[論文レビュー] Automatic analysis of distance bounding protocols

Sreekanth Malladi, Bruhadeshwar Bezawada+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2010

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 13被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、時刻付きストランド空間を拡張した制約ソルバーと形式化されたセキュア・ディスタンス・バウンディング（SDB）性質を組み合わせた、距離バウンディングプロトコルの自動解析手法を提示する。時間制約を用いてプロトコル実行をモデル化することで、中間者攻撃やニアレストネイバー攻撃などの攻撃を検出する。既存のプロトコルに対してこの手法を適用し、以前に未知であった脆弱性を特定した。

ABSTRACT

Distance bounding protocols are used by nodes in wireless networks to calculate upper bounds on their distances to other nodes. However, dishonest nodes in the network can turn the calculations both illegitimate and inaccurate when they participate in protocol executions. It is important to analyze protocols for the possibility of such violations. Past efforts to analyze distance bounding protocols have only been manual. However, automated approaches are important since they are quite likely to find flaws that manual approaches cannot, as witnessed in literature for analysis pertaining to key establishment protocols. In this paper, we use the constraint solver tool to automatically analyze distance bounding protocols. We first formulate a new trace property called Secure Distance Bounding (SDB) that protocol executions must satisfy. We then classify the scenarios in which these protocols can operate considering the (dis)honesty of nodes and location of the attacker in the network. Finally, we extend the constraint solver so that it can be used to test protocols for violations of SDB in these scenarios and illustrate our technique on some published protocols.

研究の動機と目的

• 距離バウンディングプロトコルにおける微細な欠陥を検出するための手作業分析の限界を克服すること。
• 正確な距離推定の基本的要件を捉えるために、新しいセキュリティ性質「セキュア・ディスタンス・バウンディング（SDB）」を形式化すること。
• 時刻付きプロトコルモデリングを拡張した制約ソルバーを用いて、さまざまな攻撃者シナリオにおけるSDBの自動検証を可能にすること。
• 体系的で自動化されたテストにより、既存の距離バウンディングプロトコルにおける以前に未知の攻撃を特定すること。
• 距離バウンディングプロトコルのセキュリティを検証するためのスケーラブルで再利用可能なフレームワークを提供すること。

提案手法

• ノードにおける時刻を表す時間フィールドをストランドスペースモデルに拡張し、メッセージ伝送遅延をモデル化可能にする。
• プロトコル実行が正確な距離推定を保証するために満たすべき形式的要件として、セキュア・ディスタンス・バウンディング（SDB）性質を導入する。
• ノードの誠実性と攻撃者の位置（例：中間者、共謀攻撃者）に基づいて攻撃者シナリオを分類し、分析を支援する。
• これらのシナリオ下で時間付きプロトコルトレースを生成・検証できるように制約ソルバーを拡張し、SDB違反の有無をチェックする。
• ソルバーを用いて、エコー型およびギュットマン型プロトコルを含む複数のプロトコルをテストし、メッセージフローと時間制約をシミュレートする。
• メッセージの構築と時間的不一致を分析することで、ローイ型中間者攻撃やニアレストネイバー攻撃を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 制約ベースの自動解析は、手作業分析が見逃す可能性のある、距離バウンディングプロトコルにおける以前に未知の攻撃を検出できるか？
• RQ2 SDB性質は、時刻付きプロトコル実行においてどのように形式的に定義され、検証可能か？
• RQ3 中間者攻撃や共謀攻撃などの攻撃者シナリオは、距離バウンディングプロトコルにおいてSDB違反を引き起こす可能性があるか？
• RQ4 既存の制約ソルバーは、無線プロトコルにおける時刻と距離の性質をモデル化するためにどの程度拡張可能か？
• RQ5 暗号要素（例：ノンス、署名）の導入は、タイミングに基づく攻撃に対する脆弱性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 制約ソルバーは、拡張エコープロトコル（P1）に対して中間者攻撃を正常に検出できた。攻撃者はプローバーが実際よりも近い位置にいるように偽装した。
• プロトコルP2は、検証者が交換の初期段階でプローバーの身元を認証しない場合、ニアレストネイバー攻撃に対して脆弱であった。
• プロトコルP3のメッセージ4.2におけるノンスの削除により新たな攻撃が明らかになり、ノンスがタイミングベースのスプーフィングを防止する上で極めて重要であることが示された。
• ギュットマンらのプロトコル（P4）は、検証者の身元が初期メッセージに適切に含まれていない場合、ローイ型中間者攻撃に対して脆弱であった。攻撃者は偽の応答を生成できた。
• この手法により、メッセージ2に検証者の身元が存在しないことで、距離バウンディングと認証の両方が攻撃者によって侵害可能であることが特定された。
• フレームワークは境界付き解析をサポートするように拡張可能であり、リクエストと応答のイベントを原子的アクションとしてモデル化することで、ProVerifなどのツールを用いた非境界検証への適応も可能である。