[논문 리뷰] Cryptanalysis of Multi-Server Authenticated Key Agreement Scheme Based on Trust Computing Using Smart Cards and Biometrics

Dheerendra Mishra|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 20.

Advanced Authentication Protocols Security참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 스마트 카드와 생체 정보를 사용하는 다중 서버 인증 키 협의 방식을 암호 분석하여, 도용된 스마트 카드 공격으로 인해 사용자 위조, 서버 스푸핑, 중간자 공격이 가능하다는 점을 입증한다. 이 방식은 또한 정방향 기밀성을 제공하지 않아, 해시 함수 기반의 경량 설계임에도 불구하고 장기적인 세션 보안을 약화시킨다.

ABSTRACT

Advancement in communication technology provides a scalable platform for various services where a remote user can access the server from anywhere without moving from its place. It has provided a unique opportunity for online services, such that the user need not physically present at the service center. These services adopt authentication and key agreement protocols to ensure authorized and secure access to resources. Most of the authentication schemes support single server environment where the user has to register with each server. If a user wishes to access multiple application servers, he requires to register with each of the servers. Although multi-server authentication schemes introduced a scalable platform such that a user can interact with any server using single registration. Recently, Chuang and Chen proposed an efficient multi-server authenticated key agreement scheme based on smart cards along with password and biometrics. This is a lightweight authentication scheme which requires the computation of only hash function. In this article, we present a brief review of Chuang and Chen's scheme. We analyze Chuang and Chen's scheme and identify that their scheme does not resist stolen smart card attack which causes the user's impersonation attack, server spoofing attack and man-in-the middle attack. Additionally, we show that their scheme has a weak key agreement protocol, which does not ensure forward secrecy.

연구 동기 및 목표

• 스마트 카드, 암호문, 생체 정보를 결합한 창과 첸의 다중 서버 인증 키 협의 방식의 보안을 분석하기 위해.
• 스마트 카드 도용 공격에 대한 이 방식의 저항력에서 심각한 취약점을 규명하기 위해.
• 서버 스푸핑 및 중간자 공격에 대한 이 방식의 내성에 대해 평가하기 위해.
• 장기적인 세션 보안을 위한 핵심 요소인 정방향 기밀성을 달성하는지 평가하기 위해.
• 강력한 도청 공격자가 포함된 실제 위협 모델에서 이 방식의 설계 결함에 대한 공식적 비판을 제공하기 위해.

제안 방법

• 동일한 용어와 프로토콜 흐름을 사용하여 창과 첸의 방식의 로그인 및 인증 단계를 역공학적으로 분석하였다.
• 도난당한 스마트 카드에 접근한 공격자를 시뮬레이션하여 $D_i$, $C_i$, $B_i$, $ID_i$ 등의 저장된 매개변수를 추출하였다.
• 사용자 스마트 카드와 서버 간의 메시지를 가로채고 수정하여 중간자 공격을 구성하였다.
• 도난당한 신원 및 생체 정보 매개변수를 사용하여 응답을 위조함으로써 서버 스푸핑 공격을 성공적으로 수행하였다.
• $SK_{ij} = h(N_1 || N_2)$를 사용한 세션 키 유도를 평가하고, 장기 비밀 $A_i$가 과거 세션 키를 재계산하는 데 사용될 수 있음을 입증하였다.
• 모든 공격 벡터의 정확성을 공격자 프로토콜의 메시지 흐름 분석 및 방식의 암호 기반 원리에 기반한 수식 검증을 통해 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 창과 첸의 방식에서 스마트 카드가 손상된 후 공격자가 정상 사용자를 위조할 수 있는가?
• RQ2 공격자가 통신 채널을 제어할 경우, 이 방식은 서버 스푸핑에 대해 안전한가?
• RQ3 중간자 공격자가 사용자 및 서버 양쪽과 별개의, 감지되지 않는 세션을 성립시킬 수 있는가?
• RQ4 장기 비밀이 泄露된 경우에도 과거 세션 키가 여전히 안전한가? 즉, 이 방식은 정방향 기밀성을 제공하는가?
• RQ5 단지 해시 함수 연산만을 사용함에도 불구하고 이러한 공격이 성공할 수 있는 구체적인 암호학적 약점은 무엇인가?

주요 결과

• 이 방식은 도용된 스마트 카드 공격에 취약하여, 공격자가 $D_i$, $C_i$, $B_i$, $ID_i$ 를 추출함으로써 정상 사용자를 위조할 수 있다.
• 공격자는 도난당한 사용자 신원 및 생체 정보 매개변수를 사용하여 메시지를 위조함으로써 성공적으로 서버 스푸핑 공격을 수행할 수 있다.
• 이 방식은 중간자 공격에 취약하여, 공격자가 사용자 및 서버 양쪽과 별개의, 인증된 세션을 성립시키며 직접 통신하는 것처럼 보이게 할 수 있다.
• 세션 키 $SK_{ij} = h(N_1 || N_2)$ 는 공격자가 손상된 장기 비밀 $A_i = h(ID_i || x)$ 만으로도 재계산할 수 있어 정방향 기밀성을 파괴한다.
• 이 방식은 단일 해시 함수에 의존하고 상호 인증 메커니즘이 없어, 능동적이고 강력한 공격자 환경에서는 안전하지 않다.
• 효율성과 경량 설계를 주장함에도 불구하고, 이 방식은 다중 서버 환경에서의 실제 배포를 위한 기본적인 보안 요구사항을 충족하지 못한다.