Encryption minn tarf sa tarf, spjegat tassew

Xi tfisser encryption, tassew

L-encryption ta' messaġġ tfisser li tibdlu f'xi ħaġa li tidher qisha ħoss għal kull min m'għandux ċerta informazzjoni msejħa ċavetta. L-operazzjoni ssir fuq l-apparat ta' min jibgħat u, biċ-ċavetta t-tajba, titreġġa' lura fuq l-apparat ta' min jirċievi. Bejniethom, il-messaġġ jivvjaġġa bħala suċċessjoni ta' bytes mingħajr tifsira apparenti. Dik hija l-idea sempliċi. Il-bqija tal-artiklu jittratta n-nuances li jibdluha, skont il-każ, f'garanzija reali jew f'tikketta tal-marketing.

L-aġġettiv minn tarf sa tarf — bl-Ingliż end-to-end, imqassar E2EE — iżid preċiżjoni. L-encryption ma ssirx biex server intermedju jkun jista' jaqraha u jwassalha. Isir sabiex iż-żewġ truf biss — l-apparat ta' min jibgħat u l-apparat ta' min jirċievi — ikollhom iċ-ċavetta. Kwalunkwe server li jgħaddi minnu l-messaġġ jara l-ħoss, mhux il-messaġġ. Dik hija d-differenza teknika bl-encryption waqt it-tranżitu, fejn il-kontenut jivvjaġġa encrypted minn server għal ieħor, iżda kull server li jgħaddi minnu jiddeċifrah biex jibagħtu mill-ġdid, u jirkupra temporanjament it-test ċar.

Il-paradoss tas-sigriet maqsum

Hemm problema ovvja. Biex żewġ persuni jkunu jistgħu jikkriptaw u jiddeċifraw messaġġi bejniethom, it-tnejn għandhom bżonn l-istess ċavetta. Iżda, kif jaqblu fuq din iċ-ċavetta jekk dak kollu li jibagħtu lil xulxin, b'definizzjoni, jgħaddi minn kanal fejn xi ħadd jista' jkun qed jisma'? Li wieħed jaqbel fuq iċ-ċavetta fl-istess kanal fejn aktar tard se jużaha jidher impossibbli: jekk l-attakkant jisimagħha meta jaqblu fuqha, ikun jista' jiddeċifra dak kollu ta' wara. Għal għexieren ta' snin, il-kriptografija klassika solviet dan bil-mod iebes: iċ-ċwievet kienu jitwasslu personalment, qabel ma jibdew jintużaw, f'laqgħat fiżiċi. L-ambaxxaturi kienu jġorru basktijiet ta' ċwievet meħjuta fil-kisja tal-kowt tagħhom.

Fl-email kontemporanja, dik is-soluzzjoni ma tiskalax. Kieku kellna mmorru fiżikament fid-dar ta' kull persuna li biħsiebna nikkomunikaw magħha b'mod encrypted, ma konniex nilħqu nitkellmu ma' ħadd. Il-mistoqsija magħmula ħamsin sena ilu mill-komunità kriptografika kienet din: huwa possibbli li żewġ persuni li ma jafux lil xulxin u li jaqsmu biss kanal pubbliku jaqblu, f'dak l-istess kanal pubbliku, fuq sigriet li ħadd li jisma' l-kanal ma jista' jkun jaf?

L-eleganza ta' Diffie-Hellman

Fl-1976, żewġ matematiċi msejħa Whitfield Diffie u Martin Hellman urew xi ħaġa li tidher impossibbli: li żewġ persuni, li jitkellmu biss permezz ta' kanal pubbliku — kanal fejn kulħadd jista' jisma' dak kollu li jgħidu — jistgħu jaqblu fuq password sigrieta mingħajr ma l-ebda semmiegħ ma jkun jista' jiskopriha. Tinstema' bħal maġija. Mhijiex: hija matematika. L-iskambju taċ-ċavetta Diffie-Hellman, kif inhu magħruf minn dakinhar, huwa l-bażi ta' prattikament il-komunikazzjoni kollha encrypted fuq l-internet, u nofs seklu ta' użu intensiv u skrutinju akkademiku dinji jikkonfermaw is-solidità tiegħu. Kull min irid jara l-intuwizzjoni viżwali jew il-matematika jista' jkompli jaqra. Kull min jippreferi jafda li jaħdem jista' wkoll ikompli mingħajr ma jitlef il-fil tal-artiklu.

