MFDPG: Детерминированное управление паролями с многофакторной аутентификацией и без хранения секретов

1. Введение и обзор

Пароли остаются доминирующим механизмом аутентификации, однако их управление представляет собой серьёзную проблему безопасности. Традиционные менеджеры паролей создают централизованные точки отказа, что подтверждается инцидентами вроде взлома LastPass. Детерминированные генераторы паролей (ДГП) предлагались в качестве альтернативы более двух десятилетий, генерируя уникальные пароли для каждого сайта на основе мастер-секрета и доменного имени, исключая необходимость хранения. Однако существующие ДГП страдают от существенных недостатков в безопасности, приватности и удобстве использования, что препятствует их широкому внедрению.

В данной статье представлен Многофакторный детерминированный генератор паролей (MFDPG) — новая архитектура, устраняющая эти недостатки. MFDPG использует многофакторное формирование ключа для усиления мастер-секрета, применяет фильтры Кукушки для безопасного отзыва паролей и задействует алгоритм обхода детерминированного конечного автомата (ДКА) для соответствия сложным политикам паролей — всё это без хранения каких-либо секретов на стороне клиента или сервера.

2. Анализ существующих ДГП

Обзор 45 схем ДГП (например, PwdHash) выявил повторяющиеся критические недостатки.

3. Архитектура MFDPG

Архитектура MFDPG построена на трёх ключевых инновациях.

4. Оценка и результаты

Прототип MFDPG был протестирован на совместимость с 100 наиболее популярными веб-сайтами (по рейтингу Alexa).

Описание диаграммы: Столбчатая диаграмма показала бы распределение типов встреченных политик паролей (например, "Только минимальная длина", "Требуются заглавные буквы и цифры", "Сложное регулярное выражение") и столбец со 100% успехом для соответствия MFDPG во всех категориях, контрастирующий с более низким столбцом для базового простого хэш-ДГП.

5. Технические детали

Формирование ключа: Основная безопасность зависит от надёжной настройки MFKDF, например, на основе OPAQUE или других асимметричных протоколов PAKE, чтобы предотвратить офлайн-атаки даже при утечке производного пароля для конкретного сайта.

Алгоритм обхода ДКА (концептуально):

1. Закодировать политику паролей сайта как ДКА $A$.
2. Инициализировать КСЧСП значением $\text{HMAC}(K, \text{domain})$.
3. Начиная с начального состояния, использовать КСЧСП для случайного выбора допустимого перехода (с выводом символа) в следующее состояние.
4. Повторять до достижения принимающего состояния, гарантируя, что итоговая последовательность является допустимым словом в языке $A$.

6. Взгляд аналитика: Ключевая идея, логика, сильные и слабые стороны, практические выводы

Ключевая идея: MFDPG — это не просто очередной менеджер паролей; это стратегический обходной манёвр вокруг медленной эволюции веб-аутентификации. Гениальность статьи заключается в переосмыслении проблемы: вместо ожидания, пока сайты внедрят FIDO2 или паскей, MFDPG даёт пользователю возможность односторонне применять многофакторную безопасность на стороне клиента для любого устаревшего сервиса с парольной защитой. Это превращает самое слабое звено — повторно используемый пароль — в производный, одноразовый токен, защищённый аппаратными и биометрическими факторами. Это прагматичное признание того, что пароли в ближайшее время не исчезнут, поэтому мы должны криптографически их усилить.

Логика: Аргументация убедительна. 1) Современные ДГП фундаментально неисправны (риск раскрытия мастер-ключа, отсутствие ротации). 2) Следовательно, нам нужен криптографически усиленный фундамент (MFKDF). 3) Но усиления недостаточно; нужна практическая полезность (соответствие политикам, отзыв). 4) Предлагаемые решения (фильтры Кукушки, обход ДКА) напрямую направлены на устранение этих пробелов в полезности. 5) В результате получается система, которая не только исправляет ДГП, но и незаметно модернизирует весь ландшафт аутентификации снизу вверх. Логика чиста, и каждый архитектурный выбор является прямым ответом на задокументированный недостаток.

Сильные и слабые стороны: Сильная сторона — это элегантная архитектура без хранения данных и возможность прогрессивного улучшения. Она учится на ошибках предшественников, таких как PwdHash. Однако недостатки кроются в модели развёртывания. Критический недостаток: Восстановление доступа для пользователя — это кошмар. Потеряли аппаратный токен? Вы мгновенно блокируетесь от всего — это катастрофическая единая точка отказа, по сравнению с которой риски облачного резервного копирования кажутся незначительными. Статья обходит этот вопрос. Более того, её безопасность сильно зависит от реализации MFKDF, которая является сложной криптографической примитивой, подверженной ошибкам реализации. Как показывает анализ схем МФА на USENIX Security 2023, реальные системы МФА часто имеют тонкие уязвимости. Широкое внедрение потребовало бы надёжного, удобного для пользователя механизма восстановления, что, кажется, противоречит её философии "ноль хранимых секретов".

Практические выводы: Для команд безопасности основные концепции MFDPG представляют непосредственную ценность. Генерация, соответствующая политикам на основе ДКА, может быть опробована внутри компании для паролей сервисных учётных записей. Использование фильтров Кукушки для отзыва — это умный метод сохранения приватности, применимый не только к паролям (например, для управления списками блокировки токенов). Главный урок — отделить хранение секрета от его формирования. Вместо хранилищ следует думать о криптографическом связывании нескольких факторов в единый, временный ключ формирования. Компаниям следует инвестировать в НИОКР в области восстанавливаемых, многофакторных корней доверия, находящихся у пользователя, — недостающего элемента, на который намекает MFDPG, но не решает его. Будущее не в лучших хранилищах; оно в том, чтобы сделать хранилище ненужным, и MFDPG указывает именно в этом направлении.

7. Будущие применения и направления

• Интеграция с безпарольной аутентификацией: Производные пароли MFDPG для конкретных сайтов могли бы служить в качестве "того, что у вас есть" в потоке, подобном FIDO2, создавая мост между мирами парольной и безпарольной аутентификации.
• Децентрализованная идентификация: Модель без хранения данных, ориентированная на пользователя, соответствует принципам Web3 и децентрализованной идентификации (например, GNAP от IETF). Многофакторный мастер-ключ мог бы генерировать децентрализованные идентификаторы (DID) и доказательства.
• Управление секретами в корпоративной среде: Адаптация для машинных идентификаторов, генерация уникальных API-ключей/секретов для различных сервисов из центрального корня с автоматической ротацией через фильтр отзыва.
• Направление исследований: Разработка формальных доказательств безопасности для комбинированной системы MFKDF+ДКА+Фильтр. Исследование постквантовых конструкций MFKDF. Проектирование гуманных, безопасных протоколов восстановления, не компрометирующих модель без секретов.

8. Ссылки

1. Nair, V., & Song, D. (Год). MFDPG: Multi-Factor Authenticated Password Management With Zero Stored Secrets. Название конференции.
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-Factor Authentication. USENIX Security Symposium.
4. Jarecki, S., Krawczyk, H., & Xu, J. (2018). OPAQUE: An Asymmetric PAKE Protocol Secure Against Pre-Computation Attacks. EUROCRYPT.
5. Fan, B., Andersen, D. G., Kaminsky, M., & Mitzenmacher, M. (2014). Cuckoo Filter: Practically Better Than Bloom. CoNEXT.
6. FIDO Alliance. (2023). FIDO2: WebAuthn & CTAP Specifications. https://fidoalliance.org/fido2/