Evaluation of out-of-band authentication channels

Abstract

One of the challenges in entirely wireless communication systems is authentication. In pervasive computing and peer-to-peer networks, it is often not possible to rely on the existence of a trusted third party or other infrastructure. Therefore, ad hoc verification of keys via an out-of-band (OOB) channel is often the only way to achieve authentication.

Nimble out-of-band for EAP (EAP-NOOB) protocol is intended for bootstrapping security between IoT devices with no provisioned authentication credentials and minimal user interface. The protocol supports a user-assisted OOB channel to mutually authenticate the key-exchange performed over an insecure wireless network between the peer and the server. The protocol allows peers to scan for available networks and, based on the results, generate multiple dynamic OOB messages. The user then delivers one of these messages to the server to register the device and authenticate the key-exchange.

We implemented the OOB channels using NFC, QR codes and sound with EAP-NOOB as the bootstrapping protocol. The implementation requires an auxiliary device such as the user's smartphone. We evaluated the usability and security as well as the benefits and limitations of the OOB channels.

Our results show that NFC and QR codes are capable in displaying multiple OOB messages while the sound-based channel is suitable for one or two messages due to its lower bandwidth. When the peer device generates multiple OOB messages, the process becomes more complex for the user who needs to browse through them and identify the correct server. However, we showed that this cumbersome step can be removed with the help of a mobile application. Furthermore, we identified vulnerabilities in each technology when used as an OOB channel. While some of these vulnerabilities can be mitigated with the mobile application, some require more refined solutions.

Yksi täysin langattomien järjestelmien haasteista on todennus. Sulautetussa tietotekniikassa sekä vertaisverkkoissa ei usein voida luottaa maailmanlaajuisesti luotettavan kolmannen osapuolen olemassaoloon. Siksi salausavainten ad hoc-varmennus erillistä tiedonsiirtokanavaa (OOB) käyttäen on usein ainoa ratkaisu turvallisen kommunikaation käynnistämiseksi. Se luo resilienssiä eri hyökkäyksiä vastaan tuomalla järjestelmään toisen, itsenäisen tiedonsiirtokanavan.

EAP-NOOB protokolla on tarkoitettu IoT-laitteille, joilla on minimaalinen käyttöliittymä eikä esiasennettuja avaimia. EAP-NOOB tukee käyttäjäavustettua OOB-tiedonsiirtokanavaa, jota käytetään todentamaan suojaamattomassa verkossa suoritettu laitteen ja palvelimen keskinäinen salausavainten vaihto. Protokolla sallii laitteiden kartoittaa käytettävissä olevia verkkoja ja tuottaa sen perusteella dynaamisia todennusviestejä, jotka käyttäjä toimittaa palvelimelle laitteen rekisteröimiseksi.

Tässä työssä tutkittiin EAP-NOOB protokollan OOB kanavaa käyttäen NFC:tä, QR-koodeja ja ääntä. Todennusviestin lukeminen laitteelta vaatii käyttäjältä älypuhelimen. Työssä arvioitiin toteutettujen todennuskanavien käytettävyyttä, tietoturvaa, hyötyjä sekä näitä rajoittavia tekijöitä.

Työn tulokset osoittavat, että NFC ja QR-koodit soveltuvat näyttämään useita OOB-viestejä. Sen sijaan äänipohjainen kanava soveltuu vain yhdelle tai kahdelle viestille hitaamman tiedonsiirron johdosta. Kun IoT-laite tuottaa useita OOB-viestejä, käyttäjäkokemus muuttuu monimutkaisemmaksi, koska käyttäjän on tunnistettava oikea viesti ja palvelin. Työssä osoitetaan, että tämä käyttäjälle hankala vaihe voidaan välttää erillisellä mobiilisovelluksella. Lisäksi työssä tunnistettiin toteutettujen tiedonsiirtomenetelmien haavoittuvuuksia, kun niitä käytettiin OOB-kanavana. Vaikka osa näistä haavoittuvuuksista voidaan eliminoida mobiilisovelluksen avulla, jotkut niistä vaativat tehokkaampia ratkaisuja.