Għal min irid jaraha f'immaġni, hemm analoġija magħrufa bil-kuluri. Immaġina li Alicia u Bruno jaqblu b'mod miftuħ fuq kulur bażi — ngħidu aħna isfar — quddiem Eva, li tismagħhom. Kull wieħed jagħżel b'mod privat it-tieni kulur sigriet u jħallat is-sigriet tiegħu mal-isfar. Alicia tikseb oranġjo partikolari; Bruno jikseb aħdar partikolari. Huma jiskambjaw ir-riżultati quddiem Eva. Issa kull wieħed iħallat il-kulur riċevut mas-sigriet tiegħu stess, u t-tnejn jaslu għall-istess kulur finali, għax l-ordni tat-taħlitiet ma jimpurtax. Eva rat l-isfar u ż-żewġ taħlitiet intermedji, iżda mhux is-sigrieti; mingħajr ebda wieħed mis-sigrieti ma tista' tasal għall-kulur finali. Il-matematika reali tibdel il-kuluri għal esponenzjazzjonijiet fi gruppi modulari jew kurvi ellittiċi, iżda l-idea hija l-istess: is-sigriet kondiviż jinbena fil-pubbliku mingħajr ma ħadd fil-kanal ma jkun jista' jerġa' jibnih.

Minn Diffie-Hellman għall-protokoll Signal

L-encryption minn tarf sa tarf li jużaw illum l-applikazzjonijiet tal-messaġġi professjonali tistrieħ, kważi mingħajr eċċezzjoni, fuq verżjoni eleganti u mwebbsa tal-iskambju Diffie-Hellman. Il-protokoll Signal, iddisinjat minn Trevor Perrin u Moxie Marlinspike bejn l-2013 u l-2016, huwa r-referenza. Jgħaqqad żewġ ideat ewlenin. L-ewwel, l-iskambju ta' ċwievet f'kurvi ellittiċi (X25519), li jipproduċi s-sigriet kondiviż inizjali bejn żewġ apparati. It-tieni, l-hekk imsejjaħ Double Ratchet — ratch doppju —, li jġedded iċ-ċwievet awtomatikament ma' kull messaġġ, sabiex il-kompromess tal-apparat illum ma jippermettix id-deċifrar ta' messaġġi tal-passat, u lanqas messaġġi futuri ladarba r-ratch ikun ġie mdawwar.

F'Zig, l-iskambju X25519 li jipproduċi s-sigriet kondiviż bejn żewġ apparati jidħol f'sitt linji, billi tuża l-librerija standard:

const std = @import("std");
const X25519 = std.crypto.dh.X25519;

// Alicia y Bruno generan cada uno un par (privada, pública).
const par_alicia = X25519.KeyPair.generate(io);
const par_bruno  = X25519.KeyPair.generate(io);

// Cada parte recibe la clave pública de la otra y deriva el mismo secreto.
const secreto_alicia = X25519.scalarmult(par_alicia.secret_key, par_bruno.public_key) catch unreachable;
const secreto_bruno  = X25519.scalarmult(par_bruno.secret_key,  par_alicia.public_key) catch unreachable;
// secreto_alicia == secreto_bruno  (32 bytes)

U x'hemm eżattament ġewwa std.crypto.dh.X25519? L-ebda maġija moħbija. Huma żewġ funzjonijiet qosra li jistgħu jinqraw fl-intier tagħhom fil-librerija standard ta' Zig stess. L-ewwel waħda toħroġ iċ-ċavetta pubblika minn dik privata — il-«gᵃ» tal-iskambju:

pub fn recoverPublicKey(secret_key: [secret_length]u8) IdentityElementError![public_length]u8 {
    const q = try Curve.basePoint.clampedMul(secret_key);
    return q.toBytes();
}

Fil-lingwaġġ tal-artiklu: iċ-ċavetta privata tiġi «multiplikata» — fis-sens ellittiku, mhux dak aritmetiku elementari — bil-punt bażi tal-kurva Curve25519, u r-riżultat jiġi serjalizzat fi tnejn u tletin byte. L-operazzjoni clampedMul hija l-verżjoni msaħħa ta' dik il-multiplikazzjoni skalari: tinkorpora s-salvagwardji li l-komunità kriptografika żiedet matul is-snin biex tirreżisti familji magħrufa ta' attakki. Żewġ linji ta' korp tal-funzjoni.

