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Autenticación mutua

La autenticación mutua o bidireccional es la autenticación simultánea y recíproca de dos partes. Forma parte de los protocolos de autenticación , es predeterminada en algunos ( ...

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La autenticación mutua o bidireccional es la autenticación simultánea y recíproca de dos partes. Forma parte de los protocolos de autenticación , es predeterminada en algunos ( IKE , SSH ) y opcional en otros ( TLS ).

La autenticación mutua es una característica deseada en los esquemas de verificación que transmiten datos sensibles, para garantizar la seguridad de los datos . [ 1 ] [ 2 ] La autenticación mutua se puede lograr con dos tipos de credenciales: nombres de usuario y contraseñas , y certificados de clave pública .

La autenticación mutua se emplea con frecuencia en el Internet de las Cosas (IoT). Diseñar esquemas de seguridad eficaces para sistemas IoT es un desafío, especialmente cuando se busca que sean ligeros y con bajos costos computacionales. La autenticación mutua es un paso de seguridad crucial que puede proteger contra muchos ataques adversarios, [ 3 ] que de otro modo podrían tener graves consecuencias si los sistemas IoT (como los servidores de salud electrónica) son pirateados. En análisis de esquemas realizados en trabajos anteriores, la falta de autenticación mutua se había considerado una debilidad en los esquemas de transmisión de datos. [ 4 ]

Pasos del proceso y verificación

Los esquemas que incluyen un paso de autenticación mutua pueden utilizar diferentes métodos de cifrado, comunicación y verificación, pero todos comparten una característica común: cada entidad involucrada en la comunicación se verifica. Si Alice desea comunicarse con Bob , ambos se autenticarán mutuamente y verificarán que se trata de la persona con la que esperan comunicarse antes de transmitir cualquier dato o mensaje. Un proceso de autenticación mutua que intercambia identificadores de usuario puede implementarse de la siguiente manera:

  1. Alice envía un mensaje cifrado con la clave pública de Bob a Bob para demostrar que Alice es una usuaria válida.
  2. Bob verifica el mensaje:
    1. Bob comprueba el formato y la marca de tiempo. Si alguno de ellos es incorrecto o inválido, la sesión se interrumpe.
    2. A continuación, el mensaje se descifra con la clave secreta de Bob, lo que proporciona la identificación de Alice.
      1. Bob comprueba si el mensaje coincide con un usuario válido. Si no es así, la sesión se interrumpe.
  3. Bob le envía un mensaje a Alice, cifrado con la clave pública de Alice, para demostrar que Bob es un usuario válido.
  4. Alice verifica el mensaje:
    1. Alice comprueba el formato y la marca de tiempo. Si alguno de ellos es incorrecto o inválido, la sesión se interrumpe.
    2. A continuación, el mensaje se descifra con la clave secreta de Alice, lo que proporciona la identificación de Bob.
      1. Alice comprueba si el mensaje coincide con un usuario válido. Si no es así, la sesión se interrumpe.
  5. En este punto, se verifica que ambas partes son quienes dicen ser y que la comunicación entre ellas es segura. Finalmente, Alice y Bob crearán una clave secreta compartida para poder seguir comunicándose de forma segura.

Para verificar que la autenticación mutua se haya realizado correctamente, la lógica de Burrows-Abadi-Needham (lógica BAN) es un método reconocido y ampliamente aceptado, ya que verifica que un mensaje proviene de una entidad confiable. La lógica BAN parte de la premisa de que una entidad no es confiable y luego verifica su legalidad. [ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]

Defensas

La autenticación mutua admite redes de confianza cero porque puede proteger las comunicaciones contra ataques adversarios, [ 7 ] en particular:

