[논문 리뷰] Decodability Attack against the Fuzzy Commitment Scheme with Public Feature Transforms

Benjamin Tams|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 04.

Biometric Identification and Security참고 문헌 8인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 Kelkboom 등이 이진 특징 벡터를 가진 흐린 암호화 기반의 복호화 공격을 방지하기 위해 제안한 공개 순열 침투 방지 조치가 효과가 없으며, 보호된 템플릿 간 히딩 거리가 낮을 경우 일반화된 복호화 공격을 유도할 수도 있음을 입증한다. 저자들은 선형 코드 기반의 이진 체계에서 거리 유지 변환은 이러한 공격을 완전히 방지할 수 없음을 증명하고, 비이진 체계에서는 분야 순열을 사용한 개선된 흐린 금고 기반 기법을 제안하여 연결 불가능성을 달성한다.

ABSTRACT

The fuzzy commitment scheme is a cryptographic primitive that can be used to store biometric templates being encoded as fixed-length feature vectors protected. If multiple related records generated from the same biometric instance can be intercepted, their correspondence can be determined using the decodability attack. In 2011, Kelkboom et al. proposed to pass the feature vectors through a record-specific but public permutation process in order to prevent this attack. In this paper, it is shown that this countermeasure enables another attack also analyzed by Simoens et al. in 2009 which can even ease an adversary to fully break two related records. The attack may only be feasible if the protected feature vectors have a reasonably small Hamming distance; yet, implementations and security analyses must account for this risk. This paper furthermore discusses that by means of a public transformation, the attack cannot be prevented in a binary fuzzy commitment scheme based on linear codes. Fortunately, such transformations can be generated for the non-binary case. In order to still be able to protect binary feature vectors, one may consider to use the improved fuzzy vault scheme by Dodis et al. which may be secured against linkability attacks using observations made by Merkle and Tams.

연구 동기 및 목표

• 보호된 생체 인증 템플릿이 레코드 다중 공격을 당할 경우 흐린 암호화 기반 체계의 보안성을 분석하는 것.
• Kelkboom 등이 제안한 공개 순열 방지 조치가 복호화 기반의 교차 매칭 공격을 방지하는 데 효과적인지 조사하는 것.
• 거리 유지 공개 변환은 선형 코드 기반 이진 흐린 암호화 기반 체계에서 복호화 공격을 방지할 수 있는가를 판단하는 것.
• 기록별 분야 순열을 사용한 개선된 흐린 금고 기반 기법을 활용해 이진 생체 인증 템플릿을 보호할 수 있는 안전한 대안을 제안하는 것.
• 기밀 키에 의존하지 않고 생체 인증 템플릿 보호에서 연결 불가능성을 달성할 수 있는지의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• Simoens 등이 기술한 복호화 공격 및 그 일반화된 변형이 흐린 암호화 기반 체계의 맥락에서 어떻게 작용하는지 분석한다.
• Kelkboom 등이 생체 특징 벡터에 기록별로 공개된 비트 순열을 적용하는 침투 방지 조치를 평가한다.
• 관련 템플릿 간 히딩 거리가 낮을 경우, 침투 방지 조치가 일반화된 복호화 공격에 의한 템플릿 복원을 방지하지 못함을 입증한다.
• 선형 코드 기반 이진 흐린 암호화 기반 체계에서 거리 유지 변환의 어떤 클래스도 복호화 공격을 방지할 수 없음을 증명한다.
• 비이진 흐린 암호화 기반 체계에서 일반화된 복호화 공격을 견디기 위해 공개된 분야 순열을 사용한 수정된 침투 방지 조치를 제안한다.
• Dodis 등이 제안한 개선된 흐린 금고 기반 기법에 기록별 분야 순열을 조합하여, 이진 특징 벡터에 대한 실현 가능한 대안으로 권장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Kelkboom 등이 제안한 공개 순열 침투 방지 조치는 흐린 암호화 기반 체계에서 복호화 공격을 효과적으로 방지할 수 있는가?
• RQ2 공개 특징 변환이 적용된 상황에서도 일반화된 복호화 공격이 여전히 가능한 조건은 무엇인가?
• RQ3 이진 흐린 암호화 기반 체계에서 히딩 거리를 유지하면서 연결 불가능성 공격을 방지할 수 있는 공개 변환을 설계할 수 있는가?
• RQ4 기록별 공개 분야 순열을 사용한 개선된 흐린 금고 기반 기법은 이진 생체 인증 템플릿에 연결 불가능성을 제공할 수 있는가?
• RQ5 기록 다중 공격 하에서 선형 코드를 사용한 이진 생체 인증 템플릿 보호의 이론적 및 실용적 한계는 무엇인가?

주요 결과

• Kelkboom 등이 제안한 공개 순열 침투 방지 조치는 보호된 특징 벡터 간 히딩 거리가 작을 경우 일반화된 복호화 공격을 방지하지 못한다.
• 두 관련된 레코드의 히딩 거리가 충분히 낮을 경우 일반화된 복호화 공격을 통해 생체 인증 템플릿을 완전히 복원할 수 있다.
• 선형 코드 기반 이진 흐린 암호화 기반 체계에서 거리 유지 공개 변환의 어떤 클래스도 복호화 공격을 방지할 수 없다.
• 비이진 흐린 암호화 기반 체계에서는 공개된 분야 순열을 효과적으로 사용해 일반화된 복호화 공격을 방지할 수 있다.
• Dodis 등이 제안한 개선된 흐린 금고 기반 기법에 기록별 분야 순열을 조합하면 이진 생체 인증 템플릿 보호를 위한 실현 가능하고 연결 불가능한 대안이 된다.
• 선형 코드를 사용하는 이진 흐린 암호화 기반 체계의 보안성은 템플릿 유사성에 대해 강력한 가정을 하지 않는 한 본질적으로 연결 불가능성 공격에 취약하다.