Двухфакторная аутентификация, которой удобно пользоваться

Редкий пост в блоге Яндекса, а особенно касающийся безопасности, обходился без упоминания ^[1] двухфакторной ^[2] аутентификации. Мы долго думали, как правильно усилить защиту пользовательских аккаунтов, да еще так, чтобы этим мог пользоваться без всех тех неудобств, которые включают в себя самые распространённые ныне реализации. А они, увы, неудобны. По некоторым данным, на многих крупных сайтах доля пользователей, включивших дополнительные средства аутентификации, не превышает 0,1%.

Кажется, это потому, что распространенная схема двухфакторной аутентификации слишком сложна и неудобна. Мы постарались придумать способ, который был бы удобнее без потери уровня защиты, и сегодня представляем его бета-версию.

Надеемся, он получит более широкое распространение. Мы со своей стороны готовы работать над его улучшением и последующей стандартизацией.

^[3]

После включения ^[4] двухфакторной аутентификации в Паспорте, вам надо будет установить приложение Яндекс.Ключ в App Store ^[5] или Google Play ^[6]. В форме авторизации на главной странице Яндекса, в Почте и Паспорте появились QR-коды. Для входа в учётную запись необходимо считать QR-код через приложение — и всё. Если считать QR-код не получается, например не работает камера смартфона или нет доступа к интернету, приложение создаст одноразовый пароль, который будет действовать всего 30 секунд.

Расскажу о том, почему мы решили не использовать такие «стандартные» механизмы, как RFC 6238 ^[7] или RFC 4226 ^[8]. Как работают распространенные схемы двухфакторной аутентификации? Они двухэтапные. Первый этап ─ обычная аутентификация логином и паролем. Если он прошел успешно, сайт проверяет, «нравится» ему эта пользовательская сессия или нет. И, если «не нравится», просит пользователя «доаутентифицироваться». Распространенных методов «доаутентификации» два: отсылка SMS на привязанный к аккаунту номер телефона и генерация второго пароля на смартфоне. В основном для генерации второго пароля используется TOTP по RFC 6238. Если пользователь ввел второй пароль верно, сессия считается полностью аутентифицированной, а если нет, то сессия теряет и «предварительную» аутентификацию.

Оба способа ─ отправка SMS и генерация пароля ─ доказательства обладания телефоном и потому являются фактором наличия. Пароль, вводимый на первом этапе, ─ фактор знания. Поэтому такая схема аутентификации ─ не только двухэтапная, но и двухфакторная.

Что показалось нам проблемным в этой схеме?

Начнем с того, что компьютер среднестатистического пользователя не всегда можно назвать образцом защищенности: тут и выключение обновлений Windows, и пиратская копия антивируса без современных сигнатур, и ПО сомнительного происхождения ─ все это не повышает уровень защиты. По нашей оценке, компрометация компьютера пользователя ─ самый массовый способ «угона» учетных записей (и недавно тому было еще одно подтверждение ^[9]), от нее в первую очередь и хочется защититься. В случае двухэтапной аутентификации, если считать, что компьютер пользователя скомпрометирован, ввод пароля на нем компрометирует сам пароль, являющийся первым фактором. Значит, злоумышленнику необходимо лишь подобрать второй фактор. В случае распространенных реализаций RFC 6238 второй фактор ─ это 6 десятичных цифр (а максимум, предусмотренный спецификацией, ─ 8 цифр). Согласно калькулятору bruteforce для OTP ^[10], за три дня атакующий в состоянии подобрать второй фактор, если ему каким-либо образом стал известен первый. Нет ясности, что сервис может противопоставить этой атаке, не нарушая нормальную работу пользователя. Единственный возможный proof of work ─ капча, что, на наш взгляд, является последним средством.

Вторая проблема ─ непрозрачность суждения сервиса о качестве пользовательской сессии и принятия решения о необходимости «доаутентификации». Хуже того, сервис не заинтересован в том, что бы сделать этот процесс прозрачным, ─ ведь тут фактически работает security by obscurity. Если злоумышленник знает, на основании чего сервис принимает решение о легитимности сессии, он может попытаться подделать эти данные. Из общих соображений можно заключить, что суждение делается на основе истории аутентификаций пользователя с учетом IP-адреса (и производных от него номера автономной системы, идентифицирующей провайдера, и местоположения на основе геобазы) и данных браузера, например заголовка User Agent и набора cookies, flash lso и html local storage. Это означает, что если злоумышленник контролирует компьютер пользователя, то он имеет возможность не только украсть все необходимые данные, но и воспользоваться IP-адресом жертвы. Более того, если решение принимается на основе ASN, то любая аутентификация из публичного Wi-Fi в кофейне может привести к «отравлению» с точки зрения безопасности (и обелению с точки зрения сервиса) провайдера этой кофейни и, например, обелению всех кофеен в городе. Мы рассказывали о работе системы обнаружения аномалий ^[11], и ее можно было бы применить, но времени между первым и вторым этапом аутентификации может оказаться недостаточно для уверенного суждения об аномалии. Кроме того, этот же аргумент разрушает идею «доверенных» компьютеров: злоумышленник может украсть любую информацию, влияющую на суждение о доверенности.

