Google Tink: säker kryptografi på hög nivå

Tink är ett kryptografiskt bibliotek med öppen källkod som utvecklats av Googles kryptografiteam och utformats för att erbjuda säker och lättanvänd kryptografi. Det främsta syftet är att förhindra vanliga mönster för felaktig kryptografianvändning, som förekommer även hos erfarna utvecklare som använder lågnivåbibliotek. Tinks API är utformat så att den korrekta operationen är det enklaste alternativet, vilket gör det svårt att oavsiktligt skapa osäkra konfigurationer.

Tink organiserar nycklar i keysets i stället för att exponera enskilda nyckelobjekt. Program arbetar med keyset-handtag, inte med råa nyckelbyte. Denna abstraktion förhindrar oavsiktlig exponering av nycklar, möjliggör smidiga nyckelrotationer och gör att nycklar kan lagras i fjärranslutna Key Management Systems utan att programmet någonsin behöver se nyckelmaterialet direkt. Begreppet keyset är centralt i Tinks säkra design.

AEAD-gränssnittet (Authenticated Encryption with Associated Data) i Tink tillhandahåller krypterings- och dekrypteringsoperationer. AeadFactory.getPrimitive(keyset) returnerar ett Aead-objekt; när ni anropar aead.encrypt(plaintext, associatedData) returneras ett chiffertextvärde. Tink väljer automatiskt krypteringsalgoritm utifrån keyset (till exempel AES-256-GCM) och genererar en slumpmässig nonce. Gränssnittet döljer alla algoritmdetaljer, nonce-hantering och formatkodning.

Tinks MAC-gränssnitt tillhandahåller åtgärder för att beräkna och verifiera meddelandeautentiseringskoder. MacFactory.getPrimitive(keyset) returnerar ett Mac-objekt. mac.computeMac(data) returnerar autentiseringstaggen och mac.verifyMac(tag, data) verifierar den genom att kasta ett säkerhetsundantag om verifieringen misslyckas. Standardalgoritmen är HMAC-SHA256. Gränssnittet förhindrar vanliga misstag, till exempel att jämföra MAC-värden med vanlig stränglikhet i stället för med en jämförelse i konstant tid.

Tink tillhandahåller separata gränssnitt, PublicKeySign och PublicKeyVerify, för digitala signaturer. Signerings- och verifieringsobjekten härleds från olika nyckeluppsättningshandtag (privata respektive publika), vilket förhindrar att en privat nyckel av misstag används för verifiering eller tvärtom. Tinks implementationer av Ed25519 och ECDSA P-256 är standardalternativen, och deterministisk ECDSA finns tillgängligt för att undvika sårbarheter kopplade till slumpmässighet.

Tinks gränssnitt HybridEncrypt och HybridDecrypt implementerar ECIES (Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme). Hybridkryptering kombinerar asymmetriskt nyckelutbyte med symmetrisk kryptering: avsändaren genererar en tillfällig nyckel, utför ECDH med mottagarens publika nyckel, härleder en symmetrisk nyckel och krypterar med AEAD. Detta gör det möjligt att kryptera stora meddelanden med asymmetriska nycklar utan den overhead som ren asymmetrisk kryptering medför.

Nyckelrotation i Tink är säker och bakåtkompatibel. Rotera nycklar genom att generera en ny nyckel och lägga till den i nyckeluppsättningen, markera den nya nyckeln som primär (framtida krypteringar använder den) och behålla gamla nycklar i nyckeluppsättningen för dekryptering av befintlig chiffertext. Gammal chiffertext kan fortfarande dekrypteras eftersom icke-primära nycklar förblir tillgängliga för dekryptering. När all gammal chiffertext har krypterats om eller löpt ut kan de gamla nycklarna tas bort från nyckeluppsättningen.

Tinks nyckeluppsättningar serialiseras i JSON- eller binärt Protocol Buffer-format. JSON-formatet är läsbart för människor och användbart vid felsökning. Det binära formatet är mer kompakt i produktion. Serialiserade nyckeluppsättningar som innehåller privata nycklar måste krypteras innan de lagras. Tink stöder lagring av krypterade nyckeluppsättningar med vanlig symmetrisk AEAD-kryptering eller genom att delegera lagringen till en KMS.

Tink integreras med större KMS-leverantörer: AWS KMS, Google Cloud KMS och HashiCorp Vault. I stället för att kryptera nyckeluppsättningar med en lokal AEAD-nyckel omsluter Tink nyckeluppsättningens krypteringsnyckel med KMS. Den faktiska krypteringen av nyckeluppsättningen använder en lokalt genererad Data Encryption Key (DEK), och DEK krypteras av KMS Key Encryption Key (KEK). Detta följer mönstret för kuvertkryptering som används av molnleverantörer.

Standard-AEAD kräver att hela meddelandet läses in i minnet vid kryptering och dekryptering. Tinks Streaming AEAD-gränssnitt krypterar stora filer i segment, vilket möjliggör streamingkryptering och streamingdekryptering utan att hela klartexten behöver buffras. Varje segment autentiseras separat, och segmentens ordning och fullständighet verifieras under dekrypteringen. Detta är nödvändigt för att kryptera säkerhetskopior, videor och andra stora filer.

Tink finns för Java, Python, Go och C++ med idiomatiska API:er för varje språk. Kompatibilitet mellan språk garanteras: en fil som krypterats med Tink i Python kan dekrypteras med Tink i Java. Detta gör Tink lämpligt för system med flera tjänster i olika språk som behöver utbyta krypterade data. Tink integreras även med Protocol Buffers för typsäker konfiguration av nyckeluppsättningar.

Sammanfattning av Tink: den nyckeluppsättningsbaserade abstraktionen förhindrar att råa nycklar exponeras, AEAD-gränssnittet döljer hantering av nonce-värden och val av algoritm, MAC-gränssnittet använder verifiering i konstant tid internt, gränssnitten för digitala signaturer och hybridkryptering förhindrar felaktig användning av gränssnitt, nyckelrotation är bakåtkompatibel (gamla nycklar dekrypterar tills de tas bort), KMS-integrering följer mönstret för kuvertkryptering, Streaming AEAD hanterar stora filer och kompatibilitet mellan språk garanteras.