आधुनिक मैसेजिंग में एंड-टू-एंड एन्क्रिप्शन

Signal Protocol, Signal, WhatsApp और अन्य सुरक्षित संदेश-सेवाओं के पीछे का कूटलेखीय आधार है। इसमें दो कलनविधियाँ शामिल हैं: X3DH, जो प्राप्तकर्ता के ऑफ़लाइन होने पर प्रारंभिक साझा रहस्य स्थापित करता है, और डबल रैचेट, जो प्रत्येक संदेश के लिए नई कूटलेखन कुंजी बनाता है। इसका परिणाम मज़बूत गोपनीयता और आगे की गोपनीयता के रूप में मिलता है, जो उपयोगकर्ता के लिए सहज रूप से काम करती हैं।

X3DH दो पक्षों को उस समय भी साझा रहस्य स्थापित करने देता है जब उनमें से एक ऑफ़लाइन हो। यह दीर्घकालिक पहचान कुंजियों, मध्यम-अवधि की हस्ताक्षरित पूर्व-कुंजियों और एक-बारगी पूर्व-कुंजियों को मिलाकर चार Diffie-Hellman गणनाओं का उपयोग करता है। सर्वर प्राप्तकर्ता द्वारा पहले से अपलोड की गई पूर्व-कुंजियाँ संग्रहीत करता है। प्रेषक इन कुंजियों का उपयोग करके X3DH चलाता है, साझा रहस्य प्राप्त करता है और प्राप्तकर्ता के ऑनलाइन आने की प्रतीक्षा किए बिना प्रारंभिक कूटबद्ध संदेश भेज देता है।

X3DH द्वारा प्रारंभिक साझा रहस्य स्थापित करने के बाद, बातचीत को जारी रखने की ज़िम्मेदारी डबल रैचेट संभालता है। इसमें एक Diffie-Hellman रैचेट शामिल है, जो नई DH कुंजियों का आदान-प्रदान होने पर आगे बढ़ता है, और एक सममित कुंजी रैचेट, जो प्रत्येक संदेश के साथ आगे बढ़ता है। प्रत्येक संदेश को एक अनन्य कुंजी से कूटबद्ध किया जाता है और उपयोग के तुरंत बाद मिटा दिया जाता है, इसलिए किसी एक संदेश की कुंजी हासिल हो जाने पर किसी अन्य संदेश की सुरक्षा भंग नहीं होती।

आगे की गोपनीयता का अर्थ है कि यदि कोई हमलावर आज कूटबद्ध संचार को दर्ज कर ले और बाद में आपकी दीर्घकालिक निजी कुंजी हासिल कर ले, तब भी वह पुराने संदेशों को कूटमुक्त नहीं कर सकता। डबल रैचेट यह इसलिए संभव बनाता है क्योंकि प्रत्येक संदेश की कुंजियाँ क्षणिक होती हैं और तुरंत मिटा दी जाती हैं। केवल वही उपकरण पुराने संदेशों को कूटमुक्त कर सकता है जिसने उस समय बातचीत में भाग लिया था, और वह भी तभी जब संदेश उस उपकरण से स्थानीय रूप से मिटाए न गए हों।

डबल रैचेट घुसपैठ के बाद की सुरक्षा भी प्रदान करता है। यदि कोई हमलावर थोड़े समय के लिए किसी उपकरण पर नियंत्रण पा ले और उसकी वर्तमान कुंजियाँ पढ़ ले, तो अगला DH रैचेट चरण ऐसी नई कुंजियाँ बनाएगा जिनका हमलावर अनुमान नहीं लगा सकता। भविष्य के संदेश बिना किसी हाथ से किए गए हस्तक्षेप के फिर से सुरक्षित हो जाते हैं। यह उन प्रणालियों से अलग है जहाँ एक कुंजी के भंग होने पर उसके बाद के सभी संदेश उजागर हो जाते हैं।

2016 में WhatsApp ने अपने सभी मंचों पर Signal Protocol के सिरे-से-सिरे कूटलेखन को पूरी तरह लागू कर दिया। उस समय इसमें एक अरब से अधिक उपयोगकर्ता शामिल थे। यह इतिहास में सिरे-से-सिरे कूटलेखन का सबसे बड़ा परिनियोजन था। यह एकीकरण Signal के पीछे के संगठन Open Whisper Systems के साथ साझेदारी में विकसित किया गया था। WhatsApp के कार्यान्वयन की स्वतंत्र रूप से जाँच की गई और उसे सही पाया गया।

