패턴 암호화: 도형 그리기로 파일을 보호하는 방법

Vaultaire는 5×5 그리드에 그려진 도형을 직렬화하고 이를 다음과 같이 처리합니다. PBKDF2-HMAC-SHA512, 600,000번의 반복 및 장치 전체의 솔트가 iOS Keychain. 256비트 결과는 볼트 키입니다. 이는 볼트 인덱스를 암호화하고 별도의 무작위 마스터 키를 풀어냅니다. AES-256-GCM 파일 콘텐츠 및 메타데이터에 사용됩니다.

패턴 암호화란 무엇입니까?

대부분의 Vault 앱은 PIN이나 비밀번호 뒤에 숨겨져 있습니다. 네 자리 숫자를 입력하면 사진이 나타납니다. 충분히 안전한 것 같죠?

문제는 다음과 같습니다. 4자리 PIN에는 정확히 10,000개의 조합이 가능합니다. 컴퓨터는 1초 안에 모든 것을 시도할 수 있습니다. 여섯 자리? 백만 가지 조합. 최신 하드웨어에서는 여전히 속도가 매우 빠릅니다. 8자리 비밀번호라도 소문자만 사용하면 약 2000억 개의 가능성이 제공됩니다. 표준 노트북이 초당 수십억 개의 비밀번호 해시를 테스트할 수 있다는 사실을 알기 전까지는 꽤 많은 것처럼 들립니다.

패턴 암호화는 근본적으로 다른 접근 방식을 취합니다. 상자에 문자를 입력하는 대신 점 격자를 가로질러 기하학적 모양을 그립니다. 추적하는 특정 경로(어떤 점, 어떤 순서, 어떤 기하학을 터치하는지)가 비밀번호 기반 키 파생 기능에 대한 입력이 됩니다. 결과는 단순히 인터페이스에 의해 확인되는 것이 아니라 인증되고 암호화된 인덱스와 그 안에 있는 임의의 마스터 키를 잠금 해제해야 합니다.

구별이 중요합니다. 일부 앱에 PIN을 입력하면 앱에서는 올바른 번호를 입력했는지 여부만 확인합니다. 그렇게 한 경우 파일이 주로 액세스 제어로 보호되어 있더라도 열립니다. 대신 Vaultaire는 그려진 패턴을 PBKDF2 256비트 볼트 키를 파생합니다. 해당 키는 파일에 사용된 무작위 마스터 키를 풀기 전에 볼트 인덱스를 인증하고 해독해야 합니다. 인식할 수 없는 패턴은 빈 볼트로 표시되지만 기본 AES-GCM 인증은 여전히 올바른 키와 잘못된 키를 구별합니다.

작동 방식, 단계별

다음은 손가락이 화면을 터치하는 순간부터 파일을 다른 사람이 읽을 수 없게 되는 순간까지 일어나는 일입니다.

1단계: 패턴 그리기

Vaultaire는 5×5 도트 그리드를 제공합니다. 두 번 이상의 방향 변경을 통해 6개 이상의 점을 연결하는 연속 경로를 그립니다. 앱은 사용자가 방문한 점과 순서를 정확하게 기록합니다. 이 순서가 귀하의 패턴입니다.

Android 잠금 화면에 일반적으로 사용되는 3×3 그리드와 달리 Vaultaire는 5×5 그리드를 사용합니다. 이것은 미용상의 선택이 아닙니다. 25개의 위치는 9개의 위치보다 훨씬 더 많은 경로, 교차, 건너뛰기 및 방향 변경을 허용합니다. 이론적 공간이 넓을수록 도움이 되지만 실제 보안은 여전히 ​​선택한 경로의 예측 불가능성에 따라 달라집니다. 그리드가 수십억 개의 대안을 표현할 수 있더라도 익숙한 문자나 단순한 모양은 여전히 ​​추측 가능합니다.

