Two factor honeytoken authentication (2FHA)

Abstract

Authentication remains one of the most critical components of information security, yet conventional password-based and multi-factor authentication mechanisms continue to face challenges such as credential theft, phishing, replay attacks, token compromise, and limited capabilities for detecting unauthorized access. This dissertation presents a novel authentication framework that enhances traditional multi-factor authentication through the integration of deception techniques based on honeytokens and blockchain technology. The research follows a design-oriented methodology involving literature review, system design, prototype implementation, and experimental evaluation. The proposed framework evolves through three successive authentication architectures. The first introduces static honeytokens to improvethe detection of compromised credentials. The second extends this concept by introducing the Two-Factor Honeytoken Authentication (2FHA) mechanism, which combines one-time passwords (with Google Authenticator) with honeytokens to increase attacker uncertainty while maintaining usability. The final architecture further enhances the mechanism by incorporating dynamic session-bound honeytokens, blockchain backed auditing, and smart contracts deployed on the Ethereum platform to provide tamper resistant storage, integrity verification, and secure management of authentication artifacts. A functional prototype was implemented using Python and the Django framework, with supporting web technologies and blockchain integration. The proposed mechanisms were evaluated through realistic attack scenarios, including brute-force attacks, man-in-the-middle attacks, credential compromise, and observation-based attacks. Performance, scalability, security, and operational characteristics were also assessed. The evaluation demonstrates that the proposed framework significantly improves attack detection, increases resistance against unauthorized access, and provides stronger integrity guarantees while preserving practical usability. The contributions of this research include the design and implementation of the Two-FactorHoneytoken Authentication mechanism, its evolution into a blockchain-supported multi-factor authentication architecture, and a comprehensive security evaluation demonstrating the effectiveness of combining deception techniques with modern authentication technologies. The proposed framework contributes to the development of more resilient authentication systems capable of improving both preventive security and post-compromise detection.

Η ταυτοποίηση παραμένει ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία της ασφάλειας πληροφοριών, ωστόσο οι συμβατικοί μηχανισμοί ταυτοποίησης με χρήση κωδικών πρόσβασης και πολλαπλών παραγόντων συνεχίζουν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως η κλοπή διαπιστευτηρίων, το phishing, οι επιθέσεις αναπαραγωγής (replay attacks), η παραβίαση διακριτικών (tokens) και οι περιορισμένες δυνατότητες εντοπισμού μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει ένα καινοτόμο πλαίσιο ταυτοποίησης που ενισχύει την παραδοσιακή ταυτοποίηση πολλαπλών παραγόντων μέσω της ενσωμάτωσης τεχνικών παραπλάνησης (deception techniques) που βασίζονται σε honeytokens και στην τεχνολογία blockchain. Η έρευνα ακολουθεί μια μεθοδολογία προσανατολισμένη στον σχεδιασμό, η οποία περιλαμβάνει ανασκόπηση της βιβλιογραφίας, σχεδιασμό συστήματος, υλοποίηση πρωτοτύπου και πειραματική αξιολόγηση. Το προτεινόμενο πλαίσιο εξελίσσεται μέσα από τρεις διαδοχικές αρχιτεκτονικές ταυτοποίησης. Η πρώτη εισάγει στατικά honeytokens για τη βελτίωση του εντοπισμού παραβιασμένων διαπιστευτηρίων. Η δεύτερη επεκτείνει αυτή την έννοια εισάγοντας τον μηχανισμό Two-Factor Honeytoken Authentication (2FHA), ο οποίος συνδυάζει κωδικούς πρόσβασης μίας χρήσης (με το Google Authenticator) και honeytokens για την αύξηση της αβεβαιότητας του επιτιθέμενου, διατηρώντας παράλληλα την ευχρηστία. Η τελική αρχιτεκτονική ενισχύει περαιτέρω τον μηχανισμό ενσωματώνοντας δυναμικά honeytokens που συνδέονται με τη συνεδρία (session-bound), έλεγχο (auditing) υποστηριζόμενο από blockchain και έξυπνα συμβόλαια (smart contracts) στην πλατφόρμα Ethereum, παρέχοντας έτσι αποθήκευση ανθεκτική σε παραποίηση, επαλήθευση ακεραιότητας και ασφαλή διαχείριση των στοιχείων ταυτοποίησης. Υλοποιήθηκε ένα λειτουργικό πρωτότυπο με τη χρήση της γλώσσας Python και του πλαισίου Django, σε συνδυασμό με υποστηρικτικές τεχνολογίες ιστού και ενσωμάτωση blockchain. Οι προτεινόμενοι μηχανισμοί αξιολογήθηκαν μέσω ρεαλιστικών σεναρίων επίθεσης, συμπεριλαμβανομένων επιθέσεων brute-force, επιθέσεων man-in-the-middle, παραβίασης διαπιστευτηρίων και επιθέσεων που βασίζονται στην παρατήρηση. Αξιολογήθηκαν επίσης η απόδοση, η κλιμακωσιμότητα, η ασφάλεια και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά. Η αξιολόγηση καταδεικνύει ότι το προτεινόμενο πλαίσιο βελτιώνει σημαντικά τον εντοπισμό επιθέσεων, αυξάνει την ανθεκτικότητα έναντι μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης και παρέχει ισχυρότερες εγγυήσεις ακεραιότητας, διατηρώντας παράλληλα την πρακτική ευχρηστία. Η συνεισφορά της έρευνας περιλαμβάνει τον σχεδιασμό και την υλοποίηση του μηχανισμού Two-Factor Honeytoken Authentication, την εξέλιξή του σε μια αρχιτεκτονική ταυτοποίησης πολλαπλών παραγόντων που υποστηρίζεται από blockchain, καθώς και μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση ασφάλειας που αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα του συνδυασμού τεχνικών παραπλάνησης με σύγχρονες τεχνολογίες ταυτοποίησης. Ο προτεινόμενος μηχανισμός συμβάλλει στην ανάπτυξη πιο ανθεκτικών συστημάτων ταυτοποίησης, ικανών να βελτιώσουν τόσο την προληπτική ασφάλεια όσο και τον εντοπισμό μετά την παραβίαση.