कूटबद्ध सामग्री के बावजूद, Signal Protocol मूल रूप से सर्वर को यह बता देता था कि कौन किसे संदेश भेज रहा है। सीलबंद प्रेषक एक ऐसा विस्तार है जो संदेश के आवरण के भीतर प्रेषक की पहचान को कूटबद्ध करता है। सर्वर को केवल प्राप्तकर्ता का पता चलता है, प्रेषक का नहीं। इससे सर्वर या सर्वर अभिलेखों के लिए न्यायालयी आदेश प्राप्त करने वाले किसी भी व्यक्ति को उपलब्ध सहायक जानकारी कम हो जाती है। प्राप्तकर्ता बाहरी आवरण को कूटमुक्त करके यह जान लेता है कि संदेश किसने भेजा।

गायब होने वाले संदेश एक समय-सीमा तय करते हैं, जिसके बाद संदेश प्रेषक और प्राप्तकर्ता, दोनों के उपकरणों से हटा दिए जाते हैं। डबल रैचेट की अल्पकालिक कुंजियों के साथ मिलकर इसका अर्थ है कि बाद में जब्त किए गए उपकरण की फॉरेंसिक जांच करने पर भी पुनर्प्राप्त किए जा सकने वाले सादे पाठ का कोई अंश न मिले। सिग्नल की “स्वयं को नोट” सुविधा और गायब होने वाले संदेशों की डिफ़ॉल्ट सेटिंग, निजता के अभ्यास के रूप में न्यूनतम डेटा-संग्रहण को प्रोत्साहित करती हैं।

Apple का iMessage तब एंड-टू-एंड कूटलेखन का उपयोग करता है, जब दोनों पक्षों ने iMessage सक्षम किया हो; यदि किसी एक ने इसे सक्षम न किया हो, तो यह SMS की वैकल्पिक व्यवस्था पर चला जाता है। iMessage कूटबद्ध संदेश-कुंजियों को iCloud कीचेन में संग्रहीत करता है, जिससे कई उपकरणों से पहुंच संभव होती है, लेकिन इसका यह भी अर्थ है कि कानूनी आदेश मिलने पर और iCloud बैकअप सक्षम होने पर Apple तकनीकी रूप से संदेशों तक पहुंच सकता है। सिग्नल के विपरीत, iMessage डबल रैचेट का उपयोग नहीं करता, इसलिए इसमें अतीत के संदेशों की सुरक्षा की वही गारंटी नहीं होती।

दो पक्षों की बातचीत में डबल रैचेट कुशल होता है। N सदस्यों वाले समूह में हर संदेश को प्रत्येक सदस्य के लिए अलग-अलग कूटबद्ध करना होगा, या साझा समूह-कुंजी का प्रबंधन करना होगा। समूह-कुंजियों को सुरक्षित रूप से संभालना जटिल है: जब कोई सदस्य समूह छोड़ता है, तो शेष सभी सदस्यों को अपनी कुंजियां फिर से तैयार करनी होती हैं। इसे समूहों के लिए सुरक्षा-भंगोत्तर सुरक्षा कहा जाता है। मैसेजिंग लेयर सिक्योरिटी प्रोटोकॉल (MLS/RFC 9420) लघुगणकीय जटिलता वाले कुंजी-अद्यतनों के माध्यम से इस समस्या का समाधान करता है।

सिग्नल पूरी तरह मुक्त-स्रोत है, न्यूनतम मेटाडेटा एकत्र करता है और हर जगह सिग्नल प्रोटोकॉल का उपयोग करता है। WhatsApp संदेशों के लिए सिग्नल प्रोटोकॉल का उपयोग करता है, लेकिन इसका स्वामित्व मेटा के पास है और यह काफी मात्रा में मेटाडेटा एकत्र करता है। टेलीग्राम अपने एमटीप्रोटो प्रोटोकॉल का उपयोग केवल गुप्त बातचीत में करता है; सामान्य बातचीत एंड-टू-एंड कूटबद्ध नहीं होती और टेलीग्राम के सर्वरों पर संग्रहीत रहती है। अधिकतम निजता के लिए, गायब होने वाले संदेशों के साथ सिग्नल का उपयोग अनुशंसित विकल्प है।

सिग्नल प्रोटोकॉल ऑफलाइन कुंजी-सहमति के लिए एक्स3डीएच और प्रत्येक संदेश के लिए कुंजी प्राप्त करने हेतु डबल रैचेट को मिलाता है। अग्रिम गोपनीयता पिछले संदेशों की सुरक्षा करती है; सुरक्षा-भंग के बाद पुनर्प्राप्ति, समझौता होने के बाद भविष्य के संदेशों की सुरक्षा करती है। WhatsApp ने इसे 2016 में बड़े पैमाने पर लागू किया। समूह संदेशों के लिए MLS जैसे अधिक जटिल कुंजी-प्रबंधन प्रोटोकॉल आवश्यक होते हैं। मेटाडेटा की सुरक्षा के लिए सील्ड सेंडर जैसी अतिरिक्त तकनीकों की जरूरत होती है।