Механизмы аутентификации

Механизмы одноразовой аутентификации

Одноразовая аутентификация позволяет противостоять атаке анализатора за счет использования во время каждой попытки аутентификации нового секрета. В этом случае, если пользователь С перехватывает данные пользователя А, то не может в дальнейшем их использовать, чтобы выдавать себя за него. Рассмотрим три разных механизма одноразовой аутентификации: аутентификацию типа "запрос-ответ", неявный запрос и аутентификацию на базе хэш-функций.

Аутентификация "запрос-ответ"

Как показано на рис. 2.2, сервер генерирует случайный запрос и отправляет его пользователю А [208]. Вместо того чтобы в ответ отправить серверу пароль, пользователь А шифрует запрос при помощи ключа, известного только ему самому и серверу. Сервер выполняет такое же шифрование и сравнивает результат с шифртекстом, полученным от пользователя А. Если они совпадают, то аутентификация прошла успешно, в противном случае - неудачно.

Этот простой механизм имеет несколько преимуществ по сравнению с простой аутентификацией при помощи паролей. Поскольку запрос генерируется случайным образом, пользователь С не может повторно использовать шифртекст, сгенерированный пользователем А, чтобы выдавать себя за него. Значение, которое отправляет пользователь А, аутентифицирует его идентичность только один раз. Имя пользователя А передается открыто, и нет причин его скрывать. Перехват информации больше не является угрозой, и пользователь А может выполнять аутентификацию на удаленном сервере в открытой сети.

Рис. 2.2. Аутентификация "запрос-ответ"

Механизм усложняется, если пользователю А необходимо пройти аутентификацию на многих серверах, в этом случае, как и при использовании паролей, пользователь А должен иметь для каждого сервера свой ключ шифрования запроса и защищенно хранить все эти ключи.

Чтобы этот механизм был пригоден для взаимной аутентификации, необходимы еще один запрос и ответ. Пользователь А может направить второй запрос вместе с зашифрованным первым запросом, а сервер - вернуть зашифрованный ответ вместе с уведомлением о корректной проверке запроса пользователя А. Таким образом, этот механизм может быть использован для взаимной аутентификации без второго разделяемого ключа шифрования запроса.

В некоторых случаях аутентификация типа "запрос-ответ" невозможна, потому что сервер не имеет средств формирования запроса к пользователю, это характерно для систем, первоначально спроектированных для применения простых паролей. Тогда необходим неявный запрос, который обычно базируется на значении текущего времени.

Неявный запрос на базе времени

Рис. 2.3 иллюстрирует аутентификацию на базе времени [72]. Пользователь А шифрует значение текущего времени на часах своего компьютера и отправляет свое имя и шифртекст на сервер. Сервер расшифровывает значение, присланное пользователем А. Если оно достаточно близко к значению текущего времени на компьютерных часах сервера, то аутентификация проходит успешно, в противном случае - неудачно. Поскольку компьютерные часы пользователя А и сервера не синхронизированы и передача информации занимает некоторое время, сервер должен допускать несколько возможных значений времени.

Однако если сервер признает допустимым слишком большой разброс значений времени, то пользователь С может перехватить значение, сгенерированное пользователем А, и отправить его на сервер, с успехом выдавая себя за А. Эта атака называется атакой воспроизведения. Пользователь С не знает секретного ключа шифрования пользователя А, но, быстро передавая воспроизведенный шифртекст, может имитировать повторное обращение пользователя А к серверу.

Рис. 2.3. Аутентификация при помощи неявного запроса

Этот механизм не слишком серьезно совершенствует схему "запрос-ответ", он также с трудом поддерживает аутентификацию пользователя на многих серверах и не обеспечивает взаимной аутентификации, кроме того, он уязвим для атак воспроизведения. Лучшие свойства механизма "запрос-ответ" и неявного запроса на базе времени удалось совместить при использовании для аутентификации односторонней хэш-функции.

Аутентификация с использованием хэш-функции

Для решения проблем аутентификации, связанных с неявными запросами, Лесли Лампорт [85] предложил использовать одноразовые пароли, генерируемые при помощи односторонней хэш-функции ( "Основные компоненты и сервисы PKI" ). Эта идея нашла воплощение в системе одноразовых паролей S/Key One-Time Password System [136]. Система S/Key, применяя одностороннюю хэш-функцию, генерирует последовательность одноразовых паролей. Начальное значение хэш-кода вычисляется путем хэширования секретного пароля пользователя, который сцеплен с несекретным случайным числом, выработанным генератором случайных чисел. Секретный пароль должен иметь длину не менее 8 символов. Последовательность одноразовых паролей формируется в результате многократного применения секретной хэш-функции (от 500 до 1000 ). То есть первый одноразовый пароль генерируется путем применения хэш-функции к секретному паролю пользователя определенное количество раз ( N ), следующий одноразовый пароль - путем применения хэш-функции к секретному паролю пользователя только (N - 1) раз и т.д.