Наконец, двухэтапная аутентификация попросту неудобна: наши usability-исследования показывают, что ничто так не раздражает пользователей, как промежуточный экран, дополнительные нажатия на кнопки и прочие «неважные», с его точки зрения, действия.
Исходя из этого, мы решили, что аутентификация должна быть одноэтапной и пространство паролей должно быть намного больше, чем возможно сделать в рамках «чистого» RFC 6238.
При этом нам хотелось по возможности сохранить двухфакторность аутентификации.

Многофакторность в аутентификации определяется отнесением элементов аутентификации (собственно, они и называются факторами) к одной из трех категорий:

1. Факторы знания (это традиционные пароли, пин-коды и все, что на них похоже);
2. Факторы владения (в используемых OTP-схемах, как правило, это смартфон, но может быть и аппаратный токен);
3. Биометрические факторы (отпечаток пальца ─ самый распространенный сейчас, хотя кто-то вспомнит эпизод с героем Уэсли Снайпса в фильме Demolition Man).

Разработка нашей системы

Когда мы начали заниматься проблемой двухфакторной аутентификации (первые страницы корпоративной вики по этому вопросу относятся к 2012 году, но кулуарно он обсуждался и раньше), первой идеей было взять стандартные способы аутентификации и применить их у нас. Мы понимали, что нельзя рассчитывать на то, что миллионы наших пользователей купят аппаратный токен, поэтому этот вариант отложили на какие-то экзотичные случаи (хотя полностью мы от него не отказываемся, возможно, нам удастся придумать что-то интересное). Способ с SMS тоже не мог быть массовым: это очень ненадежный способ доставки (в самый ответственный момент SMS может задержаться или не дойти вовсе), а рассылка SMS стоит денег (и операторы начали увеличивать их цену). Мы решили, что использование SMS ─ удел банков и прочих нетехнологичных компаний, а нашим пользователям хочется предложить что-то более удобное. В общем, выбор был невелик: использовать смартфон и программу в нем в качестве второго фактора.

Широко распространена такая форма одноэтапной аутентификации: пользователь помнит пин-код (первый фактор), имеет на руках аппаратный или программный (в смартфоне) токен, генерирующий OTP (второй фактор). В поле ввода пароля он вводит пин-код и текущее значение OTP.

На наш взгляд, главный недостаток этой схемы такой же, как и у двухэтапной аутентификации: если считать, что десктоп пользователя скомпрометирован, то однократный ввод пин-кода приводит к его раскрытию и злоумышленнику остается только подобрать второй фактор.

Мы решили пойти другим путем: пароль целиком генерируется из секрета, но в смартфоне сохраняется только часть секрета, а часть вводится пользователем при каждой генерации пароля. Таким образом смартфон сам по себе является фактором владения, а пароль остается в голове пользователя и является фактором знания.

В качестве Nonce может выступать либо счетчик, либо текущее время. Мы решили выбрать текущее время, это позволяет не бояться рассинхронизации в случае, если кто-то сгенерирует слишком много паролей и увеличит счетчик.

Итак, у нас есть программа для смартфона, куда пользователь вводит свою часть секрета, та смешивается с хранимой частью, результат используется в качестве ключа HMAC ^[12], которым подписывается текущее время, округленное до 30 секунд. Выход HMAC приводится к читаемому виду, и вуаля ─ вот и одноразовый пароль!

Как уже было сказано, RFC 4226 предполагает усечение результата работы HMAC до максимум 8 десятичных цифр. Мы решили, что пароль такого размера непригоден для одноэтапной аутентификации и должен быть увеличен. При этом нам хотелось сохранить простоту использования (ведь, напомним, хочется сделать такую систему, которой будут пользоваться обычные люди, а не только security-гики), так что в качестве компромисса в текущей версии системы мы выбрали усечение до 8 символов латинского алфавита. Кажется, что 26^8 паролей, действующих в течение 30 секунд, вполне приемлемо, но если security margin нас не будет устраивать (или на Хабре появятся ценные советы, как улучшить эту схему), расширим, например, до 10 символов.

