[논문 리뷰] Open Sesame: The Password Hashing Competition and Argon2

Jos Wetzels|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 08.

User Authentication and Security Systems참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 사이드채널 공격과 GPU 기반 공격에 저항할 수 있도록 설계된, 암호 해시 경쟁(PHC)에서 우승한 Argon2를 제시한다. 이는 다양한 배포 환경에서 보안, 성능, 설정 가능성 간의 균형을 이루는 메모리 경직성(adaptive) 해싱 알고리즘을 제공한다.

ABSTRACT

In this document we present an overview of the background to and goals of the Password Hashing Competition (PHC) as well as the design of its winner, Argon2, and its security requirements and properties.

연구 동기 및 목표

• 현대 하드웨어 공격에 저항할 수 있는 안전하고 현대적인 암호 해싱 알고리즘에 대한 증가하는 수요를 해결하기 위해.
• 실제 배포에 적합한 메모리 경직성과 계산 효율성을 동시에 갖춘 암호 해싱 함수를 설계하기 위해.
• 다양한 위협 모델과 시스템 제약 조건에 적응할 수 있도록 민첩하고 설정 가능한 알고리즘을 제공하기 위해.
• 시간-메모리 교환 공격에 저항하기 위해 일정 시간 실행 성질을 갖춘 구현을 통해 사이드채널 유출을 방지하기 위해.
• 암호 해시 경쟁(PHC) 프레임워크를 통해 표준화되고 암호학적으로 강력한 솔루션을 확립하기 위해.

제안 방법

• 데이터에 의존하는 메모리 집약적인 혼합 프로세스를 사용하여 메모리 경직성 암호 해시 함수로 Argon2를 설계하기 위해.
• 이중 단계 구조를 활용: 키 유도를 통한 초기화 및 순열 기반 혼합 함수를 사용한 데이터에 의존하는 혼합.
• 보안과 성능를 조율하기 위해 메모리 비용, 시간 비용, 병렬 처리 수준을 설정 가능한 파라미터로 도입하기 위해.
• 시간-메모리 교환 공격에 저항하기 위해 큰, 예측 불가능한 메모리 프로필을 요구하기 위해.
• 사이드채널 유출을 방지하기 위해 일정 시간 실행을 보장하기 위해.
• 메모리 액세스 패턴을 예측 불가능하고 데이터에 의존하도록 만들어 CPU 및 GPU에 모두 저항하도록 최적화하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 메모리 경직성과 사이드채널 공격에 대한 저항력을 동시에 갖춘 암호 해싱 함수를 설계할 수 있는가?
• RQ2 보안, 성능, GPU 기반 공격에 대한 저항력을 균형 있게 유지하기 위해 필요한 설정 파라미터는 무엇인가?
• RQ3 동일한 알고리즘이 다양한 위협 모델을 가진 다양한 배포 환경에 효과적으로 적용될 수 있는가?
• RQ4 Argon2는 시간-메모리 교환 공격에 대해 기존의 암호 해싱 기법과 비교해 어떤가?
• RQ5 실제 보안에 있어 데이터에 의존하는 메모리 액세스 패턴을 사용하는 것이 실용적 의미는 무엇인가?

주요 결과

• Argon2는 강력한 보안 특성과 설정 가능성으로 인해 암호 해시 경쟁에서 우승을 차지했다.
• 큰, 예측 불가능한 메모리 프로필을 요구함으로써 시간-메모리 교환 공격에 저항할 수 있다.
• Argon2의 설계는 일정 시간 실행을 보장하여 타이밍 분석 및 전력 분석과 같은 사이드채널 취약점을 완화한다.
• 메모리 비용, 시간 비용, 병렬 처리 수준의 세밀한 설정 가능성을 통해 다양한 시스템에 배포할 수 있다.
• 벤치마킹 결과, 현대 CPU에서 조건이 제한된 환경에서도 높은 보안 수준을 유지하면서도 수용 가능한 성능를 확보했다.
• 데이터에 의존하는 메모리 액세스 패턴은 사전 계산 공격을 방지하고 GPU 기반 암호 해독 공격에 대한 저항력을 향상시킨다.