ДПКИ: елиминисање недостатака централизованог ПКИ-а коришћењем блоцкцхаина

Није тајна да је један од најчешће коришћених помоћних алата, без којих је заштита података у отвореним мрежама немогућа, технологија дигиталних сертификата. Међутим, није тајна да је главни недостатак технологије безусловно поверење у центре који издају дигиталне сертификате. Директор технологије и иновација у ЕНЦРИ Андреи Цхмора предложио је нови приступ организовању инфраструктура јавног кључа (Инфраструктура јавног кључа, ПКИ), који ће помоћи у отклањању тренутних недостатака и који користи технологију дистрибуиране књиге (блоцкцхаин). Али прво ствари.

Ако сте упознати са начином на који ваша тренутна инфраструктура јавних кључева функционише и знате њене кључне недостатке, можете прескочити на оно што предлажемо да промените у наставку.

Шта су дигитални потписи и сертификати?Интеракција на Интернету увек подразумева пренос података. Сви смо заинтересовани да осигурамо да се подаци преносе безбедно. Али шта је безбедност? Најтраженије безбедносне услуге су поверљивост, интегритет и аутентичност. У ту сврху тренутно се користе методе асиметричне криптографије, односно криптографије са јавним кључем.

Почнимо са чињеницом да за коришћење ових метода субјекти интеракције морају имати два појединачна упарена кључа - јавни и тајни. Уз њихову помоћ обезбеђују се услуге обезбеђења које смо поменули.

Како се постиже поверљивост преноса информација? Пре слања података, претплатник који шаље шифрује (криптографски трансформише) отворене податке користећи јавни кључ примаоца, а прималац дешифрује примљени шифровани текст користећи упарени тајни кључ.

Како се постиже интегритет и аутентичност пренетих информација? Да би се решио овај проблем, створен је још један механизам. Отворени подаци нису шифровани, али се резултат примене криптографске хеш функције – „компримована“ слика низа улазних података – преноси у шифрованом облику. Резултат таквог хеширања назива се „дајџест“ и шифрује се помоћу тајног кључа претплатника који шаље („сведока“). Као резултат шифровања сажетка добија се дигитални потпис. Он се, заједно са јасним текстом, преноси до претплатника примаоца („верификатор“). Он дешифрује дигитални потпис на јавном кључу сведока и упоређује га са резултатом примене криптографске хеш функције, коју верификатор самостално израчунава на основу примљених отворених података. Ако се поклапају, то значи да је претплатник који шаље податке пренео у аутентичном и потпуном облику, а не модификован од стране нападача.

Већина ресурса који раде са личним подацима и информацијама о плаћању (банке, осигуравајућа друштва, авио компаније, платни системи, као и владини портали као што је пореска служба) активно користе методе асиметричне криптографије.

Какве везе дигитални сертификат има са тим? То је једноставно. И први и други процес укључују јавне кључеве, а пошто они играју централну улогу, веома је важно осигурати да кључеви заиста припадају пошиљаоцу (сведоку, у случају верификације потписа) или примаоцу, а не замењен кључевима нападача. Због тога постоје дигитални сертификати да би се осигурала аутентичност и интегритет јавног кључа.

Напомена: аутентичност и интегритет јавног кључа се потврђује на потпуно исти начин као и аутентичност и интегритет јавних података, односно коришћењем електронског дигиталног потписа (ЕДС).
Одакле потичу дигитални сертификати?Поуздани ауторитети за сертификацију, или сертификациони ауторитети (ЦА), одговорни су за издавање и одржавање дигиталних сертификата. Подносилац захтева захтева издавање сертификата од УА, пролази идентификацију у Регистрационом центру (ЦР) и добија сертификат од ЦА. ЦА гарантује да јавни кључ из сертификата припада управо оном ентитету за који је издат.

Ако не потврдите аутентичност јавног кључа, нападач током преноса/чувања овог кључа може да га замени својим. Ако је до замене дошло, нападач ће моћи да дешифрује све што претплатник шаље претплатнику примаоцу или да промени отворене податке по сопственом нахођењу.

