[论文解读] A New Storage Optimized Honeyword Generation Approach for Enhancing Security and Usability

Nilesh Chakraborty, Samrat Mondal|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2015

User Authentication and Security Systems参考文献 15被引用 6

一句话总结

本文提出配对距离协议（PDP），一种新型蜜密码生成方法，通过为每位用户仅存储单个参考字符串而非多个伪装密码，显著降低存储开销。通过利用从随机种子派生的距离链，PDP 在抵抗逆向攻击方面实现了 97.23% 的检测率，同时相比现有方法（如'take-a-tail'）在存储成本和可用性方面均有优化。

ABSTRACT

Inverting the hash values by performing brute force computation is one of the latest security threats on password based authentication technique. New technologies are being developed for brute force computation and these increase the success rate of inversion attack. Honeyword base authentication protocol can successfully mitigate this threat by making password cracking detectable. However, the existing schemes have several limitations like Multiple System Vulnerability, Weak DoS Resistivity, Storage Overhead, etc. In this paper we have proposed a new honeyword generation approach, identified as Paired Distance Protocol (PDP) which overcomes almost all the drawbacks of previously proposed honeyword generation approaches. The comprehensive analysis shows that PDP not only attains a high detection rate of 97.23% but also reduces the storage cost to a great extent.

研究动机与目标

• 解决现有蜜密码方案中每位用户存储 k−1 个伪装密码所导致的高存储开销问题。
• 克服如'take-a-tail'等方案在可用性上的局限，这些方案要求用户记忆多个系统生成的值。
• 在降低系统复杂度的同时，维持或超越最先进的方法（如'take-a-tail'）的安全水平。
• 最小化每位用户存储的凭证数量，以提升可扩展性并减少内存占用。
• 设计一种实用的蜜密码框架，在安全性、可用性与存储效率之间实现平衡。

提出的方法

• 提出一种新型蜜密码生成方法——配对距离协议（PDP），利用单个参考字符串（RS）和距离链生成多个蜜密码。
• 通过基于 RS 派生的距离链计算一系列数值来生成蜜密码，确保密码学上的不可预测性。
• 在密码文件中每位用户仅存储原始密码和 RS（单个参考字符串），将存储量降低至 2nθ（n 位用户）。
• 使用蜜密码检查服务器仅存储原始密码的索引，实现极低的存储开销。
• 确保距离链通过密码学安全的伪随机函数生成，防止攻击者预测。
• 通过使蜜密码在语法和熵值上与真实密码无法区分，实现高检测率。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够设计一种蜜密码生成方案，在不损害检测能力或安全性的情况下降低存储开销？
• RQ2 系统如何在最小化每位用户存储的伪装密码数量的同时，维持高检测率？
• RQ3 单个参考字符串在安全且可用的前提下，能在多大程度上替代多个蜜密码？
• RQ4 通过减少用户记忆负担，能否显著提升蜜密码系统的可用性？
• RQ5 是否可能实现与'take-a-tail'相当的安全水平，同时大幅降低存储成本？

主要发现

• PDP 在抵抗逆向攻击方面实现了 97.23% 的检测率，性能与现有高安全级别方案相当或更优。
• 与传统方案相比，存储成本降低了 nθ(k−2)，当 k=20 时，每位用户节省 18nθ 的存储空间。
• PDP 将每位用户存储的凭证数量从 k 降低至 2，显著减少了内存占用。
• 该方法对逆向攻击和拒绝服务（DoS）攻击均保持强安全性，克服了先前方法的局限性。
• 相比'take-a-tail'，用户记忆负担大幅减轻，用户仅需记住一个参考字符串，而非 n 个独立值。
• 蜜密码检查服务器仅存储索引信息，其大小可忽略不计，且与用户数量无关。