MFDPG: Multi-Faktor Deterministisches Passwort-Management ohne gespeicherte Geheimnisse

1. Einführung & Überblick

Passwörter bleiben der dominierende Authentifizierungsmechanismus, doch ihr Management stellt eine kritische Sicherheitsherausforderung dar. Herkömmliche Passwort-Manager schaffen zentrale Single Points of Failure, wie Vorfälle wie bei LastPass zeigen. Deterministische Passwort-Generatoren (DPGs) werden seit über zwei Jahrzehnten als Alternative vorgeschlagen, die einzigartige Passwörter pro Website aus einem Hauptgeheimnis und einem Domainnamen generieren und so die Speicherung eliminieren. Bestehende DPGs leiden jedoch unter erheblichen Sicherheits-, Datenschutz- und Usability-Mängeln, die eine breite Akzeptanz verhindert haben.

Dieses Paper stellt den Multi-Faktor Deterministischen Passwort-Generator (MFDPG) vor, ein neuartiges Design, das diese Schwachstellen adressiert. MFDPG nutzt Multi-Faktor-Schlüsselableitung, um das Hauptgeheimnis zu härten, setzt Cuckoo-Filter für die sichere Passwortsperrung ein und verwendet einen Traversal-Algorithmus für Deterministische Endliche Automaten (DFA), um komplexen Passwortrichtlinien zu entsprechen – alles ohne Speicherung von Geheimnissen auf Client- oder Serverseite.

2. Analyse bestehender DPGs

Die Untersuchung von 45 DPG-Schemata (z.B. PwdHash) deckte konsistente kritische Mängel auf.

3. Das MFDPG-Design

Die Architektur von MFDPG basiert auf drei Kerninnovationen.

4. Evaluation & Ergebnisse

Der MFDPG-Prototyp wurde auf Kompatibilität mit den 100 beliebtesten Websites (laut Alexa-Rankings) evaluiert.

Diagrammbeschreibung: Ein Balkendiagramm würde die Verteilung der angetroffenen Passwortrichtlinientypen zeigen (z.B. "Nur Mindestlänge", "Großbuchstaben & Zahl erforderlich", "Komplexer Regex") und einen Balken mit 100 % Erfolg für die MFDPG-Konformität über alle Kategorien hinweg, im Kontrast zu einem niedrigeren Balken für einen einfachen Hash-DPG als Baseline.

5. Technischer Deep Dive

Schlüsselableitung: Die Kernsicherheit basiert auf einem starken MFKDF-Setup, z.B. einem auf OPAQUE oder anderen asymmetrischen PAKE-Protokollen basierenden, um Offline-Angriffe zu verhindern, selbst wenn das abgeleitete dienstspezifische Passwort geleakt wird.

DFA-Traversal-Algorithmus (konzeptionell):

1. Kodieren Sie die Passwortrichtlinie der Website als DFA $A$.
2. Seeden Sie einen CSPRNG mit $\text{HMAC}(K, \text{domain})$.
3. Beginnend im Startzustand, verwenden Sie den CSPRNG, um zufällig einen gültigen Übergang (Ausgabe eines Zeichens) in einen nächsten Zustand zu wählen.
4. Wiederholen Sie dies, bis ein akzeptierender Zustand erreicht ist, wobei sichergestellt wird, dass die endgültige Sequenz ein gültiges Wort in der Sprache von $A$ ist.

6. Analystenperspektive: Kernidee, Logischer Ablauf, Stärken & Schwächen, Handlungsempfehlungen

Kernidee: MFDPG ist nicht nur ein weiterer Passwort-Manager; es ist ein strategischer Umweg um das langsame Tempo der Web-Authentifizierungsentwicklung. Die Genialität des Papers liegt in der Neudefinition des Problems: Anstatt darauf zu warten, dass Websites FIDO2 oder Passkeys übernehmen, befähigt MFDPG den Nutzer, einseitig Multi-Faktor-Sicherheit clientseitig für jeden Legacy-Passwortdienst durchzusetzen. Dies verwandelt das schwächste Glied – das wiederverwendbare Passwort – in ein abgeleitetes, einmal verwendbares Token, das durch Hardware- und biometrische Faktoren geschützt ist. Es ist eine pragmatische Anerkennung, dass das Passwort so bald nicht sterben wird, weshalb wir es kryptografisch panzern müssen.

Logischer Ablauf: Die Argumentation ist überzeugend. 1) Aktuelle DPGs sind fundamental fehlerhaft (Hauptschlüssel-Exposure, keine Rotation). 2) Daher benötigen wir eine kryptografisch gehärtete Grundlage (MFKDF). 3) Aber Härtung allein reicht nicht; wir brauchen praktischen Nutzen (Richtlinienkonformität, Sperrung). 4) Die vorgeschlagenen Lösungen (Cuckoo-Filter, DFA-Traversal) zielen direkt auf diese Nutzungslücken. 5) Das Ergebnis ist ein System, das nicht nur DPGs repariert, sondern auch stillschweigend die gesamte Authentifizierungslandschaft von unten nach oben aufwertet. Die Logik ist sauber, und jede Designentscheidung ist ein direkter Konter auf einen dokumentierten Mangel.

