Протокол Signal — это криптографический протокол, используемый для обеспечения сквозного шифрования (end-to-end encryption) в мессенджерах и других приложениях для безопасного обмена сообщениями. Он был разработан Open Whisper Systems (позже Signal Foundation) и является основой мессенджера Signal, а также используется в других приложениях, таких как WhatsApp, Skype и Google Allo (в определённых режимах). Протокол обеспечивает конфиденциальность, целостность и аутентичность сообщений, защищая их от перехвата и подделки.
Основные характеристики протокола Signal
- Сквозное шифрование (E2EE): Сообщения шифруются на устройстве отправителя и могут быть расшифрованы только на устройстве получателя. Даже серверы, через которые проходят сообщения, не имеют доступа к их содержимому.
- Открытый исходный код: Код протокола Signal доступен для публичного аудита, что повышает доверие к его безопасности.
- Асинхронность: Протокол поддерживает асинхронный обмен сообщениями, что позволяет отправлять сообщения даже если получатель находится оффлайн.
- Прямая секретность (Forward Secrecy): Для каждой сессии обмена сообщениями генерируются новые ключи шифрования, что делает невозможным расшифровку старых сообщений, даже если ключи скомпрометированы в будущем.
- Обратная секретность (Backward Secrecy): Если ключи взломаны, это не позволяет расшифровать будущие сообщения.
- Аутентификация: Протокол гарантирует, что вы общаетесь именно с тем, с кем собираетесь, предотвращая атаки типа "человек посередине" (MITM).
Как работает протокол Signal
Протокол Signal основан на нескольких криптографических алгоритмах и концепциях. Основной компонент — это Double Ratchet Algorithm, который сочетает в себе механизмы обмена ключами и шифрования. Разберём процесс пошагово:
1. Инициализация сессии
- Обмен ключами: Протокол использует алгоритм X3DH (Extended Triple Diffie-Hellman) для установления начального общего секрета между двумя сторонами. X3DH объединяет:
- Долгосрочные ключи идентификации (Identity Keys), уникальные для каждого пользователя.
- Одноразовые ключи (One-Time Prekeys), которые генерируются сервером и используются только один раз.
- Эфемерные ключи (Ephemeral Keys), создаваемые для каждой сессии.
- В результате создаётся общий секрет, который используется для последующего шифрования.
2. Double Ratchet Algorithm
Этот алгоритм отвечает за постоянное обновление ключей шифрования для каждого сообщения, обеспечивая прямую секретность. Он состоит из двух основных "храповых" механизмов:
- Symmetric-Key Ratchet: Обновляет ключи для каждого сообщения в рамках одной сессии, используя хэш-функцию (например, HKDF).
- Diffie-Hellman Ratchet: Периодически обновляет ключи путём нового обмена Diffie-Hellman, что создаёт новые корневые ключи.
- Эти два механизма работают в тандеме, чтобы ключи менялись для каждого сообщения, минимизируя риск компрометации.
3. Шифрование сообщений
- Каждое сообщение шифруется с использованием симметричного алгоритма AES-256 в режиме GCM (Galois/Counter Mode), который обеспечивает как конфиденциальность, так и целостность данных.
- Для аутентификации сообщений используется HMAC-SHA256, чтобы гарантировать, что сообщение не было изменено.
4. Управление ключами
- Протокол Signal хранит минимальное количество ключей на сервере (например, одноразовые ключи и ключи идентификации), чтобы минимизировать риск утечки.
- Пользовательские устройства управляют сессиями и ключами локально, что снижает зависимость от сервера.
5. Асинхронная доставка
- Протокол поддерживает асинхронную отправку сообщений. Если получатель оффлайн, сообщения шифруются с использованием одноразовых ключей, хранящихся на сервере, и доставляются, как только получатель подключается.
Дополнительные функции
- Sealed Sender: Функция, которая минимизирует метаданные, скрывая информацию об отправителе от сервера. Это повышает анонимность.
- Group Messaging: Протокол поддерживает шифрование в групповых чатах, используя механизм Sender Keys, где каждый участник группы получает общий ключ для шифрования сообщений.
- Safety Numbers: Для проверки подлинности собеседника пользователи могут сравнить уникальные "безопасные номера" (Safety Numbers), которые представляют собой хэш их публичных ключей.
Преимущества протокола Signal
- Высокая безопасность: Благодаря прямой и обратной секретности, даже компрометация ключей не ставит под угрозу все коммуникации.
- Проверяемость: Открытый исходный код позволяет экспертам анализировать и подтверждать надёжность протокола.
- Устойчивость к атакам: Протокол защищает от атак "человек посередине", перехвата и подделки сообщений.
- Универсальность: Используется не только в мессенджере Signal, но и в других платформах, что делает его стандартом для безопасной коммуникации.
Ограничения
- Метаданные: Хотя содержимое сообщений защищено, метаданные (кто, когда и с кем общается) могут быть доступны серверам, если не используется Sealed Sender.
- Зависимость от серверов: Для асинхронной доставки требуется доверие к серверам Signal, хотя они не имеют доступа к содержимому сообщений.
- Сложность реализации: Интеграция протокола в приложения требует высокой квалификации разработчиков, чтобы избежать ошибок.
Применение
Протокол Signal используется в мессенджере Signal, который считается одним из самых безопасных приложений для общения. Кроме того, он интегрирован в:
- WhatsApp: Для сквозного шифрования чатов.
- Facebook Messenger: В режиме "секретных чатов".
- Skype: В режиме "Private Conversations".
- Google Allo (в прошлом, в режиме Incognito).
Заключение
Протокол Signal — это золотой стандарт в области сквозного шифрования для мессенджеров. Его комбинация алгоритмов X3DH и Double Ratchet обеспечивает высокий уровень безопасности, сохраняя при этом удобство использования. Открытый исходный код и постоянный аудит делают его надёжным выбором для приложений, где конфиденциальность имеет первостепенное значение. |
