WebAuthn for Java developers

Copyright © Yoshikazu Nojima 2018
Java開発者のためのWebAuthn入門
2019-05-18 JJUG CCC Spring
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。。）
• WebAuthn周りは趣味
• Twitter:@shiroica
• GitHub:ynojima
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突然ですが・・・
この中にオンラインサービスのアカウントを
乗っ取られた経験のある方はいますか？
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恥ずかしながら私はあります・・・
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パスワードの限界
パスワードには以下の問題があります。
• フィッシング攻撃耐性
• 本物そっくりの偽物サイトを作成し、ユーザーを誤認させたうえでID/Passwordを入力させ詐取
• 精巧に作成されたフィッシングサイトは45%のユーザーが騙されるという研究結果も
• リスト型攻撃耐性
• 脆弱な他サービスで流出したID/Passwordを用いた攻撃
• 自サービスは堅牢でも、ユーザーがパスワードを使いまわした場合、巻き添え被害の可能性
• モバイルデバイス対応
• モバイルデバイスでは複雑なパスワードの入力が不便
パスワード要求はユーザーの離脱率に顕著な悪影響
パスワード認証に代わる認証手段が必要
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Web Authentication仕様とは
最近W3Cで勧告候補になった、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。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
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Web Authenticationの認証フロー（概略）
• ユーザー登録
ユーザー認証デバイスブラウザサーバー
DB
RP固有公開鍵
の保存
承認ジェスチャ
（指紋スキャン等）
の実施
• RP固有公開鍵
• Credential Id
• ドメイン（RP Id）のハッ
シュ
• その他
を送信
• RP固有公開鍵
• Credential Id
• ドメイン（RP Id）のハッシュ
• その他
を送信
耐タンパ
領域
RP固有秘密鍵
を保存
RP固有公開鍵・秘密鍵ペアを生成
• チャレンジ
• チャレンジ、ドメイン(RpId）
その他のハッシュ
クライアントデータのハッシュ、
RP Idに対する署名を生成
ドメイン（RP Id）
チャレンジ
その他の検証
耐タンパ
領域
• ローカル認証情報（生体情報等）
を検証
ユーザー検証機能付き認証デバイスの場合

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Web Authenticationの認証フロー（概略）
• ユーザー認証
の実施
• Credential Id
• 認証デバイスデータ
• RP Idのハッシュ
• フラグ
• カウンタ
• 資格情報データ
• 署名
を送信
• Credential Id
• チャレンジ、ドメイン
(RpId）その他
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
RP固有秘密鍵でRpIdのハッシュ、
フラグ、カウンタ、クライアント
データのハッシュを署名
ドメイン（RP Id）、署名
チャレンジ、その他の検証
• チャレンジ
を送信
耐タンパ
領域
を検証
RP固有秘密鍵を読込
ローカル認証公開鍵認証
DB
RP固有公開鍵
の読込

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WebAuthnの技術的な特徴
ローカル認証と公開鍵認証の組み合わせ
• ローカル認証
• ユーザーと認証デバイス間の認証
認証方式は交換可能（例：指紋認証、虹彩認証、PIN）
• 公開鍵認証
• 認証デバイスとサーバー間の認証
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ユーザー認証デバイスサーバー
ローカル認証
（指紋認証等）
公開鍵認証

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生体認証をローカル認証とするメリット
生体認証をリモート認証とした場合のリスク
• 生体情報は変更不可能なことから究極のプライバシー情報。取扱は慎重さが求められる
• サーバーに生体情報を保存する生体認証では、生体情報は経路上で様々な攻撃に晒される
• WebAuthnでは生体情報が認証デバイスから外に流通せず、安全性が高い（ローカル認証）
• クライアント（ブラウザ）とサーバーは公開鍵と、公開鍵で検証できる署名を受け取るのみ
• 生体情報と秘密鍵は認証デバイスのTPMやセキュアエレメントのような耐タンパ領域に保存
• デメリット
• 登録時に使用した認証デバイスがないと認証できない
※認証デバイスの保持を認証要素の1つと見做せる側面もある
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DB
生体情報の
検証
（生体情報）
の提供
• 生体情報
• 生体情報