Подробнее о стойкости таких паролей

В самом деле, для латинских букв без учета регистра число вариантов на один знак равно 26, для больших и малых латинских букв плюс цифры, число вариантов равно 26+26+10=62. Тогда log₆₂(26¹⁰) ≈ 7,9 то есть пароль из 10 случайных малых латинских букв почти такой же стойкий, как пароль из 8 случайных больших и малых латинских букв или цифр. Этого точно хватит на 30 секунд. Если говорить о 8-символьном пароле из латинских букв, то его стойкость log₆₂(26⁸) ≈ 6,3, то есть немного больше 6-символьного пароля из больших, малых букв и цифр. Мы считаем, что это все еще приемлемо для окна в 30 секунд.

Магия, беспарольность, приложения и дальнейшие шаги

В общем-то, на этом можно было и остановиться, но нам захотелось сделать систему еще более удобной. Когда у человека есть смартфон в руке, так не хочется вводить пароль с клавиатуры!

Поэтому мы начали работы над «магическим логином». С таким способом аутентификации пользователь запускает приложение на смартфоне, вводит в него свой пин-код и сканирует QR-код на экране своего компьютера. Если пин-код введен правильно, страница в браузере перезагружается и пользователь оказывается аутентифицирован. Магия!

Как это устроено?

В QR-коде зашит номер сессии, и, когда приложение сканирует его, этот номер передается на сервер вместе с выработанным обычным способом паролем и именем пользователя. Это несложно, ведь смартфон почти всегда находится онлайн. В верстке странички, показывающей QR-код, работает JavaScript, ожидающий со стороны сервера ответа на проверку пароля с данной сессией. Если сервер отвечает, что пароль верен, вместе с ответом устанавливаются сессионные куки, и пользователь считается аутентифицированным.

Стало лучше, но и тут мы решили не останавливаться. Начиная с iPhone 5S в телефонах и планшетах Apple появился сканер отпечатков пальцев TouchID, а в iOS версии 8 работа с ним доступна и сторонним приложениям. На деле приложение не получает доступ к отпечатку пальца, но если отпечаток верен, то приложению становится доступен дополнительный раздел Keychain. Этим мы и воспользовались. В защищенную TouchID запись Keychain помещается вторая часть секрета, та, которую в предыдущем сценарии пользователь вводил с клавиатуры. При разблокировке Keychain две части секрета смешиваются, и дальше процесс работает так, как описано выше.

Зато пользователю стало невероятно удобно: он открывает приложение, прикладывает палец, сканирует QR-код на экране и оказывается аутентифицированным в браузере на компьютере! Так мы заменили фактор знания на биометрический и, с точки зрения пользователя, совсем отказались от паролей. Мы уверены, что обычным людям такая схема покажется куда более удобной, чем ручной ввод двух паролей.

Можно подискутировать, насколько формально двухфакторной является такая аутентификация, но на деле для успешного ее прохождения все еще необходимо иметь телефон и обладать правильным отпечатком пальца, так что мы считаем, что нам вполне удалось отказаться от фактора знания, заменив его биометрией. Мы понимаем, что полагаемся на безопасность ARM TrustZone ^[13], лежащей в основе iOS Secure Enclave ^[14], и считаем, что на настоящий момент эту подсистему можно считать доверенной в рамках нашей модели угроз. Разумеется, нам известны проблемы биометрической аутентификации: отпечаток пальца ─ не пароль и заменить его в случае компрометации нельзя. Но, с другой стороны, всем известно, что безопасность обратно пропорциональна удобству, и пользователь сам вправе выбрать приемлемое для него соотношение одного и другого.

Напомню, что пока это бета. Сейчас при включении двухфакторной аутентификации мы временно выключаем синхронизацию паролей в Яндекс.Браузере. Связано это с тем, как устроено шифрование базы паролей. Мы уже придумываем удобный способ аутентификации Браузера в случае 2FA. Вся остальная функциональность Яндекса работает в прежнем режиме.

Вот что у нас получилось. Кажется, вышло неплохо, но судить вам. Мы будем рады услышать отзывы и рекомендации, а сами продолжим работу над улучшением безопасности наших сервисов: теперь вместе с CSP ^[15], шифрованием транспорта почты ^[16] и всего остального ^[17] у нас появилась и двухфакторная аутентификация. Не забывайте, что сервисы аутентификации и приложения генерации OTP относятся к критичным и поэтому за обнаруженные в них ошибки в рамках программы Bug Bounty ^[18] выплачивается двойная премия.

Автор: ivlad

Источник ^[19]