[论文解读] New Directions for Trust in the Certificate Authority Ecosystem

Jan-Ole Malchow, Benjamin Güldenring+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2018

Cryptography and Data Security参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文提出连接保险（Connection Insurances, CI），一种针对HTTPS生态的新颖信任模型，以保险公司取代传统的证书颁发机构（Certificate Authorities），由保险公司通过经济担保确保证书的真实性。通过合同责任机制对齐各方激励，并结合密码学凭证，CI使用户能够验证并索赔错误签发的证书，证明了该方案在极低存储开销下的技术可行性。

ABSTRACT

Many of the benefits we derive from the Internet require trust in the authenticity of HTTPS connections. Unfortunately, the public key certification ecosystem that underwrites this trust has failed us on numerous occasions. Towards an exploration of the root causes we present an update to the common knowledge about the Certificate Authority (CA) ecosystem. Based on our findings the certificate ecosystem currently undergoes a drastic transformation. Big steps towards ubiquitous encryption were made, however, on the expense of trust for authentication of communication partners. Furthermore we describe systemic problems rooted in misaligned incentives between players in the ecosystem. We depict that proposed security extensions do not correctly realign these incentives. As such we argue that it is worth considering alternative methods of authentication. As a first step in this direction we propose an insurance-based mechanism and we demonstrate that it is technically feasible.

研究动机与目标

• 识别当前证书颁发机构（CA）体系中因利益相关方激励错配而引发的根本性系统性缺陷。
• 证明仅靠技术改进无法修复CA模型中固有的信任失效问题。
• 提出并评估一种新的信任模型——连接保险（Connection Insurances），该模型将激励机制重新导向责任追究与用户保护。
• 证明利用保险机制替代或补充传统CA的技术可行性。
• 激发以用户为中心的责任机制，取代集中化、以利润为导向的认证体系。

提出的方法

• 以保险公司取代传统CA，由其签发密码学凭证以证明证书的真实性。
• 采用凭证驱动的系统，用户存储来自可信保险公司的凭证，从而可证明证书被错误签发。
• 应用标准密码学原原子如数字签名与哈希链，以确保完整性与不可否认性。
• 实施周期性更新机制（例如每日更新），以保持凭证的时效性，用户存储开销估算为每年0.58 GB。
• 在保守假设下，保险公司存储需求估算为每年约180 TB（对应4400万用户），表明其可行性。
• 通过标准HTTPS与PKI组件与现有系统集成，确保向后兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前CA体系中激励错配如何在技术改进背景下依然削弱信任？
• RQ2 基于保险的模型能否有效重置激励机制，从而提升公钥认证中的责任追究？
• RQ3 凭证驱动的信任体系对用户与保险公司而言，其计算与存储开销如何？
• RQ4 能否在技术上构建一个使用户可就错误签发的证书索赔经济补偿的系统？
• RQ5 在去中心化程度与风险分担方面，所提出的连接保险模型相较于传统CA模型有何差异？

主要发现

• CA体系已发生显著集中化，目前超过80%的证书由美国签发，95%由两到三个国家签发。
• 尽管加密技术日益普及，但由于市场集中化与激励错配，公众对证书真实性的信任仍在下降。
• 现有安全扩展无法纠正激励错配，因此在长期信任保障方面仍显不足。
• 所提出的连接保险模型在技术上可行，保守假设下用户存储开销估算为每年0.58 GB。
• 保险公司存储需求估算为每年约180 TB（对应4400万用户），在当前存储价格水平下仍具可行性。
• 该模型成功将风险与责任转移至保险公司，降低垄断权力，并在保险公司行为失当情况下增强用户追偿能力。