2단계: 패턴이 볼트 키를 파생함

당신이 그린 패턴은 그리드 크기로 직렬화되어 PBKDF2 (비밀번호 기반 키유출 기능 2) with HMAC-SHA512, 600,000번의 반복 및 임의의 장치 전체 솔트입니다. 솔트는 다음 위치에 저장된 비밀이 아닌 값입니다. iOS Keychain WhenUnlockedThisDeviceOnly 항목으로. 로컬 파생을 장치에 바인딩합니다. 이는 각 저장소에 고유하지 않으며 인간이 선택한 패턴에 엔트로피를 추가하지 않습니다.

키 파생 프로세스는 의도적으로 비용이 많이 듭니다. PBKDF2 600,000을 실행 HMAC-SHA512 각 후보 패턴에 대해 반복을 수행하여 추측 공격 비용을 높입니다. 이는 낮은 엔트로피 패턴을 256비트 보안으로 바꾸지 않으며 공격 시간은 공격자의 하드웨어에 따라 다릅니다. 그 목적은 더 좁고 측정 가능합니다. 모든 추측을 단순한 해시보다 훨씬 더 비싸게 만듭니다.

3단계: 파일이 암호화됩니다

Vault가 처음 생성되면 Vaultaire는 임의의 256비트 마스터 키를 생성합니다. 패턴 파생 볼트 키는 인덱스를 암호화하고 해당 마스터 키를 래핑합니다. 모든 파일을 직접 암호화하지는 않습니다. 마스터키는 다음과 같이 사용됩니다. AES-256-GCM 파일 헤더, 콘텐츠, 썸네일 및 관련 메타데이터의 경우. 새로운 nonce는 반복되는 일반 텍스트가 동일한 키에서 반복되는 암호문을 생성하지 않도록 보장합니다.

GCM 모드는 중요한 계층인 인증을 추가합니다. 이는 데이터, 를 뒤섞을 뿐만 아니라 변조를 감지하는 태그도 생성합니다. 암호화된 파일의 단일 비트가 수정되면 암호 해독이 실패합니다. 당신이 모르는 사이에 누구도 당신의 파일을 조작할 수 없습니다.

4단계: 활성 키 상태가 지워짐

Vaultaire가 잠기면 활성 볼트와 마스터 키 상태가 지워지고 파일을 다시 표시하기 전에 또 다른 잠금 해제 절차가 필요합니다. 저장소가 열려 있는 동안 해당 대칭 키 바이트는 반드시 앱 프로세스에 존재하므로 CryptoKit 수행할 수 있다 AES-GCM 운영. Vaultaire는 또한 패턴 및 구문으로 암호화된 복구 봉투를 포함한 복구 정보를 AES-GCM 암호화된 데이터베이스에 저장된 iOS Keychain. 이는 패턴과 모든 키 복사본이 어디에도 저장되지 않는다고 주장하는 것과는 실질적으로 다릅니다.

그 뒤에 숨겨진 수학(일반 영어)

이것이 작동하는 이유를 이해하기 위해 컴퓨터 과학 학위가 필요하지 않습니다. 보안은 가능한 패턴 수, 각 추측에 소요되는 시간, 공격자가 추측할 수 있는 횟수 등 세 가지 숫자로 요약됩니다.

엔트로피: 예측 불가능성의 척도

엔트로피는 “이것을 추측하기가 얼마나 어려운지에 대한 멋진 단어입니다.” 동전 던지기는 1비트의 엔트로피(두 가지 결과)를 갖습니다. 4자리 PIN에는 약 13비트의 엔트로피(결과 10,000개)가 있습니다. 8개 이상의 점을 연결하는 5×5 그리드에서 잘 선택된 패턴은 30비트 엔트로피, 를 초과할 수 있으며 10억 개가 넘는 가능한 패턴이 있습니다.

패턴의 엔트로피는 추측 공격의 상한선을 설정합니다. PBKDF2 제스처에 포함되지 않은 엔트로피를 생성할 수는 없지만 각 후보를 테스트하는 데 훨씬 더 많은 비용이 들 수 있습니다.

