Trenchcoat: Algoritma Hashing Boleh-Kira Manusia untuk Penjanaan Kata Laluan

Kandungan

1. Pengenalan

Landskap digital moden memerlukan individu menguruskan jumlah akaun dalam talian yang terlalu banyak, setiap satunya dilindungi oleh kata laluan. Beban kognitif untuk mencipta dan mengingati kata laluan yang unik dan kuat membawa kepada amalan tidak selamat seperti penggunaan semula kata laluan dan variasi ringkas. Kertas kerja ini memperkenalkan "Trenchcoat," satu kerangka untuk algoritma hashing boleh-kira manusia yang direka untuk menjana kata laluan yang selamat dan unik bagi setiap laman web dengan hanya menggunakan satu rahsia induk yang mudah diingati dan pengiraan mental.

2. Masalah dengan Amalan Kata Laluan Semasa

Pengguna terjebak di antara mandat keselamatan (peraturan kerumitan, pertukaran kerap) dan batasan kognitif. Ini mengakibatkan:

• Penggunaan Semula Kata Laluan: Lebih 50% kata laluan digunakan semula merentasi pelbagai akaun.
• Pembinaan Lemah: Bergantung pada corak yang boleh diramal, perkataan kamus, dan maklumat peribadi.
• Bergantung pada Alat & Risiko: Pengurus kata laluan, walaupun membantu, memperkenalkan titik kegagalan tunggal dan pernah mengalami kelemahan kritikal.
• Jurang Aksesibiliti: Banyak penyelesaian tidak direka untuk pengguna neuropelbagai atau kurang upaya.

3. Kerangka Trenchcoat

Trenchcoat membayangkan semula penjanaan kata laluan sebagai proses kriptografi yang boleh dilaksanakan oleh manusia.

3.1. Konsep Teras: Fungsi Hash Boleh-Kira Manusia

Idea teras ialah fungsi $F_R(s, w) \rightarrow y$. Ia mengambil rahsia induk pengguna (s) dan pengenal pasti laman web/akaun (w) untuk menghasilkan kata laluan unik (y). Parameter kritikal $R$ mewakili konfigurasi kognitif unik pengguna.

3.2. Memanfaatkan Memori Asosiatif dan Implisit (R)

Kerangka ini mengeksploitasi ciri kognitif khusus individu ($R$), seperti memori spatial atau rangkaian asosiatif peribadi. Ini menjadikan fungsi tersebut seakan-akan "Fungsi Fizikal Tidak Boleh Klon Kognitif (C-PUF)". Penyerang tidak boleh mengira atau mengesahkan $F_R$ dengan cekap tanpa pengetahuan tentang $R$ dalaman pengguna, menyediakan lapisan keselamatan yang setara dengan PUF perkakasan yang digunakan dalam pengesahan peranti [37].

4. Algoritma yang Dicadangkan & Butiran Teknikal

4.1. Kategori Algoritma

Kertas kerja ini mencadangkan beberapa jenis algoritma berdasarkan operasi primitif:

• Berasaskan Aritmetik: Menggunakan penambahan modular, manipulasi digit pada rahsia induk dan nama laman web.
• Berasaskan Spatial/Navigasi: Memetakan aksara ke titik pada grid atau laluan mental.
• Berasaskan Leksikal/Carian: Menggunakan kamus mental peribadi atau asosiasi cerita.

Semua direka untuk beban kognitif rendah dan aksesibiliti.

4.2. Formulasi Matematik

Contoh mudah berasaskan aritmetik: Biarkan $s$ menjadi rahsia induk berangka (cth., terbitan dari tarikh yang mudah diingati). Biarkan $H(w)$ menjadi hash ringkas (cth., jumlah kod aksara mod 10) bagi nama laman web. Digit kata laluan $y_i$ boleh dijana sebagai:
$y_i = (s_i + H(w)_i + c_i) \mod 10$
di mana $c_i$ adalah bawa dari operasi sebelumnya atau langkah pilih atur khusus pengguna yang ditakrifkan oleh $R$. Kata laluan penuh ialah gabungan $y_i$.

5. Analisis Keselamatan & Penilaian Entropi

Kriptanalisis tradisional sukar untuk digunakan secara langsung. Kertas kerja ini menggunakan metrik berasaskan entropi:

• Ruang Kunci Berkesan: Menganggarkan ruang carian untuk penyerang yang meneka $s$ dan $R$.
• Rintangan terhadap Serangan Diketahui: Analisis terhadap serangan kamus, phishing (kata laluan yang dijana adalah khusus laman), dan serangan pemerhatian (shoulder surfing).
• Keunikan R: Keselamatan sangat bergantung pada ketidakramalan dan keindividualan parameter kognitif $R$.

Kesimpulannya, walaupun kekuatan bit mutlak mungkin lebih rendah daripada hash algoritma, integrasi elemen manusia ($R$) dan keperluan penyerang untuk memodelkannya mewujudkan halangan praktikal yang signifikan.

