TrustOTP: Transforming Smartphones into Secure One-Time - - PowerPoint PPT Presentation

▶
trustotp transforming smartphones into secure one time
SMART_READER_LITE
LIVE PREVIEW

TrustOTP: Transforming Smartphones into Secure One-Time - - PowerPoint PPT Presentation

May 29, 2023 197 likes •475 views

TrustOTP: Transforming Smartphones into Secure One-Time Password Tokens He Sun, Kun Sun, Yuewu Wang, and Jiwu Jing Presented by Fengwei

slide-1
SLIDE 1

TrustOTP: ¡Transforming ¡ Smartphones ¡into ¡Secure ¡One-­‑Time ¡ Password ¡Tokens ¡ ¡

¡ He ¡Sun, ¡Kun ¡Sun, ¡Yuewu ¡Wang, ¡and ¡Jiwu ¡Jing ¡

¡ ¡ Presented ¡by ¡Fengwei ¡Zhang ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 1 ¡

slide-2
SLIDE 2

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 2 ¡

slide-3
SLIDE 3

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 3 ¡

slide-4
SLIDE 4

One-­‑Mme ¡Password ¡(OTP) ¡

  • A ¡password ¡that ¡is ¡valid ¡for ¡only ¡one ¡login ¡

session ¡or ¡transacMon ¡

– Not ¡vulnerable ¡to ¡reply ¡aUacks ¡ – Widely ¡used ¡in ¡Two-­‑factor ¡AuthenMcaMon ¡ – HOTP ¡(Hash-­‑based ¡OTP) ¡

  • Event ¡triggered, ¡key ¡& ¡counter ¡

– TOTP ¡(Time-­‑based ¡OTP) ¡

  • Time ¡synchronized, ¡key ¡& ¡clock ¡

– Hardware ¡token ¡& ¡soXware ¡App ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 4 ¡

slide-5
SLIDE 5

ExisMng ¡SoluMons ¡

  • Hardware-­‑based ¡

– RSA ¡SecurID ¡ – Yubikey ¡

  • SoXware-­‑based ¡

– Google ¡authenMcator ¡ – McAfee ¡one-­‑Mme ¡password ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 5 ¡

slide-6
SLIDE 6

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 6 ¡

slide-7
SLIDE 7

LimitaMon ¡

  • Hardware-­‑based ¡-­‑-­‑-­‑ ¡not ¡flexible ¡

– Unprogrammable ¡ – Expensive ¡ ¡

  • SoXware-­‑based ¡-­‑-­‑-­‑ ¡not ¡secure ¡

– Vulnerable ¡to ¡external ¡aUacks ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 7 ¡

slide-8
SLIDE 8

Goals ¡

  • ConfidenMality ¡

– Malicious ¡mobile ¡OS ¡cannot ¡compromise ¡the ¡keying ¡ material ¡(seed) ¡in ¡the ¡OTP ¡generator ¡ – It ¡cannot ¡read ¡the ¡OTP ¡ ¡

  • Reliability ¡and ¡Availability ¡

– Trusted ¡inputs ¡(e.g., ¡clock ¡Mme) ¡for ¡the ¡OTP ¡genreator ¡ – Trusted ¡display ¡ – OTP ¡works ¡even ¡If ¡mobile ¡OS ¡crashes ¡

  • Small ¡TCB ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 8 ¡

slide-9
SLIDE 9

TrustZone-­‑related ¡Work ¡

  • TrustICE ¡(Sun ¡et ¡al.[1]) ¡

– Isolated ¡CompuMng ¡Environment ¡in ¡the ¡normal ¡domain ¡

  • SeCReT ¡(Jang ¡et ¡al.[2]) ¡

– Secure ¡channel ¡between ¡secure ¡domain ¡and ¡normal ¡applicaMon ¡

  • Hypervision ¡(Azab ¡et ¡al.[3]) ¡

– Real-­‑Mme ¡kernel ¡protecMon ¡in ¡the ¡normal ¡domain ¡

  • TrustDump ¡(Sun ¡et ¡al.[4]) ¡

– Reliable ¡Memory ¡AcquisiMon ¡of ¡the ¡mobile ¡OS ¡

  • Smartphone ¡as ¡locaMon ¡verificaMon ¡token ¡for ¡payments ¡

(Marforio ¡et ¡al.[5]) ¡

  • Trusted ¡Language ¡RunMme ¡for ¡trusted ¡applicaMons ¡in ¡the ¡

secure ¡domain ¡(Santos ¡et ¡al.[6]) ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 9 ¡

slide-10
SLIDE 10

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 10 ¡

slide-11
SLIDE 11

TrustOTP ¡Architecture ¡

– In ¡the ¡secure ¡domain ¡ – Shared ¡I/O ¡device ¡with ¡the ¡rich ¡OS ¡ – Reliable ¡switch ¡between ¡domains ¡