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フィッシング攻撃に対する効果
の実施
• Credential Id
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• Credential Id
(RpId）その他
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• チャレンジ
を送信
耐タンパ
領域
を検証
その他の検証
DB
RP固有公開鍵
の読込
秘密鍵はRpId（≒ドメイン）毎に保存されており、
フィッシング攻撃で他ドメインから認証要求を受けて
も秘密鍵は不正利用されない

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リスト型攻撃に対する効果
の実施
• Credential Id
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• Credential Id
(RpId）その他
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• チャレンジ
を送信
耐タンパ
領域
を検証
その他の検証
DB
RP固有公開鍵
の読込
サーバー側に保存されるのはRP固有の公開鍵であり、
他サイトで漏洩してもリスト型攻撃を受ける心配は不要

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モバイルデバイス対応
近年のスマホで充実している、生体認証（指紋、顔認識）を
ローカル認証に活用することで、パスワードを打ち込む
煩雑さからユーザーを開放し、離脱率を抑えることが期待
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サーバーサイド観点でのWebAuthn
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サービス/システムにWebAuthnを導入する場合、
サーバーサイドで必要な対応
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の実施
• Credential Id
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• Credential Id
(RpId）その他
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• チャレンジ
を送信
耐タンパ
領域
を検証
DB
RP固有公開鍵
の読込
フロントエンドからcredentialIdやチャレンジ、署名な
どの認証情報を受信し、WebAuthn仕様で定められた
検証を実施
リプレイ攻撃防止用のチャレンジを送信

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WebAuthn4Jとは
• WebAuthnの登録・認証メッセージ検証用ライブラリ
• Java製、Apache2ライセンス
• コミュニティベースの開発
• https://github.com/webauthn4j/webauthn4j
◼ 主な特徴
• 全Attestation Statement対応
• FIDO Allianceの準拠テストツールをパス
• ポータビリティ
• 依存ライブラリはJackson（JSON, CBOR処理）、Apache Kerby
（ASN.1処理）、SLF4J（ログインタフェース）のみ。導入の障壁が少ない
• テストサポート機能の充実
• Keycloak向け拡張モジュール開発中
• Spring Security拡張モジュール開発中
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基本的な使用方法（登録）
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// フロントエンドから受信したリクエスト、検証条件を詰めてコンテキストクラスを組立
WebAuthnRegistrationContext registrationContext =
new WebAuthnRegistrationContext(clientDataJSON, attestationObject, transports,
serverProperty, userVerificationRequired);
// Validatorの生成
WebAuthnRegistrationContextValidator webAuthnRegistrationContextValidator =
WebAuthnRegistrationContextValidator.createNonStrictRegistrationContextValidator();
// 検証の実施
WebAuthnRegistrationContextValidationResponse response =
webAuthnRegistrationContextValidator.validate(registrationContext);
// Authenticatorインスタンスの組立
Authenticator authenticator =
// アプリの要件にあわせ、Authenticatorインタフェースの独自実装利用可
new AuthenticatorImpl(
response.getAttestationObject().getAuthenticatorData().getAttestedCredentialData(),
response.getAttestationObject().getAttestationStatement(),
response.getAttestationObject().getAuthenticatorData().getSignCount()
);
save(authenticator); // 認証に備え、永続化（方式はアプリケーション依存）

