Table des matières
1. Introduction
Les rapports persistants de fuites de comptes et de mots de passe sur les sites web soulignent l'importance cruciale de la sécurité de l'information et des mots de passe. Si les vulnérabilités des sites web sont un facteur, la sécurité intrinsèque du mot de passe lui-même est primordiale. Les pratiques courantes de mots de passe non sécurisés incluent les mots de passe basés sur des mots-clés, l'utilisation de phrases populaires, l'incorporation d'informations personnelles et la réutilisation des mots de passe. L'essor de l'IA et des grands modèles de langage renforce encore la capacité des attaquants à deviner les mots de passe plus efficacement.
Cette recherche propose un générateur de mots de passe sécurisé basé sur des Générateurs de Nombres Pseudo-Aléatoires (PRNG) cryptographiquement sûrs. Il construit des PRNG en utilisant le Code d'Authentification de Message par Hachage Clé (HMAC), le MAC basé sur un chiffrement (CMAC) ou le MAC KECCAK (KMAC) pour générer des nombres aléatoires sécurisés, qui sont ensuite utilisés pour produire des mots de passe. L'aléatoire généré est validé par rapport à la norme NIST SP 800-90B via des tests d'entropie et des tests d'Indépendance et de Distribution Identique (IID).
2. Revue de la littérature
2.1. PRNG basé sur un générateur congruentiel linéaire
Couramment utilisés dans des langages comme C et Java, les GCL génèrent une séquence via la relation de récurrence : $f_i(k) \equiv a \times f_{i-1}(k) + c \ (\text{mod} \ m)$, amorcée par $k$. Ils sont non sécurisés car l'état peut être inversé : $f_{i-1}(k) \equiv (f_i(k) - c) \times a^{-1} \ (\text{mod} \ m)$, exposant ainsi la graine et toute la séquence.
2.2. Générateurs de nombres pseudo-aléatoires sécurisés
Les PRNG cryptographiques sont conçus pour être imprévisibles, même lorsqu'une partie de la sortie est connue.
2.2.1. PRNG basé sur HMAC
La sécurité repose sur la propriété unidirectionnelle des fonctions de hachage (par exemple, SHA2, SHA3). Pour une clé $k$ et un message $M$, le HMAC est calculé comme suit : $r_{hmac}(k, M) = h((k \oplus opad) \ || \ h((k \oplus ipad) \ || \ M))$. Le mode compteur est utilisé pour générer plusieurs blocs pour des sorties plus longues.
2.2.2. PRNG basé sur CMAC
La sécurité est basée sur la norme de chiffrement avancé (AES). Il fonctionne en mode Chaînage par Blocs de Chiffrement (CBC). Le dernier bloc de texte chiffré après le traitement du message complété sert de MAC/sortie : $r_{cmac}(k, Split(M))$.
2.2.3. PRNG basé sur KMAC
Basé sur la fonction de hachage SHA-3 (KECCAK), KMAC fournit une sortie de longueur variable et est considéré comme un candidat solide pour la cryptographie post-quantique.
2.3. Méthodes de validation de l'aléatoire
Le NIST SP 800-90B fournit des méthodologies pour évaluer les sources d'entropie. L'estimation de l'entropie quantifie l'imprévisibilité (min-entropie). Le test IID vérifie si les données sont indépendantes et identiquement distribuées, une hypothèse clé pour de nombreux tests statistiques. Leur réussite valide la qualité de la source d'aléatoire.
3. Générateur de mots de passe sécurisé proposé
L'architecture du système implique : 1) L'utilisateur fournit facultativement un Message à Hacher (TBHM). 2) Un PRNG cryptographique (basé sur HMAC/CMAC/KMAC) utilise le TBHM (et une clé) pour générer un flux de bits à haute entropie. 3) Ce flux de bits est mappé sur un jeu de caractères défini par l'utilisateur (par exemple, alphanumérique + symboles) d'une longueur spécifiée pour produire le mot de passe final. La sécurité est analysée en comparant l'espace de recherche du mot de passe avec les forces des clés AES-128 et AES-256.
4. Expérimentations et résultats
4.1. Configuration expérimentale
Implémentation des trois types de PRNG (HMAC-SHA256, CMAC-AES-128, KMAC256). Génération de grandes séquences de bits aléatoires pour les tests.
