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Authentication I

Hirsun大约 20 分钟

Authentication I

  • Purpose of Authentication: Binding an identity to a subject (user)
  • A user is often required to be authenticated when using computer systems

How to achieve that?

  • 一个主体必须提供信息，使计算机系统能够确认其身份
  • What can a subject provide?
    • What the subject knows
    • What the subject has
    • What the subject is

上述内容有时被称为认证中的因素「factors」

Authentication Bases

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Evaluation Auth System

  • 一些认证系统可能没有100%的准确性
    • 我们衡量 得到错误结果的可能性
    • 不仅在认证系统中有用，而且在入侵检测系统、恶意软件检测系统、垃圾邮件等方面也有用。

False Positive & False Negative

为了衡量一个认证系统的有效性

  • False Acceptance Rate (FAR)「错误接受率」
    • 接受不具备其声称身份的主体的概率
    • 错误接受的数量与识别尝试的数量之比
  • False Rejection Rate (FRR)「错误拒绝率」
    • 认证尝试导致错误拒绝的比例
    • 错误拒绝的数量与识别尝试的数量之比

Example: Biometric-based Authentication System

确定不同的生物识别特征和一个保存的参考特征的相似性的系统

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生物识别特征的测量以及特征本身都会受到统计波动的影响。因此，每个生物特征识别系统都有一个内置的接受阈值。

  • 给定的 FAR 和 FRR 值总是属于同一个阈值
  • 随着阈值的增加（即，所需的 Levenshtein 距离变小），FAR 降低但 FRR 增加。
  • 存在一个阈值，其中 FAR=FRR，在这种情况下，rate 被称为 Equal Error Rate（EER）「相等错误率」。

根据不同的应用，FAR 或 FRR 可能更重要，因此是需要优化的参数。

Password-based Auth

一种简单而常见的用户认证方法。很容易实现，但许多人把它描述为最糟糕的方法之一。

Threats

  • Password guessing: 试图猜测网上的密码是很有可能的。
  • Password exposure: An “eavesdropper” may see the password when it is typed
  • Trojan login program: 这些程序会生成看似真实的登录屏幕
  • Poor passwords: 即使密码的长度合适，也可能是字典中的一个词。
    • Various attacks (online/offline) : Dictionary attack, Brute force attack, Hybrid attacks

Dictionary attack

  • 常见词汇的字典可以作为成套的密码来尝试。
  • 攻击者通过字典中的单词，尝试将它们作为密码。
  • 这种字典攻击可能不会成功，但速度相当快。

Tailored Dictionary Attacks 「定制字典攻击」

  • 有可能比完整的英语词典更具体，或从其他来源有针对性地进行说明
  • 用户可能使用更多的个人信息作为密码

Brute Force

  • 所有的密码系统都很容易被别人猜中正确的密码。
  • 蛮力攻击包括尝试每一个可能的密码，以及更广泛的每一个可能的解决方案
  • 与字典攻击不同，暴力攻击总是有效的
    • 重要的因素是，这种猜测在密码的有效期内是不可能的。
    • Tips: Changing passwords periodically

Choosing Secure Passwords

绝对测试正确密码的时间（以秒为单位）由 N/R 定义，其中

  • N = 可能的密码集的大小
  • R = 一秒钟内可以测试的密码数

预期时间（或相关随机变量的预期值）= 0.5 * N/R

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Hybrid Attacks

基本上，我们使用字典作为基础，但对每个测试的单词采取变体。

We might replace each lower case “L” with 1, or “O” with 0, and so on

混合攻击介于字典攻击和暴力攻击之间，在消耗的时间、尝试的密码数量以及因此成功的机会方面。

Password Entropy

熵「Entropy」与信息内容、随机性和不确定性有关：The uncertainty that someone thinks about your password. 熵以 bit 为单位

For example,

  • If there are two equally likely options, we have 1 bit of entropy
  • If there are 4 equally options, we have 2 bits of entropy
  • For N equally likely options, the entropy is log2N