Framebuffer Driver Display with Touchscreen Non-secure Permanent Storage Secure Permanent Storage

Rich OS TrustOTP

Normal Domain Secure Domain TOTP HOTP OTP Generator Secure Clock Secure Counters Non-secure Framebuffer Secure Framebuffer Secure Touchscreen Driver

Reliable Switch

Secure Display Controller Touchscreen Driver User Input of TrustOTP User Input of the Rich OS

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 11 ¡

slide-12
SLIDE 12

Challenges ¡

  • Secure ¡input ¡and ¡display ¡though ¡shared ¡

touchscreen ¡

  • Reliable ¡switch ¡
  • Generator ¡protecMon ¡

– StaMc ¡code ¡ – ExecuMon ¡environment ¡

  • Availability ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 12 ¡

slide-13
SLIDE 13

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 13 ¡

slide-14
SLIDE 14

Security ¡Analysis ¡

  • InformaMon ¡leakage ¡

– Generated ¡OTPs ¡ – Shared ¡keys ¡

  • Control ¡flow ¡tampering ¡

– Code ¡integrity ¡ – ExecuMon ¡integrity ¡(e.g., ¡Interrupt) ¡

  • Denial-­‑of-­‑service ¡

– Switch ¡between ¡domains ¡ – StaMc ¡& ¡dynamic ¡code ¡ – Display ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 14 ¡

slide-15
SLIDE 15

Boot ¡Sequence ¡

  • Secure ¡storage ¡

– MicroSD ¡card ¡

  • Memory ¡IsolaMon ¡

– TZASC ¡(TrustZone ¡Address ¡Space ¡Controller) ¡ – Watermark ¡mechanism ¡ – Secure ¡boot ¡

  • Secure ¡bootloader ¡

– Non-­‑secure ¡bootloader ¡ – Rich ¡OS ¡

USB Flash Drive MicroSD card Non-secure Memory Secure Memory Secure Bootloader TrustOTP Kernel Non-secure Bootloader TrustOTP Secure Bootloader Kernel Non-secure Bootloader Filesystem Normal Domain Secure Domain 2 1 4 3

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 15 ¡

slide-16
SLIDE 16

TrustOTP ¡Triggering ¡

  • Reliable ¡switch ¡

– Non-­‑maskable ¡interrupt ¡(NMI) ¡

  • The ¡rich ¡OS ¡cannot ¡block ¡or ¡intercept ¡

– Secure ¡Interrupt ¡(FIQ) ¡

  • The ¡rich ¡OS ¡cannot ¡manipulate ¡

– Interrupt ¡source ¡(configurable) ¡

  • Physical ¡buUon ¡
  • Timer ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 16 ¡

slide-17
SLIDE 17

OTP ¡GeneraMon ¡

  • Hash-­‑based ¡one-­‑Mme ¡password ¡(HOTP) ¡

– Key, ¡counter ¡

  • Time-­‑based ¡one-­‑Mme ¡password ¡(TOTP) ¡

– Key, ¡Clock ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 17 ¡

slide-18
SLIDE 18

OTP ¡Display ¡

  • Secure ¡I/O ¡

– Display: ¡IPU ¡(Image ¡Processing ¡Unit) ¡+ ¡LCD ¡ – Input: ¡4-­‑wire ¡resisMve ¡touchscreen ¡

  • User-­‑friendly ¡manner ¡

– Rich ¡OS ¡and ¡TrustOTP ¡run ¡concurrently ¡ – Watchdog ¡Mmer ¡ – 1.5 ¡seconds ¡/ ¡cycle ¡ ¡

  • 0.5 ¡second ¡for ¡display ¡
  • 1 ¡second ¡for ¡input ¡2~3 ¡numbers ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 18 ¡

slide-19
SLIDE 19

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 19 ¡

slide-20
SLIDE 20

EvaluaMon ¡

  • Freescale ¡i.MX53 ¡QSB ¡

– A ¡Cortex-­‑A8 ¡1GHz ¡processor ¡ – 1GB ¡DD3 ¡RAM ¡ – 4GB ¡microSD ¡card ¡

  • Monsoon ¡power ¡monitor ¡

– Power ¡measurement ¡ – Power ¡logging ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 20 ¡

slide-21
SLIDE 21

TrustOTP ¡Performance ¡

  • Before ¡OTP ¡display ¡(60.48 ¡ms) ¡
  • AXer ¡OTP ¡display ¡(7.52 ¡ms) ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 21 ¡

slide-22
SLIDE 22

Impact ¡on ¡the ¡Rich ¡OS ¡

  • Rich ¡OS ¡vs. ¡TrustOTP ¡
  • Anutu ¡

– CPU ¡& ¡RAM ¡ – I/O ¡devices ¡

  • Vellamo ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 22 ¡

slide-23
SLIDE 23

Power ¡ConsumpMon ¡

  • Rich ¡OS ¡

– Average ¡= ¡2,128 ¡mW ¡

  • TrustOTP ¡running ¡

– Average ¡=2,230 ¡mW ¡

  • TrustOTP ¡without ¡

display ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 23 ¡

slide-24
SLIDE 24

Outline ¡

  • IntroducMon ¡
  • MoMvaMon ¡
  • Architecture ¡
  • ImplementaMon ¡
  • EvaluaMon ¡
  • Summary ¡

¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 24 ¡

slide-25
SLIDE 25

Summary ¡

  • TrustOTP: ¡Hardware-­‑assisted ¡OTP ¡Token ¡on ¡

smartphones ¡

– Security ¡(confidenMality, ¡integrity, ¡availability) ¡ – Flexibility ¡(various ¡and ¡mulMple ¡OTPs) ¡ ¡

  • Low ¡performance ¡overhead ¡on ¡the ¡Rich ¡OS ¡

– No ¡need ¡to ¡modify ¡the ¡Rich ¡OS ¡ – Low ¡power ¡consumpMon ¡ ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 25 ¡

slide-26
SLIDE 26

References ¡

1.

  • H. ¡Sun, ¡K. ¡Sun, ¡Y. ¡Wang, ¡J. ¡Jing, ¡and ¡H. ¡Wang, ¡“TrustICE: ¡Hardware-­‑assisted ¡Isolated ¡CompuMng ¡

Environments ¡on ¡Mobile ¡Devices,” ¡in ¡Proceedings ¡of ¡the ¡45th ¡Annual ¡IEEE/IFIP ¡InternaMonal ¡ Conference ¡on ¡Dependable ¡Systems ¡and ¡Networks ¡(DSN’15), ¡June ¡22-­‑25, ¡2015. ¡ ¡ 2.

  • J. ¡Jang, ¡S. ¡Kong, ¡M. ¡Kim, ¡D. ¡Kim, ¡and ¡B. ¡B. ¡Kang, ¡“Secret: ¡Secure ¡channel ¡between ¡rich ¡execuMon ¡

environment ¡and ¡trusted ¡execuMon ¡environment,” ¡in ¡21st ¡Annual ¡Network ¡and ¡Distributed ¡System ¡ Security ¡Symposium, ¡NDSS ¡2015, ¡February ¡8-­‑11, ¡2015. ¡ 3.

  • A. ¡M. ¡Azab, ¡P. ¡Ning, ¡J. ¡Shah, ¡Q. ¡Chen, ¡R. ¡Bhutkar, ¡G. ¡Ganesh, ¡J. ¡Ma, ¡and ¡W. ¡Shen, ¡“Hypervision ¡

across ¡worlds: ¡Real-­‑Mme ¡kernel ¡protecMon ¡from ¡the ¡ARM ¡trustzone ¡secure ¡world,” ¡in ¡Proceedings ¡

  • f ¡the ¡2014 ¡ACM ¡SIGSAC ¡Conference ¡on ¡Computer ¡and ¡CommunicaMons ¡Security, ¡November ¡3-­‑7, ¡
  • 2014. ¡

4.

  • H. ¡Sun, ¡K. ¡Sun, ¡Y. ¡Wang, ¡J. ¡Jing, ¡and ¡S. ¡Jajodia, ¡“Trustdump: ¡Reliable ¡memory ¡acquisiMon ¡on ¡

smartphones,” ¡in ¡Proceedings ¡of ¡19th ¡European ¡Symposium ¡on ¡Research ¡in ¡Computer ¡Security ¡ (ESORICS’14), ¡September ¡7-­‑11, ¡2014. ¡ ¡ 5.

  • C. ¡Marforio, ¡N. ¡Karapanos, ¡C. ¡Soriente, ¡K. ¡KosMainen, ¡and ¡S. ¡Capkun, ¡“Smartphones ¡as ¡pracMcal ¡and ¡

secure ¡locaMon ¡verificaMon ¡tokens ¡for ¡payments,” ¡in ¡21st ¡Annual ¡Network ¡and ¡Distributed ¡System ¡ Security ¡Symposium, ¡NDSS ¡2014, ¡February ¡23-­‑26, ¡2014. ¡ 6.

  • N. ¡Santos, ¡H. ¡Raj, ¡S. ¡Saroiu, ¡and ¡A. ¡Wolman, ¡“Using ¡ARM ¡trustzone ¡to ¡build ¡a ¡trusted ¡language ¡

runMme ¡for ¡mobile ¡applicaMons,” ¡in ¡Architectural ¡Support ¡for ¡Programming ¡Languages ¡and ¡ OperaMng ¡Systems, ¡ASPLOS ¡’14, ¡March ¡1-­‑5, ¡2014 ¡

Wayne ¡State ¡University ¡ CSC ¡6991 ¡Advanced ¡Computer ¡Security ¡ 26 ¡