4.2. Résultats de la validation de l'aléatoire
Résultat clé : Les trois constructions de PRNG proposées (HMAC, CMAC, KMAC) ont toutes réussi à la fois la validation d'entropie et les tests IID conformément au NIST SP 800-90B. Cela démontre empiriquement que les nombres générés possèdent une aléatoire et une qualité statistique suffisantes pour la génération cryptographique de mots de passe.
4.3. Analyse des performances
L'efficacité computationnelle a été évaluée. Bien que toutes les méthodes soient viables, KMAC et HMAC peuvent présenter des profils de performance différents selon la plateforme, le CMAC basé sur AES étant souvent plus rapide sur le matériel avec accélération AES.
5. Conclusion et travaux futurs
Cet article a présenté un cadre de générateur de mots de passe sécurisé construit sur des PRNG cryptographiques (HMAC, CMAC, KMAC). L'aléatoire généré a été validé à l'aide des normes NIST, confirmant son adéquation. Les travaux futurs incluent l'intégration du générateur dans des extensions de navigateur ou des gestionnaires de mots de passe, l'exploration de son utilisation pour générer des clés cryptographiques au-delà des mots de passe, et le test de sa résilience face aux attaques de devinette émergentes basées sur l'IA.
6. Analyse originale et commentaire d'expert
Idée centrale : Cet article n'invente pas un nouveau chiffrement ; c'est une solution d'ingénierie pragmatique et conforme aux normes pour un problème humain persistant : la création de mots de passe faibles. Sa valeur fondamentale réside dans l'application correcte de primitives cryptographiques établies (HMAC, CMAC, KMAC) en tant que PRNG recommandés par le NIST et dans la validation rigoureuse de la sortie — une étape souvent négligée dans les générateurs de mots de passe "faits maison". À une époque où l'IA peut modéliser les modèles de données personnelles (comme le montre la recherche sur la devinette de mots de passe assistée par l'IA comme PassGAN), déplacer la source de l'aléatoire des mots de passe du cerveau humain vers des algorithmes cryptographiques validés est une mise à niveau de sécurité non négociable.
Flux logique : La logique est solide et suit un modèle classique de cryptographie appliquée : 1) Identifier la vulnérabilité (mots de passe faibles générés par l'homme). 2) Sélectionner des outils cryptographiques appropriés et éprouvés (PRNG du NIST SP 800-108). 3) Construire un système (mapper la sortie du PRNG sur un jeu de caractères). 4) Valider le composant central (sortie du PRNG via NIST SP 800-90B). Cette méthodologie reflète les meilleures pratiques de conception de systèmes sécurisés, similaire à la façon dont les bibliothèques modernes comme `libsodium` privilégient des primitives robustes et sécurisées par défaut.
Points forts et faiblesses :
Points forts : La validation rigoureuse par le NIST est le principal atout de l'article, fournissant une crédibilité empirique. L'utilisation de KMAC s'aligne sur la préparation post-quantique. L'entrée utilisateur facultative (TBHM) est une fonctionnalité astucieuse, permettant une régénération déterministe du mot de passe si nécessaire, sans compromettre la sécurité si le PRNG est robuste.
Faiblesses : La principale limite de l'article est son champ d'application en tant que preuve de concept. Il manque une analyse d'implémentation réelle abordant les canaux auxiliaires (attaques temporelles lors du mappage), la gestion sécurisée des clés pour le PRNG, et les défis d'intégration avec les politiques de mots de passe existantes. De plus, bien qu'il compare la force du mot de passe à AES, il n'analyse pas en profondeur la perte d'entropie pendant le processus de mappage du jeu de caractères, ce qui est un détail critique pour les mots de passe courts.
Perspectives actionnables : Pour les praticiens de la sécurité, la conclusion est claire : il faut cesser de laisser les utilisateurs ou des fonctions aléatoires naïves choisir les mots de passe. Implémentez un générateur de mots de passe côté serveur comme celui-ci pour les réinitialisations de "mot de passe oublié" ou la configuration initiale des utilisateurs. Le choix spécifique du PRNG peut être adapté : utilisez CMAC-AES pour la vitesse sur les serveurs courants, KMAC pour les préoccupations quantiques à long terme. Crucialement, toute adoption doit inclure la gestion de la graine/clé du PRNG avec la même rigueur que toute clé cryptographique. Ce travail devrait être intégré dans des cadres comme la feuille de triche d'authentification de l'OWASP en tant que modèle recommandé pour la génération sécurisée de mots de passe.
