Перейти к основному содержимому

Руководство по Google Tink

· 5 мин. чтения

1. Введение​

В настоящее время многие разработчики используют криптографические методы для защиты пользовательских данных.

В криптографии небольшие ошибки реализации могут иметь серьезные последствия, а понимание того, как правильно реализовать криптографию, является сложной и трудоемкой задачей.

В этом руководстве мы собираемся описать Tink — многоязычную кроссплатформенную криптографическую библиотеку, которая может помочь нам реализовать безопасный криптографический код.

2. Зависимости​

Мы можем использовать Maven или Gradle для импорта Tink.

Для нашего урока мы просто добавим зависимость Tink Maven :

<dependency>
    <groupId>com.google.crypto.tink</groupId>
    <artifactId>tink</artifactId>
    <version>1.2.2</version>
</dependency>

Хотя вместо этого мы могли бы использовать Gradle:

dependencies {
  compile 'com.google.crypto.tink:tink:latest'
}

3. Инициализация​

Перед использованием любого из Tink API нам необходимо их инициализировать.

Если нам нужно использовать все реализации всех примитивов в Tink, мы можем использовать метод TinkConfig.register() :

TinkConfig.register();

Хотя, например, если нам нужен только примитив AEAD, мы можем использовать метод AeadConfig.register() :

AeadConfig.register();

Для каждой реализации также предусмотрена настраиваемая инициализация.

4. Тинк-примитивы​

Основные объекты, используемые библиотекой, называются примитивами, которые в зависимости от типа содержат различные криптографические функции.

Примитив может иметь несколько реализаций:

   | Примитивный    | Реализации   | 
  | AEAD    | AES-EAX, AES-GCM, AES-CTR-HMAC, конверт KMS, CHACHA20-POLY1305   | 
  | Потоковое AEAD    | AES-GCM-HKDF-ПОТОК, AES-CTR-HMAC-ПОТОК   | 
  | Детерминированный AEAD    | AEAD: AES-SIV   | 
  | МАК    | HMAC-SHA2   | 
  | Цифровая подпись    | ECDSA по кривым NIST, ED25519   | 
  | Гибридное шифрование    | ECIES с AEAD и HKDF (NaCl CryptoBox)   |

Мы можем получить примитив, вызвав метод getPrimitive() соответствующего фабричного класса, передав ему KeysetHandle :

Aead aead = AeadFactory.getPrimitive(keysetHandle);

4.1. KeysetHandle​

Чтобы обеспечить криптографическую функциональность, каждому примитиву нужна ключевая структура , содержащая весь ключевой материал и параметры.

Tink предоставляет объект KeysetHandle , который содержит набор ключей с некоторыми дополнительными параметрами и метаданными.

Итак, перед созданием примитива нам нужно создать объект KeysetHandle :

KeysetHandle keysetHandle = KeysetHandle.generateNew(AeadKeyTemplates.AES256_GCM);

И после создания ключа мы можем захотеть сохранить его:

String keysetFilename = "keyset.json";
CleartextKeysetHandle.write(keysetHandle, JsonKeysetWriter.withFile(new File(keysetFilename)));

Затем мы можем впоследствии загрузить его:

String keysetFilename = "keyset.json";
KeysetHandle keysetHandle = CleartextKeysetHandle.read(JsonKeysetReader.withFile(new File(keysetFilename)));

5. Шифрование​

Tink предоставляет несколько способов применения алгоритма AEAD. Давайте взглянем.

5.1. AEAD​

AEAD обеспечивает аутентифицированное шифрование со связанными данными, что означает, что мы можем шифровать открытый текст и, при необходимости, предоставлять связанные данные, которые должны быть аутентифицированы, но не зашифрованы .

Обратите внимание, что этот алгоритм обеспечивает подлинность и целостность связанных данных, но не их секретность.

Чтобы зашифровать данные с помощью одной из реализаций AEAD, как мы видели ранее, нам нужно инициализировать библиотеку и создать keysetHandle:

AeadConfig.register();
KeysetHandle keysetHandle = KeysetHandle.generateNew(
  AeadKeyTemplates.AES256_GCM);

Как только мы это сделали, мы можем получить примитив и зашифровать нужные данные:

String plaintext = "foreach";
String associatedData = "Tink";

Aead aead = AeadFactory.getPrimitive(keysetHandle); 
byte[] ciphertext = aead.encrypt(plaintext.getBytes(), associatedData.getBytes());

Далее мы можем расшифровать зашифрованный текст с помощью метода decrypt() :

String decrypted = new String(aead.decrypt(ciphertext, associatedData.getBytes()));

5.2. Потоковое AEAD​

Точно так же, когда данные, которые нужно зашифровать, слишком велики для обработки за один шаг, мы можем использовать потоковый примитив AEAD :

AeadConfig.register();
KeysetHandle keysetHandle = KeysetHandle.generateNew(
  StreamingAeadKeyTemplates.AES128_CTR_HMAC_SHA256_4KB);
StreamingAead streamingAead = StreamingAeadFactory.getPrimitive(keysetHandle);

FileChannel cipherTextDestination = new FileOutputStream("cipherTextFile").getChannel();
WritableByteChannel encryptingChannel =
  streamingAead.newEncryptingChannel(cipherTextDestination, associatedData.getBytes());

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(CHUNK_SIZE);
InputStream in = new FileInputStream("plainTextFile");

while (in.available() > 0) {
    in.read(buffer.array());
    encryptingChannel.write(buffer);
}

encryptingChannel.close();
in.close();

По сути, для этого нам понадобился WriteableByteChannel .