It-tieni funzjoni tgħaqqad iċ-ċavetta privata tiegħek maċ-ċavetta pubblika li l-parti l-oħra tibgħatlek. Huwa l-«(gᵇ)ᵃ» tal-iskambju, li jipproduċi s-sigriet kondiviż ta' tnejn u tletin byte li ħadd minnkom qatt ma trażmetta:

pub fn scalarmult(secret_key: [secret_length]u8, public_key: [public_length]u8) IdentityElementError![shared_length]u8 {
    const q = try Curve.fromBytes(public_key).clampedMul(secret_key);
    return q.toBytes();
}

Żewġ linji oħra. Iċ-ċavetta pubblika riċevuta hija interpretata bħala punt fuq il-kurva, u tiġi «multiplikata» biċ-ċavetta privata tiegħek stess. Permezz tal-kommutattività tal-operazzjoni tal-kurva — analoga għall-kommutattività tal-multiplikazzjoni tal-esponenti li rajna fl-eżempju numeriku — iż-żewġ partijiet jispiċċaw bl-istess punt serjalizzat: eżattament is-sigriet kondiviż li jitkellem dwaru l-artiklu.

Dak li jipproteġi l-encryption minn tarf sa tarf

Dak li jipproteġi sew l-E2EE, jekk wieħed jassumi implimentazzjoni korretta, huwa l-kontenut tal-messaġġ waqt it-tranżitu. Server intermedju li jirċievi u jibgħat mill-ġdid id-dejta encrypted se jara suċċessjoni ta' bytes inintelliġibbli. Attakkant b'aċċess għall-kejbil, għar-router, għall-punt ta' aċċess wifi, se jara l-istess ħaġa. Fornitur tas-servizz li jżomm kopji tat-traffiku ma jkunx jista' jaqrah aktar tard. Gvern li jordna lill-operatur tas-servizz biex iwassal il-kontenut jirċievi l-istess bytes inintelliġibbli li s-server kellu fl-ewwel lok.

Dan, f'termini prattiċi, huwa ħafna. Hija d-differenza bejn li tikteb ittra ġewwa envelop opak u li tiktebha fuq kartolina. It-tnejn jaslu. Wieħed biss jippreserva l-kontenut quddiem il-pustier.

Dak li ma jipproteġix l-encryption minn tarf sa tarf

Tajjeb li tkun tafha bl-istess mod. L-E2EE ma jipproteġix il-metadejta: is-server għadu jaf li l-utent A jibgħat dejta lill-utent B, f'liema ħin, b'liema frekwenza u minn fejn, għalkemm ma jafx x'jgħid. Din il-metadejta, kif diġà argumentajna fi Li tikkripta mhuwiex li tkun privat, ħafna drabi hija aktar rivelanti mill-kontenut. Li tkun taf li xi ħadd ċempel lil ditta legali speċjalizzata fid-divorzji nhar ta' Ġimgħa fl-22:00 għal tletin minuta jirrakkonta storja li l-kontenut tas-sejħa qatt ma rrakkonta. Hija l-istess sitwazzjoni bħal li tara persuna tidħol u toħroġ bosta drabi minn klinika onkoloġika: m'hemmx bżonn tisma' xejn minn dak li jingħad ġewwa biex timmaġina x'qed jiġri. Metadejta waħda iżolata tista' ma tfisser xejn; bosta minnhom inkroċjati bejniethom jiġbdu xi ħaġa wisq simili għall-verità. L-E2EE ma jipproteġix it-truf: jekk l-apparat tar-riċevitur jiġi kompromess minn programm malizzjuż, il-messaġġ jiġi deċifrat b'mod normali għal dak ir-riċevitur u l-programm malizzjuż jaqrah. L-E2EE ma jipproteġix kontra l-identità tal-interlokutur fiha nnifisha: jekk Alicia temmen li qed titkellem ma' Bruno iżda attakkant daħal bejniethom fil-bidu (man in the middle) u l-protokoll ma jinkludix verifika indipendenti, iż-żewġ partijiet jispiċċaw jitkellmu mal-intruż jaħsbu li qed jitkellmu ma' xulxin.

Hemm ir-raba' ħaġa li ta' min jifformulahom mingħajr ambigwità. L-E2EE ma jipprevjenix fornitur li jiddikjara li joffrih milli jżomm ukoll kopja tal-messaġġ mhux kriptat fis-sistemi tiegħu stess. Id-dikjarazzjoni «il-messaġġi tiegħi huma encrypted minn tarf sa tarf» u d-dikjarazzjoni «il-fornitur ma jżommx il-kontenut tiegħi» mhumiex l-istess. Applikazzjoni tista' tikkonforma mal-ewwel waħda waqt li tikser it-tieni waħda; rajnieha fl-aħbarijiet ripetutament mill-2018. L-utent, sakemm il-kodiċi tal-klijent ma jkunx verifikabbli, m'għandux mod tekniku kif jiddistingwi każ mill-ieħor mingħajr investigazzjoni esperta. L-aktar każ magħruf fil-pubbliku ġenerali: WhatsApp jikkripta l-messaġġi minn tarf sa tarf waqt it-tranżitu, iżda jekk l-utent jattiva l-backup f'iCloud jew Google Drive mingħajr encryption addizzjonali, dik il-kopja tiġi maħżuna b'mod li tista' tinqara fl-infrastruttura ta' parti terza, u l-encryption tinkiser fit-tarf tal-utent stess.

