[論文レビュー] Public Key Infrastructure based on Authentication of Media Attestments

Stuart B. Heinrich|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2013

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、メディアアテステーション（身元のデジタル証明）を介して完全に自動的かつ信頼不要な公開鍵照合を可能にする公開鍵基盤（PKI）を提案している。これにより、ユーザーが鍵を管理しなくてもエンドツーエンド暗号化メッセージ送信が可能になる。クライアントがコミュニティで検証されたメディアアテステーションを独立して検証できる仕組みにより、信頼できる第三者機関やサーバー上の秘密鍵の保存に依存せずに、中間者攻撃を防止する。

ABSTRACT

Many users would prefer the privacy of end-to-end encryption in their online communications if it can be done without significant inconvenience. However, because existing key distribution methods cannot be fully trusted enough for automatic use, key management has remained a user problem. We propose a fundamentally new approach to the key distribution problem by empowering end-users with the capacity to independently verify the authenticity of public keys using an additional media attestment. This permits client software to automatically lookup public keys from a keyserver without trusting the keyserver, because any attempted MITM attacks can be detected by end-users. Thus, our protocol is designed to enable a new breed of messaging clients with true end-to-end encryption built in, without the hassle of requiring users to manually manage the public keys, that is verifiably secure against MITM attacks, and does not require trusting any third parties.

研究の動機と目的

• エンドツーエンド暗号化システムにおける、安全でないかつ不便な公開鍵配布という重要な障壁に対処すること。
• 安全なメッセージングにおいて、ユーザーが公開鍵を手動で管理または検証する必要をなくすこと。
• 検証可能なメディアアテステーションを活用することで、信頼できない鍵サーバーからも自動的に鍵照合が可能になるようにすること。
• 暗号的に安全でスケーラブルかつユーザーに透明な解決策を提供し、エンドツーエンド暗号化の保証を維持すること。
• PGPのWeb of Trust やプロバイダー管理型鍵システムといった既存モデルの限界を克服すること。

提案手法

• メディアアテステーション（例：写真、動画、文書など）を導入し、公開鍵とユーザーの身元および連絡先を暗号的に束ねるデジタル証明を提供する。
• エンドユーザーが、メディアアテステーションを独立して検査・検証することで、公開鍵の真正性を確認できるようにする。
• 複数のユーザーがアテステーションの真正性を評価するコミュニティ主導のレピュテーションしきい値を用い、自動的な信頼意思決定を可能にする。
• パスフレーズからクライアント側で鍵導出関数（例：PBKDF2）を用いてRSA鍵ペアを生成することで、サーバー上での秘密鍵の保存を回避する。
• 検証済みのアイデンティティカード（公開鍵、メディアアテステーション、連絡先情報）をキャッシュ・署名することで、改ざんを防ぎ、繰り返し照合を減らす。
• ユーザーの秘密鍵を用いてクラウド上で同期される暗号化された検索インデックスを維持することで、暗号化されたメッセージに対するコンテンツベース検索を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央集権的な鍵サーバーや第三者機関への信頼を要せず、公開鍵配布を自動化することは可能か？
• RQ2 複雑な鍵管理に依存せずに、検証可能なメディアアテステーションを用いてエンドユーザーが公開鍵の真正性を独立して検証できるか？
• RQ3 コミュニティベースのアテステーション評価システムが、操作に強く、自動的鍵照合に十分な信頼性を提供できるか？
• RQ4 エンドツーエンド暗号化のセキュリティを維持しつつ、複数デバイス間でパスワードベースの鍵導出をシームレスに実現できるか？
• RQ5 共有ビジネスメールアドレスのようなユースケースをサポートするため、公開鍵交換を暗号化されたメッセージ内に安全に埋め込む方法は可能か？

主な発見

• 任意の中間者攻撃は、エンドユーザーがメディアアテステーションの検証によって検出可能であるため、信頼できない鍵サーバーからも完全に自動化された公開鍵照合が可能になる。
• コミュニティで検証されたメディアアテステーションとレピュテーションしきい値を用いることで、中央集権的機関に依存せずにスケーラブルかつ自動的な信頼意思決定が実現される。
• 秘密鍵はサーバー上にもサービスプロバイダーとも共有されないため、エンドツーエンド暗号化の根本的なプライバシー保証が維持される。
• パスフレーズベースの鍵導出により、デバイス間でオンデマンドで安全な鍵生成が可能になり、ローカル保存や手動での鍵移行の必要がなくなる。
• クライアントは、複数デバイス間で同期された暗号化された検索インデックスを維持でき、機密性を損なわずにコンテンツ検索が可能になる。
• 暗号化されたメッセージ内に公開鍵を埋め込むことで、共有または一般のメールアドレスに対しても安全な鍵交換が可能になる。