На початку 2017 року ми почали створювати месенджер на блокчейні [назва та посилання є у профілі] з обговорення переваг перед класичними P2P-месенджерами.
Пройшло 2.5 року, і нам вдалося підтвердити свій концепт: зараз доступні програми месенджера для iOS, Web PWA, Windows, GNU/Linux, Mac OS та Android.
Сьогодні ми розповімо, як влаштований месенджер на блокчейні та як клієнтським програмам працювати з його API.
Ми хотіли, щоб блокчейн вирішив питання безпеки та приватності класичних P2P-месенджерів:
- Один клік для створення облікового запису — жодних телефонів та електронних пошт, немає доступу до адресних книг та геолокацій.
- Співрозмовники ніколи не встановлюють прямих з'єднань, все спілкування йде через розподілену систему вузлів. IP-адреси користувачів недоступні один одному.
- Усі повідомлення шифруються End-to-End curve25519xsalsa20poly1305. Начебто цим нікого не здивуєш, але у нас вихідний код відкритий.
- MITM-атака виключена – кожне повідомлення є транзакцією та підписується Ed25519 EdDSA.
- Повідомлення потрапляє у свій блок. Послідовність та
timestampблоків не виправиш, а відтак і порядок повідомлень. - "Я цього не говорив" не прокотить із повідомленнями в блокчейні.
- Немає центральної структури, яка перевірить “достовірність” повідомлення. Це робить розподілену систему вузлів на основі консенсусу, а вона належить користувачам.
- Неможливість цензури — облікові записи не можна блокувати, а повідомлення видаляти.
- Блокчейн 2FA - альтернатива пекельної 2FA за SMS,
- Можливість отримати всі свої діалоги з будь-якого пристрою у будь-який час – це можливість не зберігати діалоги локально взагалі.
- Підтвердження доставки повідомлень. Не на пристрій користувача, а в мережу. По суті це підтвердження можливості одержувача прочитати ваше повідомлення. Це корисна фіча для надсилання критичних повідомлень.
З плюшок блокчейна також тісна інтеграція з криптовалютами Ethereum, Dogecoin, Lisk, Dash, Bitcoin (це поки що в процесі) і можливість відправлення токенів у чатах. Ми навіть зробили вбудований крипто-обмінник.
А далі як усе це працює.
Повідомлення – це транзакція
Всі вже звикли, що транзакції в блокчейні передають токени від одного користувача іншому. Як у біткоїна. Ми створили особливий тип транзакцій передачі повідомлень.
Щоб надіслати повідомлення у месенджері на блокчейні, потрібно пройти кілька етапів:
- Зашифрувати текст повідомлення
- Помістити зашифрований текст у транзакцію
- Підписати транзакцію
- Надіслати транзакцію на будь-який вузол мережі
- Розподілена система вузлів визначає "достовірність" повідомлення
- Якщо всі ОК, транзакція з повідомленням включається до наступного блоку
- Отримувач отримує транзакцію з повідомленням і розшифровує
Етапи 1–3 та 7 виконуються локально на клієнті, а 5–6 – на вузлах мережі.
Шифрування повідомлення
Повідомлення шифрується приватним ключем відправника та публічним ключем одержувача. Публічний ключ ми візьмемо з мережі, але для цього обліковий запис одержувача має бути ініціалізований, тобто мати хоча б одну транзакцію. Можна використовувати запит REST GET /api/accounts/getPublicKey?address={ADAMANT address}, а при завантаженні чатів публічні ключі співрозмовників вже будуть у наявності.
Месенджер шифрує повідомлення алгоритмом curve25519xsalsa20poly1305 (). Оскільки обліковий запис містить ключі Ed25519, для формування box'а попередньо ключі потрібно перетворити в Curve25519 Diffie-Hellman.
