[논문 리뷰] Might I Get Pwned: A Second Generation Compromised Credential Checking Service

Bijeeta Pal, Mazharul Islam외 7명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 29.

User Authentication and Security Systems인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 개인정보 보호 기반 프로토콜을 사용하여 유출된 암호와 유사한 암호를 탐지하는 두 번째 세대 유출된 자격 증명 검사(C3) 서비스인 Might I Get Pwned(MIGP)을 소개한다. 가중 편집 거리 규칙을 활용해 암호 변형을 생성하고 검사함으로써 MIGP는 1000회 시도 공격의 성공률을 94% 감소시키면서도 사용자 개인정보를 보호하고 블록리스트를 통해 데이터 유출 위험을 완화한다.

ABSTRACT

Credential stuffing attacks use stolen passwords to log into victim accounts. To defend against these attacks, recently deployed compromised credential checking (C3) services provide APIs that help users and companies check whether a username, password pair is exposed. These services however only check if the exact password is leaked, and therefore do not mitigate credential tweaking attacks - attempts to compromise a user account with variants of a user's leaked passwords. Recent work has shown credential tweaking attacks can compromise accounts quite effectively even when the credential stuffing countermeasures are in place. We initiate work on C3 services that protect users from credential tweaking attacks. The core underlying challenge is how to identify passwords that are similar to their leaked passwords while preserving honest clients' privacy and also preventing malicious clients from extracting breach data from the service. We formalize the problem and explore ways to measure password similarity that balance efficacy, performance, and security. Based on this study, we design "Might I Get Pwned" (MIGP), a new kind of breach alerting service. Our simulations show that MIGP reduces the efficacy of state-of-the-art 1000-guess credential tweaking attacks by 94%. MIGP preserves user privacy and limits potential exposure of sensitive breach entries. We show that the protocol is fast, with response time close to existing C3 services. We worked with Cloudflare to deploy MIGP in practice.

연구 동기 및 목표

• 해당 공격자가 泄露된 암호의 변형을 사용하는 자격 증명 변형 공격에 취약한 기존 C3 서비스의 문제점을 해결한다.
• 브리프 데이터를 폭 lộ하지 않고도 브리프된 자격 증명과 유사한 암호를 탐지할 수 있는 안전하고 개인정보 보호 기반의 시스템을 설계한다.
• 성능, 보안, 브리프 데이터 유출 공격에 대한 저항력 간의 균형을 고려한 실용적인 프로토콜을 개발한다.
• 유사성 기반 C3 서비스에서의 브리프 데이터 유출 공격에 대한 위협 모델을 정형화하고 대응 조치를 제안한다.
• Cloudflare와의 협업을 통해 MIGP를 실사용 환경에 구현하고 실제 성능과 효과성을 검증한다.

제안 방법

• MIGP는 의무적 가격이 부여된 가짜난수함수(OPRF) 기반의 안전한 개인 정보 유사성 테스트(PST) 프로토콜을 사용하여, 클라이언트가 브리프 데이터셋에 포함된 어떤 암호와도 유사한지 여부를 암호를 폭 lộ하지 않고 확인할 수 있도록 한다.
• 암호 변형은 경험적 효과에 기반한 가중 편집 거리 접근 방식을 통해 생성되며, 일반적인 변형 패턴 탐지 능력을 향상시킨다.
• 각 브리프된 암호는 서버에 저장된 다수의 변형(n=10)으로 확장되며, 클라이언트는 각 쿼리당 최대 m=10개의 변형을 검사함으로써 탐지 커버리지가 향상된다.
• 가장 흔한 104개의 암호와 그 변형을 블록리스트에 등재하여 공격자가 탐색할 수 있는 공간을 제한함으로써 브리프 데이터 유출 공격 위험을 감소시킨다.
• 프로토콜은 두 개의 해시 함수를 사용한다: 보안을 위해 느린 H1과 클라이언트 측 지연을 줄이기 위한 빠른 H2이며, 사전 계산된 H1 값들을 통해 키 갱신을 효율적으로 지원한다.
• 서버 측 키 갱신은 중간 단계의 H1(u∥w)κ 값을 저장하여 새 키 하에 모든 데이터를 다시 처리하지 않고도 빠른 재계산을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C3 서비스는 어떻게 브리프된 암호와 유사한 암호를 탐지하면서도 클라이언트 개인정보를 보호할 수 있는가?
• RQ2 개인 정보 멤버십 테스트 환경에서 효율성, 성능, 보안 간의 최적 균형을 이루는 암호 유사성 측정 기준은 무엇인가?
• RQ3 브리프 데이터 유출 공격는 어떤 방식으로 유사성 기반 C3 서비스에 영향을 미치며, 이를 완화하기 위한 전략은 무엇인가?
• RQ4 C3 서비스에 변형 검사를 추가함으로써 발생하는 성능 오버헤드는 얼마나 되며, 실세계 구현에 비례해 확장 가능한가?
• RQ5 기존의 정확한 검사 기반 C3 서비스에 비해 MIGP에서 블록리스트가 브리프 데이터 유출 공격의 성공률을 얼마나 감소시키는가?

주요 결과

• MIGP는 정확한 검사 기반 C3 서비스에 비해 최신 1000회 시도 자격 증명 변형 공격의 성공률을 94% 감소시킨다.
• 모의 실험 결과, m=10 및 n=10의 변형을 사용해 가중 편집 거리로 링글링 규칙의 우선순위를 매김으로써 탐지 능력과 성능 간 최적의 균형을 달성한다.
• 서버 측에서 변형을 생성하는 MIGP 서비스(n=100)는 기존 정확한 검사 기반 C3 서비스에 비해 1,000회 시도 공격에서 2.8배 더 많은 계정을 해킹할 수 있다.
• 가장 흔한 104개의 암호와 그 변형을 블록리스트에 등재함으로써 최고의 알려진 브리프 데이터 유출 공격 성공률가 기존 C3 서비스의 성공률 이하로 낮아진다.
• MIGP는 기존 C3 서비스와 유사한 온라인 계산 및 응답 시간을 달성하며, 클라이언트 측 지연도 생산 환경에서 허용 가능한 수준이다.
• WAF에 배포된 MIGP는 정확한 일치보다 20% 더 많은 로그인 시도를 브리프된 암호와 유사한 것으로 표시하여 강력한 실용적 탐지 능력을 입증한다.