[论文解读] Open Sesame: The Password Hashing Competition and Argon2

Jos Wetzels|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2016

User Authentication and Security Systems参考文献 11被引用 3

一句话总结

本文介绍了 Argon2，即密码哈希竞赛（PHC）的优胜者，一种旨在抵御侧信道攻击和基于 GPU 的攻击的安全密码哈希算法。该算法提出了一种内存密集型、可配置的哈希算法，在不同部署环境中实现了安全、性能与可配置性的平衡。

ABSTRACT

In this document we present an overview of the background to and goals of the Password Hashing Competition (PHC) as well as the design of its winner, Argon2, and its security requirements and properties.

研究动机与目标

• 应对现代硬件攻击下对安全、现代密码哈希算法日益增长的需求。
• 设计一种既具备内存密集性又计算高效的密码哈希函数，以实现实际部署。
• 提供一种灵活可配置的算法，以适应不同的威胁模型和系统约束。
• 通过常量时间实现特性，确保对侧信道攻击的抵抗能力。
• 通过密码哈希竞赛（PHC）框架，建立标准化、密码学上可靠的解决方案。

提出的方法

• 设计 Argon2 为一种基于数据依赖、内存密集型混合过程的内存密集型密码哈希函数。
• 采用两阶段结构：使用密钥派生进行初始化，并通过基于置换的混合函数实现数据依赖性混合。
• 引入可配置参数以调节内存成本、时间成本和平行度，从而优化安全性和性能。
• 通过安全的数据依赖性内存访问模式，抵抗时间-内存权衡攻击。
• 确保常量时间执行，防止通过计时或功耗分析导致的侧信道信息泄露。
• 通过使内存访问模式不可预测且依赖于数据，优化对 CPU 和 GPU 攻击的抵抗能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种密码哈希函数，使其既具备内存密集性，又能抵御侧信道攻击？
• RQ2 哪些配置参数是平衡安全性、性能与对基于 GPU 攻击的抵抗能力所必需的？
• RQ3 单一算法能否有效服务于具有不同威胁模型的多样化部署环境？
• RQ4 Argon2 在抵抗时间-内存权衡攻击方面与现有密码哈希方案相比表现如何？
• RQ5 数据依赖性内存访问在实际安全中的影响是什么？

主要发现

• Argon2 因其出色的密码学安全特性和可配置性，被选为密码哈希竞赛的优胜者。
• 该算法通过要求大且不可预测的内存占用空间，有效抵抗时间-内存权衡攻击。
• Argon2 的设计确保了常量时间执行，从而缓解了计时和功耗分析等侧信道漏洞。
• 该算法支持对内存成本、时间成本和平行度的细粒度配置，使其可部署于各类系统。
• 基准测试表明，Argon2 在现代 CPU 上即使在资源受限环境下，也能实现高安全性与可接受的性能。
• 数据依赖性内存访问模式可防止预计算攻击，并增强对基于 GPU 的密码破解攻击的抵抗力。