Garantire la privacy nelle smart city con i voucher di autorizzazione

Nell'era delle smart city, c'è sempre più bisogno di metodi di Autenticazione sicuri e privati. Il Protocollo del Voucher di Permesso è pensato per aiutare le persone ad autenticarsi usando carte d'identità digitali, assicurandosi che la loro privacy rimanga intatta. È come avere un biglietto d'oro che dimostra chi sei senza far trapelare informazioni personali a tutti intorno a te.

Questo sistema funziona senza intoppi in ambienti urbani intelligenti, permettendo agli individui di accedere a servizi senza esporre dati sensibili. Ma come sappiamo che questo protocollo è sicuro? Qui entra in gioco la Verifica Formale.

#Cos'è la Verifica Formale?

La verifica formale è un termine fancy per controllare che un sistema si comporti come dovrebbe, soprattutto in relazione alla sicurezza. Pensala come un'ispezione rigorosa di un ponte prima che le macchine possano passarci sopra. Costruiamo un modello dettagliato che descrive come funziona tutto nel protocollo, incluso come gli utenti e i potenziali attaccanti interagirebbero.

Applicando regole matematiche e pensiero logico, possiamo confermare se le misure di sicurezza reggono o se ci sono modi subdoli per gli attaccanti di sfruttare vulnerabilità.

#Proprietà di Sicurezza Chiave

Le proprietà di sicurezza sono come checkpoint che assicurano che il protocollo faccia il suo lavoro correttamente. Alcune di queste proprietà includono:

• Autenticazione: Questo assicura che la persona o il dispositivo che afferma di essere chi è, in realtà lo sia. È come mostrare la tua ID prima di entrare in un club.

• Riservatezza: Questa proprietà garantisce che nessuno possa leggere i messaggi scambiati tra gli utenti a meno che non ne abbia diritto. È come sigillare una lettera in una busta prima di inviarla.

• Integrità: Questo garantisce che i messaggi non vengano manomessi durante la trasmissione. Immagina di inviare un biglietto di compleanno e che arrivi intatto, con tutte le parole scritte.

• Prevenzione dei Replay: Questo impedisce agli attaccanti di catturare e rispedire dati validi per ingannare il sistema facendogli credere di essere utenti autentici. Pensala come assicurarti che un invito a una festa non possa essere riutilizzato per entrare di nuovo.

#Approcci alla Verifica Formale

Ci sono diversi modi per analizzare formalmente i protocolli di sicurezza, ciascuno con il proprio stile unico. Ecco tre metodi prominenti:

#Algebra dei Processi

L'algebra dei processi è un approccio matematico che descrive come vari processi interagiscono, come personaggi in una commedia. Usa espressioni algebriche per rappresentare queste interazioni, rendendo più semplice ragionarne sul loro comportamento.

Per i protocolli di sicurezza, l'algebra dei processi può modellare come vengono scambiati i messaggi e come si comportano le diverse parti. Questo framework può aiutare a dimostrare se il protocollo rispetta le necessarie proprietà di sicurezza o se c'è qualcosa di strano.

#Calcolo Pi

Il calcolo pi è una variante più dinamica, focalizzata su sistemi concorrenti in cui i processi possono cambiare. Permette di modellare canali di comunicazione che possono essere creati e modificati in tempo reale.

Questo metodo è particolarmente utile per protocolli che si basano su operazioni crittografiche, come la crittografia o le firme digitali. Strumenti come ProVerif usano il calcolo pi per analizzare automaticamente i protocolli, aiutando a verificarne la sicurezza.

#Modelli Simbolici

I modelli simbolici adottano un approccio più astratto, focalizzandosi sui messaggi stessi piuttosto che sui dettagli sottostanti. Rappresentano i messaggi con simboli e usano regole per descrivere come questi messaggi vengono elaborati.

Le proprietà di sicurezza possono essere verificate usando queste rappresentazioni simboliche, permettendo di analizzare una vasta gamma di potenziali scenari di attacco.

#Strumenti per la Verifica

Per mettere in pratica le teorie, sono stati sviluppati vari strumenti per analizzare i protocolli di sicurezza. Questi strumenti utilizzano metodi diversi e forniscono capacità distinte. Ecco una rapida panoramica di alcuni dei più popolari:

• Isabelle/HOL: Uno strumento flessibile ed espressivo che richiede l'input dell'utente ma offre un alto livello di dettaglio.

• Coq: Un assistente alla prova che aiuta a creare e verificare prove matematiche.

• CryptoVerif: Analizza protocolli basati su modelli crittografici per stabilire garanzie di sicurezza.

• Scyther: Un modello di verifica user-friendly che identifica rapidamente potenziali debolezze in un protocollo.

• AVISPA: Integra vari strumenti di analisi per semplificare il processo di verifica.