7. Détails techniques et formulation mathématique
La sécurité repose sur les formulations du PRNG. Pour HMAC :
$r_{hmac}(k, M) = h((k \oplus opad) \ || \ h((k \oplus ipad) \ || \ M))$
où $h$ est une fonction de hachage comme SHA-256, $ipad/opad$ sont des constantes, et $k$ est la clé. Pour la génération de mots de passe, un compteur $i$ est incorporé dans $M_i$ pour générer plusieurs blocs : $M_i = i || \text{Label} || 0x00 || \text{Context} || L$. Les bits de sortie sont ensuite convertis en un index entier pour sélectionner des caractères dans l'ensemble $C$ de taille $N$ : $\text{index} = \text{random_bits} \mod N$.
8. Cadre d'analyse et exemple de cas
Scénario : Un service web doit générer un mot de passe fort de 12 caractères pour un nouveau compte utilisateur.
Application du cadre :
1. Définir les paramètres : Jeu de caractères $C$ = 94 caractères ASCII imprimables. Longueur $L=12$. Choix du PRNG : HMAC-SHA256.
2. Générer l'aléatoire : Collecter l'entropie pour la graine $k$. Utiliser TBHM = "serviceX_user123". Exécuter le PRNG basé sur HMAC en mode compteur pour produire $\lceil log_2(94^{12}) \rceil \approx 79$ bits d'entropie.
3. Mapper au mot de passe : Utiliser le flux de 79 bits pour générer 12 indices, chacun sélectionnant un caractère dans $C$.
4. Vérification de validation : L'entropie du mot de passe généré est d'environ 78,5 bits, comparable à une clé symétrique d'environ 80 bits, significativement plus forte que tout mot de passe choisi par un humain.
Flux de travail sans code : Ce processus peut être encapsulé dans un appel API côté serveur, abstraisant complètement la cryptographie de l'utilisateur final.
9. Applications futures et orientations
1. Moteur central de gestionnaire de mots de passe : Intégrer ce générateur comme moteur de création de mots de passe par défaut dans les gestionnaires de mots de passe open-source et commerciaux (par exemple, Bitwarden, 1Password).
2. Transition post-quantique : La génération basée sur KMAC est une solution prête à l'emploi pour la génération de mots de passe et de jetons résistants aux ordinateurs quantiques, comme recommandé par le projet de cryptographie post-quantique du NIST.
3. Sécurité IoT et embarquée : Des versions légères de CMAC-AES peuvent générer des mots de passe d'appareil uniques et des clés API dans des environnements contraints.
4. Blockchain et Web3 : Générer des graines de phrases mnémoniques sécurisées et aléatoires pour les portefeuilles de cryptomonnaies en utilisant une source aléatoire vérifiable.
5. Normalisation : Proposer cette méthodologie à des organismes de normalisation comme l'IETF ou le FIDO pour inclusion dans les protocoles d'authentification de nouvelle génération.
10. Références
- M. Bishop, "Computer Security: Art and Science", Addison-Wesley, 2018.
- NIST, "Special Publication 800-63B: Digital Identity Guidelines", 2017.
- M. L. Mazurek et al., "Measuring Password Guessability for an Entire University", IEEE S&P, 2013.
- B. Ur et al., "How Does Your Password Measure Up? The Effect of Strength Meters on Password Creation", USENIX Security, 2012.
- NIST, "Special Publication 800-108: Recommendation for Key Derivation Using Pseudorandom Functions", Rev. 1, 2022.
- NIST, "Special Publication 800-90B: Recommendation for the Entropy Sources Used for Random Bit Generation", 2018.
- J. Kelsey, B. Schneier, D. Wagner, "Secure Applications of Low-Entropy Keys", ISW, 1997.
- FIPS PUB 202, "SHA-3 Standard: Permutation-Based Hash and Extendable-Output Functions", 2015.
- B. Hitaj et al., "PassGAN: A Deep Learning Approach for Password Guessing", NeurIPS Workshop, 2017.
- D. J. Bernstein et al., "The Security Impact of a New Cryptographic Random Number Generator", 2020.