libsodium: ไลบรารีการเข้ารหัสที่ลดความเสี่ยงจากการใช้งานผิดวิธี

libsodium ถูกสร้างโดย Frank Denis ในฐานะรุ่นสร้างที่พกพาได้และทำงานข้ามแพลตฟอร์มของไลบรารี NaCl (ไลบรารีเครือข่ายและการเข้ารหัส) ซึ่งพัฒนาโดย Daniel Bernstein, Tanja Lange และ Peter Schwabe แนวคิดหลักคือทำให้การใช้การเข้ารหัสอย่างถูกต้องทำได้ง่ายที่สุด และทำให้การใช้งานอย่างไม่ถูกต้องทำได้ยากที่สุด ค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัย ส่วนเชื่อมต่อโปรแกรมประยุกต์ที่เรียบง่าย และการเลือกอัลกอริทึมที่กำหนดแนวทางไว้อย่างชัดเจน ช่วยป้องกันข้อผิดพลาดทั่วไปที่มักเกิดกับไลบรารีระดับล่าง

crypto_secretbox ให้บริการการเข้ารหัสที่ยืนยันความถูกต้องด้วยคีย์ลับโดยใช้ XSalsa20-Poly1305 API รับข้อความ นอนซ์ขนาด 24 ไบต์ (สร้างแบบสุ่ม) และคีย์ขนาด 32 ไบต์ ผลลัพธ์คือข้อความเข้ารหัสที่ผ่านทั้งการเข้ารหัสและการยืนยันความถูกต้อง crypto_secretbox_open จะถอดรหัสและตรวจสอบแท็กยืนยันความถูกต้องเป็นขั้นตอนเดียว พร้อมส่งคืนข้อผิดพลาดหากตรวจพบการดัดแปลง วิธีนี้ป้องกันไม่ให้ถอดรหัสข้อความเข้ารหัสที่เสียหายหรือถูกแก้ไขโดยผู้ไม่หวังดี

crypto_box ให้บริการการเข้ารหัสที่ยืนยันความถูกต้องด้วยคีย์สาธารณะระหว่างสองฝ่ายโดยใช้ X25519-XSalsa20-Poly1305 เมื่อมีคีย์ส่วนตัวของผู้ส่งและคีย์สาธารณะของผู้รับ ฟังก์ชันนี้จะเข้ารหัสและยืนยันความถูกต้องของข้อความ เพื่อให้เฉพาะผู้รับที่ต้องการเท่านั้นที่ถอดรหัสได้ และผู้รับสามารถตรวจสอบตัวตนของผู้ส่งได้ crypto_box_seal เป็นรูปแบบไม่ระบุตัวตน โดยซ่อนผู้ส่งและให้เฉพาะการเข้ารหัสเท่านั้น ไม่มีกลไกยืนยันตัวตนของผู้ส่ง

crypto_sign ใช้สร้างลายเซ็นดิจิทัลด้วย Ed25519 การสร้างคีย์จะได้คีย์ส่วนตัวขนาด 64 ไบต์ (จริง ๆ แล้วคือซีดที่ต่อกับคีย์สาธารณะ) และคีย์สาธารณะขนาด 32 ไบต์ การลงนามจะสร้างลายเซ็นขนาด 64 ไบต์ การตรวจสอบทำได้รวดเร็วและใช้เวลาคงที่ ลายเซ็น Ed25519 เป็นแบบกำหนดแน่นอน (ข้อความและคีย์เดียวกันจะสร้างลายเซ็นเดียวกันเสมอ) จึงขจัดช่องโหว่จากความล้มเหลวในการสุ่มที่เคยส่งผลกระทบต่อ ECDSA ในการนำไปใช้บางรูปแบบ

crypto_generichash ให้บริการการแฮชทั่วไปโดยใช้ BLAKE2b ซึ่งแตกต่างจาก SHA-256 ตรงที่ BLAKE2b ไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้าง HMAC แยกต่างหากสำหรับการแฮชด้วยคีย์ แต่รับคีย์เสริมได้โดยตรง ความยาวผลลัพธ์กำหนดได้ตั้งแต่ 16 ถึง 64 ไบต์ บนตัวประมวลผล 64 บิตรุ่นใหม่ BLAKE2b ทำงานได้เร็วกว่า SHA-256 และ SHA-512 พร้อมมอบคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่เทียบเท่าหรือดีกว่า

crypto_kdf ใช้สร้างคีย์ย่อยจากคีย์หลักด้วย BLAKE2b เมื่อมีคีย์หลักขนาด 32 ไบต์ สตริงบริบท (ขนาด 8 ไบต์ที่ระบุวัตถุประสงค์) และ ID ของคีย์ย่อย (ตัวเลขขนาด 64 บิต) ฟังก์ชันนี้จะสร้างคีย์ย่อยที่เป็นอิสระทางการเข้ารหัส โดยกำหนดความยาวได้ วิธีนี้ช่วยให้สร้างคีย์อิสระหลายคีย์จากคีย์หลักเดียวสำหรับวัตถุประสงค์ต่าง ๆ ได้ โดยไม่มีความเชื่อมโยงระหว่างคีย์ย่อยที่สร้างขึ้น

