Содержание статьи
Шифрование в мессенджерах
Написать эту статью меня подтолкнуло исследование Obstacles to the Adoption of Secure Communication Tools (PDF). Как выяснили его авторы, «подавляющее большинство участников опроса не понимают основную концепцию сквозного шифрования». Проще говоря, люди обычно выбирают мессенджер сердцем, а не мозгом.
Начнем с того, что E2EE имеет свои особенности в каждом мессенджере. В Signal оно почти образцовое. В WhatsApp формально такое же, как в Signal, за исключением одного очень важного момента: смена основного ключа абонента WhatsApp не блокирует отправку ему сообщений. Максимум можно включить бесполезное уведомление (которое отключено в дефолтных настройках). В Viber сквозное шифрование неактивно по умолчанию, да и появилось только в шестой версии. В Telegram E2EE также используется только в секретных чатах, причем реализованы они довольно странно.
Конфликт Роскомнадзора с Telegram вообще создал отличную рекламу последнему. Рядовые пользователи теперь считают творение Дурова настоящей занозой в спине спецслужб (или чуть пониже ее), которые ничего не могут сделать с пуленепробиваемым инновационным сервисом. Поклонники Telegram сравнивают его с Signal и утверждают о превосходстве первого.
Однако в криптографии не бывает чудес, и особенно — в прикладной. Многие математически красивые идеи оказываются безнадежно испорчены реализацией, когда удобство и подконтрольность ставят выше безопасности и приватности (а так происходит практически всегда).
Исходно в мессенджерах применялся протокол OTR (Off-the-Record). Он использует симметричное шифрование AES в режиме CTR, протокол обмена ключами DH и хеш-функцию SHA-1. Схема AES-CTR обеспечивает так называемое «спорное» (в хорошем смысле) шифрование и возможность отрицания авторства текста, если его перехватят. Всегда можно сослаться на то, что перехвативший трафик сам изменил шифротекст так, чтобы он соответствовал другому варианту расшифровки той же длины. Например, вместо «сходи за хлебом» получилось «отрави королеву» — технически это возможно, и такое свойство специально заложено в алгоритм.
Протокол OTR выполняет аутентификацию собеседников и шифрует переписку между ними. Он безопасен до тех пор, пока участники разговора регулярно проверяют отпечатки открытых ключей друг друга и противостоят атакам по другим векторам (включая социальный инжиниринг).
Главный недостаток OTR заключается в том, что после отправки нового ключа требуется дождаться подтверждения от собеседника. Если он офлайн, то связь будет временно невозможна. Одним из выходов стал алгоритм Double Ratchet (DR), разработанный пять лет назад Тревором Перрином и Мокси Марлинспайком в Open Whisper Systems. Сегодня DR используется в Signal, WhatsApp, Viber и многих других мессенджерах, поддерживающих сквозное шифрование по умолчанию или как отдельную опцию (секретные чаты).
Сквозное шифрование
Схема E2EE использует комбинацию из криптографических систем с открытым и закрытым ключом. Она очевидна в общих чертах и довольно сложна на уровне деталей. В ней используется масса взаимосвязанных ключей, часть из которых обязательно попадает на сервер и, более того, обязательно загружается на него до начала переписки, чтобы ее можно было начать в произвольный момент. Давай рассмотрим ее подробнее.
Начало схемы ты наверняка знаешь, поскольку оно стандартно для всех систем асимметричного шифрования, — генерируется пара ключей. Это необходимо потому, что криптосистемы с одним ключом (вроде AES) использовать в переписке в чистом виде слишком трудно. С ними пришлось бы как-то организовывать защищенный канал для передачи ключа (например, встречаться лично), а потом делать это снова при каждой его смене.
Тут же все как в привычном PGP: есть два собеседника (Алиса и Боб), каждый из которых генерирует свою пару ключей. Затем они обмениваются публичными ключами, сохраняя в тайне парные им секретные. Публичные ключи передаются по открытому каналу (на то они и публичные, пусть перехватывают на здоровье) и служат для двух целей: они позволяют зашифровать сообщение и проверить его подпись. Соответственно, секретные ключи используются для расшифровки и формирования подписи.
INFO
Термин «сообщение» используется здесь в широком смысле. Сообщением может быть текст, медиафайл или служебные метаданные, которыми мессенджер обменивается с сервером. Часть этих данных содержит временные метки, состояние клиентского приложения и новые ключи.
Такая криптосистема кое-как работает в электронной почте, поскольку это сервис для доставки отдельных зашифрованных сообщений произвольной длины. Пользуясь им, собеседники не обязаны одновременно быть онлайн. Все сообщения накапливаются на сервере и скачиваются с него по требованию после того, как пользователь успешно пройдет авторизацию. Расшифровка происходит локально при помощи секретных ключей, которые никуда не передаются. Почта с PGP популярна, но работает далеко не идеально. Почему? См. статью «Алиса и Боб в стране PGP».
К сожалению, в чистом виде схема асимметричного шифрования также не годится для мессенджеров, поскольку эти сервисы ориентированы на интенсивную онлайновую переписку в виде цепочки коротких сообщений. Они должны отображаться в строго определенном порядке, а собеседник может в любое время оказаться офлайн и нарушить структуру диалога.
К тому же шифровать множество коротких сообщений одним ключом — плохая идея. Всего за день переписки их создаются сотни (если не тысячи). Во многих сообщениях количество шифротекста минимальное и предсказуемое (смайлик, стикер). Также у них есть стандартные заголовки, которые упрощают криптоанализ.
Особенность переписки в мессенджерах в том, что из-за типовых метаданных за короткое время атакующий может перехватить большой объем предсказуемого шифротекста. Его львиная доля будет соответствовать известному открытому тексту. Если она будет шифроваться одним ключом, то при успешной атаке окажутся скомпрометированными все ранее написанные сообщения и даже те, которые собеседники напишут в будущем.
Чтобы этого не происходило, в мессенджерах предусмотрены такие свойства, как прямая и обратная секретность. Они подразумевают невозможность прочитать отправленные ранее и написанные в будущем сообщения, имея на руках только текущий ключ шифрования. Для этого используется многослойное шифрование с переходом от асимметричной к симметричной криптографии и дополнительные ключи с разным временем жизни.
Загрузка ...Диффи, Хеллман! Дайте три!
Из открытой документации известно, что в Telegram аутентифицированное распределение ключей обеспечивает классический протокол Диффи — Хеллмана (DH). Он создает мост между асимметричным (RSA) и симметричным (AES) шифрованием, давая возможность энному количеству собеседников вести зашифрованную переписку, передав только публичные ключи по открытому каналу. Для этого в нем генерируются сессионные ключи, представляющие собой общий секрет или общий эфемерный ключ. Он вычисляется на основе секретного ключа одного собеседника и публичного ключа другого. Эфемерные ключи аутентифицируются долговременными открытыми ключами.
Продолжение доступно только участникам
Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте
Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее
Вариант 2. Открой один материал
Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.
Я уже участник «Xakep.ru»