所以，我们需要一个大熵的密码

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Protective Mechanisms

  • 追踪错误的密码尝试
    • 限制每次连接的猜测次数
    • 当超过一个阈值时，锁定账户
    • 发出警报并追踪入侵者
  • Process the password slowly, say, 5 seconds: 这对合法用户来说没有什么区别，但它可以减缓任何攻击企图。
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Online vs. Offline

主要区别在于 "猜测 "的数量是否受到限制。

  • 如果你能不受限制地猜测，可能值得一试，至少是字典攻击
  • 如果你能猜到限制，另一种方法，某种形式的社会工程，可能更有用。
    • To trick someone into revealing a password for a system
    • Further Reading: Social Engineering: The Art of Human Hacking

Brute Force and the GPU

图形处理单元已被用于大幅提高加密暴力攻击的速度，专为大规模并行操作而设计。

  • 系统中的密码列表必须得到很好的保护 -> 备份系统时要注意
  • 用户密码不应以明文形式存储,
    • 例如，密码的哈希值被存储在UNIX中
    • 仍然容易受到离线密码猜测的影响，所以文件必须受到物理保护

How should store PSW

Hash Functions Revisited

  • Hash: 一个数据块的 "固定长度指纹"，其长度可以是任意的。也称为消息摘要
  • Hash function: 将数据从任意长度转化为固定的短长度
  • Well known hash functions: MD5 and SHA

How should we store password in a system?

A better approach: 储存的是密码的哈希值

userIDPassword
AliceH(pw_Alice)
BobH(pw_Bob)
OscarH(pw_Oscar)

Password Salt

In UNIX, a salted password is used for hashing

  • “salt”是为计算用户密码的哈希值而生成的随机数
  • 盐也被储存在某个地方，并假定它不像密码那样保密。
userIDSaltPassword hash
Alice3487H(3487||pw_Alice)
Bob8254H(8254||pw_Bob)
Oscar1098H(1098||pw_Oscar)

即使盐是以明文存储的，也比直接存储密码的哈希值要好。

  • 减缓攻击者的速度
  • 哈希一次并检查所有用户的哈希值 vs 一次只检查一个用户的哈希值

哈希函数的单向属性：换句话说，没有办法 "解密 "并取回原始密码。

Case Study – Unix

  • 早期版本的 UNIX 将用户标识、散列密码、默认 shell 等存储在一个文件中 -> /etc/passwd
  • 新版本的UNIX将 passwd 文件分成了两个
  • /etc/passwd（除了密码的哈希值以外的所有内容）
  • /etc/shadow（用户名和密码的哈希值）
    • 这个文件是受保护的，只有root用户才能访问

不是直接存储密码

  • 通过使用密码（前八个字符作为密钥），使用数据加密标准（DES）对64个零位的数据块进行加密，产生一个值。
  • 然后用用户的密码对产生的64位密码块再次进行加密；该过程共重复25次。
  • 最后的64位使用Base64编码解压成11个可打印字符的字符串
    • 每个可打印的字符6比特
    • 最后4位是附加的零
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为了提高安全性，使用了一种盐

  • 一个12位的数字，在0和4,095之间
  • 盐被转换为两个字符的字符串，并在 "加密 "的密码中预加。
PasswordSaltEncrypted password
nutmegMiMiqkFWCm1fNJI
ellen1riri79KNd7V6.Skopen in new window
Sharon././2aN7ysff3qM
norahsamamfIADT2iqjAf
norahs7a7azfT5tIdyh0I

Attack approaches:

  • 通过从/etc/passwd获取用户ID进行 "在线 "密码猜测攻击
  • 获取root权限复制shadow文件发起离线字典攻击
  • Rainbow Table Attack
    • 蛮力攻击的计算量很大
    • 这种方法采用预先计算的查找表来找出哈希值（密码或其等价物）的前像。
    • 内存密集型
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