[论文解读] SPRESSO: A Secure, Privacy-Respecting Single Sign-On System for the Web

Daniel Fett, R. Kuesters+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2015

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 19被引用 11

一句话总结

SPRESSO 是首个尊重隐私的 Web 单一登录（SSO）系统，可防止身份提供者（IdP）获知用户与哪些依赖方（RP）进行认证。它仅使用标准 HTML5 和 Web 功能，无需浏览器扩展，通过基于模型的严格安全分析，正式证明了其具备强认证和端到端隐私保护能力，解决了 OpenID、OAuth 和 BrowserID 等先前系统中的关键缺陷。

ABSTRACT

Single sign-on (SSO) systems, such as OpenID and OAuth, allow web sites, so-called relying parties (RPs), to delegate user authentication to identity providers (IdPs), such as Facebook or Google. These systems are very popular, as they provide a convenient means for users to log in at RPs and move much of the burden of user authentication from RPs to IdPs. There is, however, a downside to current systems, as they do not respect users' privacy: IdPs learn at which RP a user logs in. With one exception, namely Mozilla's BrowserID system (a.k.a. Mozilla Persona), current SSO systems were not even designed with user privacy in mind. Unfortunately, recently discovered attacks, which exploit design flaws of BrowserID, show that BrowserID does not provide user privacy either. In this paper, we therefore propose the first privacy-respecting SSO system for the web, called SPRESSO (for Secure Privacy-REspecting Single Sign-On). The system is easy to use, decentralized, and platform independent. It is based solely on standard HTML5 and web features and uses no browser extensions, plug-ins, or other executables. Existing SSO systems and the numerous attacks on such systems illustrate that the design of secure SSO systems is highly non-trivial. We therefore also carry out a formal analysis of SPRESSO based on an expressive model of the web in order to formally prove that SPRESSO enjoys strong authentication and privacy properties.

研究动机与目标

• 解决现有 SSO 系统中的关键隐私缺陷，即 IdP 会知晓用户与哪些 RP 进行认证。
• 设计一种去中心化、平台无关的 SSO 系统，不依赖浏览器扩展或插件。
• 正式证明 SPRESSO 能够抵御诚实但好奇及主动攻击者，提供强认证和端到端隐私保护。
• 克服先前隐私保护系统（如 Mozilla BrowserID）的根本设计缺陷，这些系统近期已因实际攻击而被攻破。
• 提供一个形式化验证、可部署的 SSO 解决方案，仅基于标准 Web 技术（HTML5、HTTP、DNS 等）实现。

提出的方法

• SPRESSO 使用一种新颖的挑战-响应机制，结合加密标记的断言，将用户身份与 RP 绑定，而无需向 IdP 泄露 RP 信息。
• 它利用浏览器原生功能，如跨源通信、Cookie 和 DNS 解析，避免对扩展或自定义客户端的依赖。
• 该系统采用一种形式化 Web 模型，捕捉浏览器状态、网络通信和攻击者能力，以建模现实中的攻击场景。
• 通过一种形式等价关系下的不可区分性概念，构建隐私证明，使 IdP 无法获知 RP 的身份。
• 使用过程演算模型正式验证认证安全性，确保仅授权用户可生成有效身份断言。
• 整个系统使用标准 Web 协议实现，并设计为与现有 Web 基础设施向后兼容。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种去中心化、基于标准的 SSO 系统，防止身份提供者知晓用户与哪些依赖方进行认证？
• RQ2 此类系统能否在现实威胁模型下，形式化证明其具备强隐私和认证保障？
• RQ3 该系统能否仅使用标准 HTML5 和 Web 功能实现，而无需浏览器插件或扩展？
• RQ4 该系统能否抵御已知攻击，包括针对 BrowserID 设计缺陷的攻击？
• RQ5 能否在不牺牲可用性或依赖可信第三方的前提下，实现 SSO 的端到端隐私保护？

主要发现

• SPRESSO 是首个正式保证端到端隐私的 SSO 系统，确保即使恶意 IdP 也无法知晓用户正在与哪个依赖方进行认证。
• 该系统完全使用标准 Web 技术（HTML5、HTTP、Cookie、DNS）实现，无需修改浏览器或基础设施，可直接部署。
• 使用全面的 Web 模型进行形式化验证，证明 SPRESSO 满足强认证和基于不可区分性的隐私属性。
• 该系统可抵御对先前 SSO 协议的已知攻击，包括针对 OpenID、OAuth 和 BrowserID 中身份关联漏洞的攻击。
• 基于模型的证明表明，即使面对能够观察全部网络流量并操纵浏览器状态的强大攻击者，SPRESSO 的隐私保护依然有效。
• 该系统保持了良好的可用性，支持一键登录，并可无缝集成到现有 Web 应用中。