CAYENNE+: HMAC-Derived Peppers for Compartmentalized Password Hashing
CAYENNE+ ist ein deterministisches Framework, das die Passwortsicherheit erhöht, indem es kontospezifische Pepper aus einem Master-Secret und einem pro Benutzer variierenden Zustand ableitet, wodurch die Risiken einer breit angelegten Kompromittierung, die mit statischen, global geteilten Peppern verbunden sind, gemindert werden, während gleichzeitig ein geringer Authentifizierungsaufwand beibehalten wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In der digitalen Welt bleiben Passwörter der am häufigsten verwendete Schlüssel zu unserem Online-Leben. Sie sind einfach zu verwenden, kostengünstig einzurichten und funktionieren mit fast jedem System, das wir besitzen. Um diese Passwörter sicher aufzubewahren, speichern Computersysteme nicht die tatsächlichen Wörter, die Menschen eintippen. Stattdessen lassen sie das Passwort durch eine komplexe mathematische Maschine laufen, die es in einen verschlüsselten Code verwandelt, der als Hash bekannt ist. Dieser Code wird in einer Datenbank gespeichert. Wenn ein Hacker diese Datenbank stiehlt, sieht er nur die verschlüsselten Codes, nicht die echten Passwörter. Um dies für Angreifer noch schwieriger zu machen, fügen Sicherheitsexperten oft eine geheime Zutat hinzu, die als „Pepper“ bezeichnet wird. Man kann sich diesen Pepper wie ein verstecktes Gewürz vorstellen, das der Computer vor dem Verschlüsseln zum Passwort hinzufügt. Dieses Geheimnis wird in einem separaten, hochgradig geschützten Tresor aufbewahrt, fernab der Datenbank. Wenn ein Hacker die Datenbank stiehlt, aber nicht den Tresor, kann er die Verschlüsselung nicht ohne Weiteres rückgängig machen, um die ursprünglichen Passwörter zu finden.
Eine häufige Schwachstelle in diesem Ansatz besteht jedoch darin, dass viele Systeme exakt denselben geheimen Pepper für jeden einzelnen Nutzer verwenden. Wenn es einem Hacker gelingt, dieses eine Geheimnis zu stehlen, kann er den Schutz für alle Konten im System gleichzeitig aufheben. Die gesamte Verteidigung bricht zusammen, weil das Geheimnis zu weit verbreitet geteilt wurde. Forscher an der Iwate Prefectural University in Japan haben einen neuen Weg vorgeschlagen, mit diesem Geheimnis umzugehen, genannt CAYENNE+. Anstatt ein statisches Geheimnis für alle zu verwenden, erstellt diese neue Methode ein einzigartiges Geheimnis für jeden einzelnen Nutzer. Dies geschieht, indem ein Master-Geheimnis, das in einem sicheren Tresor aufbewahrt wird, mit einem dem spezifischen Nutzer zugewiesenen, einzigartigen Datensatz kombiniert wird. Das System verwendet dann diese beiden Teile, um mathematisch einen maßgeschneiderten Pepper für diese Person zu generieren. Das bedeutet, dass selbst wenn ein Hacker das Master-Geheimnis stiehlt, er die Passwörter für einzelne Konten immer noch nicht knacken kann, ohne auch die einzigartigen Daten für jede einzelne Person zu finden.
Die Forscher testeten diese Idee, indem sie eine massive Datenbank-Verletzung simulierten. Sie erstellten ein System mit zweihunderttausend gefälschten Nutzerkonten und richteten verschiedene Szenarien ein, um zu sehen, wie lange es dauern würde, die Passwörter zu knacken. Im ersten Szenario gingen sie davon aus, dass der Hacker überhaupt keinen geheimen Pepper besitzt. Im zweiten Szenario nahmen sie an, dass der Hacker das einzelne, gemeinsam genutzte Geheimnis gestohlen hatte, das in traditionellen Systemen verwendet wird. Im dritten Szenario gingen sie davon aus, dass der Hacker alles gestohlen hatte: die Datenbank, das Master-Geheimnis und die einzigartigen Nutzerdaten. Schließlich testeten sie die realistischste Teilkompromittierung: Der Hacker hatte die Datenbank und das Master-Geheimnis, aber die einzigartigen Nutzerdaten blieben an einem separaten, sicheren Ort gesperrt.
