패스워드 없는 인증기술-FIDO

지식 기반(knowledge-based) 사용자 인증방식은 사용자와 서버가 미리 설정하여 공유한 비밀정보를 기반으로 사용자를 인증하며, 별도의 하드웨어가 필요 없어 적용하는데 비용이 아주 적은 점과 함께 사용자 편의성도 높은 장점을 가지고 있다. 그러나 사용의 편리성이란 장점에 반해 인증강도가 다른 방식들에 비해 낮아 보안 취약점이 가장 많이 발견되고 있는 문제점을 가지고 있다.

지식 기반 인증방식은 정적방식(shared secret)과 동적방식으로 다시 구분될 수 있다. 정적 지식 기반 인증방식은 현재 가장 널리 사용되고 있는 지식 기반 인증방식으로 사용자 회원 등록과정 등에서 사용자가 서버에 자신의 인증정보를 미리 입력하고 회원 등록과정을 정상적으로 마친 후 서비스 사용을 위한 인증과정에서 미리 설정한 인증정보를 입력하는 방식을 의미한다. 또한 사용자가 비밀번호를 기억해 내지 못할 경우(fall-back)를 대비하여 설정한 힌트 정보도 정적 지식 기반 인증방식으로 분류된다((그림 1) 참조).

(그림 1)

지식 기반 인증

동적 지식 기반 인증방식은 사용자의 신원을 확인하는 지식 기반 인증방식 중 가장 높은 검증강도를 제공하는 방식이다. 이 방식에서는 사용자와 서버 간 사전접촉 없이 질문을 통해 사용자의 신원을 확인하게 된다. 즉, 서버는 사용자에 대한 공개된 정보, 수집된 마케팅 데이터 또는 신용보고정보 등을 이용하여 즉석에서 질문을 사용자에게 제시하는 방식이다.

패스워드 인증은 지식 기반 인증의 한 종류이며 많은종류의 시스템들이 패스워드를 기반으로 사용자를 인증하기 대문에 타인에게 노출 시 바로 시스템 보안이 무력화되는 단점이 있다.

소유 기반 사용자 인증방식은 인증토큰을 소유하고, 이를 기반으로 사용자를 인증하는 방식을 말한다. 소유 기반 사용자 인증방식은 사용자가 토큰을 소유하고 있어야 하기 때문에, 지식 기반(knowledge-based) 방식의 인증방법보다 보안성이 높다. 그러나 인증시스템 구축이 어렵고, 사용자가 서비스 신청을 위해 CA(Certification Authority) 또는 RA(Registration Authority)와 최소 1번의 대면으로 본인 확인이 필요하며, 늘 소유하고 있어야 하기 때문에 편리성이 낮다는 단점이 있다.

토큰의 구성방식은 하드웨어 형태와 소프트웨어 형태 두 가지로 분류할 수 있다. 먼저 하드웨어 형태의 토큰은 OTP(One Time Password) 단말기를 예로 들 수 있다. 하드웨어 형태의 토큰은 사용자가 물리적인 형태의 토큰을 소유를 하고 있어야 하기 때문에 휴대성과 편리성이 낮다.

소프트웨어 형태의 토큰은 공인인증서(X.509)를 예로 들 수 있다. 하드웨어 형태의 휴대성과 편리성이 낮은 단점을 보완할 수가 있지만, 논리적인 형태로 저장매체에 저장이 되어 있어서 유출의 위험이 높은 단점을 가지고 있다((그림 2) 참조).

(그림 2)

하드웨어형태의 소유 기반 인증사례

생체 기반 인증방식은 사용자가 가지고 있는 고유한 형태의 신체구조 또는 사용자가 신체를 이용하여 행동했을 때 나타나는 행동결과를 기반으로 사용자를 인증하는 방법이다. 사용자가 특별하게 별도의 인증토큰을 소유하지 않아도 되고, 별도로 알고 있어야 할 정보도 없기 때문에 편리성이 높으며, 사용자 본인 신체의 고유한 정보들을 사용하기 때문에 보안성이 높다. 그러나 시스템 구축 및 관리가 힘든 단점이 있다. 생체구조를 활용한 특징들을 이용하여 시스템을 구축하려면, 생체구조로부터 일련의 패턴을 분석해야 하는데 이를 위한 연구가 어려우며, 패턴화한 정보를 활용하기 위한 시스템을 구축하는데 많은 비용이 소비된다. 또한 사용자의 쉽게 변경할 수 없는 고유한 형태의 생체구조를 사용하기 때문에 사용자의 고유 생체정보에 대한 패턴값의 비밀성(Confidentiality)과 무결성(Integrity)이 훼손되었을 경우에는 큰 문제가 발생할 수가 있다.