Ataque de intermediario
Los ataques de intermediario (MITM) ocurren cuando un tercero intenta interceptar un mensaje y, en ocasiones, alterarlo. Ambas partes reciben los mensajes sin verificar la identidad del remitente, por lo que no se dan cuenta de que un atacante se ha infiltrado en la comunicación. La autenticación mutua previene los ataques MITM, ya que tanto el remitente como el receptor se verifican mutuamente antes de enviar las claves de sus mensajes. Si una de las partes no es quien dice ser, la sesión finaliza. [ 8 ]
Ataque de repetición
Un ataque de repetición es similar a un ataque MITM en el que se reproducen mensajes antiguos fuera de contexto para engañar al servidor. Sin embargo, esto no funciona contra esquemas que utilizan autenticación mutua [ 9 ] porque las marcas de tiempo son un factor de verificación que se utiliza en los protocolos. [ 10 ] [ 11 ] Si el cambio de tiempo es mayor que el retardo máximo permitido, la sesión se abortará. [ 11 ] De manera similar, los mensajes pueden incluir un número generado aleatoriamente para llevar un registro de cuándo se envió un mensaje. [ 10 ]
Ataque de suplantación de identidad
Los ataques de suplantación de identidad se basan en el uso de datos falsos para hacerse pasar por otro usuario con el fin de obtener acceso a un servidor o ser identificado como otra persona. La autenticación mutua puede prevenir los ataques de suplantación de identidad, ya que el servidor también autenticará al usuario y verificará que tenga la clave de sesión correcta antes de permitir cualquier comunicación o acceso posterior. [ 11 ]
Ataques de suplantación de identidad
Los ataques de suplantación de identidad se refieren a ataques maliciosos en los que un usuario o individuo se hace pasar por un usuario autorizado para obtener acceso no autorizado a un sistema simulando tener permiso. [ 12 ] Cuando cada parte autentica a la otra, se envían mutuamente un certificado que solo la otra parte sabe cómo descifrar, verificándose así como una fuente confiable. De esta manera, los adversarios no pueden usar ataques de suplantación de identidad porque no tienen el certificado correcto para actuar como si fueran la otra parte. [ 5 ]

La autenticación mutua también garantiza la integridad de la información porque si se verifica que las partes son la fuente correcta, entonces la información recibida también es confiable. [ 5 ]

mTLS

Por defecto, el protocolo TLS solo verifica la identidad del servidor ante el cliente mediante certificados X.509 , y la autenticación del cliente ante el servidor se deja a la capa de aplicación. TLS también ofrece autenticación de cliente a servidor mediante autenticación X.509 del lado del cliente. [ 13 ] Dado que requiere el aprovisionamiento de certificados a los clientes y resulta menos intuitivo, rara vez se utiliza en aplicaciones de usuario final.

La autenticación TLS mutua (mTLS) se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones de empresa a empresa (B2B), donde un número limitado de clientes programáticos y homogéneos se conectan a servicios web específicos, la carga operativa es limitada y los requisitos de seguridad suelen ser mucho más elevados en comparación con los entornos de consumo.

mTLS también se utiliza en aplicaciones basadas en microservicios que utilizan entornos de ejecución como Dapr , a través de sistemas como SPIFFE. [ 7 ]

Esquemas ligeros frente a esquemas garantizados

Si bien los esquemas ligeros y los esquemas seguros no son mutuamente excluyentes , agregar un paso de autenticación mutua a los protocolos de transmisión de datos a menudo puede aumentar el tiempo de ejecución y los costos computacionales. [ 2 ] Esto puede convertirse en un problema para los sistemas de red que no pueden manejar grandes cantidades de datos o aquellos que tienen que actualizarse constantemente para obtener nuevos datos en tiempo real (por ejemplo, seguimiento de ubicación, datos de salud en tiempo real). [ 2 ] [ 9 ]

Por lo tanto, se convierte en una característica deseada de muchos esquemas de autenticación mutua tener propiedades ligeras (por ejemplo, tener una huella de memoria baja ) para adaptarse al sistema que almacena grandes cantidades de datos. [ 3 ] Muchos sistemas implementan computación en la nube , que permite un acceso rápido a grandes cantidades de datos, pero a veces grandes cantidades de datos pueden ralentizar la comunicación. Incluso con la computación en la nube basada en el borde, que es más rápida que la computación en la nube general debido a una mayor proximidad entre el servidor y el usuario, [ 5 ] los esquemas ligeros permiten una mayor velocidad al administrar grandes cantidades de datos. Una solución para mantener los esquemas ligeros durante el proceso de autenticación mutua es limitar la cantidad de bits utilizados durante la comunicación. [ 3 ]

Las aplicaciones que dependen exclusivamente de la comunicación dispositivo a dispositivo (D2D), donde múltiples dispositivos pueden comunicarse localmente en proximidad, eliminan la red de terceros. Esto, a su vez, puede acelerar el tiempo de comunicación. [ 14 ] Sin embargo, la autenticación aún se realiza a través de canales inseguros, por lo que los investigadores creen que sigue siendo importante garantizar la autenticación mutua para mantener un esquema seguro. [ 14 ]

Los esquemas pueden sacrificar un mejor tiempo de ejecución o costo de almacenamiento al garantizar la autenticación mutua para priorizar la protección de los datos confidenciales. [ 2 ] [ 11 ]