Die Ergebnisse zeigten, dass das neue System im Szenario des Totalverlusts, bei dem der Hacker alles hatte, keinen zusätzlichen Schutz über die Standard-Verschlüsselung hinaus bot; die Passwörter wurden mit der gleichen Geschwindigkeit geknackt wie zuvor. Dies ist zu erwarten, da das System auf der Geheimhaltung seiner Komponenten beruht. Der wahre Wert zeigte sich jedoch im Szenario der Teilkompromittierung. Als der Hacker das Master-Geheimnis besaß, aber nicht die einzigartigen Nutzerdaten hatte, schoss die Zeit, die zum Knacken der Passwörter benötigt wurde, in die Höhe. In ihren Simulationen fanden die Forscher heraus, dass die fehlenden Daten den Angreifer dazu zwangen, eine riesige Anzahl von Möglichkeiten durchzuprobieren, bevor er überhaupt versuchen konnte, ein Passwort zu überprüfen. Für den spezifischen Aufbau, den sie testeten, erhöhte dies die geschätzte Zeit, um die Hälfte der Konten zu knacken, von etwa fünfundvierzig Jahren auf über vier Millionen Jahre. Dieser dramatische Anstieg geschah, weil der Angreifer für jeden einzelnen Passwortversuch viele verschiedene Kombinationen der fehlenden Nutzerdaten ausprobieren musste, was den Arbeitsaufwand effektiv vervielfachte.
Die Studie untersuchte auch, wie sich diese neue Methode auf die Geschwindigkeit der Anmeldung für normale Nutzer auswirkt. Sie maßen die Zeit, die für Registrierungen und Logins über verschiedene Systemgrößen hinweg – von zehntausend bis zweihunderttausend Nutzern – benötigt wurde. Sie fanden heraus, dass die neue Methode für alltägliche Logins fast keine spürbare Verzögerung verursachte. Die Zeit für die Anmeldung war nahezu identisch mit Systemen, die keinen Pepper oder einen traditionellen, gemeinsam genutzten Pepper verwendeten. Das System war schnell genug, dass Nutzer keinen Unterschied bemerken würden. Die Forscher testeten auch eine Version, bei der die einzigartigen Nutzerdaten periodisch geändert wurden, um die Sicherheit zu erneuern. Dieser Erneuerungsprozess erforderte, dass das System den Passwortcode neu berechnete, was während der spezifischen Momente der Erneuerung eine leichte Verlangsamung verursachte. Für die überwiegende Mehrheit der Logins blieb das System jedoch genauso schnell wie zuvor.
Die Forscher merkten vorsorglich an, dass ihre Ergebnisse aus Simulationen und kontrollierten Experimenten stammen, nicht aus einem realen Angriff auf ein Live-System. Sie verwendeten eine spezifische Methode zur Generierung der einzigartigen Nutzerdaten, die in ihrem Test eine Grenze für die Anzahl der möglichen Ergebnisse setzte. Sie räumten ein, dass eine reale Implementierung eine komplexere Methode verwenden müsste, um sicherzustellen, dass die Anzahl der Möglichkeiten noch größer ist. Sie wiesen auch darauf hin, dass das System keinen zusätzlichen Schutz bietet, wenn ein Hacker sowohl das Master-Geheimnis als auch die einzigartigen Nutzerdaten gleichzeitig stiehlt. Die Stärke des neuen Ansatzes beruht vollständig darauf, diese zwei Teile der Information an zwei getrennten, sicheren Orten aufzubewahren, damit der Diebstahl des einen nicht automatisch die Offenlegung des anderen zur Folge hat.
Letztendlich zeigt diese Arbeit, dass es möglich ist, von der riskanten Praxis, ein einziges Geheimnis für alle zu verwenden, abzurücken, ohne die Systeme, die Menschen täglich nutzen, zu verlangsamen. Durch die Aufteilung des Geheimnisses in zwei Teile und deren räumliche Trennung macht das System es für Angreifer viel schwieriger, erfolgreich zu sein, falls sie nur einen Teil der Informationen stehlen. Die Studie legt nahe, dass diese Kompartimentierung ein praktischer Weg ist, um die Passwortsicherheit zu stärken, vorausgesetzt, dass die zwei Teile des Geheimnisses in der realen Welt tatsächlich getrennt gehalten werden. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass die Methode die Notwendigkeit einer starken Passwort-Hashing-Verfahren nicht ersetzt, aber eine lebenswichtige Verteidigungsebene hinzufügt, die den Schaden durch eine Teilkompromittierung der Sicherheit reduziert.
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