Субъект, получивший одноразовый пароль путем прослушивания сети, не в состоянии сгенерировать следующий пароль, так как для этого требуется просчитать хэш-функцию в обратном направлении. Это не может быть сделано без знания секретного пароля, с которого начинались итерации. Поскольку в системе S/Key секретный пароль пользователя никогда не передается по сети и не хранится ни сервером, ни клиентом, риск хищения отсутствует.

S/Key - это система "клиент-сервер". Сервер генерирует отклик после получения от клиента login-запроса. Отклик сервера содержит номер итерации и случайное число. В ответ пользователь генерирует соответствующий одноразовый пароль, используя комбинацию своего секретного пароля, номера итерации и случайного числа, и отправляет его серверу. Первый одноразовый пароль из списка итераций сохраняется на шаге инициализации.

Сервер может и сам формировать S/Key -запрос, состоящий из номера итерации и случайного числа. Тогда, используя номер итерации и случайное число вместе со своим секретным паролем, пользователь вычисляет (или преобразует) одноразовый пароль. Сервер может не формировать запрос, если пользователь сохраняет номер итерации и случайное число после каждой своей успешной попытки аутентификации. Для хранения этих значений могут использоваться портативные устройства типа смарт-карт или карманных персональных компьютеров.

Итак, пользователь передает для проверки на сервер одноразовый пароль. Сервер сначала сохраняет копию этого одноразового пароля, а затем применяет к нему хэш-функцию. Если результат не совпадает с копией одноразового пароля, полученного во время последней удачной попытки аутентификации пользователя, то запрос отвергается. Если совпадает, тогда клиентская запись в файле паролей обновляется копией полученного от пользователя одноразового пароля, которая была сохранена перед вычислением хэш-функции. Обновление пароля обеспечивает возможность проверки следующего одноразового пароля. Так как следующий одноразовый пароль получается путем вычисления хэш-функции на один раз меньше, чем для предыдущего пароля, то получить предыдущий пароль можно, применив хэш-функцию к следующему паролю на один раз больше.

После успешной аутентификации пользователь получает доступ к серверу, но при следующей попытке аутентификации он должен генерировать новый одноразовый пароль. Использование случайных чисел, создаваемых генератором случайных чисел, позволяет клиенту выполнять аутентификацию на многих серверах при помощи одного секретного пароля, при этом каждому серверу соответствует свое случайное число. Кроме того, выбирая каждый раз новое случайное число, пользователь имеет возможность безопасно использовать секретный пароль много раз.

Обратная процедура, то есть получение из предыдущего пароля следующего пароля невозможна без знания начального одноразового пароля пользователя. Таким образом, ни серверу, ни клиенту нет необходимости хранить секретный пароль пользователя. На сервере в файле паролей сохраняется только копия последнего одноразового пароля, которого достаточно для аутентификации пользователя при следующей попытке. Секретный пароль известен только самому пользователю.

Так как количество итераций вычисления хэш-функции, выполняемого пользователем, уменьшается каждый раз на единицу, при обнулении счетчика итераций пользователь для доступа к серверу должен повторно инициализировать систему. Повторная инициализация сопровождается изменением номера итерации и случайного числа. Это операция идентична нормальной аутентификации, за исключением того, что одноразовый пароль, полученный по сети, не сверяется с существующей записью в файле паролей, а просто заменяет ее. Это позволяет безопасно выбирать новый пароль даже при прослушивании сети.

Чтобы выполнять аутентификацию на многих удаленных серверах, пользователю необходимо для каждого сервера поддерживать соответствующую информацию о случайном числе и номере итерации и своевременно выполнять повторную инициализацию, что может быть достаточно трудоемким. К недостаткам системы S/Key можно отнести и то, что она не обеспечивает взаимной аутентификации.

Никакие из описанных выше механизмов аутентификации не поддерживают конфиденциальность, то есть не позволяют выполнять шифрование сообщений во время сеанса связи между пользователем и сервером, и без серьезной доработки мало пригодны для взаимной аутентификации.