[论文解读] A Novel Trigon based Dual Authentication Protocol for Enhancing Security in Grid Environment

V. Ruckmani, G. Sudha Sadasivam|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2010

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 21被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于三角函数的双因素认证协议，通过利用三角函数原理，将用户密码分割并存储在两个独立的服务器——认证服务器和后端服务器——上，从而在网格计算中提升安全性。该协议确保只有当两个服务器同时验证通过时才授予访问权限，即使其中一个服务器被攻破，也能有效防止凭据泄露，显著增强对单点妥协攻击的抵抗能力。

ABSTRACT

In recent times, a necessity has been raised in order to distribute computing applications often across grids. These applications are dependent on the services like data transfer or data portal services as well as submission of jobs. Security is of utmost importance in grid computing applications as grid resources are heterogeneous, dynamic, and multidomain. Authentication remains as the significant security challenge in grid environment. In traditional authentication protocol a single server stores the sensitive user credentials, like username and password. When such a server is compromised, a large number of user passwords, will be exposed. Our proposed approach uses a dual authentication protocol in order to improve the authentication service in grid environment. The protocol utilizes the fundamental concepts of trigon and based on the parameters of the trigon the user authentication will be performed. In the proposed protocol, the password is interpreted and alienated into more than one unit and these units are stored in two different servers, namely, Authentication Server and Backend Server. Only when the combined authentication scheme from both the servers authenticates the user, the privilege of accessing the requested resources is obtained by the user. The main advantage of utilizing the dual authentication protocol in grid computing is that an adversary user cannot attain the access privilege by compromising a single consolidated server because of the fact that the split password is stored in different servers.

研究动机与目标

• 解决异构、动态且多域网格环境中认证安全的关键挑战。
• 克服传统协议中单一服务器存储全部用户凭据而成为攻击者高价值目标的脆弱性。
• 设计一种双因素认证机制，将密码组件分布存储于两台逻辑上分离的服务器，以减少攻击面。
• 利用三角函数原理（trigon）实现安全的分布式密码验证，而无需暴露完整凭据。
• 确保仅当两台服务器均成功认证用户时才授予访问权限，从而增强对服务器被攻破的韧性。

提出的方法

• 用户密码根据预设参数，通过三角函数被解释并分割为多个单位。
• 分割后的密码一部分存储于认证服务器，另一部分存储于后端服务器，确保任一服务器均不持有完整凭据。
• 在认证过程中，两台服务器分别使用三角函数验证逻辑独立验证其对应的密码片段。
• 仅当两台服务器均返回认证成功的响应时，用户才被授予访问权限，从而强制执行双因素验证模型。
• 协议利用三角函数（trigon，此处指一组三角函数参数）的数学特性，安全且唯一地绑定认证过程。
• 系统设计可防止重放攻击，即使一台服务器被攻破，攻击者也无法在未获取另一台服务器响应的情况下重建完整密码。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使网格计算中的用户认证对单点服务器妥协更具韧性？
• RQ2 三角函数原理能否有效应用于跨多台服务器的密码片段分发与验证？
• RQ3 密码存储的分割对认证过程的整体安全性和可用性有何影响？
• RQ4 双服务器模型如何防止攻击者在一台服务器被攻破后仍获得访问权限？
• RQ5 所提出的协议能否在分布式网格环境中维持强认证，同时将性能开销降至最低？

主要发现

• 双因素认证机制通过确保任一服务器均不存储完整凭据，成功防止了凭据的全面暴露。
• 利用三角函数参数对密码进行分割与验证，引入了一种新颖的密码绑定方法，用于连接分布式的密码片段。
• 通过要求两台独立服务器同时认证，该协议显著降低了单台服务器被攻破后发生未授权访问的风险，从而增强了安全性。
• 系统设计确保，即使攻击者攻破其中一台服务器，也无法在缺乏第二台服务器响应的情况下重建原始密码。
• 尽管增加了双服务器验证步骤，协议仍保持了良好的性能效率，认证过程保持高效。
• 该方法为网格计算环境中长期存在的集中式凭据存储问题提供了一种实用的解决方案。