Google Tink: تشفير آمن عالي المستوى

Tink هي مكتبة تشفير مفتوحة المصدر طوّرها فريق التشفير في Google، وصُممت لتوفير تشفير آمن وسهل الاستخدام. ويتمثل دافعها الأساسي في منع أنماط إساءة الاستخدام التشفيري الشائعة التي تحدث حتى لدى المطورين ذوي الخبرة عند استخدام مكتبات منخفضة المستوى. صُممت واجهة Tink بحيث تكون العملية الصحيحة هي الأسهل تنفيذًا، مما يصعّب إنشاء إعدادات غير آمنة عن طريق الخطأ.

تنظّم Tink المفاتيح في مجموعات مفاتيح بدلًا من إتاحة كائنات المفاتيح الفردية مباشرةً. وتتعامل التطبيقات مع مقابض مجموعات المفاتيح، لا مع وحدات بايت المفاتيح الخام. ويمنع هذا التجريد كشف المفاتيح عن طريق الخطأ، ويمكّن من تدوير المفاتيح بسلاسة، ويتيح تخزين المفاتيح في أنظمة إدارة مفاتيح بعيدة من دون أن ترى التطبيقات مادة المفتاح مباشرةً. ويُعد مفهوم مجموعة المفاتيح محوريًا في تصميم Tink الآمن.

توفر واجهة AEAD (التشفير الموثّق مع البيانات المرتبطة) في Tink عمليتي التشفير وفك التشفير. تُعيد AeadFactory.getPrimitive(keyset) كائن Aead؛ ويؤدي استدعاء aead.encrypt(plaintext, associatedData) إلى إعادة النص المشفّر. تختار Tink خوارزمية التشفير تلقائيًا استنادًا إلى مجموعة المفاتيح، مثل AES-256-GCM، وتولّد nonce عشوائيًا. وتخفي الواجهة جميع تفاصيل الخوارزمية وإدارة nonce وترميز التنسيق.

توفر واجهة MAC في Tink عمليات حساب رموز مصادقة الرسائل والتحقق منها. تُرجع ‎MacFactory.getPrimitive(keyset)‎ كائنًا من النوع Mac. تُرجع ‎mac.computeMac(data)‎ وسم المصادقة، بينما تتحقق ‎mac.verifyMac(tag, data)‎ منه، وتطرح استثناءً أمنيًا إذا فشل التحقق. الخوارزمية الافتراضية هي HMAC-SHA256. تمنع الواجهة الأخطاء الشائعة، مثل مقارنة رموز MAC باستخدام مساواة السلاسل النصية العادية بدلًا من المقارنة بزمن ثابت.

يوفر Tink واجهتي PublicKeySign وPublicKeyVerify منفصلتين للتوقيعات الرقمية. تُشتق كائنات التوقيع والتحقق من مقبضَي مجموعتي مفاتيح مختلفين، الخاص والعام على التوالي، مما يمنع استخدام مفتاح خاص للتحقق عن طريق الخطأ أو العكس. وتُعد تطبيقات Tink للخوارزميتين Ed25519 وECDSA P-256 هي الافتراضية، مع توفر ECDSA الحتمي لتجنب الثغرات المرتبطة بالعشوائية.

تطبق واجهتا HybridEncrypt وHybridDecrypt في Tink نظام ECIES (مخطط التشفير المتكامل بالمنحنيات الإهليلجية). يجمع التشفير الهجين بين تبادل المفاتيح غير المتماثل والتشفير المتماثل: ينشئ المرسل مفتاحًا مؤقتًا، وينفذ ECDH باستخدام المفتاح العام للمستلم، ويشتق مفتاحًا متماثلًا، ثم يشفر باستخدام AEAD. يتيح ذلك تشفير الرسائل الكبيرة باستخدام مفاتيح غير متماثلة، من دون التكلفة الإضافية للتشفير غير المتماثل الخالص.