생체 기반 인증수단은 사용자 신체구조를 활용한 생체적 특징방식과 사용자가 신체를 활용하여 어떠한 행위를 하였을 때 도출되는 정보들을 활용한 행동적 특징방식 이렇게 두 가지로 나뉜다. 먼저 생체적 특징 방식은 얼굴인식, 홍채인식, 지문인식, 정맥인식, 심박도, 심전도인식 등이 있다. 행동적 특징방식은 목소리인식, 타이핑리듬인식, 서명패턴인식, 서명압력인식 등이 있다 ((그림 3) 참조).

(그림 3)

다양한 종류의 생체인증 기기들

I장에서 언급한 바와 같이 일반적으로 사용자를 인증하는 방식은 사용자가 특별한 정보를 알고 있는지를 확인하는 지식요소(knowledge factor, something the user knows, secret), 사용자가 특별한 하드웨어를 가지고 있는지를 확인하는 소유요소(possession factor, something the user has, object), 사용자가 생체적으로 특별한 특성을 보유하고 있는지를 확인하는 내재요소(inherence factor, something the user is, biometry) 등으로 구분된다.

다중 요소 인증(multi-factor authentication)이란 2가지 이상의 인증요소로 인증하는 방식을 의미한다. 즉, 2가지 이상의 인증요소로 본인 여부를 판단하는 것으로 패스워드와 같이 자신이 알고 있는 것과 하드웨어 토큰이나 바이오 메트릭스(Biometrics)와 같이 자신이 소유하고 있는 것을 동시에 이용하여 인증하는 방식이다. 따라서 다중요소 인증은 단일 요소만을 이용한 인증방식보다 강화된 인증서비스를 제공할 수 있는 장점을 제공할 수 있게 된다((그림 4) 참조).

(그림 4)

다중요소 인증

다중 요소 인증은 위와 같은 3가지 인증방식에서 서로 다른 2가지 이상의 인증방식을 이용하여 사용자의 신원을 확인하는 과정을 의미하며, 동일한 방식의 인증 기법을 2가지 이상 이용하는 경우는 다중 요소 인증에 해당되지 않는다. 강력한 인증(strong authentication)은 인증 대상 사용자에게 여러 개의 시험 데이터(challenge)를 전달하고 그에 대한 응답(response)을 기준으로 인증여부를 판단하는데 이 때 전달되는 여러 개의 시험 데이터의 종류가 지식요소, 소유요소, 내재요소 중 한 종류에 해당되는 경우 다중 요소 인증으로 분류되지 않는다.

그러나 다중 요소 인증방식이 사용자 신분을 위장하려는 공격자의 위협을 감소시키는 장점이 있지만, 이 방식도 중간사용자 공격(MITM: Main-in-the-Middle)이나 MITB(Man-in-the-Browser) 공격에 취약점을 가지고 있다.

다중 요소 인증이 단일 요소 인증에 비해 보안강도가 향상되는 장점이 있지만 다중요소 인증에서 채택하는 각 인증기술의 안전성도 고려되어야 한다. 예를 들어 다중 요소 인증에 사용되는 인증방식의 안전강도, 하드웨어 인증을 이용한 인증방식의 경우 해당 하드웨어와 비밀번호가 적법한 사용자에게 안전하게 전달되는지에 대한 관리, 사용자 인증정보를 알아내기 위한 인증시도를 능동적으로 판단하고 대처하는 방법들도 함께 고려되어야 한다.

가. 패스워드+휴대폰(2 Factor)

일반적으로 패스워드와 휴대폰을 이용한 2단계 인증으로는 패스워드+휴대폰 인증코드방식이 많이 활용되고 있다. 먼저 사용자가 패스워드로 인증 후, 휴대폰 통신사와 주민번호, 전화번호를 입력하면, 해당 정보가 맞을 경우에 임의의 인증코드가 해당 휴대폰으로 전송이 된 뒤, 이를 인증코드 창에 입력하여 최종 인증을 하는 절차이다((그림 5) 참조).