Итак, чтобы расшифровать cipherTextFile, мы хотели бы использовать ReadableByteChannel :

FileChannel cipherTextSource = new FileInputStream("cipherTextFile").getChannel();
ReadableByteChannel decryptingChannel =
  streamingAead.newDecryptingChannel(cipherTextSource, associatedData.getBytes());

OutputStream out = new FileOutputStream("plainTextFile");
int cnt = 1;
do {
    buffer.clear();
    cnt = decryptingChannel.read(buffer);
    out.write(buffer.array());
} while (cnt>0);

decryptingChannel.close();
out.close();

6. Гибридное шифрование​

В дополнение к симметричному шифрованию Tink реализует несколько примитивов для гибридного шифрования.

С гибридным шифрованием мы можем получить эффективность симметричных ключей и удобство асимметричных ключей.

Проще говоря, мы будем использовать симметричный ключ для шифрования открытого текста и открытый ключ для шифрования только симметричного ключа.

Обратите внимание, что он обеспечивает только секретность, а не подлинность личности отправителя.

Итак, давайте посмотрим, как использовать HybridEncrypt и HybridDecrypt:

TinkConfig.register();

KeysetHandle privateKeysetHandle = KeysetHandle.generateNew(
  HybridKeyTemplates.ECIES_P256_HKDF_HMAC_SHA256_AES128_CTR_HMAC_SHA256);
KeysetHandle publicKeysetHandle = privateKeysetHandle.getPublicKeysetHandle();

String plaintext = "foreach";
String contextInfo = "Tink";

HybridEncrypt hybridEncrypt = HybridEncryptFactory.getPrimitive(publicKeysetHandle);
HybridDecrypt hybridDecrypt = HybridDecryptFactory.getPrimitive(privateKeysetHandle);

byte[] ciphertext = hybridEncrypt.encrypt(plaintext.getBytes(), contextInfo.getBytes());
byte[] plaintextDecrypted = hybridDecrypt.decrypt(ciphertext, contextInfo.getBytes());

ContextInfo — это неявные общедоступные данные из контекста, которые могут быть нулевыми или пустыми или использоваться в качестве входных данных «связанных данных» для шифрования AEAD или в качестве входных данных CtxInfo для HKDF.

Зашифрованный текст позволяет проверить целостность contextInfo, но не его секретность или подлинность. ``

7. Код аутентификации сообщения​

Tink также поддерживает коды аутентификации сообщений или MAC-адреса.

MAC — это блок из нескольких байтов, который мы можем использовать для аутентификации сообщения.

Давайте посмотрим, как мы можем создать MAC, а затем проверить его подлинность:

TinkConfig.register();

KeysetHandle keysetHandle = KeysetHandle.generateNew(
  MacKeyTemplates.HMAC_SHA256_128BITTAG);

String data = "foreach";

Mac mac = MacFactory.getPrimitive(keysetHandle);

byte[] tag = mac.computeMac(data.getBytes());
mac.verifyMac(tag, data.getBytes());

В случае, если данные не являются подлинными, метод verifyMac() генерирует исключение GeneralSecurityException .

8. Цифровая подпись​

Помимо API-интерфейсов шифрования, Tink поддерживает цифровые подписи.

Для реализации цифровой подписи библиотека использует примитив PublicKeySign для подписи данных и PublickeyVerify для проверки:

TinkConfig.register();

KeysetHandle privateKeysetHandle = KeysetHandle.generateNew(SignatureKeyTemplates.ECDSA_P256);
KeysetHandle publicKeysetHandle = privateKeysetHandle.getPublicKeysetHandle();

String data = "foreach";

PublicKeySign signer = PublicKeySignFactory.getPrimitive(privateKeysetHandle);
PublicKeyVerify verifier = PublicKeyVerifyFactory.getPrimitive(publicKeysetHandle);

byte[] signature = signer.sign(data.getBytes()); 
verifier.verify(signature, data.getBytes());

Как и в предыдущем методе шифрования, когда подпись недействительна, мы получим исключение GeneralSecurityException.

9. Заключение​

В этой статье мы представили библиотеку Google Tink, используя ее реализацию Java.

Мы увидели, как использовать для шифрования и расшифровки данных и как защитить их целостность и подлинность. Более того, мы увидели, как подписывать данные с помощью API цифровой подписи.

Как всегда, пример кода доступен на GitHub .