2021年度修士論文等発表会
2022/2/19

ゼロトラストアーキテクチャにおけるブラウザフィンガープリントを利用したアクセス制御
大久保研究室 M2
高木祥一

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目次
◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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目次
◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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背景◼ゼロトラスト（2010年に提唱）⚫全てのリソースを検証して安全を確保⚫アクセス制御を厳格に実施⚫全てのトラフィックを検査して記録

グローバル、モバイル、リモート、クラウドが主流な近年、更にセキュアにするための概念として注目を集めている

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NIST SP 800-207◼ ゼロトラストアーキテクチャに関する文書がNISTより発行◼ 概念の定義が主であり，実装方法においては具体性が乏しい
ゼロトラストの考え方
1 全てのデータソースとコンピューティングサービスをリソースとみなす
2 ネットワークの場所に関係なく、全ての通信を保護する
3 企業リソースへのアクセスは、セッション単位で付与する
4 リソースへのアクセスは、クライアントアイデンティティ、アプリケーション/サービス、リクエストする資産の状態、その他の行動属性や環境属性を含めた動的ポリシーにより決定する
5 全ての資産の整合性とセキュリティ動作を監視し、測定する6 全てのリソースの認証と認可を動的に行い、アクセスが許可される前に厳格に実施する
7 資産、ネットワークインフラストラクチャ、通信の現状について可能な限り多くの情報を収集し、セキュリティ態勢の改善に利用する
Scott Rose, Oliver Borchert, Stu Mitchell and Sean Connelly, “Zero Trust
Architecture, NIST Special Publication 800-207”, August, 20205

ブラウザフィンガープリント
企業リソースへのアクセスは、セッション単位で付与する◼ 頻繁なアクセス元の信頼性評価が必要◼ ユーザビリティの低下は防ぎたい◼ ブラウザフィンガープリントに着目⚫ ブラウザ識別の研究にて利用されている⚫ JavaScriptで自動取得ができる⚫ 継続して同じならば、同一環境利用の確度が高いブラウザフィンガープリントを用いたアクセス制御手法を提案

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目次
◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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用語の定義◼ ゼロトラスト⚫ ネットワークが侵害されている場合であっても、情報システムやサービスにおいて、各リクエストを正確かつ最小の権限となるようにアクセス判断する際の不確実性を最小化するために設計された概念とアイデアの集合体。

◼ ゼロトラストアーキテクチャ(ZTA)⚫ ゼロトラストの概念を利用し、コンポーネントの関係、ワークフロー計画、アクセスポリシー等を含むサイバーセキュリティ計画。
ゼロトラスト企業とは、ゼロトラストアーキテクチャ計画の産物として、組織のネットワークインフラストラクチャと運用ポリシーを指す。

Scott Rose, Oliver Borchert, Stu Mitchell and Sean Connelly, “Zero TrustArchitecture, NIST Special Publication 800-207”, August, 20208

境界型セキュリティとゼロトラストの違い◆境界型セキュリティ

境界内
リソース
(システム、データ、アプリケーション)◆ゼロトラスト検証を実施するコンポーネント

リソース(システム、データ、アプリケーション)
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ZTAコンポーネント◼ ポリシー決定ポイント(Policy Decision Point：PDP)⚫ ポリシーと外部ソースを入力としてリソースへのアクセス可否を判定。

◼ ポリシー実施ポイント(Policy Enforcement Point：PEP)⚫ リソースへのアクセスを受け取り、PDPの結果を反映。

Scott Rose, Oliver Borchert, Stu Mitchell and Sean Connelly, “Zero Trust
Architecture, NIST Special Publication 800-207”, August, 202010

トラストアルゴリズム◼ リソースへのアクセスを最終的に判断するPDPのプロセス◼ 複数ソースを入力として受け付ける◼ 外部ソースや判定方法に具体的なものはなく，ZTAを構築する組織にゆだねられている◼ ZTA実装難易度を引き上げる要因にもなっている

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◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

12先行研究(ゼロトラスト)◼ PDP/PEPにリスクベースアクセス制御を取り入れるための研究⚫ ポリシー実行
フレームワークの提案⚫ ファジィ論理の採用⚫ ポリシー言語の設計

具体的な検討を行っているものの、フレームワーク実装の評価実験は行われていない。
Brian Lee, Roman Vanickis, Franklin Rogelio, and Paul Jacob. Situational Awareness based RiskAdapatable Access Control in Enterprise Networks.pp. 400–405, 10 2017.
Romans Vanickis, Paul Jacob, Sohelia Dehghanzadeh and Brian Lee, "Access Control Policy
Enforcement for Zero-Trust-Networking," 2018 29th Irish Signals and Systems Conference (ISSC),
Belfast, 2018, pp. 1-6

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先行研究(ゼロトラスト)◼ リソースアクセス元の継続的な検証によるアクセス制御◼ User Portraitを取得し続け、行動の乖離度を判定

User Portrait
動作タイプ

特定の動作

ログイン動作

ログイン方法
ログイン時間ログイン間隔
ログインデバイス
ログインIP

ネットワーク動作

乖離度のしきい値の設定には継続的な調整が必要

上りトラフィック
下りトラフィック
TCPコネクション密度

操作動作

アクセスリソース名
操作履歴

Qigui Yao, Qi Wang, Xiaojian Zhang, and Jiaxuan Fei. Dynamic access control and authorization
system based on zero-trust architecture. In 2020 International Conference on Control, Robotics andIntelligent System, CCRIS 2020, pp. 123–127, New York, NY, USA, 2020. Association for Computing
Machinery.

