第三章 相關研究
3.2 Cookie認證之研究
Cookie是被發明應用在維持Server和Browser之間的狀態，也就是說使用者登入一個系
統，經過認證過程後，如果認證成功，伺服器會將認證字串(Message Authentication code,MAC)以Cookie的形式儲存在使用者的電腦中，待使用者再度登入同一個系統時，伺服 器會從cookie中取出先前發給使用者的認證字串並進行驗證，而無須使用者再次進行登入 的動作。不過若使用Cookie來驗證使用者身分，有一些安全上的議題是值得考慮的。1、Clear Text Cookie：
未加密的cookie是很容易在傳送過程中，被攔截進而取得私密資料；即便是加密過的 cookie被攔截後，也能利用重送攻擊(replay attack)來欺騙伺服器，因此cookie中儲 存的內容與傳遞過程，已經出現了很大的漏洞。因此在設定cookie內容時，應該要避免 儲存一些私密資訊；並且在資料傳遞過程中，最好使用SSL加密傳輸，以補強cookie被 竊取的風險。
2、Cookie Storage Security
一般來說，使用者瀏覽器會將cookie存放在用戶端電腦中，此時惡意攻擊者便可透過外 掛程式或其他方法來竊取cookie，因此使用in-memory cookie或session cookie來儲存 資料比將cookie存放在用戶端電腦中安全許多。
3、Cookie Destination Control
當使用者透過瀏覽器要求伺服器派發cookie時，此cookie只能被與原伺服器同網域或子 網域之伺服器所存取，但是透過用戶端的網域名稱伺服器(Domain Name Server)，卻可 以修改原本不隸屬於派發cookie伺服器的網域，造成不合法的伺服器取得該cookie，我
們也將此稱之為cookie-harvesting threat。
4、Client IP Address Restriction
在cookie中加入用戶端的 IP Address，可以避免伺服器遭受重送攻擊。不過在某些情 況下，此機制可能會遇到一些困難，例如：在Network Address Translation(NAT)的環 境中或使用者透過代理伺服器(Proxy Server)連接伺服器時，用戶端的 IP Address 可 能會因此而改變，造成利用 IP Address 來驗證cookie的合法性失效。
基於以上的問題，Joon S.Park and Ravi Sandhu[9]在2000年提出三種型態的Secure Cookie，用以驗證使用者是否為cookie持有人，以防cookie被有心人竊取、重送，這三種 型態的Secure Cookie分別為 Address-based authentication、Password-based
authentication 與 Digital-signature-based authentication，如圖3.4。
圖 3.5 三種型態的 Secure Cookie
資料來源：Joon S.Park and Ravi Sandhu(2000)[9]
Address-based authentication(IP_Cookie)：
當用戶端透過瀏覽器向伺服器要求存取時，伺服器會立即取得用戶端的IP Address並 將之存入cookie(IP_Cookie)中。當用戶端再度向此伺服器要求存取時，伺服器會先核 對用戶端的IP Address是否與IP_Cookie中的IP值一致；如果相同，伺服器就會相信此 用戶端是IP_Cookie的真正擁有者。
Password-based authentication：
伺服器將用戶端提供的密碼經過 hash 函數的加密後，存放在cookie(Pswd_Cookie) 中。當用戶端向伺服器要求存取時，必須先輸入一串密碼，再經過 hash 函數的加密，
若此加密過的密碼與存放在Pswd_Cookie的密碼值相同，伺服器就會相信此用戶端是 Pswd_Cookie的真正擁有者。
Digital-signature-based authentication：
如果伺服器知道用戶端的public key，像DSA或RSA的技術，伺服器就可以確認使用者 是否為cookie真正的擁有者。
在2005年Alex X. Liu等人[10]針對 Joon S.Park and Ravi Sandhu 利用cookie所提出 的三種認證方法，提出一個Secure Cookie Protocol，以解決此三種認證機制較無效率與 不容易部署的問題，並滿足一個Secure Cookie Protocol該提供的四項服務：可認證性 (Authentication)、機密性(Confidentiality)、完整性(Integrity)、防止重送攻擊 (Anti-replay)。
認證性(Authentication)：
Joon S.Park and Ravi Sandhu 所提出的三種Secure Cookie認證機制，在某些情況下，
會遇到一些困難。
IP_Cookie：
由於IP_Cookie是透過IP位址(IP Address)來確認使用者身分，因此會有 會三個問題發生。1、 惡意攻擊者利用IP偽造(IP Spoofing)的技術通過認證機制。
2、 用戶端透過DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)取得IP位址，導致IP 位址可能會變動。
3、 在NAT(Network Address Translator)或代理伺服器(Proxy Server)的環境下，其 他的用戶端可能也會取得相同的IP位址。
圖 3.6 A Secure Cookie Protocol 資料來源：Alex X. Liu等人(2005)[10]
機密性(Confidentiality)：
在需要高等級得機密的環境中，Joon S.Park and Ravi Sandhu 利用伺服器隨機產生 的Session Key來加密cookie中的資料，再利用伺服器的公開金鑰(Public Key)來加密 Session Key，並存入cookie(Key_cookie)中。由於此種方法使用到公開金鑰的演算 法，因此會使得cookie protocol變的複雜且沒有效率。因此，Alex X. Liu等人利用 HMAC(user name | expiration time,sk)來當作加密金鑰 k，以確保資料的機密性，
而此方法有三個優點：
1、 密鑰唯一性：由於每位使用者的名稱與cookie過期時間皆不相同，因此產生的加
3、 及server key
態產生，因此加密金鑰 k 不用儲存在伺服器端或是cookie中。
密金鑰也會不同。
2、 密鑰不可偽造：因為server key是無法被得知的，因此加密金鑰k也就無法被偽造。
密鑰不用儲存：由於加密金鑰k是利用user name、expireation time 動
完整性(Intergrity)：
Alex X. Liu等人利用金鑰雜湊訊息認證碼(keyed-hash message authentication code ,簡稱HMAC)來驗證資料是否有被竄改，只要cookie中的值有被修改過，其產生的HMAC
便會與原先在cookie中的HMAC不同。
防止重送攻擊(Anti-replay)：
Alex X. Liu等人將 SSL 的session key加入到訊息認證碼(HMAC)中，再經由加密金鑰 k加密，如HMAC(user name | expiration time | data | session key,k)，則此時HMAC
人所提的Secure Cookie Protocol加以簡化改良，詳細的設計將在 四章中加以說明。
就具有session 的特性，因此即使此cookie被竊取來進行重送攻擊，也無法成功。
即使各學者所提的安全Cookie，能有效的達到資料的可認證性、機密性、完整性與防 止重送攻擊，不過隨著科技日新月異，即使再安全的設計，總有被破解的一天，所以我們 儘可能不要把重要或敏感的資料存放在cookie中，以避免私密資料外洩的問題發生。最後，
我們針對Alex X. Liu等 第