Modern Mesajlaşmada Uçtan Uca Şifreleme

Signal Protocol, Signal, WhatsApp ve diğer güvenli mesajlaşma uygulamalarının temelindeki kriptografik yapıdır. İki algoritmayı birleştirir: alıcı çevrim dışıyken başlangıçtaki ortak gizli değeri oluşturmak için X3DH ve her bir mesaj için yeni bir şifreleme anahtarı türetmek için Double Ratchet. Bunun sonucunda, kullanıcıya görünmeden güçlü gizlilik ve ileriye dönük gizlilik sağlanır.

X3DH, taraflardan biri çevrim dışı olsa bile iki tarafın ortak bir gizli değer oluşturmasını sağlar. Uzun vadeli kimlik anahtarlarını, orta vadeli imzalı ön anahtarları ve tek kullanımlık ön anahtarları birleştiren dört Diffie-Hellman hesaplaması kullanır. Sunucu, alıcı tarafından önceden yüklenen ön anahtarları saklar. Gönderen bu anahtarları kullanarak X3DH işlemini gerçekleştirir, ortak bir gizli değer türetir ve alıcının çevrim içi olmasını beklemeden şifreli bir ilk mesaj gönderir.

X3DH başlangıçtaki ortak gizli değeri oluşturduktan sonra devam eden konuşmanın yönetimini Double Ratchet devralır. Yeni DH anahtarları değiş tokuş edildiğinde ilerleyen bir Diffie-Hellman anahtar ilerletme mekanizmasını ve her bir mesajla ilerleyen bir simetrik anahtar ilerletme mekanizmasını birleştirir. Her mesaj, kullanıldıktan hemen sonra silinen benzersiz bir anahtarla şifrelenir; bu nedenle tek bir mesajın anahtarının ele geçirilmesi başka hiçbir mesajı tehlikeye atmaz.

İleriye dönük gizlilik, bir saldırgan bugün şifreli trafiği kaydeder ve daha sonra uzun vadeli özel anahtarınızı ele geçirirse eski mesajların şifresini yine de çözememesi anlamına gelir. Double Ratchet bunu, mesaj başına kullanılan anahtarların geçici olması ve hemen silinmesi sayesinde sağlar. Geçmiş mesajların şifresini yalnızca konuşmaya o sırada katılmış ve bu mesajları yerel olarak silmemiş bir cihaz çözebilir.

Double Ratchet, bazen ihlal sonrası güvenlik olarak da adlandırılan ihlal sonrası kurtarma özelliğini de sağlar. Bir saldırgan bir cihazı kısa süreliğine ele geçirip mevcut anahtarlarını okursa, sonraki DH anahtar ilerletme adımı saldırganın öngöremeyeceği yeni anahtarlar üretir. Tek bir anahtarın ele geçirilmesinin sonraki tüm mesajları açığa çıkardığı sistemlerin aksine, gelecekteki mesajlar herhangi bir elle müdahale olmadan yeniden güvenli hâle gelir.

2016 yılında WhatsApp, o sırada bir milyardan fazla kullanıcıyı kapsayacak şekilde tüm platformlarında Signal Protokolü uçtan uca şifrelemesini kullanıma sundu. Bu, tarihteki en büyük uçtan uca şifreleme dağıtımıydı. Entegrasyon, Signal'ın arkasındaki kuruluş olan Open Whisper Systems ile iş birliği içinde geliştirildi. WhatsApp'ın uygulaması bağımsız olarak denetlendi ve doğru çalıştığı doğrulandı.

İçerik şifrelenmiş olsa bile Signal Protocol başlangıçta sunucuya mesajları kimin kime gönderdiğini gösteriyordu. Mühürlü Gönderici, gönderenin kimliğini mesaj zarfının içinde şifreleyen bir uzantıdır. Sunucu yalnızca alıcıyı bilir; böylece sunucunun veya sunucu kayıtlarını mahkeme celbiyle talep eden kişilerin erişebildiği meta veri miktarı azalır. Alıcı, mesajı kimin gönderdiğini öğrenmek için dış zarfın şifresini çözer.

Kaybolan mesajlar, mesajların hem gönderenin hem de alıcının cihazlarından silineceği bir zamanlayıcı ekler. Çift Mandal'ın geçici anahtarlarıyla bir araya geldiğinde bu, daha sonraki bir tarihte el konulmuş bir cihaz üzerinde adli inceleme yapılsa bile kurtarılabilir düz metin bulunamayabileceği anlamına gelir. Signal'ın Kendime Not özelliği ve kaybolan mesaj varsayılanları, bir gizlilik uygulaması olarak verilerin en az düzeyde saklanmasını teşvik eder.

Apple'ın iMessage'ı, her iki tarafın da iMessage'ı etkinleştirmiş olması durumunda uçtan uca şifreleme kullanır; taraflardan biri bunu etkinleştirmemişse SMS'e geri döner. iMessage, şifrelenmiş mesaj anahtarlarını iCloud Anahtar Zinciri'nde saklar. Bu, birden çok cihazdan erişime olanak tanırken iCloud yedeklemesi etkinse ve Apple yasal olarak zorlanırsa Apple'ın teknik olarak mesajlara erişebileceği anlamına da gelir. Signal'dan farklı olarak iMessage, Çift Mandal'ı kullanmaz; bu nedenle aynı ileri yönlü gizlilik güvencelerine sahip değildir.

İki taraflı bir görüşmede Çift Mandal verimlidir. N üyeli bir grupta her mesajın her üye için ayrı ayrı şifrelenmesi veya ortak bir grup anahtarının yönetilmesi gerekir. Grup anahtarlarını güvenli biçimde yönetmek karmaşıktır: bir üye ayrıldığında kalan tüm üyeler anahtarlarını yenilemelidir; bu, gruplar için ihlal sonrası güvenlik olarak bilinir. Mesajlaşma Katmanı Güvenliği protokolü (MLS/RFC 9420), anahtar güncellemelerini logaritmik karmaşıklıkla gerçekleştirerek bu sorunu ele alır.

Signal tamamen açık kaynaklıdır, en az düzeyde üst veri toplar ve her yerde Signal Protokolü'nü kullanır. WhatsApp, mesajlar için Signal Protokolü'nü kullanır; ancak Meta'ya aittir ve önemli miktarda üst veri toplar. Telegram, özel MTProto protokolünü yalnızca Gizli Sohbetler'de kullanır; normal sohbetler uçtan uca şifrelenmez ve Telegram sunucularında saklanır. En yüksek gizlilik düzeyi için kaybolan mesajlarla birlikte Signal kullanılması önerilir.

Çift Mandal'ın hangi özelliği, tek bir mesajın anahtarının ele geçirilmesinin diğer mesajları açığa çıkarmamasını sağlar?

Signal Protokolü, çevrimdışı anahtar anlaşması için X3DH'yi, mesaj başına anahtar türetme içinse Çift Mandal'ı birleştirir. İleri yönlü gizlilik geçmişteki mesajları korur; ihlal sonrası kurtarma ise bir güvenlik ihlalinden sonra gelecekteki mesajları korur. WhatsApp bunu 2016'da geniş ölçekte kullanıma sundu. Grup mesajlaşması, MLS gibi daha karmaşık anahtar yönetimi protokolleri gerektirir. Üst verilerin korunması, mühürlü gönderen gibi ek teknikler gerektirir.