FIDO CTAP2 from Authenticator perspective

Copyright © Yoshikazu Nojima 2019
AuthenticatorからみたFIDO CTAP2
2019-09-18 iddance#2
能島良和 (@shiroica)

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自己紹介
• 能島良和
• 通信キャリアでホスティングサービスの開発・運用
• 前職は通信キャリア系SIerで社内向けにSpringのPJ支援業務
• Apache CloudStack Commiter（活動休止中。。）
• WebAuthn4Jというライブラリ作ってます
https://github.com/webauthn4j/webauthn4j
RedHatのKeycloakでも採用されました
• Twitter:@shiroica
• GitHub:ynojima
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WebAuthn/FIDO CTAP2仕様とは
パスワード認証の問題点を克服したセキュアな認証を実現するための
Web標準/プロトコル仕様。セキュリティキーによる二段階認証や生体認証を実現。
■主な特徴
• 指紋認証や顔認証など認証方式を差し替え可能
• 生体情報をサーバーで保存せず、安全性が高い
• フィッシング攻撃、 CSRF攻撃対策の組込
WebAuthn、WebAuthn4Jについて詳細は以下スライドで解説：
https://speakerdeck.com/ynojima/webauthn-and-webauthn4j-introduction
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FIDO CTAP2の守備範囲
• FIDO CTAP2仕様は認証デバイスとクライアント間のプロトコルを定義
• NFC、BLE、USBをトランスポートに使用するアプリケーションプロトコル
• FIDO Allianceが仕様策定元の標準化団体
• https://fidoalliance.org/specs/fido-v2.0-ps-20190130/fido-client-to-
authenticator-protocol-v2.0-ps-20190130.html
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3
User Authenticator
Client
Platform
Relying Party
WebAuthn
API
FIDO
CTAP2
Platform
API
PIN認証
指紋認証
etc.
Windows Hello,
Touch ID
NFC, BLE, USB

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CTAP2 コマンド
コマンド概要
authenticatorGetInfo 認証デバイスの情報（AAGUID、
サポートしているオプション）を返却するコマンド
authenticatorMakeCredential 鍵ペアを作成し、公開鍵等Credentialを返却するコマンド
authenticatorGetAssertion 秘密鍵による署名を含むAssertionを返却するコマンド
authenticatorGetNextAssertion Assertionが複数存在する場合に2個目以降を返却するコマンド
authenticatorClientPIN PIN操作の為のコマンド
authenticatorReset 認証デバイスをリセットするコマンド
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登録フロー
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• ユーザー登録
認証デバイスクライアントプラットフォーム
authenticatorGetInfoコマンド
authenticatorGetInfoレスポンス
authenticatorMakeCredentialコマンド
authenticatorMakeCredentialレスポンス
ユーザー検証機能付き認証デバイスの場合
認証デバイスの情報を要求
AAGUIDやサポートしているオプション、
拡張、プロトコルバージョン等を返却
サポートされているオプションの情報に則り、
鍵ペアの作成と公開鍵を含むCredentialの
返却を要求
公開鍵を含むCredentialを返却

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■リクエストパラメータ
なし
■レスポンスパラメータ
■オプション
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メンバー型必須定義
0x01 versions String[] Required 認証デバイスがサポートしているバージョンのリスト
値域：”FIDO_2_0”, “U2F_V2”
0x02 extensions String[] Optional サポートされている拡張のリスト
0x03 aaguid Byte[] Required 認証デバイスが主張しているAAGUID
0x04 options Map Optional サポートされているオプションのリスト
0x05 maxMsgSize Unit32 Optional 最大メッセージサイズ
0x06 pinProtocols Unit32[] Optional サポートされているPINプロトコルのリスト
オプションID 定義
plat 取り外し不可能な認証デバイスか否か
rk ResidentKeyか（＝鍵情報を保存可能かか）
clientPin PIN認証をサポートしているか。値域：true（サポート）、false（PIN未設定）、無指定（未サポート）
up UserPresenceテストの実施をサポートしているか
uv Userの検証を認証デバイスで実施可能か。値域：true（サポート）、false（検証情報未設定）、無指定（未サポート）

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■オプション
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0x01 clientDataHash Byte[] Required 署名対象に含めるクライアントのデータのハッシュ
0x02 rp PublicKeyCredentialRpEntity Required Credentialを紐づけるRelyingPartyの情報
0x03 user PublicKeyCredentialUserEntity Required Credentialを紐づけるUserの情報
0x04 pubKeyCredParams Map[] Required Credentialで使用しても良いアルゴリズムのリスト
0x05 excludedList PublicKeyCredentialDescriptor[] Optional 登録済の場合登録を中断するCredentialIdのリスト
0x06 extensions Map Optional 拡張のリスト
0x07 options Map Optional オプションのリスト
0x08 pinAuth Byte[] Optional PIN認証で使用する情報
0x09 pinProtocol UInt32 Optional クライアントが選択したPINプロトコルバージョン
rk 鍵マテリアルを認証デバイスに保存するか否か
uv Userの検証を認証デバイスで実施するか否か

