Аннотация
Крушанов А.И., Чернышова А.В. Разработка защищенного протокола обмена сообщениями между пользователями и клиент-серверного программного обеспечения Crypto messenger
. Разработан протокол обмена мгновенными сообщениями на базе протокола XMPP, сформированы требования к клиент-серверному программному продукту Crypto Messenger
. Проведено проектирование и реализация программного продукта.
Общая постановка проблемы
Проблема приватности и защиты данных в интернете является одной из наиболее актуальных. Учитывая то, что мессенджеры широко используются для передачи данных как в личном, так и в корпоративном общении, получив доступ к мессенджеру, злоумышленник получит доступ к конфиденциальной информации пользователя [1].
Большинство популярных мессенджеров игнорируют вопросы безопасности, сохраняя данные пользователей в открытом виде, а также используя незащищенные способы передачи данных. Следовательно, разрабатываемое программное обеспечение является актуальным и покрывает большинство требований, выдвигаемых пользователями.
Цель работы
Проектирование и разработка протокола обмена мгновенными сообщениями, обеспечивающего обмен данными в зашифрованном виде. Проектирование и разработка клиент-серверного программного обеспечения Crypto Messenger
, реализующего основные функции мессенджера и базирующегося на авторском протоколе.
Обзор существующих мессенджеров, поддерживающих шифрование передаваемых данных
На данный момент рынок предоставляет широкий выбор программных продуктов, реализующих функции мессенджера. Рассмотрим наиболее популярные из них.
Telegram Messenger [2] – кроссплатформенный мессенджер, созданный Павлом Дуровым и Николаем Дуровым. Впервые представлен в 14 августа 2013 года. В продукте используются проприетарная серверная часть c закрытым кодом, работающая на мощностях нескольких компаний США и Германии и несколько клиентов с открытым исходным кодом, в том числе под лицензией GNU GPL [3]. Мессенджер позволяет обмениваться сообщениями, вложениями любых типов, аудиосообщениями, а также совершать аудио звонки. В продукте реализованы возможности оконечного шифрования без хранения данных на сервере. На рынке мессенджер представлен в виде веб-клиента, клиентов для мобильных устройств и компьютеров.
WhatsApp [4] – мессенджер, созданный Яном Кумом и Брайаном Эктоном (с октября 2014 года принадлежит Facebook Inc.), обладающий обширным рядом функций, а именно: обмен сообщениями, поддержка голосовой и видеосвязи. Первая версия продукта была продемонстрирована 24 февраля 2009 года. Мессенджер был неоднократно раскритикован экспертами в связи с тем, что сообщения и прочие конфиденциальные данные пользователя передавались в открытом виде. Шифрование данных было реализовано только в 2012 году. Приложение представлено в виде клиентов для мобильных устройств.
Проектирование авторского протокола
Проанализировав существующие методы передачи моментальных сообщений, было принято решение о проектировании собственного протокола, базирующегося на протоколе XMPP [5]. Разрабатываемый протокол предназначен для передачи данных по HTTP в формате XML [6].
На рисунке 1 представлен пример взаимодействия пользователей по авторскому протоколу, описывающий следующие этапы:
- обмен открытыми RSA [7] ключами, генерация ключа симметричного шифрования (согласно алгоритму Диффи-Хеллмана [8]) Rijndael [9];
- отправка сообщения (тело сообщения передаётся в зашифрованном виде);
- отправка вложения (файл и его метаданные передаются в зашифрованном виде);
- сброс всех ключей шифрования.
Рисунок 1 – Пример взаимодействия клиентов по авторскому протоколу
Проектирование приложения Crypto Messenger
Изучив достоинства и недостатки существующих программных продуктов, было принято решение о разработке авторского мессенджера Crypto Messenger
. Программный продукт должен соответствовать следующим требованиям:
- регистрация и авторизация пользователя;
- поиск пользователей и добавление в друзья;
- отправка текстовых и аудиосообщений;
- отправка файлов любых форматов;
- экспорт и импорт ключей безопасности.
На основе вышеперечисленных требований произведено проектирование программного продукта.
На рисунке 2 представлена диаграмма вариантов использования.
Рисунок 2 – Диаграмма вариантов использования
Передача данных осуществляется согласно авторскому протоколу, описанному ранее. Для обмена симметричными ключами используется алгоритм RSA. В качестве симметричного алгоритма шифрования выбран алгоритм Rijndael. Для обеспечения дополнительной защиты аккаунта использовано смс подтверждение. Протокол предполагает использование двухуровневого шифрования: шифрование канала для передачи данных, шифрование передаваемых между клиентами сообщений. Следовательно, на сервере не хранятся ключи для расшифровки сообщений, что обеспечивает высокий уровень защиты данных.
Для клиентской и серверной частей приложения были разработаны реляционные базы данных. Серверная база данных работает под управлением СУБД MySQL Server, клиентская - под управлением СУБД SQLite.
На рисунке 3 представлена схема данных серверной базы данных. Клиентская схема данных аналогична серверной.
Рисунок 3 – Схема данных серверной базы данных
Выводы
В рамках текущей работы был проведен анализ существующих мессенджеров, поддерживающих защищенную передачу данных. Был спроектирован авторский протокол передачи моментальных сообщений. Были выявлены требования к разрабатываемому программного продукту, проведено его проектирование и реализация описанной функциональности. В дальнейшем планируется внедрение функции аудиозвонков.
Список использованной литературы
1. Protectimus – Каким должен быть безопасный мессенджер. https://www.protectimus.com/blog/ru-secure-messenger
2. Википедия – Telegram Messenger https://ru.wikipedia.org/wiki/Telegram
3. Википедия – GNU General Public License https://ru.wikipedia.org/wiki/GNU_General_Public_License
4. Википедия – WhatsApp https://ru.wikipedia.org/wiki/WhatsApp
5. Википедия – XMPP https://ru.wikipedia.org/wiki/XMPP
6. Википедия – XML https://ru.wikipedia.org/wiki/XML
7. Википедия – RSA https://ru.wikipedia.org/wiki/RSA
8. Википедия – Протокол Диффи – Хеллмана https://ru.wikipedia.org/wiki/ Протокол_Диффи_—_Хеллмана
9. Википедия – Advanced Encryption Standard https://ru.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard