[논문 리뷰] EL PASSO: Privacy-preserving, Asynchronous Single Sign-On

Zhiyi Zhang, Michał Król외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 24.

Cryptography and Data Security참고 문헌 51인용 수 5

한 줄 요약

EL PASSO는 익명 자격 증명과 OpenID Connect의 사용성의 조합을 통해 기밀 보장 및 비동기식 단일 로그온을 제공하는 시스템이다. 이는 연결 불가능한 인증, 선택적 속성 공개, 다중 기관 복구 프로토콜을 통한 책임성 확보를 가능하게 하며, 웹 어셈블리 등장으로 클라이언트 측 실행을 구현하여 이전 익명 자격 증명 기반 시스템 대비 39배에서 180배 낮은 계산 비용과 OpenID Connect 수준의 로그온 지연 시간을 달성한다.

ABSTRACT

We introduce EL PASSO, a privacy-preserving, asynchronous Single Sign-On (SSO) system. It enables personal authentication while protecting users' privacy against both identity providers and relying parties, and allows selective attribute disclosure. EL PASSO is based on anonymous credentials, yet it supports users' accountability. Selected authorities may recover the identity of allegedly misbehaving users, and users can prove properties about their identity without revealing it in the clear. EL PASSO does not require specific secure hardware or a third party (other than existing participants in SSO). The generation and use of authentication credentials are asynchronous, allowing users to sign on when identity providers are temporarily unavailable. We evaluate EL PASSO in a distributed environment and prove its low computational cost, yielding faster sign-on operations than OIDC from a regular laptop, one-second user-perceived latency from a low-power device, and scaling to more than 50 sign-on operations per second at a relying party using a single 4-core server in the cloud.

연구 동기 및 목표

• 기존 SSO 시스템인 OpenID Connect와 같이 신뢰당하는 제3자(RP 및 IdP)에게 사용자 신원과 글로벌 식별자를 泄露하는 문제를 해결하기 위해.
• 지속적인 사용자 식별자나 신뢰당하는 제3자와의 실시간 협조 없이도 신뢰당하는 제3자 간 연결 불가능한 인증을 가능하게 하기 위해.
• 사용자 행동에 문제가 있을 경우 책임을 지게 하기 위해 다중 기관 복구 프로토콜을 통해 균형 잡힌 기밀 보장과 디지털 면책 방지를 동시에 확보하기 위해.
• 브라우저에서 실행되는 웹 어셈블리 클라이언트 모듈을 통해 실질적인 구현을 가능하게 하여 소프트웨어 설치나 하드웨어 토큰이 필요 없도록 하기 위해.
• 익명 자격 증명의 주요 사용성 과제, 즉 다중 기기 지원, 기기 도난 복구, 기밀 보장된 이중 인증을 해결하기 위해.

제안 방법

• EL PASSO는 Priory-Schnorr 서명 기반의 PS 서명을 사용하여 최소한의 암호학적 오버헤드로 효율적이고 연결 불가능한 익명 자격 증명을 가능하게 한다.
• 자격 증명 발급과 사용을 분리한다: 사용자는 사전에 IdP로부터 자격 증명을 수령하고, 이후 IdP와의 추가 상호작용 없이 Relying Party에서 비동기적으로 사용할 수 있다.
• 선택적 속성 공개를 구현하여, 예를 들어 '18세 이상'과 같은 성격을 증명하면서 정확한 값을 드러내지 않도록 한다.
• 웹 어셈블리 클라이언트 모듈이 브라우저에 다운로드되고 캐시되며, 브라우저 내장 기능을 활용해 암호 연산 및 자격 증명 저장을 관리한다.
• 브라우저 캐시된 Wasm 모듈에 자격 증명을 저장함으로써 다중 기기 사용을 지원하고, 기기 분실 또는 도난 후 복구를 가능하게 한다.
• 엄격한 다중 기관 복구 프로토콜을 통해 책임성을 확보하며, Relying Party가 사전에 지정한 기관들이 협력적으로 행동할 경우에만 사용자 신원을 폭 드러내도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 익명 자격 증명 기반 SSO 시스템이 OpenID Connect 수준의 사용성과 성능을 확보하면서도 연결 불가능한 인증과 선택적 공개를 제공할 수 있는가?
• RQ2 소프트웨어 설치나 하드웨어 토큰 없이도 익명 자격 증명을 실질적인 환경에서 구현할 수 있는가?
• RQ3 사용자 식별자를 폭 드러내지 않으면서도 다중 기기 운영과 기밀 보장된 이중 인증을 지원할 수 있는가?
• RQ4 일반적인 운영 중 연결 불가능성을 훼손하지 않으면서도, 악의적인 사용자를 식별하기 위한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 익명 자격 증명의 계산 비용을 OpenID Connect와 같은 표준 SSO 프로토콜 수준으로 낮출 수 있는가?

주요 결과

• EL PASSO는 이전 익명 자격 증명 기반 시스템 대비 39배에서 180배 낮은 계산 비용을 달성하여 사용자 기기에서의 성능 향상을 크게 개선한다.
• EL PASSO의 로그온 지연 시간은 OpenID Connect와 유사하며, 클라이언트와 Relying Party 간에 단 한 번의 왕복 통신만으로 이루어진다.
• 시스템은 비동기 인증을 지원하여 사용자가 신뢰당하는 제3자와 실시간 상호작용 없이도 로그인할 수 있다.
• 웹 어셈블리 클라이언트 모듈은 브라우저 내장 저장소와 기능을 기반으로 하여 원활한 다중 기기 지원과 기기 분실 후 복구를 가능하게 한다.
• 시스템은 강력한 기밀 보장 기능을 제공한다: IdP는 Relying Party 간 사용자를 추적할 수 없으며, Relying Party는 사용자의 글로벌 식별자를 알 수 없다.
• 다중 기관 복구 프로토콜은 악의적인 사용자를 식별하기 위해 다수의 신뢰할 수 있는 기관이 협력하고 감사 가능한 과정을 거쳐야만 사용자 신원을 폭 드러내도록 보장한다.