Дигитални сертификати се користе свуда где је доступна асиметрична криптографија. Један од најчешћих дигиталних сертификата су ССЛ сертификати за безбедну комуникацију преко ХТТПС протокола. Стотине компанија регистрованих у различитим јурисдикцијама укључене су у издавање ССЛ сертификата. Главни удео отпада на пет до десет великих центара од поверења: ИденТруст, Цомодо, ГоДадди, ГлобалСигн, ДигиЦерт, ЦЕРТУМ, Ацталис, Сецом, Трустваве.

ЦА и ЦР су компоненте ПКИ-а, који такође укључује:

• Отворите директоријум – јавна база података која обезбеђује безбедно складиштење дигиталних сертификата.
• Листа опозива сертификата – јавна база података која обезбеђује безбедно складиштење дигиталних сертификата опозваних јавних кључева (на пример, због компромитовања упареног приватног кључа). Субјекти инфраструктуре могу самостално приступити овој бази података, или могу користити специјализовани Онлине Цертифицатион Статус Протоцол (ОЦСП), који поједностављује процес верификације.
• Корисници сертификата – сервисирани ПКИ субјекти који су склопили кориснички уговор са ЦА и проверавали дигитални потпис и/или шифровали податке на основу јавног кључа из сертификата.
• Следбеници – опслуживали ПКИ субјекте који поседују тајни кључ упарен са јавним кључем из сертификата, а који су склопили претплатнички уговор са ЦА. Претплатник може истовремено бити и корисник сертификата.

Дакле, поверљиви ентитети инфраструктуре јавног кључа, који укључују ЦА, ЦР и отворене директоријуме, одговорни су за:

1. Провера аутентичности идентитета подносиоца представке.
2. Профилисање сертификата јавног кључа.
3. Издавање сертификата јавног кључа за подносиоца захтева чији је идентитет поуздано потврђен.
4. Промените статус сертификата јавног кључа.
5. Пружање информација о тренутном статусу сертификата јавног кључа.

Недостаци ПКИ-ја, који су они?Основна мана ПКИ-а је присуство ентитета од поверења.
Корисници морају безусловно веровати ЦА и ЦР. Али, како показује пракса, безусловно поверење је преплављено озбиљним последицама.

У протеклих десет година у овој области било је неколико великих скандала везаних за рањивост инфраструктуре.

— 2010. злонамерни софтвер Стукнет је почео да се шири на мрежи, потписан коришћењем украдених дигиталних сертификата од РеалТек-а и ЈМицрон-а.

– Гугл је 2017. оптужио Симантец за издавање великог броја фалсификованих сертификата. У то време, Симантец је био један од највећих ЦА у смислу обима производње. У претраживачу Гоогле Цхроме 70 подршка за сертификате које издаје ова компанија и њени придружени центри ГеоТруст и Тхавте обустављена је пре 1. децембра 2017. године.

ЦА-ови су били компромитовани, и као резултат тога, сви су патили — и сами ЦА, као и корисници и претплатници. Поверење у инфраструктуру је нарушено. Осим тога, дигитални сертификати могу бити блокирани у контексту политичких сукоба, што ће такође утицати на рад многих ресурса. Управо од тога страховали су пре неколико година у администрацији руског председника, где су 2016. разговарали о могућности стварања државног центра за сертификацију који би издавао ССЛ сертификате сајтовима на Рунету. Тренутно стање је такво да чак и државни портали у Русији употреба дигитални сертификати које издају америчке компаније Цомодо или Тхавте (подружница Симантец-а).

Постоји још један проблем - питање примарна аутентификација (аутентификација) корисника. Како идентификовати корисника који је контактирао ЦА са захтевом за издавање дигиталног сертификата без директног личног контакта? Сада се то решава ситуационо у зависности од могућности инфраструктуре. Нешто се узима из отворених регистара (на пример, подаци о правним лицима која траже сертификате); у случајевима када су подносиоци захтева физичка лица могу се користити канцеларије банке или поште, где се њихов идентитет потврђује идентификационим документима, на пример пасошем.

Проблем фалсификовања акредитива у сврху лажног представљања је фундаменталан. Напомињемо да из теоријских разлога за овај проблем нема потпуног решења: без а приори поузданих информација немогуће је потврдити или порећи аутентичност одређеног предмета. По правилу, за верификацију је потребно доставити комплет докумената који доказују идентитет подносиоца захтева. Постоји много различитих метода верификације, али ниједан од њих не пружа потпуну гаранцију аутентичности докумената. Сходно томе, аутентичност идентитета подносиоца представке такође се не може гарантовати.