Ось приклад на JavaScript'е:
/**
* Encodes a text message for sending to ADM
* @param {string} msg message to encode
* @param {*} recipientPublicKey recipient's public key
* @param {*} privateKey our private key
* @returns {{message: string, nonce: string}}
*/
adamant.encodeMessage = function (msg, recipientPublicKey, privateKey) {
const nonce = Buffer.allocUnsafe(24)
sodium.randombytes(nonce)
if (typeof recipientPublicKey === 'string') {
recipientPublicKey = hexToBytes(recipientPublicKey)
}
const plainText = Buffer.from(msg)
const DHPublicKey = ed2curve.convertPublicKey(recipientPublicKey)
const DHSecretKey = ed2curve.convertSecretKey(privateKey)
const encrypted = nacl.box(plainText, nonce, DHPublicKey, DHSecretKey)
return {
message: bytesToHex(encrypted),
nonce: bytesToHex(nonce)
}
}Формування транзакції із повідомленням
Транзакція має таку загальну структуру:
{
"id": "15161295239237781653",
"height": 7585271,
"blockId": "16391508373936326027",
"type": 8,
"block_timestamp": 45182260,
"timestamp": 45182254,
"senderPublicKey": "bd39cc708499ae91b937083463fce5e0668c2b37e78df28f69d132fce51d49ed",
"senderId": "U16023712506749300952",
"recipientId": "U17653312780572073341",
"recipientPublicKey": "23d27f616e304ef2046a60b762683b8dabebe0d8fc26e5ecdb1d5f3d291dbe21",
"amount": 204921300000000,
"fee": 50000000,
"signature": "3c8e551f60fedb81e52835c69e8b158eb1b8b3c89a04d3df5adc0d99017ffbcb06a7b16ad76d519f80df019c930960317a67e8d18ab1e85e575c9470000cf607",
"signatures": [],
"confirmations": 3660548,
"asset": {}
}
Для транзакції-повідомлення найважливіше значення має asset — у ньому потрібно розмістити повідомлення в об'єкті chat зі структурою:
message- Зберігаємо зашифроване повідомленняown_message- noncetype- Тип повідомлення
Повідомлення також поділяються на типи. По суті, параметр type повідомляє, як розуміти message. Можна надіслати просто текст, а можна об'єкт із цікавостями всередині — наприклад, так месенджер робить переклади криптовалют у чатах.
У результаті ми формуємо транзакцію:
{
"transaction": {
"type": 8,
"amount": 0,
"senderId": "U12499126640447739963",
"senderPublicKey": "e9cafb1e7b403c4cf247c94f73ee4cada367fcc130cb3888219a0ba0633230b6",
"asset": {
"chat": {
"message": "cb682accceef92d7cddaaddb787d1184ab5428",
"own_message": "e7d8f90ddf7d70efe359c3e4ecfb5ed3802297b248eacbd6",
"type": 1
}
},
"recipientId": "U15677078342684640219",
"timestamp": 63228087,
"signature": "тут будет подпись"
}
}Підпис транзакції
Щоб усі були впевнені у достовірності відправника та одержувача, під час відправлення та вмісту повідомлення, транзакцію підписують. Цифровий підпис дозволяє перевірити достовірність транзакції публічним ключем — приватний ключ для цього не потрібен.
А ось сам підпис якраз виконується приватним ключем:
Зі схеми видно, що транзакцію спочатку хешуємо SHA-256, а потім підписуємо і отримуємо підпис signature, А ідентифікатор транзакції - це частина SHA-256-хеш.
Приклад реалізації:
1 - Формуємо блок даних, включаючи повідомлення
/**
* Calls `getBytes` based on transaction type
* @see privateTypes
* @implements {ByteBuffer}
* @param {transaction} trs
* @param {boolean} skipSignature
* @param {boolean} skipSecondSignature
* @return {!Array} Contents as an ArrayBuffer.
* @throws {error} If buffer fails.
*/
adamant.getBytes = function (transaction) {
...
switch (transaction.type) {
case constants.Transactions.SEND:
break
case constants.Transactions.CHAT_MESSAGE:
assetBytes = this.chatGetBytes(transaction)
assetSize = assetBytes.length
break
…
default:
alert('Not supported yet')
}
var bb = new ByteBuffer(1 + 4 + 32 + 8 + 8 + 64 + 64 + assetSize, true)
bb.writeByte(transaction.type)
bb.writeInt(transaction.timestamp)
...
bb.flip()
var arrayBuffer = new Uint8Array(bb.toArrayBuffer())
var buffer = []
for (var i = 0; i < arrayBuffer.length; i++) {
buffer[i] = arrayBuffer[i]
}
return Buffer.from(buffer)
}
2 - Вважаємо SHA-256 від блоку даних
/**
* Creates hash based on transaction bytes.
* @implements {getBytes}
* @implements {crypto.createHash}
* @param {transaction} trs
* @return {hash} sha256 crypto hash
*/
adamant.getHash = function (trs) {
return crypto.createHash('sha256').update(this.getBytes(trs)).digest()
}3 - Підписуємо транзакцію
adamant.transactionSign = function (trs, keypair) {
var hash = this.getHash(trs)
return this.sign(hash, keypair).toString('hex')
}
/**
* Creates a signature based on a hash and a keypair.