(그림 5)

에버노트에서의 패스워드+휴대폰 인증

계정에 맞는 비밀번호를 알고, 사용자의 휴대폰번호, 통신사, 주민등록번호를 아는 것은 모두 지식요소에 속하기 때문에 다중요소 인증이 아닌 강력한 인증에 해당된다. 그러나 여기에 휴대폰을 소유해야만 확인할 수 있도록 인증번호를 메시지로 알려주는 것은 소유요소에 속하기 때문에 다중 요소 인증방식이라고 할 수 있다.

나. 패스워드+체크카드(2 Factor)

흔히 볼 수 있는 방식으로, 주로 은행 ATM 업무에서 볼 수 있다. 체크카드를 ATM 기기에 삽입하고(소유요소), 체크카드 비밀번호를 입력하는(지식요소) 절차이기에 2단계 인증으로 볼 수 있다((그림 6) 참조).

(그림 6)

ATM

다. 공인인증서+보안카드/OTP(2 Factor)

스마트폰뱅킹이나 인터넷뱅킹에서 볼 수 있는 방식으로 계좌 비밀번호와 공인인증서 비밀번호를 알고 있어야하며, 해당 공인인증서 파일과 보안카드 또는 OTP를 소유하고 있어야만 인증이 가능한 2단계(Two-Factor) 인증의 모습을 보여주고 있다((그림 7) 참조)

(그림 7)

OTP와 보안카드

라. 심장박동/심전도+NFC팔찌(2 Factor)

Bionym社의 Nymi라는 NFC 팔찌는 사용자의 심전도와 심박수를 이용하여 사용자를 인증하는 방식의 NFC 기반 인증 팔찌를 선보였다. 이는 소유요소(전자 팔찌)+내재요소(심전도, 심박수)를 이용한 2단계 인증의 사례이다((그림 8) 참조).

(그림 8)

NFC 인증 팔찌

<출처> : Bionym 社

인증기술의 가장 큰 문제점은 패스워드를 이용하는 것이며 온라인 인증 또는 디바이스 인증에 뚜렷한 대안이 없다는 것이었다. 특히 온라인 인증의 경우에는 현재 대부분의 인증방식이 패스워드를 기반으로 하고 있어 보안에 취약한 문제를 안고 있지만 마땅한 해결책이 나오고 있지는 않다. 우리나라의 경우에는 공인인증서를 이용하여 보다 강도 높은 인증기술을 사용하고 있지만 공인인증서도 패스워드를 사용한다 점에서는 여전히 취약점을 가지고 있다.

인증기술의 메가트렌드는 간편하고 안전한 인증기술이 사용된다는 점이다. 현재 사용하고 있는 PC(Personal Computer)나 노트북의 인증은 주로 패스워드를 기반으로 하고 있다. 얼마 전에는 노트북에 지문인식을 사용하기도 했지만 요즘은 사용하지 않고 다시 패스워드를 사용하는 추세이다. 이것은 대부분의 운영체제들의 로그인 방식이 패스워드로 되어 있기 때문이다.

하지만 이러한 추세는 스마트폰과 같은 디바이스들이 등장하면서 바뀌었다. 스마트 디바이스들은 일단 화면이 작아 입력이 불편하고 노트북보다는 단시간 자주 이용하는 경향이 있어 패스워드를 입력하기가 쉽지 않다. 또한 노트북과는 달리 개인적으로 들고 다니기 때문에 타인이 사용할 가능성이 낮다. 이러한 이유로 스마트 디바이스에서는 숫자로 된 PIN을 입력하거나 패턴을 그리거나하는 방법으로 사용자 인증을 수행하는 것이 추세이다. 이러한 디바이스에서의 인증은 점차 발전되어 요즘은 음성인식, 지문인식, USIM(Universal Subscriber Identity Module) 기반 인증기술들이 사용되어 사용자는 간편하지만 보안강도는 높은 인증기술을 적용하는 추세이다.

