍵を複数の共有に分割するエラージャーコードベースの方法を実装し、冗長性と安全な保存を実現する。
• 秘密分散方式（例：シャミアの方式）を用いて、鍵の共有を信頼できるエンティティやデバイスに分散配布し、所定の閾値の共有が集まった場合にのみ鍵の再構築が可能になるようにする。
• バイオメトリクス認証を秘密分散プロセスに統合し、正当な所有者のみが鍵回復を開始できるようにする。
• ローカル暗号化と分散型回復を両立するフレームワークを設計し、中央集権的サーバーやパスワードへの依存度を最小限に抑える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生体情報の生データを露呈させることなく、バイオメトリクスデータを用いてブロックチェーンの秘密鍵を安全に暗号化する方法は何か？
• RQ2 分散型ブロックチェーン環境において、紛失した秘密鍵を効率的かつ安全に回復する方法は何か？
• RQ3 バイオメトリクスベースの鍵暗号化は、指紋テンプレートの漏洩や再発行に対しても耐性を持たせられるか？
• RQ4 分散型秘密分散方式をバイオメトリクス認証と効果的に組み合わせることで、安全かつユーザーフrndlyな鍵回復が可能になるか？
• RQ5 従来の鍵保管手法と比較して、提案手法はセキュリティ、使いやすさ、プライバシーの観点でどのように優れているか？

主な発見

• 提案されたバイオメトリクスベースの暗号化機構により、指紋から得られる対称鍵を用いて、パスワードに依存しない安全な秘密鍵の暗号化が実現された。
• 再発行可能な指紋を統合することで、バイオメトリクスデータが漏洩した場合に鍵の再暗号化が可能になり、長期的なセキュリティが向上した。
• 秘密分散に基づく回復機構により、必要な数の共有が集まった場合にのみ秘密鍵が再構築可能となり、単一障害点のリスクが回避された。
• 中央集権的鍵保管やパスワードの暗記に依存する必要が軽減され、使いやすさとセキュリティの両方が向上した。
• モバイルアプリケーションとの統合が可能であり、実行時保護のためのホワイトボックス暗号技術を将来に向けた展開に対応するフレームワークを備えた。
• 既存システムの主な課題、すなわちバイオメトリクス統合の欠如や、紛失した鍵の効率的回復メカニズムの不在を解決した。