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Digital Identity技術勉強会 #iddanceAdvent Calendar 2020

@gebo(gebo)

FIDOのPIN認証のフローを理解する

Last updated at 2020-12-02Posted at 2020-12-02

本記事は Digital Identity技術勉強会 #iddance Advent Calendar 2020 の3日目の記事です。

なんの話ですか？

FIDOの話です。

FIDOの話なんですが、WebAuthnっぽい入り口で、中身はCTAPの話です。
WebサイトでFIDOキーでログインする時のPINの検証プロトコルがどうなっているのかという話です。

PINの検証プロトコルはCTAPで定義されていて、これがやたらめんどくさくてすぐ迷い込んでしまうので少し整理してみました。

雰囲気理解で書いていますので間違いなどあればご指摘、コメントいただければ嬉しいです

0.人 - ログイン

画面はWebAuthnのデモサイトです。

ログインします

ブラウザ『FIDOキーを挿入してください』

FIDOキーをPCのUSBに刺します

ここからはじまります。

1.FIDOキー - パワーON!

FIDOキーが刺さりました。FIDOキーのパワーONです。

Authenticator KeyAgreementキー生成

FIDOキーの中でキーペアが生成されます
ECDHという形式の秘密鍵(a)と公開鍵(aG)です
このキーをAuthenticator KeyAgreementキーといいます

PINトークン生成

FIDOキーの中でランダムな16byteのデータが生成されます
このデータをPINトークンといいます

このPINトークンをブラウザに引き渡すことがPIN認証となり、今回の話のゴールです。

2.ブラウザ - 共有鍵を作る

ブラウザはFIDOキーが刺されたことを検知しました。

Platform KeyAgreementキー生成

FIDOキーと同じECDHのキーペアを生成します
- このキーをPlatform KeyAgreementキーといいます
- 秘密鍵(b)と公開鍵(bG)と表記します

共有鍵生成

FIDOキーから KeyAgreementキーの公開鍵(aG) を取り出します
- CTAPの authenticatorClientPIN - getKeyAgreement というAPIです

bとaGを使ってECDH鍵共有プロトコルというおまじないで計算します
計算=SHA-256((baG).x)
- このデータをSharedSecret(共有鍵)といいます

3.人 - PINを入力する

ブラウザ『PINを入力してください』
PINを入力します

4.ブラウザ - PINをバラして暗号化する

PINが入力されました

PIN文字列をbyte配列にしてからハッシュを取ります
先頭の16byteを取り出します
- LEFT(SHA-256(PIN),16)
取り出した16byteのデータを暗号化します
- 暗号化方式はAESです
  - 一言でいうと AES-256-CBC
- 暗号化キーはさっき作ったSharedSecretです
このデータをpinHashEncといいます
- pinHashEncはPINをバラしたものなので元のPIN文字列にモドすことはできません

ブラウザはPlatform KeyAgreementキーの公開鍵(bG)とpinHashEncをFIDOキーに送りつけます
- CTAPの authenticatorClientPIN - getPINToken というAPIです

5.FIDOキー - 検証

FIDOキーは送り付けられたデータを検証します

共有鍵生成

ブラウザから送り付けられた Platform KeyAgreementキーの公開鍵(bG) を取り出します
aとbGを使ってECDH鍵共有プロトコルというおまじないで計算します
- 計算=SHA-256((abG).x)
- この計算結果が、なんと！ブラウザが作ったSharedSecretと同じになります

pinHashEnc生成

ブラウザと同じ方法でFIDOキーに記録されているPINと先ほど生成したSharedSecretを使ってpinHashEncを生成します

検証

ブラウザから送られてきたpinHashEnc = FIDOキーが生成したpinHashEnc ならば検証OK!

PINトークン引き渡し

一番最初に生成したPINトークンを暗号化します
- 暗号化方式は一言でいうとAES256-CBC
- 暗号化キーはさっき作ったSharedSecretです
このデータをpinTokenEnc(暗号化されたPINトークン)といいます

pinTokenEncをブラウザに送り返します
- CTAPの authenticatorClientPIN - getPINToken の戻り値です

6.ブラウザ - PINトークンをGET

ブラウザはpinTokenEnc(暗号化されたPINトークン)をGETしました。

これをブラウザ自身が持つSharedSecretで復号してついにPINトークンをGETすることができました。PINトークンは PIN認証OK という証明書です。

FIDOキーにPINトークンを提示して、認証の証明書(Assertion)の要求をします
- 単にPINトークンを提示するのではなくpinAuthという形式に変換して利用します
- pinAuth= LEFT(HMAC-SHA-256(pinToken, clientDataHash), 16)
- CTAPの authenticatorGetAssertion というAPIです