Esquemas basados ​​en contraseñas

En los esquemas de autenticación mutua que requieren que el usuario ingrese su contraseña como parte del proceso de verificación, existe una mayor vulnerabilidad a los hackers, ya que la contraseña es creada por el usuario en lugar de un certificado generado por computadora. Si bien las aplicaciones podrían simplemente requerir que los usuarios utilicen una contraseña generada por computadora, resulta incómodo recordarla. Las contraseñas creadas por el usuario y la posibilidad de cambiarlas son importantes para que una aplicación sea fácil de usar, [ 15 ] por lo que muchos esquemas se adaptan a esta característica. Los investigadores señalan que un protocolo basado en contraseñas con autenticación mutua es importante porque las identidades y contraseñas de los usuarios siguen estando protegidas, ya que los mensajes solo son legibles por las dos partes involucradas. [ 16 ]

Sin embargo, un aspecto negativo de la autenticación basada en contraseñas es que las tablas de contraseñas pueden ocupar mucho espacio de memoria. [ 15 ] Una forma de evitar el uso excesivo de memoria durante un esquema de autenticación basado en contraseñas es implementar contraseñas de un solo uso (OTP), que son contraseñas enviadas al usuario por SMS o correo electrónico. Las OTP son sensibles al tiempo, lo que significa que caducarán después de un cierto período de tiempo y no es necesario almacenarlas en memoria. [ 17 ]

autenticación multifactor

Recientemente, más esquemas cuentan con un nivel de autenticación superior al de los esquemas basados ​​en contraseñas. Si bien la autenticación basada en contraseñas se considera "autenticación de un solo factor", los esquemas están comenzando a implementar tarjetas inteligentes ( dos factores ) [ 15 ] o sistemas de autenticación biométrica (tres factores). Las tarjetas inteligentes son más sencillas de implementar y facilitan la autenticación, pero aún presentan riesgos de manipulación. [ 15 ] La biometría se ha vuelto más popular que los esquemas basados ​​en contraseñas porque es más difícil copiar o adivinar las claves de sesión al usar biometría, [ 6 ] pero puede ser difícil cifrar datos ruidosos . [ 17 ] Debido a estos riesgos y limitaciones de seguridad, los esquemas aún pueden emplear la autenticación mutua independientemente de la cantidad de factores de autenticación que se agreguen. [ 6 ]

Esquemas basados ​​en certificados y aplicaciones de sistemas

La autenticación mutua se encuentra frecuentemente en esquemas empleados en el Internet de las Cosas (IoT), donde los objetos físicos se incorporan a Internet y pueden comunicarse mediante direcciones IP . [ 10 ] Los esquemas de autenticación pueden aplicarse a muchos tipos de sistemas que implican transmisión de datos. [ 14 ] A medida que aumenta la presencia de Internet en los sistemas mecánicos, escribir esquemas de seguridad eficaces para un gran número de usuarios, objetos y servidores puede volverse un desafío, especialmente cuando se necesitan esquemas ligeros y con bajos costos computacionales. En lugar de la autenticación basada en contraseñas, los dispositivos utilizarán certificados para verificar las identidades de los demás.

Redes de radio

La autenticación mutua puede satisfacerse en esquemas de redes de radio, donde las transmisiones de datos a través de radiofrecuencias son seguras después de verificar al emisor y al receptor. [ 11 ] [ 18 ]

Las etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) se utilizan comúnmente para la detección de objetos , y muchos fabricantes las están implementando en sus sistemas de almacén para la automatización. [ 19 ] Esto permite una forma más rápida de mantener el control del inventario y rastrear los objetos. Sin embargo, el seguimiento de artículos en un sistema con etiquetas RFID que transmiten datos a un servidor en la nube aumenta las posibilidades de riesgos de seguridad, ya que ahora hay más elementos digitales que controlar. [ 19 ] Se puede establecer una autenticación mutua de tres vías entre las etiquetas RFID, los lectores de etiquetas y la red en la nube que almacena estos datos para mantener la seguridad de los datos de las etiquetas RFID y evitar su manipulación. [ 19 ]

De manera similar, se ha propuesto un sistema alternativo de etiquetas y lectores RFID que asigna lectores específicos a las etiquetas para mayor seguridad y menor consumo de memoria. [ 20 ] En lugar de considerar a todos los lectores de etiquetas como una sola entidad, solo ciertos lectores pueden leer etiquetas específicas. Con este método, si un lector se ve comprometido, no afectará a todo el sistema. Los lectores individuales se comunicarán con etiquetas específicas durante la autenticación mutua, que se ejecuta en tiempo constante, ya que los lectores utilizan la misma clave privada para el proceso de autenticación.

