การเข้ารหัสจากต้นทางถึงปลายทางในการส่งข้อความสมัยใหม่

โพรโทคอล Signal เป็นรากฐานด้านการเข้ารหัสที่อยู่เบื้องหลัง Signal, WhatsApp และโปรแกรมส่งข้อความที่ปลอดภัยอื่น ๆ โพรโทคอลนี้ผสานอัลกอริทึมสองแบบ ได้แก่ X3DH สำหรับสร้างความลับร่วมเริ่มต้นเมื่อผู้รับออฟไลน์ และ Double Ratchet สำหรับสร้างกุญแจเข้ารหัสใหม่สำหรับทุกข้อความ ผลลัพธ์คือการรักษาความลับที่แข็งแกร่งและความลับไปข้างหน้า โดยผู้ใช้ไม่ต้องดำเนินการใด ๆ

X3DH ช่วยให้สองฝ่ายสร้างความลับร่วมกันได้ แม้ฝ่ายหนึ่งจะออฟไลน์อยู่ โดยใช้การคำนวณ Diffie-Hellman สี่ครั้ง ซึ่งผสานกุญแจระบุตัวตนระยะยาว กุญแจล่วงหน้าที่ลงลายเซ็นระยะกลาง และกุญแจล่วงหน้าที่ใช้ครั้งเดียว เซิร์ฟเวอร์จะจัดเก็บกุญแจล่วงหน้าที่ผู้รับอัปโหลดไว้ล่วงหน้า ผู้ส่งใช้กุญแจเหล่านั้นดำเนินการ X3DH สร้างความลับร่วม แล้วส่งข้อความเริ่มต้นที่เข้ารหัสโดยไม่ต้องรอให้ผู้รับออนไลน์

หลังจาก X3DH สร้างความลับร่วมเริ่มต้นแล้ว Double Ratchet จะทำงานต่อสำหรับการสนทนาที่ดำเนินอยู่ โดยผสานกลไกเลื่อนกุญแจแบบ Diffie-Hellman ซึ่งเลื่อนไปข้างหน้าทุกครั้งที่มีการแลกเปลี่ยนกุญแจ DH ใหม่ กับกลไกเลื่อนกุญแจแบบสมมาตรซึ่งเลื่อนไปข้างหน้าพร้อมกับทุกข้อความ แต่ละข้อความจะถูกเข้ารหัสด้วยกุญแจเฉพาะที่ลบทิ้งทันทีหลังใช้งาน ดังนั้นการได้กุญแจของข้อความหนึ่งไปจึงไม่ทำให้ข้อความอื่นเสียหาย

ความลับไปข้างหน้าหมายความว่า หากผู้โจมตีบันทึกการรับส่งข้อมูลที่เข้ารหัสไว้ในวันนี้ แล้วเจาะกุญแจส่วนตัวระยะยาวของคุณได้ในภายหลัง ผู้โจมตีก็ยังไม่สามารถถอดรหัสข้อความเก่าได้ Double Ratchet ทำให้เกิดคุณสมบัตินี้ได้เพราะกุญแจสำหรับแต่ละข้อความมีอายุชั่วคราวและถูกลบทิ้งทันที มีเพียงอุปกรณ์ที่เข้าร่วมการสนทนาในขณะนั้นเท่านั้นที่สามารถถอดรหัสข้อความในอดีตได้ และต้องเป็นอุปกรณ์ที่ยังไม่ได้ลบข้อความเหล่านั้นภายในเครื่อง

Double Ratchet ยังมีความสามารถในการกู้คืนหลังการเจาะระบบ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าความปลอดภัยหลังถูกเจาะระบบ หากผู้โจมตีเจาะอุปกรณ์ได้ชั่วขณะและอ่านกุญแจปัจจุบันของอุปกรณ์ได้ การเลื่อนกุญแจ DH ในขั้นถัดไปจะสร้างกุญแจใหม่ที่ผู้โจมตีคาดเดาไม่ได้ ข้อความในอนาคตจะกลับมาปลอดภัยอีกครั้งโดยไม่ต้องดำเนินการด้วยตนเอง ต่างจากระบบที่การถูกเจาะกุญแจเพียงครั้งเดียวทำให้ข้อความถัดมาทั้งหมดถูกเปิดเผย

ในปี 2016 WhatsApp ดำเนินการติดตั้งการเข้ารหัสตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางด้วยโพรโทคอล Signal ครบถ้วนในทุกแพลตฟอร์ม ครอบคลุมผู้ใช้มากกว่าหนึ่งพันล้านคนในขณะนั้น นี่เป็นการติดตั้งระบบการเข้ารหัสตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ การผนวกรวมนี้พัฒนาร่วมกับ Open Whisper Systems ซึ่งเป็นองค์กรที่อยู่เบื้องหลัง Signal การนำไปใช้งานของ WhatsApp ได้รับการตรวจสอบโดยหน่วยงานอิสระและยืนยันว่าถูกต้อง

