[논문 리뷰] New Directions for Trust in the Certificate Authority Ecosystem

Jan-Ole Malchow, Benjamin Güldenring외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 03.

Cryptography and Data Security참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 HTTPS 생태계를 위한 신뢰 모델인 연결 보험(Connection Insurances, CI)을 제안한다. 기존의 인증서 기관(Certificate Authorities, CAs) 대신 인증서의 진위성을 재정적으로 보장하는 보험사들을 도입함으로써, 계약적 책임과 암호학적 증거를 통해 인centive를 조율하고, 잘못 발급된 인증서에 대해 사용자가 검증하고 손해배상 청구를 할 수 있도록 한다. 이는 최소한의 스토리지 오버헤드로 기술적 타당성을 입증한다.

ABSTRACT

Many of the benefits we derive from the Internet require trust in the authenticity of HTTPS connections. Unfortunately, the public key certification ecosystem that underwrites this trust has failed us on numerous occasions. Towards an exploration of the root causes we present an update to the common knowledge about the Certificate Authority (CA) ecosystem. Based on our findings the certificate ecosystem currently undergoes a drastic transformation. Big steps towards ubiquitous encryption were made, however, on the expense of trust for authentication of communication partners. Furthermore we describe systemic problems rooted in misaligned incentives between players in the ecosystem. We depict that proposed security extensions do not correctly realign these incentives. As such we argue that it is worth considering alternative methods of authentication. As a first step in this direction we propose an insurance-based mechanism and we demonstrate that it is technically feasible.

연구 동기 및 목표

• 기본적인 신뢰 모델의 근본적인 결함을 규명하고, 이해관계자 간의 이권 불일치에서 기인하는 시스템적 결함을 규명한다.
• 기술적 개선만으로도 CA 모델의 본질적 신뢰 실패를 해결할 수 없다는 것을 입증한다.
• 책임감과 사용자 보호를 중심으로 한 인센티브 재조정을 통해 신뢰 모델인 연결 보험(Connection Insurances)을 제안하고 평가한다.
• 기존의 CA를 대체하거나 보완하기 위해 보험 메커니즘을 활용하는 것이 기술적으로 가능한지 입증한다.
• 중앙집중화된, 수익 중심의 인증보다 사용자 중심의 책임을 우선시하는 대안적 신뢰 모델을 영감을 주는 데 목적이 있다.

제안 방법

• 기존의 CA를 인증서 진위성에 대해 재정적으로 보장하는 보험사로 대체한다. 이 보험사는 암호학적 증거를 발급한다.
• 사용자가 신뢰할 수 있는 보험사로부터 받은 증거를 저장하는 증거 기반 시스템을 도입함으로써, 잘못 발급된 인증서를 입증할 수 있도록 한다.
• 디지털 서명과 해시 체인과 같은 표준 암호학적 원리를 적용하여 무결성과 부인 불가능성을 보장한다.
• 정기적인 업데이트 주기(예: 매일)를 도입하여 최신 상태의 증거를 유지하며, 스토리지 오버헤드는 사용자당 연간 약 0.58 GB로 추정한다.
• 4400만 명의 고객을 대상으로 보험사의 스토리지 요구량은 약 연간 180 TB로 추정되며, 보수적인 가정 하에서도 실현 가능하다.
• 기존 HTTPS 및 PKI 구성 요소를 활용하여 기존 시스템과의 통합을 보장하고, 후행 호환성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 CA 생태계에서 이권이 불일치하는 것이 기술적 개선에도 불구하고 신뢰를 약화시키는 방식은 무엇인가?
• RQ2 보험 기반 모델이 공개 키 인증에서 책임감 있는 행동을 유도하기 위해 인센티브를 효과적으로 재조정할 수 있는가?
• RQ3 사용자 및 보험사의 컴퓨팅 및 스토리지 오버헤드는 증거 기반 신뢰 시스템에서 얼마나 되는가?
• RQ4 사용자가 잘못 발급된 인증서에 대해 재정적 배상 청구를 할 수 있는 시스템을 기술적으로 구현할 수 있는가?
• RQ5 기존 CA 모델과 비교해 볼 때, 제안된 연결 보험 모델은 탈중앙화와 리스크 분산 측면에서 어떻게 다른가?

주요 결과

• CA 생태계는 극도로 중앙집중화되었으며, 현재 80퍼센트 이상의 인증서가 미국에서 발급되고 있으며, 95퍼센트는 단지 두세 개국에서 발급된다.
• 암호화가 증가했음에도 불구하고, 시장의 중앙집중화와 이권 불일치로 인해 인증서의 진위성에 대한 신뢰는 감소했다.
• 기존의 보안 확장 기능은 이권 불일치 문제를 해결하지 못해 장기적인 신뢰에 부적합하다.
• 제안된 연결 보험 모델은 기술적으로 타당하며, 보수적인 가정 하에 사용자 스토리지 오버헤드는 연간 약 0.58 GB로 추정된다.
• 보험사의 스토리지 요구량은 4400만 명의 고객 기준 약 연간 180 TB로 추정되며, 현재의 스토리지 가격 수준을 고려하면 여전히 실현 가능하다.
• 이 모델은 리스크와 책임을 보험사로 이관함으로써 독점적 권력 감소와 함께 사용자 대응 능력을 향상시킨다.