無密碼登入時代 - WebAuthn 與 Passkey

WebAuthn 與 Passkey-黑暗執行緒

密碼仍是當代最常用的身分識別方式，但密碼也是使用者跟系統管理的痛苦來源之一。密碼太短太簡單容易被猜中，太長太複雜記不住，忘記了要重設自己煩客服也煩；對系統管理者，密碼如燙手山芋，儲存得加鹽慎選雜湊演算法才安全(延伸閱讀：密碼要怎麼儲存才安全？該加多少鹽？-科普角度)(當然隨便雜湊加密湊數，甚至直接存明碼的也大有人在)。儲存密碼主機在駭客眼中是塞滿金條的保險箱，屬兵家必爭之地，得時時提防，一刻不能放鬆。

FIDO 聯盟 2019 有份投影片統計密碼產生多少成本：全球所有人每天花在敲密碼的時間加起來有 1300 年、81% 資料洩漏跟不安全密碼有關、大公司花在密碼重設的成本一年要一百萬美金、20~50% 的 IT 客服電話跟重設密碼有關(每通成本 70 USD)、49% 購物車因為密碼問題最後沒結帳...

這幾年在 FIDO 聯盟推動下，催生了無密碼登入的新規格 - FIDO2 專案，結合手機指紋/臉孔識別、實體金鑰等高度安全的認證器(Authenticator)硬體，以密碼學公私鑰取代文字密碼做為身分驗證依憑。公私鑰機制遠比文字密碼安全的原因有二，第一是金鑰相當於 256 位以上的文數字加符號密碼(以 RSA2048 為例)，以目前的電腦算力跑上一萬年也無法暴力破解，第二是解密關鍵的私鑰自始至終都鎖在晶片裡面(註：啟用跨裝置雲端共享金鑰會喪失此優勢)，無法被讀取也不會在網路上傳輸，不存在密碼外流風險。(使用者的關鍵秘密永遠封在自己的硬體裝置裡，系統管理者不再負保管之責，終於可以鬆一口氣了)

FIDO2 包含兩個標準 - WebAuthn 標準與 CTAP2 (Client To Application Protocol 2) 協定，用白話解釋是一套讓瀏覽器、認證器與伺服器三者溝通，不靠密碼而是用數位簽章完成身分認證的通信協定。FIDO UAF 實現在終端裝置使用指紋、聲音辨識、PIN 碼無密碼登入，FIDO2 則將範圍擴大到更多平台與裝置。

要深入 FIDO2，有幾個術語要了解：

1. Authenticator - 驗證器，指可以產生公鑰和私鑰的裝置，在使用者證明自己身分後以私鑰簽署 Assertion。常見的驗證器包含筆電或行動裝置內建的指紋掃描器及臉孔識別、實體金鑰、智慧晶片卡等。
   題外話：Windows Hello 指紋掃瞄與臉孔識別是透過 SDCP/TLS 安全協定與主機溝通，而私鑰保存於主機的硬體安全模組，因此有可能被繞過，但破解需拆硬體，稍有難度。參考 相較之下，實體金鑰或智慧晶片卡的私鑰儲存在自身內部，無被繞過疑慮。
2. WebAuthn - Web Authentication API，由 W3C 發佈的標準，瀏覽器需支援 WebAuthn 才能實現無密碼登入，目前主流瀏覽器幾乎都已加入支援。
   
3. Relying Party - 需要使用者驗證身分的服務或應用程式。登入時 Relying Party 發出挑戰，Authenticator 會回應這個挑戰(數位簽名)，然後 Relying Party 驗證回應判定使用者是否為本人。
4. CTAP - 客戶端到身分驗證器協定，目前有兩個版本 CATP1(即原本的 FIDO U2F) 及 CTAP2，驗證器依支援版本不同，習慣稱為 U2F 驗證器及 FIDO2 驗證器，前者主要支援雙因子驗證，後者能整合瀏覽器支援無密碼驗證。
5. Client Device - 客戶端裝置，即使用者在使用的電腦、平板、手機等實體設備。
6. User-Verifying Platform Authenticator - 可識別使用者身分的平台裝置內建的驗證器，常見的有 TouchID/Face ID (macOS 及 iOS)、Windows Hello、Android Device Unlock (指紋、臉孔、PIN)。而實體金鑰、智慧晶片卡則屬於 Roaming Authenticator。
7. 註冊(Registration) - 在這個階段，驗證器會生成一個新的公私鑰對，私鑰保存在驗證器內部，不需要也無法被傳輸，公鑰則使用會用驗證器自身的 Attestation 憑證(製造時寫入，同一機型憑證相同)簽名後傳送給 Relying Party，這個過程稱為 Attestation，其格式依驗證器型式不同(如：Packed、TPM、Androd Key Attestation、FIDO U2F...)。參考
   藉由驗證器提供憑證或簽章證明，可幫助 Relying Party 了解驗證器的製造商、模型、安全等級等，確保其有效性及可信賴度。
8. 登入(Authentication/Login) - 當使用者嘗試登入 Relying Party，Relying Party 會發送一個挑戰給客戶端裝置，客戶端裝置將這個挑戰傳送給驗證器。之後，Authenticator 要求用戶進行身份驗證（例如輸入 PIN 碼或進行生物識別），若身份驗證成功，Authenticator 會用其私鑰簽署挑戰，產生一個稱為 Assertion 的簽名回應。客戶端裝置將 Assertion 傳送回 Relying Party。最後，Relying Party 用先前在註冊階段得到的公鑰來驗證 Assertion。若驗證成功，則視為使用者已成功登入。
9. Passkey 是一種數位認證憑證，可取代密碼用於向網站或應用程式驗證身分，通常由作業系統或瀏覽器儲存，並可通過雲端在不同裝置間，或者也可以只存在於單一的實體金鑰等物理裝置中，參考 而 WebAuthn 即為幫助網站與瀏覽器實作 Passkey 身分認證的一套規格。

關於 WebAuthn 機制的註冊與登入流程，這裡借用 FIDO 聯盟的圖與說明。

圖片來源

• 使用者連上網站的註冊頁面
• 使用指紋、PIN 碼解鎖驗證器(手機、實體金鑰)
• 驗證器為該網站產生一把新的公私鑰對(原本有 A、B，再產生一把該網站專屬 C)
• 公鑰傳給網站保存，網站將公鑰與使用者帳號建立關聯
• 私鑰則永遠存在驗證器內，無法取出 (不存在被入侵偷走或釣魚網站騙走的風險)

圖片來源

• 網站送出 Challenge 給使用者設備
• 使用指紋、PIN 碼解鎖驗證器(手機、實體金鑰)
• 依據網站 URL 在驗證器找到該網站專屬私鑰 C，對 Challenge 做數位簽名
• 將簽名後的 Challenge 傳回網站，網站找出該帳號對應公鑰驗證簽名是否為真，若真則允許使用者登入

Google、Github、PayPal、Microsoft O365/XBOX、Amazon... 等網站都已支援 Passkey 登入，但我有興趣的部分是自己寫個網站支援 Passkey 登入，WebAuthn.io 有個 Passkey 登入測試網站是不錯的實驗對象。我錄了一段影片，展示用 Android 手機指紋解鎖產生金鑰完成註冊，之後再使用金鑰完成登入：

WebAuthn 手機登入展示

這個登入測試未來可做為自己開發網站的對照，流程並不複雜，預期應能順利搞定。

最後補充：WebAuthn.io 為測試用途，只會保存你的公鑰 24 小時，之後手機上的金鑰就作廢了。要如何刪除存在手機的 Passkey？操作方法如下：

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