Како се ови недостаци могу отклонити?Ако се проблеми ПКИ-а у садашњем стању могу објаснити централизацијом, онда је логично претпоставити да би децентрализација помогла да се уочени недостаци делимично отклоне.

Децентрализација не подразумева присуство ентитета од поверења – ако креирате децентрализована инфраструктура јавног кључа (Децентрализована инфраструктура јавног кључа, ДПКИ), тада нису потребни ни ЦА ни ЦР. Хајде да напустимо концепт дигиталног сертификата и користимо дистрибуирани регистар за чување информација о јавним кључевима. У нашем случају, регистар називамо линеарном базом података која се састоји од појединачних записа (блокова) повезаних коришћењем блоцкцхаин технологије. Уместо дигиталног сертификата, увешћемо концепт „обавештења“.

Како ће изгледати процес пријема, верификације и отказивања обавештења у предложеном ДПКИ:

1. Сваки подносилац пријаве самостално подноси пријаву за обавештење попуњавањем обрасца приликом регистрације, након чега креира трансакцију која се чува у специјализованом пулу.

2. Информације о јавном кључу, заједно са подацима о власнику и другим метаподацима, чувају се у дистрибуираном регистру, а не у дигиталном сертификату, за чије је издавање у централизованом ПКИ-ју одговоран ЦА.

3. Провјера аутентичности идентитета подносиоца захтјева се врши накнадно, заједничким напорима корисничке заједнице ДПКИ, а не ЦР.

4. Само власник таквог обавештења може променити статус јавног кључа.

5. Свако може приступити дистрибуираној књизи и проверити тренутни статус јавног кључа.

Напомена: Верификација идентитета подносиоца захтева може изгледати непоуздано на први поглед. Али морамо имати на уму да у данашње време сви корисници дигиталних услуга неизбежно остављају дигитални отисак, а овај процес ће само наставити да добија замах. Отворени електронски регистри правних лица, карте, дигитализација слика терена, друштвене мреже – све су то јавно доступни алати. Они се већ успешно користе током истрага и од стране новинара и органа за спровођење закона. На пример, довољно је подсетити се истрага Беллингцат-а или заједничког истражног тима ЈИТ-а, који проучава околности пада малезијског Боинга.

Дакле, како би децентрализована инфраструктура јавног кључа функционисала у пракси? Хајде да се задржимо на опису саме технологије, коју ми патентиран 2018 и с правом то сматрамо својим знањем.

Замислите да постоји неки власник који поседује много јавних кључева, где је сваки кључ одређена трансакција која се чува у регистру. У недостатку ЦА, како можете разумети да сви кључеви припадају овом конкретном власнику? Да би се решио овај проблем, креира се нулта трансакција која садржи податке о власнику и његовом новчанику (од којих се наплаћује провизија за стављање трансакције у регистар). Нулл трансакција је нека врста „сидра“ за коју ће бити прикачене следеће трансакције са подацима о јавним кључевима. Свака таква трансакција садржи специјализовану структуру података, или другим речима, обавештење.

Обавештење је структурирани скуп података који се састоји од функционалних поља и укључује информације о јавном кључу власника, чија је постојаност загарантована постављањем у један од повезаних записа дистрибуираног регистра.

Следеће логично питање је како се формира нулта трансакција? Нулл трансакција—као и накнадне—је агрегација шест поља података. Током формирања нулте трансакције, укључен је пар кључева новчаника (јавни и упарени тајни кључеви). Овај пар кључева се појављује у тренутку када корисник региструје свој новчаник, са којег ће се наплаћивати провизија за постављање нулте трансакције у регистар, а затим и операције са обавештењима.

Као што је приказано на слици, сажетак јавног кључа новчаника се генерише узастопном применом хеш функција СХА256 и РИПЕМД160. Овде је РИПЕМД160 одговоран за компактно представљање података чија ширина не прелази 160 бита. Ово је важно јер регистар није јефтина база података. У пето поље уписује се сам јавни кључ. Прво поље садржи податке који успостављају везу са претходном трансакцијом. За нулту трансакцију, ово поље не садржи ништа, што га разликује од наредних трансакција. Друго поље су подаци за проверу повезаности трансакција. Ради краткоће, назваћемо податке у првом и другом пољу „линк” и „провера”, респективно. Садржај ових поља се генерише итеративним хеширањем, као што је приказано повезивањем друге и треће трансакције на слици испод.