• ProVerif: Basato sul calcolo pi, può confermare o negare proprietà di sicurezza complesse.

• Tamarin Prover: Uno strumento versatile che può analizzare proprietà di sicurezza complesse e simulare diversi scenari di attacco.

#Il Modello Dolev-Yao

Nel campo dell'analisi dei protocolli di sicurezza, il modello Dolev-Yao funge da framework fondamentale. Introdotto da Danny Dolev e Andrew Yao, si basa su tre assunzioni chiave:

1. Crittografia Perfetta: Le operazioni crittografiche vengono trattate come scatole nere, consentendo l'analisi dei protocolli senza scendere nei dettagli complicati delle vulnerabilità crittografiche.

2. Esecuzione Illimitata: Un protocollo può essere eseguito quante più volte è necessario, riflettendo l'uso reale su grandi reti. Questo aiuta ad analizzare come diverse combinazioni di esecuzioni possono influenzare le prestazioni del protocollo.

3. Avversario di Rete: L'attaccante controlla la rete di comunicazione, permettendogli di intercettare e modificare i messaggi. Tuttavia, l'avversario non può rompere le protezioni crittografiche, limitando le sue azioni a messaggi non protetti.

#Perché Scegliere Tamarin Prover?

Tamarin Prover si distingue per la sua capacità di analizzare rigorosamente i protocolli crittografici nel mondo reale. È stato utilizzato per compiti significativi, come affrontare vulnerabilità di sicurezza nel Wi-Fi.

Una delle forze di Tamarin è il suo approccio basato su regole di riscrittura multiset, che consente una chiara descrizione di come vengono scambiati i messaggi. Questo aiuta a identificare vulnerabilità attraverso vari scenari di attacco.

Tamarin supporta sia la costruzione di prove automatizzate che interattive, offrendo un equilibrio tra facilità e flessibilità. Gestisce anche operazioni crittografiche complesse, rendendolo ideale per analizzare protocolli di sicurezza avanzati usati in sistemi come Transport Layer Security (TLS).

#Modellare Protocolli con Tamarin

Per verificare un protocollo di sicurezza usando Tamarin, deve essere creato un script specifico. Questo script delinea la struttura del protocollo e le proprietà di sicurezza da analizzare.

#Struttura di un Modello Tamarin

Un modello Tamarin tipico consiste in diversi componenti:

• Dichiarazioni: Questa sezione definisce le funzioni e le costanti di base utilizzate nel protocollo.

• Regole: Queste descrivono come fluiscono i messaggi e le azioni intraprese dalle diverse parti.

• Fatti e Eventi di Stato: I fatti catturano informazioni dinamiche e statiche, mentre gli eventi registrano avvenimenti significativi.

• Modello dell'Avversario: Le capacità dell'avversario vengono definite esplicitamente, determinando come possono interagire con il protocollo.

• Proprietà di Sicurezza (Lemmi): L'ultima sezione delinea le proprietà di sicurezza da verificare.

#Esempi di Scenari

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi modellati in Tamarin:

#Crittografia Simmetrica

Nella crittografia simmetrica, entrambe le parti condividono una chiave segreta. Il modello definirebbe funzioni di crittografia e decrittografia e garantirebbe che solo il destinatario previsto possa leggere il messaggio.

#Crittografia Asimmetrica

Nella crittografia asimmetrica, viene utilizzata una chiave pubblica per crittografare i messaggi che solo il destinatario previsto può decrittografare con la propria chiave privata. Il modello dimostra che solo il destinatario corretto può accedere alle informazioni.

#Integrità del Messaggio

Per garantire l'integrità del messaggio, viene utilizzato un codice di autenticazione del messaggio (MAC). Il modello controlla che, se il MAC è valido, il messaggio non sia stato manomesso durante la trasmissione.

#Autenticazione

Un semplice protocollo di sfida-risposta potrebbe essere utilizzato per dimostrare l'autenticazione. In questo caso, una parte invia una sfida, e l'altra risponde con un valore calcolato per dimostrare la propria identità.

#Il Processo di Verifica

Una volta che il protocollo è modellato, Tamarin utilizza il suo motore di ragionamento per provare o confutare le proprietà di sicurezza definite:

• Lemmi Provati: Se un lemma è provato, il protocollo è considerato sicuro in termini di proprietà specificata.

• Lemmi Falsificati: Se un lemma fallisce, viene prodotto un controesempio, rivelando uno scenario di attacco potenziale. Queste tracce aiutano a identificare vulnerabilità e forniscono una mappa per il miglioramento.

#Significato Visivo dei Grafici di Dipendenza

Tamarin utilizza grafici di dipendenza per illustrare le relazioni tra i diversi lemmi. Se un lemma è provato, viene evidenziato in verde; se viene trovato un controesempio, è contrassegnato in rosso.