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0x01 authData Byte[] Required WebAuthnのAuthenticatorDataのCBORエンコード
0x02 fmt String Required WebAuthnのAttestationStatementの識別子
0x03 attStmt Byte[] Required WebAuthnのAttestationStatementのCBORエンコード

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認証フロー
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• ユーザー認証
認証デバイスクライアントプラットフォーム
authenticatorGetInfoレスポンス
authenticatorGetAssertionコマンド
authenticatorGetAssertionレスポンス
ユーザー検証機能付き認証デバイスの場合
認証デバイスの情報を要求
AAGUIDやサポートしているオプション、
拡張、プロトコルバージョン等を返却
サポートされているオプションの情報に則り、
秘密鍵による署名を含むAssertionの返却を
要求
秘密鍵による署名を含むAssertionを返却
authenticatorGetNextAssertionコマンド
authenticatorGetNextAssertionレスポンス
Assertionが複数ある場合、
次のAssertionの返却を要求
Assertionが複数ある場合、
次のAssertionの返却

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■オプション
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0x01 rpId String Required RelyingPartyの識別子
0x02 clientDataHash Byte[] Required 署名したいデータのハッシュを指定
WebAuthnで利用する場合、ClientDataのハッシュ
0x03 allowList PublicKeyCredentialDescriptors[] Optional CredentialIdの候補のリスト
0x04 extensions Map Optional 拡張のリスト
0x05 options Map Optional オプションのリスト
0x06 pinAuth Byte[] Optional PIN認証で使用する情報
0x07 pinProtocol Uint32 Optional クライアントが選択したPINプロトコルバージョン
up UserPresenceテストを実施するか
uv UserVerificationテストを実施するか

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0x01 credential PublicKeyCr
edentialDes
criptor
Optional 試用されたPublicKeyCredentialDescriptor。リクエスト時に
allowListに1つだけ指定していた場合は、このメンバは省略される
0x03 signature Byte[] Required 署名
0x04 user PublicKeyCr
edentialUse
rEntity
Optional WebAuthnのPublicKeyCredentialUserEntity
0x05 numberOfCredentials Integer Optional 該当したCredentialの数

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authenticatorGetNextAssertionコマンド
なし
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0x01 credential PublicKeyCr
edentialDes
criptor
Optional 試用されたPublicKeyCredentialDescriptor。リクエスト時に
allowListに1つだけ指定していた場合は、このメンバは省略される
0x03 signature Byte[] Required 署名
0x04 user PublicKeyCr
edentialUse
rEntity
Optional WebAuthnのPublicKeyCredentialUserEntity

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まとめ
• FIDO CTAP2はパスワード認証の問題点を克服した
セキュアな認証を実現するための、WebAuthnと補完関係にある仕様
• NFCやBLE、USBトランスポートの上で動くアプリケーションプロトコル
• トランスポート間で共通のコマンド体系が整備
• 各コマンドを組み合わせてWebAuthnの操作は実現
• データ構造はWebAuthnと共用されている部分も多い
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APPENDIX
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AndroidでFIDO CTAP2 Authenticator
• FIDO CTAP2はUSB/NFC/BLEのいずれかのトランスポートを持ち、
鍵を安全に保存する機能があるハードウェアなら実装可能であり、スマホは最適
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CTAP2 Authenticatorを実装して判明したポイント
◼ NFCトランスポートはUV/UPと相性が悪い
• ユーザーがUV/UPの証明の為の操作をすると高い頻度で
NFCリーダーのスイートスポットからずれて接続が切れて失敗する
◼ RPはAAGUIDだけでAuthenticatorを信頼してはならない
• 攻撃者は不正なAuthenticatorを実装してAAGUIDを偽装可能
• Authenticatorのモデルを判別したい場合、AAGUIDのチェックだけでなく、
Attestation Certificateが信頼するルート証明書とチェーンすることの検証が必要
◼ Authenticatorが真正なAndroid SafetyNet Attestationを返却しても、
安全に秘密鍵を保存するAuthenticatorだと信頼できるとは限らない
• Android SafetyNet Attestation APIをAndroid上で独自に呼び出すことで、
Google Play開発者サービスのFIDO2 APIに頼らずAndroid SafetyNet Attestationを取得可能
• その場合、秘密鍵がFIDO2 APIのように安全に保存されていることは保証されない
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CTAP2実装上便利なツール
WindowsのEvent Viewer
Windows WebAuthn API経由でCTAP2 Authenticatorを操作した場合のログが確認可能
パス：“Applications and Services Logs/Microsoft/Windows/WebAuthn”
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CTAP2実装上便利なツール
http://cbor.me
CTAP2でよく使われているCBORをデコードし、読みやすい形式で表示してくれるサイト
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FIDO CTAP2 from Authenticator perspective

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Yoshikazu Nojima

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