Security analysis of platform-integrated passwordless authentication : vulnerabilities in credential and biometric data protection

국문 초록 (Abstract)

패스워드 없는 인증(Passwordless authentication)은 기존의 지식 기반 인증을 대체하는 수단으로서, 편의성과 보안상의 이점으로 인해 도입이 가속화되고 있다. 그러나 호스트 보안 및 운영체제와 패스워드 없는 인증의 통합 과정에 관한 보안 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 논문에서는 Windows Hello의 보안 취약점을 분석하여 이러한 연구의 공백을 메우고자 한다.
분석 결과, 하드웨어 기반 보호 기능인 TPM이 존재함에도 불구하고, 부적절한 통합과 설정 오류로 인해 해당 보호 기능이 우회되어 Windows가 의도한 보안 무결성이 훼손될 수 있음을 확인하였다. 또한, 생체 인증의 사용이 오히려 데이터 보호 수준을 약화시키는 구조적 결함을 식별하였다. 이를 바탕으로 본 논문에서는 세 가지 실질적인 공격 기법을 제안한다. 첫째, ‘템플릿 주입’ 둘째, ‘패스키 마이그레이션’, 셋째, ‘피싱(Phishing)’ 공격.
다양한 사용자 환경과 시스템 구성에서의 평가를 통해, 제안된 공격들이 피해자에 대한 사전 지식 없이도 수행 가능하며 실제 환경에서 탐지하기 어렵다는 점을 입증하였다. 본 논문에서는 이러한 취약점의 근본 원인을 분석하고, 보안 강화하기 위한 구체적인 완화 방안을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Passwordless authentication is increasingly being adopted as an alternative to traditional knowledge-based authentication, primarily because of its convenience and security advantages. There is a clear lack of research geared towards the integration of passwordless authentication with host security and operating systems. We bridge that gap by uncovering critical vulnerabilities in Windows’ passwordless authentication. Specifically, we identify misconfigurations where hardware-backed protection is silently bypassed due to improper TPM integration, undermining Windows’ intended security guarantees. Furthermore, we show that the use of biometrics weakens data protection. We present three practical attacks that exploit these vulnerabilities. (1) “Template Injection”, bypasses biometrics by injecting forged templates into the system. (2) “Passkey Migration”, extracts and reuses passwordless credentials across devices. (3) “Phishing”, alters host authentication behavior to deceive users into exposing sensitive data. Our evaluation shows that these attacks work across diverse configurations, require no prior knowledge of the victim, and remain undetectable in practice. Among all tested cases, only systems with Enhanced Sign-in Security (ESS) prevented our attacks. Beyond Windows’ native authentication, we examine third-party credential sync services, focusing on Google Password Manager (GPM). We find that GPM is vulnerable under certain misconfigurations, allowing abuse of synced credentials. Finally, we discuss the root causes of these issues and propose mitigation strategies.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 2 Service Model 4
• 2.1 Passwordless Authentication 4
• 2.1 Passkey and Authenticators 6
• 2.2 Integration with Hardware Assistance Security 7
• 2.3 Methods of Data Protection in Windows 8
• 3 Motivation and Problems 10
• 3.1 Data Handling in System-Level Protection 10
• 3.2 Non-deterministic Characteristics of Biometrics 11
• 3.3 Lazy Transition 11
• 4 Threat Model 13
• 5 Bypassing Passwordless Authentication 15
• 5.1 Template Injection 15
• 5.2 Passkey Migration 20
• 5.3 Phishing 24
• 6 Evaluation 27
• 6.1 Feasibility without Prior Knowledge 27
• 6.2 Attack Surface under Optional Security Features 30
• 6.3 Attack Stealthiness 32
• 6.4 Summary of Findings 36
• 7 Discussion 37
• 7.1 Security Analysis 37
• 7.2 Root Cause 39
• 7.3 Defense Strategies 40
• 7.4 Limitations 42
• 7.5 Ethical Consideration 44
• 8 Related Work 46
• 9 Conclusion 48
• References 49
• Korean Abstract 59