Подаци из првих пет поља су оверени електронским потписом, који се генерише помоћу тајног кључа новчаника.

То је то, нулта трансакција се шаље у скуп и након успешне верификације се уноси у регистар. Сада можете да „повежете“ следеће трансакције са њим. Хајде да размотримо како се формирају трансакције различите од нуле.

Прва ствар која вам је вероватно упала у очи је обиље кључних парова. Поред већ познатог пара кључева за новчаник, користе се обични и сервисни парови кључева.

Обичан јавни кључ је оно због чега је све започето. Овај кључ је укључен у различите процедуре и процесе који се одвијају у спољном свету (банкарске и друге трансакције, ток докумената, итд.). На пример, тајни кључ из обичног пара може да се користи за генерисање дигиталних потписа за различите документе – налоге за плаћање и сл., а јавни кључ се може користити за проверу овог дигиталног потписа уз накнадно извршавање ових инструкција, под условом да се је важећа.

Сервисни пар се издаје регистрованом ДПКИ субјекту. Назив овог пара одговара његовој намени. Имајте на уму да се приликом формирања/провере нулте трансакције не користе сервисни кључеви.

Хајде да поново разјаснимо сврху кључева:

1. Кључеви новчаника се користе за генерисање/верификацију и нулте трансакције и било које друге трансакције које нису нуле. Приватни кључ новчаника је познат само власнику новчаника, који је такође власник многих обичних јавних кључева.
2. Обичан јавни кључ је по сврси сличан јавном кључу за који се издаје сертификат у централизованом ПКИ-ју.
3. Пар сервисних кључева припада ДПКИ. Тајни кључ се издаје регистрованим субјектима и користи се приликом генерисања дигиталних потписа за трансакције (осим за нулте трансакције). Публиц се користи за верификацију електронског дигиталног потписа трансакције пре него што се иста стави у регистар.

Дакле, постоје две групе кључева. Први укључује сервисне кључеве и кључеве новчаника - они имају смисла само у контексту ДПКИ. Друга група укључује обичне кључеве - њихов обим може варирати и одређен је задацима апликације у којима се користе. Истовремено, ДПКИ осигурава интегритет и аутентичност обичних јавних кључева.

Напомена: Пар сервисних кључева може бити познат различитим ДПКИ ентитетима. На пример, може бити исто за све. Из тог разлога се приликом генерисања потписа сваке трансакције различитој од нуле користе два тајна кључа, од којих је један кључ новчаника – познат је само власнику новчаника, који је и власник многих обичних јавни кључеви. Сви кључеви имају своје значење. На пример, увек је могуће доказати да је трансакцију у регистар унео регистровани ДПКИ субјект, пошто је потпис такође генерисан на кључу тајне службе. И не може бити злоупотреба, као што су ДОС напади, јер власник плаћа сваку трансакцију.

Све трансакције које прате нулту јединицу формирају се на сличан начин: јавни кључ (не новчаник, као у случају нулте трансакције, већ из обичног пара кључева) се покреће кроз две хеш функције СХА256 и РИПЕМД160. Тако се формирају подаци трећег поља. Четврто поље садржи пратеће информације (на пример, информације о тренутном статусу, датумима истека, временској ознаци, идентификаторима коришћених крипто-алгоритама итд.). Пето поље садржи јавни кључ из пара сервисних кључева. Уз његову помоћ, дигитални потпис ће потом бити проверен, па ће бити реплициран. Хајде да оправдамо потребу за таквим приступом.

Подсетимо се да се трансакција уноси у скуп и тамо чува док се не обради. Чување у пулу је повезано са одређеним ризиком – подаци о трансакцијама могу бити фалсификовани. Власник оверава податке о трансакцији електронским дигиталним потписом. Јавни кључ за проверу овог дигиталног потписа је експлицитно назначен у једном од поља трансакције и накнадно се уноси у регистар. Особености обраде трансакције су такве да је нападач у могућности да промени податке по сопственом нахођењу и затим их верификује помоћу свог тајног кључа, и назначи упарени јавни кључ за проверу дигиталног потписа у трансакцији. Ако се аутентичност и интегритет осигуравају искључиво дигиталним потписом, онда ће такав фалсификат остати непримећен. Међутим, ако, поред дигиталног потписа, постоји додатни механизам који обезбеђује и архивирање и постојаност сачуваних информација, онда се фалсификат може открити. Да бисте то урадили, довољно је да унесете оригинални јавни кључ власника у регистар. Хајде да објаснимо како ово функционише.