แม้เนื้อหาจะเข้ารหัสแล้ว แต่เดิมโพรโทคอล Signal ยังคงเปิดเผยต่อเซิร์ฟเวอร์ว่าใครกำลังส่งข้อความหาใคร ผู้ส่งแบบปิดผนึกเป็นส่วนขยายที่เข้ารหัสตัวตนของผู้ส่งไว้ภายในซองข้อความ เซิร์ฟเวอร์จะทราบเพียงผู้รับ ไม่ทราบผู้ส่ง จึงลดข้อมูลเมตาที่เซิร์ฟเวอร์หรือผู้ที่ขอข้อมูลบันทึกของเซิร์ฟเวอร์ด้วยหมายศาลสามารถเข้าถึงได้ ผู้รับจะถอดรหัสซองข้อความชั้นนอกเพื่อดูว่าใครเป็นผู้ส่งข้อความ

Disappearing messages add a timer after which messages are deleted from both sender and recipient devices. Combined with the Double Ratchet's ephemeral keys, this means that even forensic examination of a seized device at a later date may find no recoverable plaintext. Signal's Note to Self feature and disappearing message defaults encourage minimal data retention as a privacy practice.

iMessage ของแอปเปิลใช้การเข้ารหัสตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางเมื่อทั้งสองฝ่ายเปิดใช้ iMessage และจะถอยกลับไปใช้ SMS เมื่อฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งไม่ได้เปิดใช้ iMessage iMessage เก็บคีย์ข้อความที่เข้ารหัสไว้ในพวงกุญแจของ iCloud ทำให้เข้าถึงได้จากหลายอุปกรณ์ แต่ก็หมายความว่าในทางเทคนิคแล้วแอปเปิลสามารถเข้าถึงข้อความได้หากมีคำสั่งตามกฎหมายและเปิดใช้ข้อมูลสำรองของ iCloud อยู่ ต่างจากซิกแนลตรงที่ iMessage ไม่ได้ใช้แรตเชตคู่ จึงไม่มีหลักประกันด้านการรักษาความลับย้อนหลังในระดับเดียวกัน

ในการสนทนาระหว่างสองฝ่าย แรตเชตคู่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในกลุ่มที่มีสมาชิก N คน ข้อความทุกข้อความต้องถูกเข้ารหัสแยกกันสำหรับสมาชิกแต่ละคน หรือไม่ก็ต้องจัดการคีย์กลุ่มร่วมกัน การจัดการคีย์กลุ่มอย่างปลอดภัยมีความซับซ้อน เมื่อสมาชิกออกจากกลุ่ม สมาชิกที่เหลือทั้งหมดต้องสร้างคีย์ใหม่ ซึ่งเรียกว่าความปลอดภัยหลังถูกเจาะระบบสำหรับกลุ่ม โปรโตคอลความปลอดภัยชั้นการส่งข้อความ (MLS/RFC 9420) แก้ปัญหานี้ด้วยการอัปเดตคีย์ที่มีความซับซ้อนแบบลอการิทึม

ซิกแนลเป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สอย่างสมบูรณ์ เก็บข้อมูลเมทาดาทาน้อยที่สุด และใช้โปรโตคอลซิกแนลตลอดทั้งระบบ WhatsApp ใช้โปรโตคอลซิกแนลสำหรับข้อความ แต่มีเมตาเป็นเจ้าของและเก็บข้อมูลเมทาดาทาจำนวนมาก เทเลแกรมใช้โปรโตคอล MTProto ที่พัฒนาขึ้นเองเฉพาะในการสนทนาลับ ส่วนการสนทนาทั่วไปไม่ได้เข้ารหัสตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางและจัดเก็บไว้บนเซิร์ฟเวอร์ของเทเลแกรม หากต้องการความเป็นส่วนตัวสูงสุด ขอแนะนำให้ใช้ซิกแนลร่วมกับข้อความที่หายไป

คุณสมบัติใดของแรตเชตคู่ที่ทำให้การขโมยคีย์ของข้อความหนึ่งข้อความไม่เปิดเผยข้อความอื่น

โปรโตคอลซิกแนลผสาน X3DH สำหรับการตกลงคีย์เมื่ออีกฝ่ายออฟไลน์เข้ากับแรตเชตคู่สำหรับการสร้างคีย์แยกตามข้อความ การรักษาความลับย้อนหลังช่วยปกป้องข้อความในอดีต ส่วนการกู้คืนหลังถูกเจาะระบบช่วยปกป้องข้อความในอนาคตหลังเกิดการบุกรุก WhatsApp นำระบบนี้ไปใช้งานในวงกว้างในปี 2016 การส่งข้อความแบบกลุ่มต้องใช้โปรโตคอลจัดการคีย์ที่ซับซ้อนขึ้น เช่น MLS ส่วนการปกป้องเมทาดาทาต้องใช้เทคนิคเพิ่มเติม เช่น ผู้ส่งที่ถูกปิดบัง