crypto_pwhash ให้บริการการแฮชรหัสผ่านโดยใช้ Argon2id ซึ่งเป็นผู้ชนะการแข่งขันการแฮชรหัสผ่าน Argon2id ผสานการคำนวณที่ใช้หน่วยความจำสูง (ต้านทานการโจมตีด้วย GPU) เข้ากับการคำนวณที่ใช้เวลาสูง (ต้านทานการโจมตีด้วย ASIC) พารามิเตอร์ประกอบด้วยขีดจำกัดจำนวนการดำเนินการ (ต้นทุนด้านเวลา) และขีดจำกัดหน่วยความจำ ซึ่งสามารถปรับให้เหมาะกับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยได้ crypto_pwhash_str สร้างสตริงมาตรฐานที่เหมาะสำหรับจัดเก็บ โดยมีข้อมูลอัลกอริทึมและพารามิเตอร์รวมอยู่ด้วย

crypto_box_seal เข้ารหัสข้อความถึงผู้รับโดยไม่เปิดเผยผู้ส่ง ฟังก์ชันนี้สร้างคู่คีย์ชั่วคราว แลกเปลี่ยนคีย์กับคีย์สาธารณะของผู้รับ แล้วทิ้งคีย์ส่วนตัวชั่วคราวนั้น ผู้รับสามารถถอดรหัสโดยใช้คีย์ส่วนตัวของตนเอง แต่ไม่สามารถระบุตัวผู้ส่งได้ วิธีนี้เหมาะสำหรับระบบรับข้อมูลแบบไม่ระบุตัวตนและช่องทางเข้ารหัสทางเดียว

libsodium มีตัวเชื่อมต่อสำหรับภาษาโปรแกรมหลักแทบทุกภาษา PyNaCl มีตัวเชื่อมต่อ Python ที่เป็นธรรมชาติตามรูปแบบของภาษา พร้อมข้อยกเว้นและออบเจ็กต์ไบต์แบบ Python libsodium-wrappers มีตัวเชื่อมต่อ JavaScript/Node.js (ใช้ WASM ในเบราว์เซอร์) ส่วน libsodium.js เป็นการพอร์ตด้วย JavaScript ล้วน คุณภาพของตัวเชื่อมต่อแตกต่างกันไป ควรเลือกตัวเชื่อมต่ออย่างเป็นทางการหรือได้รับการดูแลอย่างกว้างขวาง ซึ่งครอบไลบรารี C แทนการสร้างอัลกอริทึมขึ้นใหม่

API ระดับต่ำของ OpenSSL กำหนดให้ตัดสินใจอย่างชัดเจนเกี่ยวกับอัลกอริทึม ขนาดคีย์ โหมด การเติมข้อมูล และการจัดการ IV การจับคู่ที่ไม่ถูกต้องจะได้รับการยอมรับโดยไม่แจ้งเตือน libsodium มีการนำไปใช้ที่ถูกต้องเพียงแบบเดียวสำหรับแต่ละกรณีการใช้งาน โดยไม่จำเป็นต้องกำหนดค่า ตัวอย่างเช่น การเข้ารหัสด้วย OpenSSL ต้องเลือกชุดรหัส โหมด การสร้างคีย์ การสร้าง IV และการเติมข้อมูล ส่วนเมื่อใช้ crypto_secretbox ของ libsodium คุณเพียงส่งคีย์ นอนซ์ และข้อความ จากนั้นระบบจะจัดการส่วนที่เหลืออย่างถูกต้อง

libsodium เป็นจุดเริ่มต้นที่แนะนำสำหรับโครงการใด ๆ ที่ต้องใช้การดำเนินการด้านการเข้ารหัสลับในภาษาที่รองรับ พื้นที่ API ขนาดเล็กช่วยลดโอกาสการใช้งานผิด อัลกอริทึมมีความทันสมัยและผ่านการวิเคราะห์อย่างละเอียด และการนำไปใช้ด้วย C ที่รองรับหลายแพลตฟอร์มผ่านการทดสอบอย่างทั่วถึง การเปลี่ยนไปใช้ไลบรารีระดับต่ำกว่าอย่าง OpenSSL ควรทำเฉพาะเมื่อจำเป็นต้องใช้อัลกอริทึมเฉพาะที่ไม่มีใน libsodium หรือต้องการการตรวจรับรอง FIPS 140-2

ควรใช้ฟังก์ชันใดของ libsodium เพื่อแฮชรหัสผ่านสำหรับจัดเก็บในฐานข้อมูล

สรุป libsodium: ค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัยและ API ที่ใช้งานผิดได้ยาก สร้างบนพื้นฐานของ NaCl โดย Bernstein และคณะ, crypto_secretbox สำหรับการเข้ารหัสด้วยคีย์ลับ (XSalsa20-Poly1305), crypto_box สำหรับการเข้ารหัสด้วยคีย์สาธารณะ (X25519), crypto_sign สำหรับลายเซ็น Ed25519, crypto_generichash สำหรับการแฮชด้วย BLAKE2b, crypto_pwhash สำหรับการแฮชรหัสผ่านด้วย Argon2id, กล่องปิดผนึกสำหรับการเข้ารหัสแบบไม่ระบุตัวตน และตัวเชื่อมต่อภาษาสำหรับแพลตฟอร์มหลักส่วนใหญ่