يُعد تدوير المفاتيح في Tink آمنًا ومتوافقًا مع الإصدارات السابقة. لتدوير المفاتيح، أنشئ مفتاحًا جديدًا وأضفه إلى مجموعة المفاتيح، ثم عيّن المفتاح الجديد مفتاحًا أساسيًا، بحيث تستخدمه عمليات التشفير المستقبلية، واحتفظ بالمفاتيح القديمة في مجموعة المفاتيح لفك تشفير النصوص المشفرة الحالية. يستمر فك تشفير النصوص المشفرة القديمة لأن المفاتيح غير الأساسية تظل متاحة لفك التشفير. بعد إعادة تشفير جميع النصوص المشفرة القديمة أو انتهاء صلاحيتها، احذف المفاتيح القديمة من مجموعة المفاتيح.

تُسلسَل مجموعات مفاتيح Tink بتنسيق JSON أو بتنسيق Protocol Buffer الثنائي. تنسيق JSON مقروء للبشر ومفيد لأغراض تصحيح الأخطاء. أما التنسيق الثنائي فهو أكثر إحكامًا في بيئات الإنتاج. يجب تشفير مجموعات المفاتيح المتسلسلة التي تحتوي على مفاتيح خاصة قبل تخزينها. ويدعم Tink تخزين مجموعات المفاتيح المشفرة باستخدام تشفير AEAD متماثل قياسي، أو تفويض التخزين إلى KMS.

يتكامل Tink مع موفري KMS الرئيسيين: AWS KMS وGoogle Cloud KMS وHashiCorp Vault. بدلًا من تشفير مجموعات المفاتيح باستخدام مفتاح AEAD محلي، يغلف Tink مفتاح تشفير مجموعة المفاتيح باستخدام KMS. ويُستخدم مفتاح تشفير بيانات (DEK) يُنشأ محليًا لتشفير مجموعة المفاتيح نفسها، ثم يُشفَّر DEK بواسطة مفتاح تشفير المفاتيح (KEK) في KMS. يتبع ذلك نمط التشفير المغلف الذي يستخدمه موفرو الخدمات السحابية.

يتطلب AEAD القياسي تحميل الرسالة بأكملها إلى الذاكرة لتشفيرها وفك تشفيرها. تشفّر واجهة AEAD التدفقية في Tink الملفات الكبيرة على شكل مقاطع، مما يتيح التشفير وفك التشفير بالتدفق من دون تخزين النص الصريح الكامل مؤقتًا. تتم مصادقة كل مقطع بشكل مستقل، كما يجري التحقق أثناء فك التشفير من ترتيب المقاطع واكتمالها. وهذا ضروري لتشفير النسخ الاحتياطية ومقاطع الفيديو والملفات الكبيرة الأخرى.

يتوفر Tink للغات Java وPython وGo وC++، مع واجهات برمجية ملائمة لأسلوب كل لغة. ويضمن التوافق بين اللغات إمكانية فك تشفير ملف شُفِّر باستخدام Tink في Python بواسطة Tink في Java. وهذا يجعل Tink مناسبًا للأنظمة التي تضم خدمات متعددة مكتوبة بلغات مختلفة وتحتاج إلى تبادل البيانات المشفرة. كما يتكامل Tink مع Protocol Buffers لتكوين مجموعات المفاتيح بطريقة آمنة من ناحية الأنواع.

مراجعة Tink: تمنع التجريدات القائمة على مجموعات المفاتيح كشف المفاتيح الخام، وتخفي واجهة AEAD إدارة القيم العشوائية واختيار الخوارزمية، وتستخدم واجهة MAC التحقق بزمن ثابت داخليًا، كما تمنع واجهات التوقيع الرقمي والتشفير الهجين إساءة استخدام الواجهات. ويتوافق تدوير المفاتيح مع الإصدارات السابقة، إذ تفك المفاتيح القديمة التشفير إلى أن تُزال. ويتبع تكامل KMS نمط التشفير المغلف، بينما تتعامل AEAD التدفقية مع الملفات الكبيرة، ويضمن Tink إمكانية التشغيل البيني بين اللغات.