[논문 리뷰] Public Key Infrastructure based on Authentication of Media Attestments

Stuart B. Heinrich|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 28.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 미디어 증명(디지털 신원 증명)을 통한 완전 자동화되고 신뢰할 수 없는 공개 키 조회를 가능하게 하는 공개 키 인프라(PKI)를 제안한다. 이는 사용자가 직접 키를 관리하지 않아도 종단 간 암호화 메시징을 가능하게 한다. 클라이언트가 공동체가 검증한 미디어 증명을 통해 공개 키의 진위를 독립적으로 검증할 수 있도록 하여, 신뢰할 수 있는 제3자나 서버에 저장된 비밀 키에 의존하지 않고도 중간자 공격을 방지한다.

ABSTRACT

Many users would prefer the privacy of end-to-end encryption in their online communications if it can be done without significant inconvenience. However, because existing key distribution methods cannot be fully trusted enough for automatic use, key management has remained a user problem. We propose a fundamentally new approach to the key distribution problem by empowering end-users with the capacity to independently verify the authenticity of public keys using an additional media attestment. This permits client software to automatically lookup public keys from a keyserver without trusting the keyserver, because any attempted MITM attacks can be detected by end-users. Thus, our protocol is designed to enable a new breed of messaging clients with true end-to-end encryption built in, without the hassle of requiring users to manually manage the public keys, that is verifiably secure against MITM attacks, and does not require trusting any third parties.

연구 동기 및 목표

• 종단 간 암호화 시스템에서 보안적이지도 않고 편리하지 않은 공개 키 배포라는 핵심적 장벽을 해결하기 위해.
• 안전한 메시징에서 사용자가 공개 키를 수동으로 관리하거나 검증할 필요 없이 이를 제거하기 위해.
• 검증 가능한 미디어 증명을 활용해 신뢰할 수 없는 서버에서의 공개 키 서버로부터의 자동 키 조회를 가능하게 하기 위해.
• 암호학적으로 안전하고 확장 가능하며 사용자에게 투명한 솔루션을 제공하여 종단 간 암호화 보장을 유지하기 위해.
• PGP의 웹 오브 트러스트나 서비스 제공자가 관리하는 키 시스템과 같은 기존 모델의 한계를 극복하기 위해.

제안 방법

• 공개 키를 사용자 신원 및 연락처 정보와 연결하는 암호적으로 서명된 디지털 증명(예: 사진, 영상, 문서 등)인 미디어 증명을 도입한다.
• 최종 사용자가 미디어 증명을 독립적으로 검토하고 검증함으로써 공개 키의 진위를 확인할 수 있도록 한다.
• 여러 사용자가 증명의 진위성을 평가하는 공동체 기반의 신뢰도 기준을 활용하여 자동 신뢰 결정을 가능하게 한다.
• 비밀번호 기반 키 유도 함수(PBKDF2 등)를 사용해 로그인 시 클라이언트 측에서 키를 유도하여 서버에 비밀 키를 저장하지 않도록 한다.
• 검증된 신원 카드(공개 키, 미디어 증명, 연락처 정보 포함)를 캐시하고 서명하여 위장 방지 및 반복 쿼리 감소를 가능하게 한다.
• 사용자의 비밀 키를 사용해 클라우드를 통해 동기화되는 암호화된 검색 인덱스를 유지함으로써 암호화된 메시지에 기반한 콘텐츠 검색을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중앙 집중식 키 서버나 제3자 기관에 대한 신뢰가 필요 없이 공개 키 배포를 자동화할 수 있는가?
• RQ2 복잡한 키 관리 없이 검증 가능한 미디어 증명을 통해 최종 사용자가 공개 키의 진위를 독립적으로 검증할 수 있는가?
• RQ3 공동체 기반의 미디어 증명 평가 시스템이 자동 키 조회에 충분한 신뢰를 제공하면서도 조작에 저항할 수 있는가?
• RQ4 다양한 기기 간에 암호화된 암호문 기반 키 유도를 통해 종단 간 암호화 보안을 유지할 수 있는가?
• RQ5 공개 키 교환을 암호화된 메시지 내부에 안전하게 통합하여 공유 이메일 주소와 같은 사용 사례를 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 시스템은 신뢰할 수 없는 키 서버에서 공개 키 조회를 완전 자동화할 수 있으며, 중간자 공격은 사용자가 미디어 증명을 검증함으로써 탐지할 수 있다.
• 공동체가 검증한 미디어 증명과 신뢰도 기준을 활용함으로써, 중앙 집중식 기관에 의존하지 않고도 확장 가능하고 자동화된 신뢰 결정이 가능하다.
• 비밀 키는 서버에 저장되지 않으며 서비스 제공자와도 공유되지 않아 종단 간 암호화의 핵심적 개인정보 보호 보장을 유지한다.
• 비밀번호 기반 키 유도를 통해 기기 간에 요구 시마다 안전한 키 생성이 가능해지며, 로컬 저장소나 수동 키 전송이 필요 없어진다.
• 클라이언트는 기기 간 동기화되는 암호화된 검색 인덱스를 유지할 수 있어 기밀성에 손상 없이 콘텐츠 검색이 가능하다.
• 암호화된 메시지 내부에 공개 키를 통합함으로써 공유 또는 일반 이메일 주소일 경우에도 종단 간 암호화를 지원하는 안전한 키 교환을 구현할 수 있다.