[논문 리뷰] SPRESSO: A Secure, Privacy-Respecting Single Sign-On System for the Web

Daniel Fett, R. Kuesters외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 07.

Advanced Authentication Protocols Security참고 문헌 19인용 수 11

한 줄 요약

SPRESSO는 웹용으로서 개인 정보를 존중하는 단일 로그인(Single Sign-On, SSO) 시스템으로, 사용자가 어떤 신뢰 당사자(Relying Party, RP)와 인증하는지에 대해 신원 제공자(Identity Provider, IdP)가 알 수 없도록 방지한다. 이 시스템은 브라우저 확장 기능 없이 표준 HTML5 및 웹 기능만을 사용하며, 철저한 모델 기반 보안 분석을 통해 강력한 인증과 엔드 투 엔드 프라이버시를 공식적으로 증명한다. 이는 이전의 OpenID, OAuth, BrowserID와 같은 시스템에서 발견된 심각한 결함을 해결한다.

ABSTRACT

Single sign-on (SSO) systems, such as OpenID and OAuth, allow web sites, so-called relying parties (RPs), to delegate user authentication to identity providers (IdPs), such as Facebook or Google. These systems are very popular, as they provide a convenient means for users to log in at RPs and move much of the burden of user authentication from RPs to IdPs. There is, however, a downside to current systems, as they do not respect users' privacy: IdPs learn at which RP a user logs in. With one exception, namely Mozilla's BrowserID system (a.k.a. Mozilla Persona), current SSO systems were not even designed with user privacy in mind. Unfortunately, recently discovered attacks, which exploit design flaws of BrowserID, show that BrowserID does not provide user privacy either. In this paper, we therefore propose the first privacy-respecting SSO system for the web, called SPRESSO (for Secure Privacy-REspecting Single Sign-On). The system is easy to use, decentralized, and platform independent. It is based solely on standard HTML5 and web features and uses no browser extensions, plug-ins, or other executables. Existing SSO systems and the numerous attacks on such systems illustrate that the design of secure SSO systems is highly non-trivial. We therefore also carry out a formal analysis of SPRESSO based on an expressive model of the web in order to formally prove that SPRESSO enjoys strong authentication and privacy properties.

연구 동기 및 목표

• 기존 SSO 시스템에서 IdP가 사용자가 어떤 RP와 인증하는지 알 수 있는 심각한 프라이버시 결함을 해결하기 위해.
• 브라우저 확장 기능이나 플러그인에 의존하지 않는 탈중앙화되고 플랫폼에 구애받지 않는 SSO 시스템을 설계하기 위해.
• SPRESSO가 솔직하지만 호기심 많은 공격자와 활동적 공격자 모두에 대해 강력한 인증과 엔드 투 엔드 프라이버시를 제공한다는 것을 공식적으로 증명하기 위해.
• 최근 실질적 공격으로 인해 깨진 바 있는 Mozilla BrowserID와 같은 이전의 프라이버시 중심 시스템의 근본적인 설계 결함을 극복하기 위해.
• 표준 웹 기술(HTML5, HTTP, DNS 등)만을 기반으로 공식 검증된, 구현 가능한 SSO 솔루션을 제공하기 위해.

제안 방법

• SPRESSO는 암호학적 태그가 부여된 진술을 사용하여 사용자 신원을 RP에 바인딩하지만, IdP가 RP를 알 수 없도록 하는 새로운 챌린지-응답 메커니즘을 사용한다.
• 브라우저 내장 기능인 크로스 오리진 통신, 쿠키, DNS 해석을 활용하여 확장 기능이나 커스텀 클라이언트가 필요 없도록 한다.
• 브라우저 상태, 네트워크 통신, 공격자 능력 등을 포괄하는 공식 웹 모델을 사용하여 현실적인 공격 시나리오를 모델링한다.
• RP 신원을 IdP가 알 수 없도록 하는 공식 등가 관계 기반의 불가구별성 개념을 사용하여 프라이버시 증명을 수립한다.
• 과정 미니멀 모델을 사용하여 인증 보안을 공식적으로 검증하여, 정당한 사용자만 유효한 신원 진술을 생성할 수 있음을 보장한다.
• 전체 시스템은 표준 웹 프로토콜만을 사용하여 개발되었으며, 기존 웹 인fra와의 후행 호환성을 고려하여 설계되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탈중앙화되고 표준 기반의 SSO 시스템을 설계할 수 있을까? 이는 신원 제공자가 사용자가 어떤 신뢰 당사자와 인증하는지 알 수 없도록 하는가?
• RQ2 실제 위협 모델을 기반으로 하여, 그러한 시스템이 강력한 프라이버시 및 인증 보장을 공식적으로 증명할 수 있을까?
• RQ3 브라우저 플러그인이나 확장 기능 없이 표준 HTML5 및 웹 기능만을 사용하여 시스템을 구현할 수 있을까?
• RQ4 이전 SSO 시스템을 공격하는 데 악용된 알려진 공격, 특히 BrowserID의 설계 결함을 악용하는 공격에 저항할 수 있을까?
• RQ5 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않으면서도 엔드 투 엔드 프라이버시를 달성하는 것이 가능한가?

주요 결과

• SPRESSO는 엔드 투 엔드 프라이버시를 공식적으로 보장하는 첫 번째 SSO 시스템으로, 악의적인 IdP라도 사용자가 어떤 RP와 인증하는지 알 수 없다.
• 시스템은 표준 웹 기술(HTML5, HTTP, 쿠키, DNS)만을 사용하여 브라우저나 인fra의 수정 없이 구현 가능하다.
• 포괄적인 웹 모델 기반의 공식 검증을 통해 SPRESSO가 강력한 인증 및 불가구별성 기반 프라이버시 특성을 만족한다는 것이 입증되었다.
• OpenID, OAuth, BrowserID에서 발생한 신원 관련 연결 공격과 같은 이전 SSO 프로토콜에 알려진 공격에 저항할 수 있다.
• 모델 기반 증명을 통해 SPRESSO의 프라이버시가 네트워크 트래픽을 모두 관찰하고 브라우저 상태를 조작할 수 있는 강력한 적대자에게도 유지된다는 것이 입증되었다.
• 사용성은 그대로 유지되며, 한 번의 클릭으로 로그인할 수 있고 기존 웹 애플리케이션과 원활하게 통합된다.