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// フロントエンドから受信したリクエスト、検証条件を詰めてコンテキストクラスを組立
WebAuthnAuthenticationContext authenticationContext =
new WebAuthnAuthenticationContext(
credentialId, clientDataJSON, authenticatorData, signature,
serverProperty, userVerificationRequired);
// 永続化していたAuthenticatorの読込（方式はアプリケーション依存）
Authenticator authenticator = load(credentialId);
// Validatorの生成
WebAuthnAuthenticationContextValidator webAuthnAuthenticationContextValidator =
new WebAuthnAuthenticationContextValidator();
// 検証の実施
WebAuthnAuthenticationContextValidationResponse response =
webAuthnAuthenticationContextValidator.validate(authenticationContext, authenticator);
// カウンタの更新（方式はアプリケーション依存）
updateCounter(
response.getAuthenticatorData().getAttestedCredentialData().getCredentialId(),
response.getAuthenticatorData().getSignCount()
);
基本的な使用方法（認証）
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テストサポート機能
• WebAuthnによるログインのテストを自動化する場合、
最大の問題は認証デバイスをどうするか
• WebAuthn4Jではテストサポート用に認証デバイスのエミュレータを用意
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// 認証デバイスエミュレータの接続されたクライアントエミュレータを準備
private ClientPlatform clientPlatform = EmulatorUtil.createClientPlatform(new AndroidSafetyNetAuthenticator());
@Test
void validate_test(){
String rpId = “example.com”;
Challenge challenge = new DefaultChallenge();
AuthenticatorSelectionCriteria authenticatorSelectionCriteria =
new AuthenticatorSelectionCriteria(AuthenticatorAttachment.CROSS_PLATFORM, true, UserVerificationRequirement.REQUIRED);
PublicKeyCredentialParameters publicKeyCredentialParameters = new PublicKeyCredentialParameters(PublicKeyCredentialType.PUBLIC_KEY,
COSEAlgorithmIdentifier.ES256);
PublicKeyCredentialUserEntity publicKeyCredentialUserEntity = new PublicKeyCredentialUserEntity();
AuthenticationExtensionsClientInputs extensions = new AuthenticationExtensionsClientInputs<>();
PublicKeyCredentialCreationOptions credentialCreationOptions
= new PublicKeyCredentialCreationOptions(
new PublicKeyCredentialRpEntity(rpId, “example.com”), publicKeyCredentialUserEntity, challenge,
Collections.singletonList(publicKeyCredentialParameters), null, Collections.emptyList(),
authenticatorSelectionCriteria, AttestationConveyancePreference.DIRECT, extensions
);
// エミュレータによるCredentialの生成
PublicKeyCredential publicKeyCredential =
clientPlatform.create(credentialCreationOptions);
// 以下省略
}

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WebAuthn4Jのスコープ (1/2)
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の実施
• Credential Id
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• Credential Id
(RpId）その他
• フラグ
• カウンタ
• 署名
を送信
• チャレンジ
を送信
耐タンパ
領域
を検証
DB
RP固有公開鍵
の読込
スコープ外
スコープ外
スコープ
• WebAuthn4JはWebAuthnの
Attestation/Assertionの検証のみを実施
する単機能ライブラリ
• HTTPリクエストからのAttestation/
Assertionの取出処理、DBへの永続化
はスコープ外
• Servlet APIなど、特定のAPIに
依存しない為の設計

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WebAuthn4Jのスコープ (2/2)
• ギャップへの対応
• 認証フレームワークに合わせたアダプタライブラリを準備
• Spring Security
• Spring Security WebAuthnというExtensionを開発中
• Spring Securityに則ったWebAuthn実装を提供
• Spring SecurityのAuthenticationProviderインタフェースの実装
• WebAuthnオプション提供用RESTエンドポイントServletFilter
• 認証用ServletFilter
• JavaConfig
• 等々
• Spring Security本体にPull Request中
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まとめ
• パスワード認証には限界がある
• フィッシング攻撃対応
• リスト型攻撃対応
• モバイルデバイス対応
• W3Cで新しい認証方式としてWeb Authentication仕様の策定が進められている
• ローカル認証と公開鍵認証の組み合わせ
• 生体情報をサーバーで保存する必要がなく安全性が高い
• 仕様としてフィッシング攻撃対策、CSRF攻撃対策を盛込済
• 主要ブラウザで実装が進行中
• Edge/Chrome/Firefox/Safari
• サーバーサイドの実装を補助する為、WebAuthn4JというJavaライブラリを開発
• Spring SecurityやKeycloak向けにアダプタ開発中
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