[논문 리뷰] Automatic Methods for Analyzing Non-Repudiation Protocols with an Active Intruder

Francis Klay, Judson Santos Santiago외 1명|ArXiv.org|2007. 10. 17.

Advanced Authentication Protocols Security참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 애자일 프로토콜 참가자의 지식 추적을 통한(annotation-based) 비밀번호 분석 기반으로 암호 프로토콜의 비부인성과 공정성에 대해 자동으로 분석하는 새로운 방법을 제안한다. AVISPA 도구에 구현된 이 방법은 최적의 Cederquist-Corin-Dashti (CCD) 프로토콜에서 이전에 알려지지 않은 공격을 탐지하여, 시간적 요인과 해커에 의한 경쟁 조건으로 인해 공정성이 확보되지 않음을 입증하며, 기존 분석 엔진을 수정하지 않고도 광범위하게 적용 가능하다.

ABSTRACT

Non-repudiation protocols have an important role in many areas where secured transactions with proofs of participation are necessary. Formal methods are clever and without error, therefore using them for verifying such protocols is crucial. In this purpose, we show how to partially represent non-repudiation as a combination of authentications on the Fair Zhou-Gollmann protocol. After discussing its limits, we define a new method based on the handling of the knowledge of protocol participants. This method is very general and is of natural use, as it consists in adding simple annotations, like for authentication problems. The method is very easy to implement in tools able to handle participants knowledge. We have implemented it in the AVISPA Tool and analyzed the optimistic Cederquist-Corin- Dashti protocol, discovering two unknown attacks. This extension of the AVISPA Tool for handling non-repudiation opens a highway to the specification of many other properties, without any more change in the tool itself.

연구 동기 및 목표

• 암호 프로토콜에서 공정성과 비부인성을 검증하기 위한 자동화된 도구의 부족을 해결하기 위해.
• 비부인성을 인증 성질의 조합으로 모델링하는 것의 한계를 극복하기 위해, 이는 공정성과 증거 대칭성을 포착하지 못하기 때문이다.
• 형식적 검증 도구에서 간단한 애너테이션을 사용하여 비부인성과 공정성 성질을 일반적이고 확장 가능한 방법으로 명시하기 위해.
• 실제 비부인성 프로토콜에서 시간 기반 공격이나 해커의 악용과 같은 미묘한 프로토콜 결함을 탐지할 수 있도록 하기 위해.
• AVISPA 도구에 핵심 검증 엔진을 수정하지 않고도 비부인성 분석을 지원하도록 확장하기 위해.

제안 방법

• 논문은 각 에이전트가 특정 상태에서 알고 있는 내용을 표현하기 위해 \texttt{aknows}(A,s,M)와 같은 논리적 진술을 사용하여 프로토콜 참가자의 지식을 모델링한다.
• 비부인성과 공정성 요구사항을 표현하기 위해 인증에 사용되는 것과 유사한 단순한 애너테이션을 도입한다.
• 참가자가 메시지와 수신 증거를 모두 확보해야 참가 사실을 입증할 수 있도록 하는 상태 불변성 메커니즘을 사용한다.
• AVISPA 도구는 이러한 지식 진술을 처리하고 프로토콜 실행 추적 전반에서 검증할 수 있도록 확장된다.
• 이 방법은 비부인성과 공정성 요구사항을 충족하기 위해 양 당사자가 완전한 증거를 확보해야 한다는 불변성을 설정하고, 이를 위반하는지 검사함으로써 CCD 프로토콜에 적용된다.
• 분석은 AVISPA의 기존 모델 체킹 및 기호 실행 기능을 활용하여 공정성이 실패하는 추적을 탐지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본 검증 엔진을 수정하지 않고도 지식 진술만으로 암호 프로토콜에서 비부인성과 공정성을 형식적으로 검증할 수 있는가?
• RQ2 왜 비부인성을 인증 성질의 조합으로 모델링하는 것이 Fair Zhou-Gollmann 프로토콜과 같은 프로토콜에서 공정성을 포착하지 못하는가?
• RQ3 활동적인 해커가 시간 지연이나 메시지 지연을 악용하여 최적의 비부인성 프로토콜에서 공정성을 깰 수 있는가?
• RQ4 Cederquist-Corin-Dashti (CCD) 프로토콜에 공정성 보장을 위반하는 이전에 발견되지 않은 결함이 있는가?
• RQ5 제안된 애너테이션 기반 방법은 도구 재구현 없이도 다른 비부인성 프로토콜에 재사용 가능한가?

주요 결과

• 이 방법은 Cederquist-Corin-Dashti (CCD) 프로토콜에서 이전에 알려지지 않은 두 가지 공격을 성공적으로 탐지하여, 이 프로토콜이 공정성을 제공하지 않음을 입증하였다.
• 첫 번째 공격은 네트워크 지연으로 인해 한 당사자는 취소하고 다른 당사자는 해결을 완료함으로써, 둘 다 정직하더라도 증거 소유가 비대칭이 되는 경우이다.
• 두 번째 공격은 악성 해커가 첫 번째 메시지를 가로채고 정직한 당사자가 취소하기 전에 TTP의 해결을 유도함으로써, 해커는 완전한 증거를 확보할 수 있지만 정직한 당사자는 그렇지 못하게 되는 경우이다.
• 프로토콜는 수정되었으며, 수정된 버전에 대한 모든 후속 검증 시나리오에서 공격가 발견되지 않아 결함이 원래 설계에 있었음을 확인하였다.
• 이 방법은 일반적이고 재사용 가능하다: AVISPA의 핵심 엔진을 수정하지 않고도 간단한 애너테이션만으로 어떤 프로토콜에서나 비부인성과 공정성을 명시할 수 있다.
• 이 방법은 경계 검증에 대해 효율적이며, 동일한 프레임워크 내에서 다른 보안 성질을 명시할 수 있는 길을 열어준다.