6. Keputusan Eksperimen & Tinjauan Pengguna

Kajian ini merangkumi tinjauan terhadap 134 individu, setiap satunya menguji dua skim yang dicadangkan, dan tinjauan dasar kata laluan di 400 laman web.

Penemuan Utama:

• Kebolehgunaan: Peserta boleh menjana kata laluan dengan boleh dipercayai selepas tempoh latihan singkat. Kaedah berasaskan spatial dan cerita menunjukkan kadar ingatan semula yang tinggi.
• Penerimaan: Pengguna lebih menyukai kaedah yang terasa "peribadi" atau "seperti cerita" berbanding kaedah aritmetik semata-mata.
• Analisis Dasar: Keperluan kata laluan laman web sangat tidak konsisten, menyukarkan reka bentuk fungsi penjanaan universal.

7. Kerangka Analisis & Contoh Kes

Kerangka untuk Menilai Skim Hash Boleh-Kira Manusia:

1. Takrifan Input: Takrifkan dengan jelas format $s$ (cth., nombor 6 digit, frasa) dan $w$ (cth., nama domain penuh, tag pilihan pengguna).
2. Pemetaan Operasi: Takrifkan urutan operasi mental (cth., "ambil huruf ke-3 dan ke-5 dari w, tukar kepada nombor, tambah pada digit ke-2 s...").
3. Integrasi R: Nyatakan bagaimana $R$ digabungkan (cth., "gunakan kod kawasan nombor telefon zaman kanak-kanak anda untuk menyemai corak anjakan huruf").
4. Pemformatan Output: Huraikan cara memenuhi peraturan kata laluan biasa (cth., "jika digit output ketiga adalah genap, huruf besar huruf pertama nama laman web dan tambahkannya").

Contoh Kes (Tiada Kod): Alice memilih rahsia induknya $s$ sebagai digit "1984". $R$nya melibatkan sentiasa memikirkan abjad dalam susunan terbalik (Z=1, Y=2...). Untuk laman web "bank.com", dia mengambil huruf pertama dan terakhir (B, K), petakan mereka melalui abjad terbaliknya (B->25, K->16), tambahkan mereka pada digit rahsianya (25+1=26, 16+9=25), gunakan mod 26, dan petakan kembali kepada huruf (26->A, 25->B). Kemudian dia menggunakan peraturan peribadi ($R$) untuk memasukkan simbol selepas vokal. Kata laluan akhirnya untuk bank.com mungkin "A!B".

8. Aplikasi Masa Depan & Hala Tuju Penyelidikan

• Sistem Hibrid: Menggabungkan teras boleh-kira manusia dengan peranti yang minimal dan selamat (cth., cincin pintar) untuk langkah transformasi akhir, meningkatkan entropi.
• Pemiawaian & Aksesibiliti: Membangunkan satu set algoritma yang disahkan untuk profil dan keupayaan kognitif yang berbeza, berpotensi diintegrasikan ke dalam kerangka log masuk sistem pengendalian.
• Pengesahan Berterusan: Menggunakan variasi halus fungsi teras untuk menjana kod sekali guna atau benih biometrik tingkah laku.
• Pertimbangan Pasca-Kuantum: Meneroka jika fungsi boleh-kira manusia berdasarkan masalah kekisi atau masalah PQ-sukar lain boleh direka, seperti yang dicadangkan oleh penyelidikan ke dalam "bukti kerja manusia".

9. Rujukan

1. [3] Analisis Keselamatan Pengurus Kata Laluan Popular. USENIX Security.
2. [4] B. Ross, et al. "Stronger Password Authentication Using Browser Extensions." USENIX Security 2005.
3. [10] Laporan Siasatan Pelanggaran Data Verizon. 2023.
4. [15] "Kelemahan Sifar-Hari dalam Pengurus Kata Laluan." Agensi Keselamatan Siber & Infrastruktur (CISA).
5. [16] Google / Harris Poll. "Tinjauan Keselamatan Dalam Talian." 2022.
6. [17] Tren Identiti Digital. Dashlane. 2023.
7. [30] "Kata Laluan Paling Biasa di Dunia." NordPass. 2023.
8. [34] S. Gaw dan E. W. Felten. "Strategi Pengurusan Kata Laluan untuk Akaun Dalam Talian." SOUPS 2006.
9. [37] B. Gassend, et al. "Silicon Physical Random Functions." CCS 2002. (Kertas kerja PUF seminal)
10. [43] FTC. "Buku Data Rangkaian Sentinel Pengguna." 2022.
11. NIST Special Publication 800-63B: Garis Panduan Identiti Digital.
12. Isola, P., et al. "Image-to-Image Translation with Conditional Adversarial Networks." CVPR 2017. (Untuk analogi pembelajaran pemetaan kompleks).

10. Analisis Pakar & Ulasan Kritikal