키 파생: 비용이 많이 드는 추측 만들기

PBKDF2 직렬화된 패턴을 취하고 600,000 라운드를 실행합니다. HMAC-SHA512. 공격 예측은 추측을 수행하는 하드웨어에서 측정된 비용을 사용해야 합니다. 완전한 후보당 정확히 1ms로 1,000,000,000명의 후보가 1명의 작업자에게 1,000,000초 또는 약 11.6일이 소요됩니다. 측정된 후보 비용이 느리게 측정되면 시간이 늘어납니다. 병렬 하드웨어는 이를 줄입니다. 256비트 출력 길이는 패턴 검색 공간의 크기를 변경하지 않습니다.

장치 전체의 솔트는 다음 위치에 저장됩니다. Keychain 비밀로 하도록 설계되지 않았습니다. Keychain 그리고 iOS 데이터 보호는 장치 압수 시나리오에서 추출을 더 어렵게 만들 수 있지만 암호화 분석에서는 암호화된 파일을 획득한 검사관이 솔트도 획득할 수 있다고 가정해야 합니다. 솔트는 장치 간 사전 계산을 방지합니다. 이는 강력한 패턴을 대체할 수 없습니다.

AES-256: 정부가 신뢰하는 표준

AES-256는 미국 정부가 기밀 정보에 사용하는 암호화 표준입니다. “256”는 키 길이를 비트 단위로 나타냅니다. 256비트 키에는 2개의 키가 있습니다.²⁵⁶ 가능한 값, 너무 커서 관찰 가능한 우주의 모든 원자가 컴퓨터이고 각 컴퓨터가 초당 1조 개의 키를 테스트할 수 있다면 우주가 열사하기 전에는 여전히 암호를 해독하지 못할 것입니다.

보안 AES-256 알고리즘을 비밀로 유지하는 데 의존하지 않습니다. 그러나 전체 시스템은 AES 키 공간만으로는 보호되지 않습니다. 실제 추측 범위는 패턴의 엔트로피, 즉 PBKDF2 작업 요소, 장치 소금 및 암호화된 저장소 주변의 보호입니다. AES-256-GCM 올바른 무작위 마스터 키가 잠금 해제되면 강력한 인증 암호화를 제공합니다.

공격이 극복해야 할 것

누군가가 암호화된 파일에 접근하려고 시도할 수 있는 주요 방법, 비용을 높이기 위해 Vaultaire가 수행하는 작업, 제한이 남아 있는 부분을 고려해 보겠습니다.

무차별 대입: 모든 패턴 시도

PBKDF2 모든 패턴 후보자에게 600,000의 비용을 지불하게 합니다. HMAC-SHA512 반복. 이는 의미 있는 방어이지만 고정된 기간에 대한 약속은 아닙니다. 결과는 패턴 선택, 측정된 파생 속도, 병렬성 및 검사관이 장치 솔트를 복구했는지 여부에 따라 달라집니다. 더 길고 예측하기 어려운 경로가 중요합니다. PBKDF2 새로운 엔트로피를 생성하는 대신 추측 비용을 높입니다.

스머지 공격: 화면 읽기

3×3 그리드에서 화면의 얼룩 표시는 가능한 패턴의 범위를 상당히 좁힐 수 있습니다. 5×5 그리드에서 얼룩 패턴은 터치된 점을 나타내지만 점 사이의 순서, 방향 또는 연결은 표시하지 않습니다. 조합적 폭발로 인해 이 접근 방식은 실용적이지 않습니다.

숄더 서핑: 당신이 그리는 모습을 지켜보세요

작은 휴대폰 화면에 빠르게 그려진 패턴은 관찰을 통해 기억하기가 매우 어렵습니다. 특히 5×5 그리드에서는 더욱 그렇습니다. 연구에 따르면 관찰자는 PIN이나 비밀번호를 큰 소리로 듣는 것보다 복잡한 패턴을 복제하는 데 훨씬 더 어려움을 겪는 것으로 나타났습니다.