Il-mistoqsija li l-operatur ma jridx jisma'

Applikazzjoni li tiddikjara li tikkripta minn tarf sa tarf tista', teknikament, tagħmel waħda minn tliet affarijiet rigward iċ-ċwievet:

1. Iċ-ċwievet jinsabu biss fuq l-apparati. Jiġu ġġenerati u jinsabu esklussivament fuq l-apparati tal-utenti; l-operatur ma jafhomx u ma jaħżinhomx. Huwa l-każ ottimali.
2. L-operatur jista' jaċċessa jekk irid. L-operatur għandu ċ-ċwievet tal-utenti (jew jista' jiġġenerahom kif irid) u jżommhom fid-databases tiegħu. Jekk irid jew jiġi sfurzat, jista' jaqra l-kontenut. Dan huwa l-każ tal-biċċa l-kbira tas-servizzi «cloud».
3. L-operatur ma jistax jaċċessa skont id-disinn, iżda jikkontrolla l-aċċess. L-operatur m'għandux iċ-ċwievet, iżda għandu kontroll fuq l-applikazzjoni li tiġġenerahom. Jekk jiġi sfurzat, jista' jibgħat aġġornament malizzjuż li jaqbad iċ-ċwievet jew il-kontenut qabel l-encryption. Dan huwa l-każ ta' bosta servizzi E2EE kummerċjali.

Il-mistoqsija operattiva, għalhekk, mhijiex jekk xi ħaġa hijiex encrypted, iżda min għandu l-kontroll tal-apparat u tas-softwer li jamministra ċ-ċwievet. F'Solo2, iċ-ċwievet jinsabu biss fil-Bóveda tiegħek (IndexedDB encrypted bil-password tiegħek) u s-softwer huwa kodiċi miftuħ verifikabbli.

Għall-qarrej professjonali

L-encryption minn tarf sa tarf huwa għodda għas-sovranità diġitali. Iżda bħal kull għodda, l-effettività tagħha tiddependi fuq l-id li żżommha u l-art li tistrieħ fuqha.

1. Fejn jiġu ġġenerati ċ-ċwievet kriptografiċi u fejn jirrisjedu fiżikament? Jekk l-operatur jista' jaċċessahom (saħansitra temporanjament, anke taħt il-qoxra ta' rkupru), l-E2EE huwa nominali.
2. Hemm verifika indipendenti tal-interlokutur (numri tas-sigurtà, kodiċijiet QR, paragun out-of-band) li tevita attakk man-in-the-middle waqt l-istabbiliment tal-konversazzjoni?
3. Il-kodiċi tal-klijent huwa awditjabbli — miftuħ, ippubblikat, riproduċibbli — jew jeħtieġ li tafda l-kelma tal-fornitur dwar x'jagħmel tassew il-klijent?
4. X'metadejta jiġġenera u jżomm is-servizz, u għal kemm żmien? Anke jekk il-kontenut huwa opakk, il-metadejta tista' tibni mill-ġdid parti kbira mill-informazzjoni sensittiva.

Dawn l-erba' mistoqsijiet ma jitolbux informazzjoni teknika avvanzata; jitolbu informazzjoni li kwalunkwe operatur onest jista' jwieġeb fid-dokumentazzjoni pubblika tiegħu. Il-kwalità u l-preċiżjoni tat-tweġiba tgħid daqstant dwar il-prodott daqs it-tweġiba nnifisha.

---

L-encryption minn tarf sa tarf, magħmul tajjeb, huwa wieħed mill-ifjen kostruzzjonijiet li l-kriptografija kontemporanja tat lill-prattika ta' kuljum. L-idea oriġinali — li żewġ persuni jistgħu jaqblu fuq sigriet f'kanal pubbliku — tappartjeni lil Whitfield Diffie u Martin Hellman, 1976; nofs seklu wara għadna ngħixu fil-konsegwenza tiegħu. Iżda, bħal kull wegħda teknika, il-valur tiegħu jiddependi fuq it-twettiq reali, mhux fuq it-tikketta. Il-mistoqsija tal-professjonist onest mhijiex «huwa kkodifikat?», iżda «min għandu ċ-ċwievet?». It-tweġibiet għandhom konsegwenzi differenti. Tajjeb li tkun tafhom.