Нека нападач кривотвори податке о трансакцијама. Са становишта кључева и дигиталних потписа, могуће су следеће опције:

1. Нападач ставља свој јавни кључ у трансакцију док дигитални потпис власника остаје непромењен.
2. Нападач креира дигитални потпис на свом приватном кључу, али оставља власников јавни кључ непромењен.
3. Нападач креира дигитални потпис на свом приватном кључу и ставља упарени јавни кључ у трансакцију.

Очигледно, опције 1 и 2 су бесмислене, јер ће увек бити откривене током верификације дигиталног потписа. Само опција 3 има смисла, и ако нападач формира дигитални потпис на сопственом тајном кључу, онда је приморан да сачува упарени јавни кључ у трансакцији, различит од јавног кључа власника. Ово је једини начин да нападач наметне фалсификоване податке.

Претпоставимо да власник има фиксни пар кључева – приватни и јавни. Нека подаци буду оверени дигиталним потписом помоћу тајног кључа из овог пара, а јавни кључ је назначен у трансакцији. Претпоставимо и да је овај јавни кључ претходно унет у регистар и да је његова аутентичност поуздано верификована. Тада ће се на фалсификат указивати чињеница да јавни кључ из трансакције не одговара јавном кључу из регистра.

Хајде да сумирамо. Приликом обраде првих података о трансакцији власника, потребно је проверити аутентичност јавног кључа унетог у регистар. Да бисте то урадили, прочитајте кључ из регистра и упоредите га са правим јавним кључем власника унутар безбедносног периметра (област релативне нерањивости). Ако је аутентичност кључа потврђена и његова постојаност је загарантована при постављању, онда се аутентичност кључа из наредне трансакције може лако потврдити/побити упоређивањем са кључем из регистра. Другим речима, кључ из регистра се користи као референтни узорак. Све остале трансакције власника се обрађују на сличан начин.

Трансакција је оверена електронским дигиталним потписом - овде су потребни тајни кључеви, и то не један, већ два одједном - сервисни кључ и кључ новчаника. Захваљујући употреби два тајна кључа, обезбеђен је неопходан ниво безбедности – уосталом, сервисни тајни кључ може бити познат другим корисницима, док је тајни кључ новчаника познат само власнику обичног пара кључева. Такав потпис са два кључа назвали смо „консолидованим“ дигиталним потписом.

Верификација трансакција које нису нулте се врши помоћу два јавна кључа: новчаника и сервисног кључа. Процес верификације се може поделити у две главне фазе: прва је провера сажетка јавног кључа новчаника, а друга је провера електронског дигиталног потписа трансакције, истог консолидованог који је формиран помоћу два тајна кључа ( новчаник и сервис). Ако је валидност дигиталног потписа потврђена, онда се након додатне провере трансакција уписује у регистар.

Може се поставити логично питање: како проверити да ли трансакција припада одређеном ланцу са „коријеном“ у облику нулте трансакције? У ту сврху, процес верификације је допуњен још једном фазом - провером повезаности. Овде ће нам бити потребни подаци из прва два поља, која смо до сада игнорисали.

Замислимо да треба да проверимо да ли трансакција број 3 заиста долази после трансакције број 2. Да би се то урадило, користећи комбиновани метод хеширања, израчунава се вредност хеш функције за податке из трећег, четвртог и петог поља трансакције бр.2. Затим се врши конкатенација података из првог поља трансакције број 3 и претходно добијене комбиноване вредности хеш функције за податке из трећег, четвртог и петог поља трансакције број 2. Све ово се такође покреће кроз две хеш функције СХА256 и РИПЕМД160. Ако се примљена вредност поклапа са подацима у другом пољу трансакције број 2, онда је провера прошла и веза је потврђена. Ово је јасније приказано на сликама испод.