* @implements {sodium}
* @param {hash} hash
* @param {keypair} keypair
* @return {signature} signature
*/
adamant.sign = function (hash, keypair) {
return sodium.crypto_sign_detached(hash, Buffer.from(keypair.privateKey, 'hex'))
}Надсилання транзакції з повідомленням на вузол мережі
Оскільки мережа децентралізована, підійде будь-який із вузлів з відкритим API. Робимо POST-запит на ендпоінт api/transactions:
curl 'api/transactions' -X POST
-d 'TX_DATA'У відповідь отримаємо ID транзакції типу
{
"success": true,
"nodeTimestamp": 63228852,
"transactionId": "6146865104403680934"
}Перевірка достовірності транзакції
Розподілена система вузлів на основі консенсусу визначає "достовірність" транзакції-повідомлення. Від кого і кому, коли, чи не замінили повідомлення на інше, а чи правильне вказано час відправки. Це дуже важлива перевага блокчейну — немає центральної структури, яка відповідає за перевірки, і послідовність повідомлень та їх вміст не підробити.
Спочатку достовірність перевіряє одна нода, а потім розсилає іншим — якщо більшість кажуть, що все гаразд, транзакція буде включена до наступного блоку ланцюга — це консенсус.
Частину коду вузла, яка відповідає за перевірки, можна переглянути в GitHub. и . Ага, вузол працює на Node.js.
Включаємо транзакцію із повідомленням до блоку
Якщо досягнуто консенсусу, транзакція з нашим повідомленням потрапить до наступного блоку поряд з іншими достовірними транзакціями.
Блоки мають строгу послідовність, і кожний наступний блок формується на основі хешів попередніх блоків.
Суть у тому, що наше повідомлення також включене в цю послідовність і не може бути переставлено. Якщо в блок потрапляє кілька повідомлень, їх порядок буде визначено timestamp повідомлень.
Читання повідомлень
Додаток-месенджер отримує транзакції з блокчейна, які відправлені адресату. Для цього ми зробили ендпоінт api/chatrooms.
Усі транзакції доступні кожному — можна отримати зашифровані повідомлення. А ось розшифрувати зможе тільки одержувач своїм приватним ключем та публічним ключем відправника:
**
* Decodes the incoming message
* @param {any} msg encoded message
* @param {string} senderPublicKey sender public key
* @param {string} privateKey our private key
* @param {any} nonce nonce
* @returns {string}
*/
adamant.decodeMessage = function (msg, senderPublicKey, privateKey, nonce) {
if (typeof msg === 'string') {
msg = hexToBytes(msg)
}
if (typeof nonce === 'string') {
nonce = hexToBytes(nonce)
}
if (typeof senderPublicKey === 'string') {
senderPublicKey = hexToBytes(senderPublicKey)
}
if (typeof privateKey === 'string') {
privateKey = hexToBytes(privateKey)
}
const DHPublicKey = ed2curve.convertPublicKey(senderPublicKey)
const DHSecretKey = ed2curve.convertSecretKey(privateKey)
const decrypted = nacl.box.open(msg, nonce, DHPublicKey, DHSecretKey)
return decrypted ? decode(decrypted) : ''
}А що ще?
Оскільки повідомлення в такий спосіб доставляються близько 5 секунд – це час появи нового блоку мережі – ми вигадали сокет-підключення клієнт-вузол та вузол-вузол. Коли вузол отримує нову транзакцію, він перевіряє її валідність і передає інші вузли. Транзакція доступна клієнтам-месенджерам ще до настання консенсусу та включення до блоку. Так ми доставлятимемо повідомлення миттєво, як і звичні месенджери.
Щоб зберігати адресну книгу, ми зробили KVS – Key-Value Storage – це ще один тип транзакцій, у яких asset шифрується не NaCl-box, а . Так месенджер зберігає інші дані.
Передача файлів/зображень та групові чати потребують ще багато роботи. Звичайно, у форматі тяп-ляп це можна “прикрутити” швидко, але ми хочемо зберегти той самий рівень приватності.
Так, є ще над чим працювати — в ідеалі реальна приватність припускає, що користувачі не підключатимуться до публічних вузлів мережі, а піднімуть свої. Як ви вважаєте, скільки відсотків користувачів так робить? Правильно, 0. Частково це питання нам удалося вирішити Tor-версією месенджера.
Ми довели, що месенджер на блокчейні може існувати. Раніше була лише одна спроба у 2012 році. , що невдала через великий час доставки повідомлень, навантаження на процесор та відсутність мобільних додатків.
А скептицизм пов'язаний з тим, що месенджери на блокчейні випереджають час — люди не готові брати відповідальність за свій аккаунт на себе, володіння особистою інформацією поки не в тренді, а технології не дозволяють забезпечити високу швидкість на блокчейні. Далі з'являтимуться більш технологічні аналоги нашого проекту. Ось побачите.
Джерело: habr.com