Muchos sistemas de salud electrónica que monitorean de forma remota los datos de salud de los pacientes utilizan redes inalámbricas de área corporal (WBAN) que transmiten datos a través de radiofrecuencias. [ 11 ] Esto es beneficioso para los pacientes que no deben ser molestados mientras son monitoreados, y puede reducir la carga de trabajo del personal médico y permitirles concentrarse en tareas más prácticas. Sin embargo, una gran preocupación para los proveedores de atención médica y los pacientes sobre el uso del seguimiento remoto de datos de salud es que los datos sensibles del paciente se transmiten a través de canales no seguros, [ 8 ] por lo que la autenticación se produce entre el usuario de la red de área corporal médica (el paciente), el proveedor de servicios de salud (HSP) y el tercero de confianza .

computación basada en la nube

Las nubes de e-Salud son otra forma de almacenar datos de pacientes recopilados de forma remota. [ 2 ] Las nubes son útiles para almacenar grandes cantidades de datos, como información médica, a la que se puede acceder desde muchos dispositivos cuando sea necesario. Los Sistemas de Información Médica de Teleasistencia (TMIS), una forma importante para que los pacientes reciban atención médica de forma remota, pueden garantizar la seguridad de los datos con esquemas de verificación de autenticación mutua. [ 14 ] Blockchain es una forma que se ha propuesto para autenticar mutuamente al usuario en la base de datos, mediante la autenticación con el nodo principal de mediBchain y manteniendo el anonimato del paciente. [ 21 ]

La computación en la nube y la niebla es un sistema de red que puede manejar grandes cantidades de datos, pero aún tiene limitaciones en cuanto al costo computacional y de memoria. [ 22 ] La computación de borde móvil (MEC) se considera un sistema de red de computación en la nube y la niebla mejorado y más ligero, [ 22 ] y puede utilizarse para tecnología médica que también gira en torno a datos basados ​​en la ubicación. Debido al amplio rango físico requerido para el seguimiento de la ubicación, las redes 5G pueden enviar datos al borde de la nube para almacenarlos. Una aplicación como los relojes inteligentes que rastrean los datos de salud del paciente puede usarse para llamar al hospital más cercano si el paciente muestra un cambio negativo en los signos vitales. [ 5 ]

Las redes de nodos de niebla se pueden implementar en la automatización de automóviles , manteniendo seguros los datos sobre el vehículo y su entorno. Al autenticar los nodos de niebla y el vehículo, la transferencia vehicular se convierte en un proceso seguro y el sistema del automóvil está protegido contra los piratas informáticos. [ 9 ]

verificación máquina a máquina

Muchos sistemas que no requieren un usuario humano como parte del sistema también cuentan con protocolos de autenticación mutua entre las partes. En los sistemas de vehículos aéreos no tripulados (VANT), se produce una autenticación de plataforma en lugar de una autenticación de usuario. [ 2 ] La autenticación mutua durante la comunicación entre vehículos evita que el sistema de un vehículo sea vulnerado, lo que podría afectar negativamente a todo el sistema. Por ejemplo, un sistema de drones puede emplearse para trabajos agrícolas y entrega de carga, pero si un dron fuera vulnerado, todo el sistema podría colapsar. [ 2 ]

  • Dos tipos de autenticación mutua

Referencias

  1. 1 2 Chen, Yulei; Chen, Jianhua (2020). "Un protocolo seguro de autenticación de tres factores con acuerdo de clave para nubes de salud electrónica". The Journal of Supercomputing . 77 (4): 3359– 3380. doi : 10.1007/s11227-020-03395-8 . ISSN 0920-8542 . S2CID 221146362 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Chen, Liquan; Qian, Sijie; Lim, Ming; Wang, Shihui (2018). "Un esquema de atestación anónima directa mejorado con autenticación mutua para sistemas de comunicación de UAV conectados a la red". China Communications . 15 (5): 61– 76. doi : 10.1109/CC.2018.8387987 . S2CID 49333360 . 
  3. 1 2 3 Jan, Mian Ahmad; Khan, Fazlullah; Alam, Muhammad; Usman, Muhammad (2019). "Un esquema de autenticación mutua basado en carga útil para Internet de las cosas". Future Generation Computer Systems . 92 : 1028–1039 . doi : 10.1016/j.future.2017.08.035 . hdl : 10453/117906 . S2CID 57380203 . 
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  5. 1 2 3 4 5 Chen, Chin-Ling; Chiang, Mao-Lun; Hsieh, Hui-Ching; Liu, Ching-Cheng; Deng, Yong-Yuan (2020). "Autenticación mutua ligera con dispositivo portátil en computación de borde móvil basada en ubicación". Comunicaciones personales inalámbricas . 113 : 575–598 . doi : 10.1007/s11277-020-07240-2 . S2CID 218934756 . 
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