FIDO에서 제안하는 것은 이러한 스마트 디바이스에서 사용하는 인증기술을 온라인에도 적용하는 것은 어떨까 하는 아이디어이다. 한마디로 특정 웹서버에 인증하기 위해 패스워드를 사용하지 않고 디바이스 인증을 이용하면 사용자는 편리하고 웹서비스는 필요에 따라 인증기술을 선택할 수 있는 장점이 있다. 이것이 FIDO의 가장 핵심적인 필요성이다[1].

FIDO 표준은 두 가지 프로토콜을 제안하고 있다. 첫번째는 UAF(Universal Authentication Framework) Protocol로 사용자의 디바이스에서 제공하는 인증방법을 온라인 서비스와 연동하여 사용자를 인증하는 기술이다[3]. 두번째는 U2F(Universal 2^nd Factor) Protocol로 기존 패스워드를 사용하는 온라인 서비스에서 두번째 인증요소로 강한 인증을 사용자 로그인 시에 추가할 수 있는 프로토콜이다[2].

(그림 9)는 FIDO 구성요소를 보면 FIDO는 크게 클라이언트와 서버 그리고 두 개체 간에 주고 받는 프로토콜로 구성되어 있다. FIDO 클라이언트는 FIDO 인증 토큰과 인증토큰 API라는 인증토큰 추상화 단계에서 연동하는 역할을 하고 있다. 이 의미는 API만 준용하면 어떤 종류의 인증토큰이라도 FIDO 클라이언트에서 사용할 수 있다는 것이다. 클라이언트의 다른 역할은 FIDO 서버와 프로토콜을 송수신하며 등록, 인증, 조회 서비스를 제공하는 것이다.

(그림 9)

FIDO 구성 요소

<출처> : FIDO Alliance

FIDO 서버는 클라이언트와 UAF 프로토콜을 주고 받아 서비스를 제공하는 것이 주 역할이다. 서버는 클라이언트가 제시하는 인증토큰을 검증하고 등록하는 과정을 수행하고 등록된 인증토큰을 관리하여 사용자가 인증을 요청할 때 평가하는 작업도 수행한다.

FIDO 프로토콜은 사용자 디바이스와 서버 간에 세가지 메시지를 전달한다. 첫번째는 등록 메시지로 사용자 디바이스에 있는 인증토큰을 조회하고 검증하여 등록하는 기능을 수행한다. 두번째는 인증 메시지로 도전(Challenge)과 응답(Response) 형태로 이루어진 프로토콜을 수행하여 사용자를 인증한다. 마지막은 안전거래 확인 메시지로 특정거래에 대해 서버가 클라이언트에게 전자서명으로 거래내용을 확인하는 기능을 수행한다.

가. Registration

FIDO 프로토콜에서 등록은 사용자의 인증토큰과 공개키를 등록하는 과정이다. FIDO 클라이언트가 FIDO 서버에 로그인을 시도하면 서버는 클라이언트에게 로그인시에 사용 가능한 인증토큰 리스트를 보내준다. 사용자는 화면으로 인증토큰 리스트에서 원하는 인증토큰을 선택하고 본인인증을 수행한 후 키쌍를 생성한다. 클라이언트는 이렇게 생성된 키쌍에서 공개키를 서명하여 FIDO 서버에 보낸다. FIDO 서버는 사용자가 선택한 인증토큰과 공개키를 등록하여 나중에 인증 또는 전자서명 검증에 사용한다((그림 10) 참조).

(그림 10)

FIDO 등록과정

<출처>: FIDO Alliance

나. Authentication

인증의 프로토콜 흐름은 등록보다 더욱 간단하다. FIDO 서버는 클라이언트에 인증에 필요한 Challenge 값인 난수와 사용 가능한 인증토큰을 보내 인증을 요청한다. 클라이언트에서는 디바이스에서 등록된 인증토큰으로 사용자를 인증하고 서버에 등록된 공개키에 대한 쌍인 비밀키를 복호화하여 서버에서 보내온 요청 메시지 대한 응답으로 전자서명을 생성하여 서버로 보낸다. 서버는 클라이언트가 보내온 전자서명을 등록된 공개키로 검증하여 사용자를 인증한다((그림 11) 참조).

(그림 11)

FIDO 인증과정

<출처>: FIDO Alliance