Stärken & Schwächen: Die Stärke liegt in seiner eleganten, speicherlosen Architektur und seiner Fähigkeit zur progressiven Verbesserung. Es lernt aus den Fehlern von Vorgängern wie PwdHash. Die Schwächen liegen jedoch im Bereitstellungsmodell. Kritischer Fehler: Die Nutzerwiederherstellung ist ein Albtraum. Ihr Hardware-Token verloren? Sie sind sofort von allem ausgesperrt – ein katastrophaler Single Point of Failure, der die Risiken von Cloud-Backups harmlos erscheinen lässt. Das Paper geht darüber hinweg. Darüber hinaus hängt seine Sicherheit stark von der MFKDF-Implementierung ab, einem komplexen kryptografischen Primitiv, das anfällig für Implementierungsfehler ist. Wie die USENIX Security 2023-Analyse von MFA-Schemata zeigt, haben reale MFA-Systeme oft subtile Schwachstellen. Eine breite Akzeptanz würde einen narrensicheren, benutzerfreundlichen Wiederherstellungsmechanismus erfordern, der seiner "keine gespeicherten Geheimnisse"-Philosophie zuwiderzulaufen scheint.

Handlungsempfehlungen: Für Sicherheitsteams sind die Kernkonzepte von MFDPG sofort wertvoll. Die DFA-basierte, richtlinienkonforme Generierung kann intern für Dienstkonten-Passwörter pilotiert werden. Die Verwendung von Cuckoo-Filtern für die Sperrung ist eine clevere, datenschutzbewahrende Technik, die über Passwörter hinaus anwendbar ist (z.B. für die Verwaltung von Token-Sperrlisten). Die große Lektion ist, die Geheimnisspeicherung von der Geheimnisableitung zu entkoppeln. Anstatt an Tresore zu denken, sollte man darüber nachdenken, mehrere Faktoren kryptografisch in einen einzigen, kurzlebigen Ableitungsschlüssel zu binden. Unternehmen sollten in F&E für nutzergehaltene, wiederherstellbare Multi-Faktor-Vertrauenswurzeln investieren – das fehlende Puzzleteil, auf das MFDPG hinweist, aber nicht löst. Die Zukunft liegt nicht in besseren Tresoren; sie liegt darin, den Tresor überflüssig zu machen, und MFDPG weist genau in diese Richtung.

7. Zukünftige Anwendungen & Richtungen

• Passwordless-Integration: Die abgeleiteten, dienstspezifischen Passwörter von MFDPG könnten als "etwas, das Sie haben" in einem FIDO2-ähnlichen Flow dienen und so die Passwort- und Passwordless-Welten verbinden.
• Dezentrale Identität: Das speicherlose, nutzerzentrierte Modell passt zu Web3- und dezentralen Identitätsprinzipien (z.B. IETFs GNAP). Der Haupt-Multi-Faktor-Schlüssel könnte dezentrale Identifikatoren (DIDs) und Nachweise generieren.
• Enterprise Secret Management: Angepasst für Maschinenidentitäten, um einzigartige API-Schlüssel/Geheimnisse für verschiedene Dienste aus einer zentralen Wurzel zu generieren, mit automatisierter Rotation über den Sperrfilter.
• Forschungsrichtung: Entwicklung formaler Sicherheitsbeweise für das kombinierte MFKDF+DFA+Filter-System. Erforschung post-quanten MFKDF-Konstruktionen. Gestaltung humaner, sicherer Wiederherstellungsprotokolle, die das Null-Geheimnis-Modell nicht kompromittieren.

8. Referenzen

1. Nair, V., & Song, D. (Jahr). MFDPG: Multi-Faktor Authentifiziertes Passwort-Management Ohne Gespeicherte Geheimnisse. Konferenzname.
2. Ross, B., Jackson, C., Miyake, N., Boneh, D., & Mitchell, J. C. (2005). Stronger Password Authentication Using Browser Extensions. USENIX Security Symposium. (PwdHash)
3. Ghalwash, H., et al. (2023). SoK: Multi-Faktor-Authentifizierung. USENIX Security Symposium.
4. Jarecki, S., Krawczyk, H., & Xu, J. (2018). OPAQUE: Ein Asymmetrisches PAKE-Protokoll Sicher Gegen Vorberechnungsangriffe. EUROCRYPT.
5. Fan, B., Andersen, D. G., Kaminsky, M., & Mitzenmacher, M. (2014). Cuckoo-Filter: Praktisch Besser Als Bloom. CoNEXT.
6. FIDO Alliance. (2023). FIDO2: WebAuthn & CTAP Spezifikationen. https://fidoalliance.org/fido2/