Les échanges de clefs complexes sécurisés par mot de passe

Advanced password-authenticated key exchanges

• Auteur / Autrice : Pierre-Alain Dupont
• Direction : David Pointcheval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 29/08/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Département d'informatique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Abdalla
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Pointcheval, Michel Abdalla, Pierre-Alain Fouque, Benoît Libert, Céline Chevalier, Cyrille Wiedling, Guillaume Poupard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alain Fouque, Benoît Libert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Informatique

Mots clés libres

Authentification

Clef-publique

Cryptographie

Échange de clef

Mot de passe

Mot de passe approximatif

Authentication

Cryptography

Fuzzy password

Key exchange

Password

Public-key

Résumé

L’échange de clef authentifié est probablement la primitive asymétrique la plus utilisée, notamment du fait de son inclusion dans le protocole TLS. Pour autant, son cousin, l’échange de clef authentifié par mot de passe, où l’authentification s’effectue par comparaison de mot de passe, l’est bien moins, bien qu’ayant déjà fait l’objet d’études considérables. C’est pourtant une primitive finalement bien plus proche d’une authentification réelle, dès lors qu’une des parties est humaine. Dans cette thèse, nous considérons des primitives avancées fondées sur l’échange de clef authentifié par mot de passe, en gardant à l’œil ses applications pratiques. Spécifiquement, nous introduisons une nouvelle primitive, l’échange de clef authentifié par mot de passe approximatif, où la condition de succès de l’authentification est désormais d’avoir une distance suffisamment faible entre les deux mots de passe, et plus nécessairement l’égalité parfaite. Nous fournissons un modèle de sécurité dans le cadre du modèle de composabilité universelle (UC) ainsi qu’une construction reposant sur un partage de secret robuste et des échanges de clefs authentifiés par mot de passe exact. Dans une seconde partie, nous considérons le problème pratique de la perte du mot de passe dès lors qu’une session est conduite sur un terminal compromis. Étant donné qu’il s’agit d’un problème intrinsèque à l’authentification par mot de passe, nous étendons le modèle BPR habituel pour prendre en compte, en lieu et place du mot de passe, des questions-réponses, toujours de faible entropie. Nous fournissons plusieurs protocoles dans ce modèle, dont certains reposent sur des familles de fonctions compatibles avec les humains, dans lesquelles les opérations requises pour dériver la réponse depuis la question sont suffisamment simples pour être faites de tête, permettant donc à l’humain de s’identifier directement.

Authenticated key exchange is probably the most widely deployed asymmetric cryptographic primitive, notably because of its inclusion in the TLS protocol. Its cousin, password-authenticated key exchange — where the authentication is done using a low-entropy password — while having been studied extensively as well has been much less used in practice. It is, however, a primitive much closer to actual authentication when at least one party is human. In this thesis, we consider advanced primitives based on password-authenticated key exchange, with an eye toward practical applications. Specifically, we introduce fuzzy password-authenticated key exchange, where the authentication succeeds as long as the two passwords are close enough, and not necessarily equal. We provide a security model in the UC framework, as well as a construction based on regular password-authenticated key exchanges and robust secret-sharing schemes. Secondly, we consider the practical problem of password leakage when taking into account sessions conducted on a corrupted device. As there is intrinsically no hope with regular password authentication, we extend the BPR security model to consider low-entropy challenge responses instead. We then provide several instantiations, some based on human-compatible function families, where the operation required to answer the challenge are simple enough to be conducted in one’s head, allowing the actual authentication to be directly performed by the human being.