[논문 리뷰] Measuring Password Strength: An Empirical Analysis

Matteo Dell’Amico, Pietro Michiardi외 1명|ArXiv.org|2009. 07. 20.

User Authentication and Security Systems인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 이탈리아 인스턴트 메시징 서버에서 수집한 약 10,000개의 실제 비밀번호를 대상으로 실증 분석을 수행하며, 검색 공간 크기를 사용해 비밀번호 강도를 측정하고, 사전 기반 및 마르코프 체인 기반 공격 기법의 효과성을 평가한다. 연구 결과 비밀번호 강도는 매우 다양하며, 공격 노력이 증가함에 따라 해킹 성공률의 감소 폭이 점점 작아지는 경향을 보이며, k=2 및 k=1 마르코프 모델이 각각 약 7×10^16 및 약 10^40번의 尝시 후 91.06%와 99.71%의 비밀번호를 해독하는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We present an in-depth analysis on the strength of the almost 10,000 passwords from users of an instant messaging server in Italy. We estimate the strength of those passwords, and compare the effectiveness of state-of-the-art attack methods such as dictionaries and Markov chain-based techniques. We show that the strength of passwords chosen by users varies enormously, and that the cost of attacks based on password strength grows very quickly when the attacker wants to obtain a higher success percentage. In accordance with existing studies we observe that, in the absence of measures for enforcing password strength, weak passwords are common. On the other hand we discover that there will always be a subset of users with extremely strong passwords that are very unlikely to be broken. The results of our study will help in evaluating the security of password-based authentication means, and they provide important insights for inspiring new and better proactive password checkers and password recovery tools.

연구 동기 및 목표

• 비밀번호 강화 메커니즘이 없는 환경에서 사용자가 선택한 실제 비밀번호의 강도를 분석하기 위해.
• 최신 기술의 비밀번호 해킹 기법—특히 사전 및 마르코프 체인 모델—이 실제 비밀번호 데이터셋에 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 공격 노력(시도 횟수)과 성공률(해킹된 비밀번호 비율) 간의 관계를 정량화하기 위해.
• 시스템 설계자들이 비밀번호 강도 강화 및 키 스트레칭 파rameter를 조정하는 데 실질적인 통찰을 제공하기 위해.
• 비밀번호 강도 분포를 바탕으로 비밀번호 추측 공격의 비용-편익 균형을 평가하기 위해.

제안 방법

• 연구는 이탈리아 인스턴트 메시징 서버에서 수집한 9,998개의 암호화되지 않은 비밀번호 데이터셋을 사용한다.
• 비밀번호 강도는 비밀번호를 추측하기 위해 필요한 尝시의 수인 검색 공간 크기의 추정치로 측정된다.
• 다양한 공격 기법을 적용한다: 일반 비밀번호 목록, 언어별 사전(영어, 이탈리아어), 그리고 순서 k가 다양한 마르코프 체인 모델.
• 고차수 마르코프 모델(k ≥ 3)의 경우 명시적 나열을 피하기 위해 알고리즘 2를 사용해 검색 공간을 근사한다.
• 공격 효율성을 극대화하기 위해 검색 공간 크기가 증가하는 순서로 사전과 마르코프 모델을 조합한 다단계 공격 전략을 제안한다.
• 각 공격 단계에서의 누적 尝시 수와 해킹된 비밀번호 비율을 기록하고 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강화 조건이 없는 실제 시스템에서 비밀번호 강도의 실제 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 사전 기반 공격와 마르코프 체인 모델은 실제 사용자 비밀번호 해킹에 얼마나 효과적인가?
• RQ3 추가적인 공격 노력이 비밀번호 해킹 성공률에 대해 감소 수익 효과를 보이기 시작하는 지점은 언제인가?
• RQ4 검색 공간 크기와 다양한 공격 기법의 성공률 간의 상관관계는 어떠한가?
• RQ5 제한된 계산 예산 내에서 해킹된 비밀번호 수를 최대화하고자 하는 공격자가 최적의 다단계 전략은 무엇인가?

주요 결과

• 사용자가 선택한 비밀번호의 강도는 매우 다양하며, 일부 사용자는 추측에 매우 강한 매우 강력한 비밀번호를 선택하는 경우가 있다.
• 사전 기반 공격는 약 4050만 번의 尝시 후에 빈약한 비밀번호에 대해 뿐만 아니라 44.26%의 비밀번호를 해독한다.
• k=5 및 k=4 마르코프 모델은 각각 약 4100만 및 약 4800만 번의 尝시 후에 45.05% 및 46.76%의 비밀번호를 해독한다.
• k=3 및 k=2 마르코프 모델은 각각 약 7.5억 번 및 7×10^16 번의 尝시 후에 58.10% 및 91.06%의 비밀번호를 해독한다.
• k=1 마르코프 모델은 약 10^40 번의 尝시 후에 99.71%의 비밀번호를 해독하며, 이는 심지어 가장 복잡한 비밀번호도 체계적 검색 공격에 취약하다는 것을 시사한다.
• 연구는 강력한 감소 수익 효과를 규명했다: 검색 공간 크기를 10배 줄일수록 해킹 성공률 증가는 미미하여 고비용 공격은 더 이상 정당화되지 않는다는 점을 보여준다.