[论文解读] Might I Get Pwned: A Second Generation Compromised Credential Checking Service

Bijeeta Pal, Mazharul Islam+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2021

User Authentication and Security Systems被引用 5

一句话总结

本文介紹了 MIGP（Might I Get Pwned），一種第二代被 compromise 憑證檢查（C3）服務，該服務使用隱私保護協定檢測與泄露密碼相似的密碼。透過使用加權編輯距離規則生成並檢查密碼變體，MIGP 將 1000 次猜測的憑證篡改攻擊成功率降低 94%，同時透過清單封鎖保護使用者隱私並降低資料泄露風險。

ABSTRACT

Credential stuffing attacks use stolen passwords to log into victim accounts. To defend against these attacks, recently deployed compromised credential checking (C3) services provide APIs that help users and companies check whether a username, password pair is exposed. These services however only check if the exact password is leaked, and therefore do not mitigate credential tweaking attacks - attempts to compromise a user account with variants of a user's leaked passwords. Recent work has shown credential tweaking attacks can compromise accounts quite effectively even when the credential stuffing countermeasures are in place. We initiate work on C3 services that protect users from credential tweaking attacks. The core underlying challenge is how to identify passwords that are similar to their leaked passwords while preserving honest clients' privacy and also preventing malicious clients from extracting breach data from the service. We formalize the problem and explore ways to measure password similarity that balance efficacy, performance, and security. Based on this study, we design "Might I Get Pwned" (MIGP), a new kind of breach alerting service. Our simulations show that MIGP reduces the efficacy of state-of-the-art 1000-guess credential tweaking attacks by 94%. MIGP preserves user privacy and limits potential exposure of sensitive breach entries. We show that the protocol is fast, with response time close to existing C3 services. We worked with Cloudflare to deploy MIGP in practice.

研究动机与目标

• 解決現有 C3 服務面臨的憑證篡改攻擊漏洞，即攻擊者使用泄露密碼的變體進行攻擊。
• 設計一個安全且保護隱私的系統，能在不暴露泄露資料的情況下檢測與被泄露憑證相似的密碼。
• 開發一種實用協定，在效能、安全性與防資料泄露攻擊之間取得平衡。
• 形式化相似性 C3 服務中的資料泄露攻擊威脅模型，並提出對策。
• 在 Cloudflare 上實際部署並評估 MIGP，以驗證其在現實環境中的效能與有效性。

提出的方法

• MIGP 使用基於無知定價偽隨機函數（OPRF）的私密相似性測試（PST）協定，使客戶端能在不透露密碼的情況下，檢查密碼是否與任何被泄露資料集中的密碼相似。
• 使用加權編輯距離方法生成密碼變體，根據實證有效性對混淆規則進行排序，提升對常見篡改模式的檢測能力。
• 每個被泄露的密碼會擴展為多個變體（n=10）儲存在伺服器上，客戶端每筆查詢最多檢查 m=10 個變體，以提升檢測覆蓋率。
• 對最常見的 104 個密碼及其變體實施清單封鎖，透過限制攻擊者搜尋空間來降低資料泄露攻擊風險。
• 協定使用兩種雜湊函數：H1（慢速）用於安全性，H2（快速）用於降低客戶端延遲，並透過預先計算的 H1 值支援金鑰更新，實現高效更新。
• 伺服器端金鑰更新透過儲存中間 H1(u∥w)κ 值進行優化，使在新金鑰下能快速重新計算，無需重新處理所有資料。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在保護客戶隱私的同時，讓 C3 服務檢測與被泄露密碼相似的密碼？
• RQ2 在哪種私密成員資格測試環境中，密碼相似性度量能實現最佳的效能、效能與安全性平衡？
• RQ3 資料泄露攻擊在相似性 C3 服務上的成效如何？有哪些策略可有效減輕攻擊？
• RQ4 擴展 C3 服務以支援變體檢查所帶來的效能開銷為何？是否具備實際部署的可擴展性？
• RQ5 與傳統的精確匹配 C3 服務相比，MIGP 中的清單封鎖在降低資料泄露攻擊成功率方面的有效性如何？

主要发现

• 與精確匹配的 C3 服務相比，MIGP 將先進的 1000 次猜測憑證篡改攻擊成功率降低 94%。
• 模擬結果顯示，使用加權編輯距離對混淆規則排序，並設定 m=10 和 n=10 個變體，可在檢測能力與效能之間取得最佳平衡。
• 在伺服器端生成變體（n=100）的 MIGP 服務中，攻擊者可在 1,000 次猜測內 compromise 2.8 倍於傳統精確匹配 C3 服務的帳戶。
• 對最常見的 104 個密碼及其變體實施清單封鎖，可使最佳已知資料泄露攻擊的成功率低於現有 C3 服務的水準。
• MIGP 的線上計算與回應時間與現有 C3 服務相當，客戶端延遲處於生產環境可接受範圍內。
• MIGP 在 WAF 上線部署後，標記出的登入嘗試中，有 20% 被判定為與被泄露密碼相似，顯示出強大的實務檢測能力。