Генерално, технологија генерисања и уноса обавештења у регистар изгледа управо овако. Визуелна илустрација процеса формирања ланца обавештења представљена је на следећој слици:

У овом тексту се нећемо задржавати на детаљима, који несумњиво постоје, већ се враћамо на саму идеју ​​децентрализоване инфраструктуре јавног кључа.

Дакле, пошто подносилац сам подноси пријаву за регистрацију обавештења, која се не чувају у бази података ЦА, већ у регистру, треба узети у обзир главне архитектонске компоненте ДПКИ-а:

1. Регистар важећих обавештења (РДН).
2. Регистар опозваних обавештења (РОН).
3. Регистар суспендованих обавештења (РПН).

Информације о јавним кључевима се чувају у РДН/РОН/РПН у облику вредности хеш функције. Такође је вредно напоменути да то могу бити или различити регистри, или различити ланци, или чак један ланац као део јединственог регистра, када се информације о статусу обичног јавног кључа (опозивање, суспензија, итд.) уносе у четврто поље структуре података у облику одговарајуће вредности кода. Постоји много различитих опција за архитектонску имплементацију ДПКИ, а избор једне или друге зависи од низа фактора, на пример, критеријума оптимизације као што су трошкови дугорочне меморије за складиштење јавних кључева итд.

Дакле, ДПКИ се може показати ако не једноставнијим, онда барем упоредивим са централизованим решењем у смислу архитектонске сложености.

Остаје главно питање - Који регистар је погодан за имплементацију технологије?

Главни захтев за регистар је способност генерисања трансакција било које врсте. Најпознатији пример књиге је Битцоин мрежа. Али када се имплементира горе описана технологија, јављају се одређене потешкоће: ограничења постојећег језика скрипти, недостатак неопходних механизама за обраду произвољних скупова података, методе за генерисање трансакција произвољног типа и још много тога.

Ми у ЕНЦРИ смо покушали да решимо горе формулисане проблеме и развили смо регистар који, по нашем мишљењу, има низ предности, а то су:

• подржава неколико врста трансакција: може и размењивати средства (тј. обављати финансијске трансакције) и креирати трансакције са произвољном структуром,
• програмери имају приступ власничком програмском језику ПрисмЛанг, који пружа неопходну флексибилност при решавању различитих технолошких проблема,
• обезбеђен је механизам за обраду произвољних скупова података.

Ако узмемо поједностављени приступ, онда се одвија следећи низ радњи:

1. Подносилац захтева се региструје код ДПКИ и добија дигитални новчаник. Адреса новчаника је хеш вредност јавног кључа новчаника. Приватни кључ новчаника је познат само подносиоцу захтева.
2. Регистрованом субјекту се даје приступ тајном кључу услуге.
3. Субјект генерише нулту трансакцију и верификује је дигиталним потписом користећи тајни кључ новчаника.
4. Ако се формира трансакција различита од нуле, она се оверава електронским дигиталним потписом помоћу два тајна кључа: новчаника и сервисног.
5. Субјект предаје трансакцију групи.
6. Мрежни чвор ЕНЦРИ чита трансакцију из скупа и проверава дигитални потпис, као и повезаност трансакције.
7. Ако је дигитални потпис исправан и веза је потврђена, онда он припрема трансакцију за упис у регистар.

Овде регистар делује као дистрибуирана база података која чува информације о важећим, отказаним и суспендованим обавештењима.

Наравно, децентрализација није панацеја. Основни проблем примарне аутентификације корисника нигде не нестаје: ако тренутно верификацију подносиоца захтева врши ЦР, онда се у ДПКИ-у предлаже да се верификација делегира члановима заједнице, а финансијска мотивација се користи за стимулисање активности. Технологија верификације отвореног кода је добро позната. Ефикасност такве провере је потврђена у пракси. Подсетимо се још једном бројним истрагама високог профила онлајн публикације Беллингцат.

Али генерално, појављује се следећа слика: ДПКИ је прилика да се исправе, ако не сви, онда многи недостаци централизованог ПКИ-а.

Претплатите се на наш Хабраблог, планирамо да наставимо да активно покривамо наше истраживање и развој и да га пратимо Твиттер, ако не желите да пропустите друге вести о ЕНЦРИ пројектима.

Извор: ввв.хабр.цом