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先行研究(ブラウザフィンガープリント)◼ Eckersleyの研究 – How unique is your web browser? (2010年)
ブラウザフィンガープリントを採取するサイトを構築し，83.6%がユニークである旨を発表◼ 田邊らの研究 – Browser fingerprintingにおける特徴の組み合わせに関する考察 (2017年)
ブラウザ識別精度が最良となる特徴量の組み合わせを検討◼ 神らの研究 - ブラウザフィンガープリンティングを用いたVM上のブラウザによるアクセス識別の試み (2020年)
仮想マシン上のブラウザからのアクセスを識別する手法の提案

ブラウザ識別に関する研究に利用されており、アクセス元の識別がしやすい特徴を持つ
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◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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提案手法
◼ Webサイトとアクセス元の間でブラウザフィンガープリントの値（BFP値）の検証を実施⚫ リクエストと共にBFP値を送信⚫ 検証済のリクエストのみをWebサイトへ転送

BFP値を利用した
アクセス制御◼ 提案手法の適用対象は，企業リソースを格納しているWebサイト⚫ JavaScript無効等の機能でBFP値の取得が阻害されないことが前提
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BFP値の偽装対策◼ BFP値の送信に，チャレンジレスポンス方式を導入⚫ 乱数を利用することでBFP値を素のまま利用しない

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提案手法による検証フロー◼ BFP値は同じ値であり続ける保証がないため，更新可能である必要あり◼ BFP値が不一致の場合，登録更新前に別の認証を実施⚫ 別値の利用が必須⚫ 別要素の利用は推奨

課題：BFP値が変化しやすい性質を持っているとユーザビリティに影響あり
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◼背景
◼ゼロトラスト◼先行研究◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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提案手法の実装◼ Python，Flask，Flask-Login，SQLiteを用いて提案手法を実装したWebサイトを構築◼ BFP値の取得にはFingerprintjs2を利用⚫ Githubで公開されているオープンソース⚫ 28種類の要素からBFP値を生成◼ BFP値不一致の場合，ログイン時とは別パスワードを求める画面に遷移する設計◼ 以下の不正アクセスによる検知を実証⚫ クレデンシャルスタッフィング⚫ Cookieハイジャック
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不正アクセスの検知：
クレデンシャルスタッフィング

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不正アクセスの検知：
クレデンシャルスタッフィング

パスワードが漏えいした前提で，非正規環境からログインを実施

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不正アクセスの検知：
Cookieハイジャック

未認証のため無許可※Flask-LoginはCookieでログイン状態を管理
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不正アクセスの検知：
Cookieハイジャック

認証済Cookieが漏えいした前提で，そのCookieを設定してアクセス

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BFP値の特性検証◼BFP値が頻繁に変化するとユーザビリティが低下する懸念あり◼BFP値を定期取得する実験を実施
Firefox
ChromeEdge
BFP値収集サイト

Firefox
ChromeEdge

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実験結果(週次)◼ BFP値変化の頻度はブラウザ依存◼ 詳細な解析の結果、変化はUserAgentの変化によるもの⚫ つまりブラウザの更新が要因

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実験結果(日次・その他)◼ Edgeに絞ってBFP値を日次取得⚫ 日々の変化はなく、週一程度の変化◼ 変化の頻度は高くないため，提案手法適用によるユーザビリティ低下の懸念は少ない◼ その他，ブラウザのズーム機能の利用や，デュアルディスプレイ環境でのブラウザ移動によってBFP値が変化⚫ BFPの要素に「スクリーンサイズ」「ディスプレイの有効領域」が含まれていることが原因⇒利便性のためにも，提案手法適用時は要素から取り除くべき
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◼背景
◼ゼロトラスト◼提案手法◼提案手法の実装と評価◼まとめと今後の課題

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まとめと今後の課題◼ まとめ⚫ ゼロトラストの考え方の1つを実現するために，ブラウザフィンガープリントを利用してアクセス制御を行う手法を提案⚫ 提案手法を実装し，不正アクセス検知の実証実験を実施◼ 今後の課題⚫ BFP値が同じになりやすい環境における，不正アクセス検知に向けたBFP値要素の追加検討や提案手法へのロジックの追加

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