Rate limiting en accountvergrendeling als verdediging

Online bruteforceaanvallen proberen zich via een netwerk aan te melden bij actieve systemen. Elke poging vereist minstens één heen-en-terugreis, meestal 50–500 ms, waardoor een aanvaller hooguit enkele duizenden pogingen per minuut kan doen. Dit is vele malen langzamer dan het offline kraken van hashes. Snelheidsbeperking en accountvergrendeling benutten deze beperking om online bruteforceaanvallen binnen elk realistisch tijdsbestek praktisch onmogelijk te maken.

De eenvoudigste verdediging tegen online bruteforceaanvallen is een account vergrendelen na een vastgesteld aantal opeenvolgende mislukte aanmeldpogingen, meestal 5 tot 10. Het account kan gedurende een vaste periode worden vergrendeld, bijvoorbeeld 15 minuten, of totdat een beheerder het handmatig ontgrendelt. Vergrendeling verandert een online bruteforceaanval van een oefening in het kraken van wachtwoorden in een uitputtingsaanval op de beschikbaarheid van accounts.

Accountvergrendeling veroorzaakt een kwetsbaarheid voor denial-of-service: een aanvaller die geldige gebruikersnamen kent, kan alle accounts vergrendelen door voor elk account 5 mislukte pogingen te versturen. Dit is een onvermijdelijke afweging in vergrendelingsbeleid. Sommige systemen gebruiken een tijdelijke vergrendeling van 5 minuten in plaats van een permanente vergrendeling om de impact van denial of service te beperken. Andere systemen vergrendelen accounts helemaal niet, maar gebruiken exponentiële wachttijden om aanvallers af te remmen zonder denial of service mogelijk te maken.

CAPTCHA (Volledig geautomatiseerde openbare Turing-test om computers en mensen van elkaar te onderscheiden) vereist het oplossen van een visuele of auditieve opdracht die voor mensen eenvoudig maar voor geautomatiseerde programma's moeilijk is. Google reCAPTCHA v3 gebruikt gedragsanalyse in plaats van expliciete opdrachten en kent een risicoscore toe op basis van muisbewegingen, tijdspatronen en browsergeschiedenis. CAPTCHA vertraagt geautomatiseerde bruteforceaanvallen aanzienlijk zonder accounts te vergrendelen.

Exponentiële wachttijden verlengen de wachttijd tussen toegestane aanmeldpogingen na elke mislukking: 1 seconde na de eerste mislukking, 2 seconden na de tweede, 4 seconden na de derde, enzovoort. Na 10 mislukte pogingen bedraagt de wachttijd meer dan 17 minuten. Hierdoor wordt een bruteforceaanval extreem traag zonder het account volledig te vergrendelen. Zo vermijd je het risico op denial of service en worden geautomatiseerde aanvallen toch ontmoedigd.

Snelheidsbeperking op basis van IP-adressen blokkeert aanmeldpogingen of stelt er extra controles aan wanneer IP-adressen een drempelwaarde voor mislukte pogingen per tijdseenheid overschrijden. Als een IP-adres in één minuut 50 mislukte aanmeldingen verstuurt, worden volgende pogingen vanaf dat adres een uur lang geblokkeerd. Gedistribueerde aanvallen met botnetwerken en duizenden verschillende IP-adressen kunnen eenvoudige limieten per IP-adres omzeilen. Daarvoor is geavanceerdere snelheidsdetectie op basis van meerdere signalen nodig.

Eenmalige wachtwoorden op basis van tijd (TOTP, gebruikt in Google Authenticator en vergelijkbare apps) genereren een code van 6 cijfers die 30 seconden geldig is. Zelfs als een aanvaller het juiste wachtwoord met een bruteforceaanval achterhaalt, heeft die ook de actuele TOTP-code nodig. Met slechts 1 miljoen mogelijke codes van 6 cijfers en een venster van 30 seconden is de praktische ruimte voor een TOTP-bruteforceaanval zeer klein. MFA maakt bruteforceaanvallen op wachtwoorden effectief onbruikbaar als aanvalsvector.

bcrypt is een hashfunctie voor wachtwoorden met een instelbare kostenfactor. Bij kostenfactor 10 heeft bcrypt ongeveer 100 ms nodig om één wachtwoord te hashen. Bij kostenfactor 12 duurt dit ongeveer 400 ms. Een aanvaller die bcrypt-hashes offline kraakt, kan daardoor op een GPU hooguit enkele honderden wachtwoorden per seconde testen, tegenover miljarden per seconde met MD5. De werkfactor kan worden verhoogd naarmate hardware beter wordt, zodat de moeilijkheidsgraad van het kraken constant blijft.

Argon2 won in 2015 de Password Hashing Competition en is momenteel de aanbevolen keuze voor nieuwe systemen. De belangrijkste eigenschap is geheugenhardheid: voor het berekenen is een instelbare hoeveelheid RAM nodig, meestal 64 MB tot 1 GB. Hierdoor worden versnelling met GPU's en ASIC's voorkomen, omdat deze apparaten een beperkte geheugenbandbreedte hebben. Een aanvaller met een GPU die duizenden bcrypt-berekeningen parallel kan uitvoeren, kan door geheugenbeperkingen slechts een handvol Argon2-berekeningen uitvoeren.

Webapplicatiefirewalls kunnen het automatisch hergebruiken van inloggegevens detecteren door patronen in verkeer met mislukte aanmeldingen te herkennen: grote aantallen vanaf afzonderlijke IP-adressen, pogingen met lijsten van veelgebruikte gebruikersnamen, een afwijkende geografische spreiding van aanmeldpogingen en tijdspatronen die passen bij geautomatiseerde hulpmiddelen. WAF-regels kunnen verdacht verkeer blokkeren, aan extra controles onderwerpen of vertragen voordat het de toepassing bereikt. Moderne WAF's integreren gegevensstromen met informatie over bedreigingen voor bekende IP-adresbereiken van botnetwerken.

Integratie van de Have I Been Pwned API in processen voor wachtwoordwijziging voorkomt dat gebruikers wachtwoorden instellen die voorkomen in databases met bekende datalekken. De API gebruikt k-anonimiteit: alleen de eerste 5 hexadecimale tekens van de SHA-1-hash worden verzonden, waardoor de privacy van gebruikers wordt beschermd en toch kan worden gezocht in 850 miljoen bekende gelekte wachtwoorden. Het blokkeren van gelekte wachtwoorden bij registratie neemt een aanzienlijk deel van de kwetsbaarheid voor het automatisch hergebruiken van inloggegevens weg.

Online bruteforceaanvallen worden beperkt door netwerklatentie; snelheidsbeperking en accountvergrendeling maken daar gebruik van. Accountvergrendeling stopt bruteforceaanvallen, maar maakt aanvallen voor denial of service mogelijk. Exponentiële wachttijden en CAPTCHA beperken beide risico's. Snelheidsbeperking op basis van IP-adressen onderschept aanvallen vanaf één bron. MFA met TOTP maakt bruteforceaanvallen op wachtwoorden effectief onmogelijk. bcrypt en Argon2 vertragen het offline kraken van hashes. De HIBP API blokkeert bekende gelekte wachtwoorden bij registratie.