기기 압수: 휴대폰 탈취

누군가 귀하의 휴대폰을 가져가더라도 Vaultaire의 파일 내용과 색인은 그대로 유지됩니다. AES-GCM 필요한 키를 사용할 수 있을 때까지 암호문을 작성합니다. 앱은 기존의 비밀번호 확인 기록을 저장하지 않지만 오프라인 확인은 제거되지 않습니다. 각 암호화된 볼트 인덱스의 파일 이름에는 볼트 키의 잘린 해시가 포함되어 있습니다. AES-GCM 인증된 암호 해독도 후보 키에 대해 성공하거나 실패합니다. 따라서 장치 보호 및 패턴 강도는 위협 모델의 일부로 남아 있습니다.

강력한 패턴 선택

암호화는 선택한 패턴만큼만 강력합니다. 최소한의 노력으로 보안을 극대화하는 방법은 다음과 같습니다.

패턴을 강하게 만드는 것

• 더 많은 점을 사용하세요.사용 가능한 25개 도트 중 최소 8개를 연결하세요. 점을 추가할 때마다 가능한 패턴 수가 늘어납니다.
• 자신만의 길을 건너보세요.루프백, 점 건너뛰기 또는 예기치 않게 방향 변경 등의 패턴은 기억이나 관찰을 통해 재현하기가 훨씬 어렵습니다.
• 뚜렷한 모양을 피하십시오.문자(L, Z, S), 단순한 기하학적 모양(사각형, 삼각형) 및 직선은 공격자가 가장 먼저 시도하는 것입니다.
• 전체 그리드를 사용합니다.한쪽 모서리나 한쪽 가장자리를 따라 머무르는 패턴은 사용 가능한 엔트로피를 낭비합니다. 퍼져라.

피해야 할 사항

• 최소 길이 패턴. Vaultaire는 최소 6개의 점과 2개의 방향 변경이 필요하지만 최소값을 충족한다고 해서 경로를 예측할 수 없는 것은 아닙니다. 결과를 확실하게 기억할 수 있으면 그리드를 더 많이 사용하세요.
• 단순한 기하학적 모양.L자 모양, 지그재그 또는 직선 대각선은 “password123.”의 패턴과 동일합니다.
• 매번 같은 코너에서 시작합니다.Android 잠금 패턴에 대한 연구에 따르면 대부분의 사람들은 왼쪽 상단 점부터 시작합니다. 공격자들은 이 사실을 알고 있습니다.

스위트 스팟

8–12 도트를 두 개 이상의 방향 변경으로 연결하는 패턴은 근육 기억을 통해 기억하기 쉽도록 유지하면서 탁월한 보안을 제공합니다. 비밀번호, 처럼 손이 동작을 기억하는 것처럼 기억할 필요가 없습니다. 서명을 쓰는 방법을 기억하는 것과 같은 방식입니다.

안전하다고 느껴야 하는 이유

Vaultaire의 패턴 암호화는 단순한 PIN 패드가 아닙니다. 제스처는 실제 키 파생 기능으로 처리되며 인증된 암호화 데이터를 잠금 해제해야 합니다. 그 강도는 여전히 선택한 동작에 따라 달라지므로 Vaultaire는 더 큰 그리드와 높은 그리드를 결합합니다. PBKDF2 256비트 출력 길이를 인간 비밀 엔트로피의 256비트로 표시하는 대신 작업 계수를 사용합니다.

귀하의 패턴과 로컬 볼트 키는 Vaultaire로 전송되지 않습니다. 선택적 백업이 활성화된 경우 별도의 패턴 파생 백업 키가 암호화됩니다. CloudKit 기록과 암호화된 복구 매니페스트를 사용하면 복구 문구가 저장소 및 백업 키를 복원할 수 있습니다. Vaultaire는 해당 기록을 해독하는 공급자 키를 보유하지 않지만 장치 및 복구 자격 증명은 설계의 보안에 중요한 부분으로 남아 있습니다.

도형을 그립니다. 그 모양이 파일을 보호합니다. 나머지는 수학이 알아서 합니다.