Argon2 security margin for disk encryption passwords

Bc. Vojtěch Polášek

Master's thesis

Abstract:

Hesla jsou populární metodou autentizace na poli informačních technologií. Lidé si hesla volí tak, aby se dobře pamatovala. Taková hesla někdy nejsou ideální pro použití v šifrovacím softwaru. Proto existují funkce pro odvození klíče (key derivation functions), které transformují heslo do podoby kryptografického klíče, který je pro takové použití vhodnější. Tato práce se zabývá výše zmíněnými funkcemi a zvláště jejich využitím v šifrování disků. Popisuje nejpoužívanější funkci PBKDF2 společně s jejími zranitelnostmi a útoky. Pro zabránění útokům typu time-memory trade-off na funkce derivace klíče se začaly používat tzv. memory-hard funkce. Jedna z takových funkcí je Argon2, která byla vybrána jako výsledek soutěže Password Hashing Competition. Práce funkci Argon2 podrobně popisuje. Praktická část práce se zabývá simulací útoku na disk šifrovaný schématem LUKS2 za použití funkce Argon2 jako PBKDF. Zahrnuje sběr parametrů pro Argon2, které byly naměřeny a navrženy softwarem Cryptsetup. Útok je proveden za použití CPU i GPU na výkonném hardwaru, který poskytlo MetaCentrum VO. Zbývající část práce představuje cenový model pro útočníka. Je zvažována možnost použití jak fyzického hardwaru, tak on-demand výpočetních zdrojů v cloudu. Tento model je pak aplikován na reálné ceny a na data sesbíraná během předchozích simulací. Práce ukazuje, že k prolomení osmiznakového hesla použitého ve schématu LUKS2 při výpočtech trvajících deset let může být potřeba tisíce výkonných strojů a stovky milionů dolarů.

Abstract:

Passwords are a popular authentication method in the field of information technology. Passwords were created for humans to be remembered. Sometimes they are not ideal for usage in encryption software. Therefore, there exist key derivation functions, which transform a password into more suitable cryptographic key. This thesis deals with such functions, in particular considering their usage in disk encryption. The most popular function PBKDF2 is described together with its vulnerabilities and attacks. Memory-hard functions have started being used as a mitigation of time-memory trade-off attacks. One of such functions is Argon2 selected as a winner of Password Hashing Competition. The thesis describes Argon2 in detail. The practical part of the thesis deals with simulating of an attack on a disk encrypted with LUKS2 encryption scheme using Argon2 as PBKDF. It includes collecting Argon2 parameters benchmarked by Cryptsetup software. Attack is devised through CPUs and GPUs using high-performance hardware provided by MetaCentrum VO. The last part of the thesis introduces a price model for an attacker using either physical hardware or on-demand allocation of computing resources in the cloud. This model is then applied to real world prices and data obtained during the attack simulation. The thesis shows that it can take thousands of machines and hundreds of millions of dollars to crack a LUKS2 password eight characters long in ten years.

Keywords

bezpečnost, hashování hesel, odvození klíče, šifrování disků, lámání hesel, security, password hashing, key derivation, disk encryption, password cracking, LUKS, LUKS2

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 20. 6. 2019
• Supervisor: Ing. Milan Brož, Ph.D.
• Reader: RNDr. Petr Švenda, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Information Technology Security