Protokol PAKE dan Sifatnya

Pertukaran Kunci Berpengesahan Kata Laluan (PAKE) ialah keluarga protokol yang membolehkan dua pihak yang hanya berkongsi kata laluan berentropi rendah mewujudkan kunci sesi berentropi tinggi dengan pengesahan bersama. Berbeza daripada pengesahan kata laluan tradisional, PAKE menyediakan kerahsiaan hadapan dan ketahanan terhadap serangan kamus luar talian tanpa menghantar kata laluan.

PAKE Seimbang (B-PAKE) melayan kedua-dua pihak secara simetri: klien dan pelayan memegang rahsia yang sama, iaitu kata laluan atau transformasi simetrinya. PAKE Dipertingkat (A-PAKE) bersifat tidak simetri: pelayan hanya memegang pengesah awam yang diterbitkan daripada kata laluan, menjadikan pencerobohan pelayan tidak membawa bencana kepada keselamatan klien.

Pertukaran Kunci Eksponen Kata Laluan Ringkas (SPEKE) ialah PAKE seimbang yang kedua-dua pihaknya menggunakan kata laluan untuk mentakrifkan penjana kumpulan g = H(kata laluan). Pertukaran seterusnya ialah pertukaran kunci Diffie-Hellman yang menggunakan penjana terbitan kata laluan ini, bagi memastikan hanya pihak yang mengetahui kata laluan boleh melengkapkannya.

Pertukaran Kunci Berpengesahan Kata Laluan melalui Susunan (J-PAKE), RFC 8236, menggunakan bukti pengetahuan sifar untuk membolehkan dua pihak mewujudkan kunci sesi daripada kata laluan yang dikongsi. J-PAKE digunakan dalam Thread (protokol rangkaian Internet Benda) dan telah dilaksanakan dalam OpenSSL. Protokol ini bebas paten dan menyediakan sifat PAKE seimbang.

OPAQUE (draf IETF, draft-irtf-cfrg-opaque) ialah PAKE dipertingkat dengan sifat keselamatan yang kukuh. Semasa pendaftaran, klien menggunakan PRF tanpa pendedahan (OPRF) untuk menerbitkan kunci daripada kata laluan tanpa pelayan mengetahui kata laluan tersebut. Pelayan menyimpan sampul tersulitkan yang mengandungi kunci peribadi klien.

Semasa log masuk OPAQUE, klien dan pelayan melaksanakan protokol OPRF untuk membina semula kunci klien tanpa pelayan mengetahui kata laluan. Klien kemudian menggunakan kunci ini untuk menyahsulit sampul dan mendapatkan kelayakan bagi melengkapkan pertukaran kunci. Pelayan tidak pernah melihat kata laluan dalam mana-mana fasa.

OPAQUE menyediakan ketahanan terhadap prapengiraan: walaupun penyerang menceroboh pelayan dan memperoleh semua data tersimpan, mereka tidak boleh melakukan serangan kamus luar talian terhadap nilai tersimpan tanpa mensimulasikan interaksi OPRF baharu bagi setiap tekaan. Ini ialah jaminan yang lebih kukuh daripada yang disediakan oleh SRP.

SPAKE2 (RFC 9382) ialah PAKE seimbang ringkas yang berasaskan Diffie-Hellman dengan kunci awam yang disamarkan menggunakan kata laluan. SPAKE2+ ialah varian dipertingkat yang pelayannya menyimpan nilai berasingan untuk peranan klien dan pelayan. Apple menggunakan SPAKE2+ dalam HomeKit untuk memasangkan peranti, dan protokol ini digunakan dalam beberapa protokol penyediaan awal peranti Internet Benda.

CPace (komponen RFC 9380) ialah PAKE boleh gubah yang direka oleh Haase dan Labrique, serta diterima pakai sebagai PAKE seimbang piawaian IETF. CPace direka untuk digubah dengan langkah pengesahan kunci seterusnya dan disyorkan untuk protokol baharu yang memerlukan PAKE seimbang. CPace ialah B-PAKE pilihan CFRG bersama OPAQUE sebagai A-PAKE.

Semua PAKE menyediakan pengesahan dan pembentukan kunci. A-PAKE juga menyediakan ketahanan terhadap pencerobohan pelayan. OPAQUE menyediakan ketahanan terhadap prapengiraan selain ketahanan terhadap pencerobohan pelayan. FIDO2 menyediakan pengikatan asal yang mencegah pancingan data. Pilihan bergantung pada sama ada pengesahan berasaskan kata laluan diperlukan atau boleh digantikan dengan kelayakan kunci awam.

Protokol PAKE lebih rumit untuk dilaksanakan dengan betul berbanding pencincangan kata laluan biasa dan hendaklah menggunakan pustaka yang telah diaudit. IETF CFRG telah menetapkan CPace (B-PAKE) dan OPAQUE (A-PAKE) sebagai pilihan yang disyorkan untuk protokol baharu. SRP masih digunakan dalam pelaksanaan sedia ada, tetapi OPAQUE lebih disukai untuk reka bentuk baharu.

Protokol PAKE membolehkan pengesahan bersama berasaskan kata laluan dengan pembentukan kunci. B-PAKE (CPace, SPAKE2, J-PAKE) bersifat simetri. A-PAKE (SRP, OPAQUE, SPAKE2+) hanya menyimpan pengesah pada pelayan. OPAQUE menyediakan jaminan paling kukuh, termasuk ketahanan terhadap prapengiraan. IETF telah menyeragamkan CPace dan OPAQUE sebagai pilihan moden yang disyorkan.