[논문 리뷰] MAGE: Mutual Attestation for a Group of Enclaves without Trusted Third Parties

Guoxing Chen, Yinqian Zhang|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 21.

Security and Verification in Computing참고 문헌 56인용 수 9

한 줄 요약

Mage는 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고 Intel SGX 에이전트 그룹 간 상호 인증을 위한 프레임워크를 제안한다. 각 에이전트가 자신의 초기 데이터만을 사용하여 다른 에이전트의 측정값을 유도할 수 있도록 하여 상호 의존성 문제를 해결하는 새로운 측정값 유도 기법을 도입하며, 실세계 시나리오에서의 타당성과 성능을 입증하는 프로토타입을 구현한다.

ABSTRACT

Intel Software Guard Extensions (SGX) local and remote attestation mechanisms enable an enclave to attest its identity (i.e., the enclave measurement, which is the cryptographic hash of its initial code and data) to an enclave. To verify that the attested identity is trusted, one enclave usually includes the measurement of the enclave it trusts into its initial data in advance assuming no trusted third parties are available during runtime to provide this piece of information. However, when mutual trust between these two enclaves is required, it is infeasible to simultaneously include into their own initial data the other's measurements respectively as any change to the initial data will change their measurements, making the previously included measurements invalid. In this paper, we propose MAGE, a framework enabling a group of enclaves to mutually attest each other without trusted third parties. Particularly, we introduce a technique to instrument these enclaves so that each of them could derive the others' measurements using information solely from its own initial data. We also provide a prototype implementation based on Intel SGX SDK, to facilitate enclave developers to adopt this technique.

연구 동기 및 목표

• 기밀 컴퓨팅 환경에서 각 에이전트가 외부 기관에 의존하지 않고 상대의 신원을 검증할 수 있도록 상호 신뢰 문제를 해결한다.
• 원격 인증에서 발생하는 상호 의존성 문제를 해결한다: 한 에이전트가 다른 에이전트의 측정값을 자신의 초기 데이터에 포함시킬 경우 자신의 측정값이 무효화되기 때문이다.
• 각 에이전트가 자신의 초기 데이터와 런타임 정보만을 사용하여 동료 에이전트의 측정값을密码적으로 유도할 수 있도록 함으로써 탈중앙화되고 신뢰할 필요 없는 상호 인증을 가능하게 한다.
• 신뢰할 수 있는 중개자 없이도 상호 신뢰가 필요한 보안적 협업 애플리케이션, 예를 들어 분산형 마이크로서비스나 개인정보 보호 기반 데이터 공유를 지원한다.
• Intel SGX SDK 기반의 프로토타입을 통해 실용적이고 확장 가능한 솔루션을 제공하여 에이전트 개발자들이 실제 환경에서 쉽게 도입할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 각 에이전트가 자신의 초기 데이터와 런타임에 유도된 공유 비밀만을 사용하여 다른 에이전트의 MRENCLAVE를 계산할 수 있도록 하는 측정값 유도 메커니즘을 도입한다.
• 키 유도 기능(KDF)과 보안 채널을 통해 확립된 공유 비밀을 기반으로 한 암호학적 구조를 사용하여 유도 과정을 에이전트의 신원과 런타임 컨텍스트에 바인딩한다.
• 에이전트를 커스터마이징된 런타임 컴ponent로 장비하여, 사전 공유된 신원-유도 매개변수 매핑을 기반으로 동료 에이전트의 측정값을 계산함으로써 정확성과 무결성을 보장한다.
• Intel SGX의 하드웨어 기반 인증 및 봉인 메커니즘을 활용하여 유도된 측정값을 실제 에이전트 코드와 데이터에 바인딩함으로써, 정확한 에이전트만이 유효한 측정값을 생성할 수 있도록 보장한다.
• 각 에이전트가 상대의 유도된 측정값을 쿼티와 대조하여 독립적으로 검증할 수 있도록 프로토콜를 설계함으로써, 하드코딩된 동료 측정값 없이 双방향 신뢰 기반을 구축한다.
• Intel SGX SDK를 사용하여 프레임워크를 구현하고, 기존의 인증 및 봉인 프리미티브와 통합하여 호환성과 성능을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고 두 개 이상의 에이전트가 상호로 신원을 확인할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 에이전트가 자신의 초기 데이터와 런타임 정보만을 사용하여 다른 에이전트의 측정값을 어떻게 유도할 수 있는가?
• RQ3 상호 의존성 문제를 피하면서도, 동료 에이전트의 측정값을 하드코딩하지 않고 상호 인증을 달성할 수 있는가?
• RQ4 실제 SGX 기반 시스템에서 런타임 측정값 유도를 통해 상호 인증을 구현할 경우 성능 오버헤드는 얼마나 되는가?
• RQ5 이 접근 방식은 다수의 에이전트 간 탈중앙화된 신뢰 모델에서 그룹 상호 인증을 지원하도록 어떻게 확장할 수 있는가?

주요 결과

• Mage는 각 에이전트가 자신의 초기 데이터와 공유 비밀만을 사용하여 동료 에이전트의 측정값을 유도함으로써, 신뢰할 수 있는 제3자 없이도 상호 인증을 성공적으로 구현한다.
• 프로토타입 구현을 통해 측정값 유도 메커니즘이 타당하며, 암호 연산과 보안 채널 설정으로 인한 오버헤드가 존재하지만 허용 가능한 지연 시간 범위 내에서 성능을 확보함을 입증한다.
• 이 프레임워크는 모바일 기기와 클라우드 에이전트가 상호 신뢰 기반으로 데이터를 교환하는 개인정보 보호 기반 팬데믹 추적과 같은 사용 사례에서 보안적 협업을 지원한다.
• Mage는 동료 에이전트 측정값의 저장을 자신의 초기 데이터에서 분리함으로써 상호 의존성 문제를 해결하여 에이전트의 MRENCLAVE 무결성을 유지한다.
• 이 솔루션은 기존의 Intel SGX 보안 프리미티브(예: 쿼팅 및 봉인)와 호환되며, 기존 에이전트 개발 워크플로우에 쉽게 통합할 수 있다.
• 이 프레임워크는 에이전트 업데이트를 지원하지 않으며, 에이전트 코드의 변경은 유도된 측정값을 무효화하고 신뢰 재평가가 필요하므로, 변경 불가능하고 감사 가능한 에이전트의 보안 모델과 일치한다.