[论文解读] EL PASSO: Privacy-preserving, Asynchronous Single Sign-On

Zhiyi Zhang, Michał Król+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2020

Cryptography and Data Security参考文献 51被引用 5

一句话总结

EL PASSO 是一种保护隐私的异步单点登录系统，结合了匿名凭证与 OpenID Connect 的易用性。它支持不可链接的认证、选择性属性披露，并通过多权威恢复机制实现问责性，同时使用 WebAssembly 实现客户端执行，计算成本比以往的匿名凭证方案降低 39 倍至 180 倍，登录延迟与 OpenID Connect 相当。

ABSTRACT

We introduce EL PASSO, a privacy-preserving, asynchronous Single Sign-On (SSO) system. It enables personal authentication while protecting users' privacy against both identity providers and relying parties, and allows selective attribute disclosure. EL PASSO is based on anonymous credentials, yet it supports users' accountability. Selected authorities may recover the identity of allegedly misbehaving users, and users can prove properties about their identity without revealing it in the clear. EL PASSO does not require specific secure hardware or a third party (other than existing participants in SSO). The generation and use of authentication credentials are asynchronous, allowing users to sign on when identity providers are temporarily unavailable. We evaluate EL PASSO in a distributed environment and prove its low computational cost, yielding faster sign-on operations than OIDC from a regular laptop, one-second user-perceived latency from a low-power device, and scaling to more than 50 sign-on operations per second at a relying party using a single 4-core server in the cloud.

研究动机与目标

• 解决现有 SSO 系统（如 OpenID Connect）在隐私和可用性方面的局限性，这些系统会向依赖方（RPs）和身份提供方（IdPs）泄露用户身份和全局标识符。
• 在不依赖持久用户标识符或与身份提供方实时协调的情况下，实现在依赖方之间的不可链接认证。
• 通过多权威恢复协议为行为不当的用户提供问责机制，平衡隐私保护与防止数字免责的需要。
• 通过在浏览器中运行的 WebAssembly 客户端模块实现实际部署，无需软件安装或硬件令牌。
• 解决匿名凭证中的关键可用性挑战，包括多设备支持、设备被盗后的恢复以及隐私保护的双因素认证。

提出的方法

• EL PASSO 使用 PS 签名（Priory-Schnorr）实现高效、不可链接的匿名凭证，仅带来最小的密码学开销。
• 它将凭证发放与使用解耦：用户提前从身份提供方接收凭证，并在不与身份提供方进一步交互的情况下异步地在依赖方处使用。
• 该系统实现了选择性属性披露，允许用户证明诸如“年龄 > 18”等属性，而无需透露确切数值。
• 一个 WebAssembly 客户端模块由浏览器下载并缓存，使用浏览器原生功能管理密码学操作和凭证存储。
• 通过在浏览器缓存的 Wasm 模块中存储凭证，系统支持多设备使用，实现在设备丢失或被盗后可恢复。
• 通过严格且多权威的恢复协议强制实现问责：只有在事先由依赖方声明的指定权威机构协同行动时，才会揭示用户身份。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种保护隐私的 SSO 系统，在提供不可链接认证和选择性披露的同时，达到 OpenID Connect 的可用性和性能？
• RQ2 如何使匿名凭证在无需软件安装或硬件令牌的情况下实现真实世界部署？
• RQ3 系统能否在不暴露用户标识符的情况下支持多设备操作和隐私保护的双因素认证？
• RQ4 哪些机制可在不影响正常操作下不可链接性的前提下，确保行为不当用户的问责性？
• RQ5 能否将匿名凭证的计算成本降低至与 OpenID Connect 等标准 SSO 协议相当的水平？

主要发现

• EL PASSO 的计算成本比以往的匿名凭证方案降低 39 倍至 180 倍，显著提升了用户设备上的性能。
• EL PASSO 的登录延迟与 OpenID Connect 相当，仅需客户端与依赖方之间一次往返通信。
• 该系统支持异步认证，用户无需与身份提供方实时交互即可登录。
• WebAssembly 客户端模块通过仅依赖浏览器原生存储和功能，实现了无缝的多设备支持和设备丢失后的恢复。
• 该系统提供了强有力的隐私保障：身份提供方无法跨依赖方追踪用户，依赖方也无法获取用户的全局标识符。
• 多权威恢复协议确保只有通过多个可信方协同参与、可审计的过程，才能识别行为不当的用户。