Le frecce nel grafico indicano vari elementi nella visualizzazione della prova, aiutando gli utenti a interpretare il flusso del processo di verifica.

#Esempio di Attacco di Replay

Per illustrare una vulnerabilità, modelliamo uno scenario di attacco di replay. In questo caso, un attaccante cattura un messaggio e lo invia di nuovo per eludere i meccanismi di sicurezza.

Modellando l'interazione e stabilendo un lemma che dimostra che non sono possibili attacchi di replay, possiamo garantire che il sistema sia sicuro contro tali minacce.

#Proprietà di Sicurezza Formali

Quando si valuta un protocollo, dovrebbero essere considerate diverse proprietà di sicurezza critiche:

• Autenticazione: Verificare le identità per prevenire accessi non autorizzati.

• Autenticazione Mutua: Assicurarsi che entrambe le parti verifichino l'identità dell'altra per evitare impersonificazioni.

• Prevenzione di Attacchi Man-in-the-Middle (MitM): Difendere contro attaccanti che intercettano e manipolano le comunicazioni.

• Conferma della Chiave: Assicurarsi che entrambe le parti utilizzino la stessa chiave crittografica.

• Unicità della Sessione: Assicurarsi che ogni sessione di comunicazione sia distinta per prevenire il dirottamento della sessione.

• Non Ripudio: Impedire alle parti di negare il proprio coinvolgimento in una comunicazione.

• Riservatezza: Proteggere i dati sensibili da accessi non autorizzati.

• Integrità: Assicurarsi che i dati rimangano inalterati durante la trasmissione.

• Prevenzione dei Replay: Impedire il riutilizzo di messaggi catturati.

• Validazione della Chiave: Garantire che le chiavi crittografiche siano sicure e non compromesse.

#Verifica Formale del Voucher di Permesso

Per convalidare il Protocollo del Voucher di Permesso, ci concentriamo su diverse fasi del protocollo e analizziamo le rispettive proprietà di sicurezza. Le relazioni di fiducia e i canali vengono definiti, portando all'identificazione di lemmi di sicurezza.

#Relazioni di Fiducia e Canali

I canali sicuri includono:

• ID APP e ID-CARD (NFC): Questo è sicuro grazie alla prossimità fisica, garantendo riservatezza e integrità.

• ID APP e OWNER (Input PIN): L'input del PIN garantisce che solo il proprietario possa autenticarsi.

I canali parzialmente fidati comprendono:

• OWNER e SERVIZIO in sede (Connessione UWB): Questo canale potrebbe essere intercettato, il che significa che il protocollo deve proteggere contro impersonificazioni e attacchi di replay.

• SERVIZIO in sede e ID-VERIFICATORE: L'integrità di questo canale è fondamentale e potrebbe essere vulnerabile ad attacchi.

#Lemmi di Sicurezza per il Voucher di Permesso

Il modello include vari lemmi, come:

• Un lemma che conferma l'input sicuro del PIN e dei dati della carta.
• Un lemma che garantisce l'integrità del voucher firmato.
• Un lemma che verifica la validità della firma durante il riscatto.

#Debolezze Identificate

Anche se il modello è robusto, ci sono diverse vulnerabilità. L'ID-VERIFICATORE potrebbe essere compromesso e aggiungere autenticazione mutua rafforzerebbe il processo di verifica.

Il modello manca di controlli per voucher di permesso scaduti e un meccanismo di convalida temporale potrebbe prevenire il riutilizzo dei voucher. Regole di gestione e distribuzione delle chiavi sono anche necessarie per garantire che le chiavi rimangano sicure durante la vita del protocollo.

#Limiti Conosciuti

Anche se Tamarin è uno strumento di verifica potente, ha certi limiti:

• Strategia di Prova: Il modello simbolico limita la capacità di Tamarin di rilevare alcuni attacchi complessi.

• Modalità Trace vs. Modalità di Equivalenza Osservazionale: Queste modalità hanno i loro punti di forza, ma ci sono ancora lacune nel rilevare alcuni attacchi.

• Scalabilità e Prestazioni: Tamarin potrebbe avere difficoltà con protocolli più grandi, portando a tempi di analisi aumentati.

#Conclusione

Con l'avvento delle smart city, il bisogno di metodi di autenticazione sicuri ed efficienti è più grande che mai. Il Protocollo del Voucher di Permesso è una soluzione promettente che sfrutta la verifica formale per garantire che le proprietà di sicurezza siano rispettate.

Attraverso strumenti come Tamarin Prover, possiamo analizzare rigorosamente i protocolli, identificare debolezze e alla fine creare sistemi più sicuri per tutti. Quindi, mentre ci inoltriamo nel futuro, apprezziamo i piccoli biglietti digitali che portiamo in tasca, sapendo che sono stati sottoposti a un rigoroso controllo di sicurezza prima di essere utilizzati.