Прелесть шифрования с открытым ключом с помощью Key Encapsulation: HPKE

Красота шифрования с открытым ключом с помощью Key Encapsulation: HPKE

Мы, конечно, можем шифровать данные с помощью RSA OAEP, но ключи довольно большие, и это довольно трудоемкий процесс. Нашим спасителем стало использование эллиптической криптографии (ECC). Но мы можем фактически напрямую шифровать данные с помощью ECC, и поэтому мы используем метод key encapsulation method (KEM), который также используется в методах PQC. При этом мы используем метод обмена ключами Diffie-Hellman (DH), но делаем это в автономном режиме.

Предположим, Боб хочет зашифровать данные для Алисы. Для этого у Боба будет закрытый ключ b и открытый ключ b.G, а у Алисы будет закрытый ключ a и открытый ключ a.G. Базовая точка на эллиптической кривой тогда G, и где a.G — это точка G, добавленная сама к себе a раз. Боб изначально получает открытый ключ Алисы (a.G) доверенным способом. Затем он берет свой закрытый ключ (b) и выполняет операцию Diffie-Hellman, чтобы получить результирующую точку a.B.G. Затем он передает это в метод HKDF для расширения и извлечения в ключ AES, а также некоторые контекстные данные. Это позволит получить секретный ключ (SecretKey), который будет использоваться для шифрования некоторого открытого текста:

Боб также сериализует свой открытый ключ и отправляет его вместе с сообщением. Это также будет иметь хеш-значение, которое покажет, что зашифрованное сообщение и сериализованный открытый ключ не были изменены.

Чтобы расшифровать, Алиса десериализует открытый ключ Боба, чтобы получить b.G. Затем она берет свой закрытый ключ (a) и выполняет операцию Diffie-Hellman, чтобы получить a.b.G. Мы передаем это в функцию HKDF с контекстом, которая создаст тот же секретный ключ, что и у Боба (SecretKey). Затем Алиса сможет расшифровать зашифрованный текст и раскрыть сообщение.

С помощью Hybrid Public Key Encryption (HPKE) мы используем открытый ключ получателя для шифрования открытого текста с использованием асимметричного механизма key encapsulation mechanism (KEM). Ключ выводится с использованием функции вывода ключа (KDF), и где данные шифруются с помощью функции authenticated encryption with additional data (AEAD). В этом случае мы будем использовать: DHKEM_P256_HKDF_SHA256 (используя P256 в качестве KEM), DHKEM_P384_HKDF_SHA384 (используя P384 в качестве KEM), DHKEM_P521_HKDF_SHA512 (используя P521 в качестве KEM) или DHKEM_X25519_HKDF_SHA256 (используя X25519 в качестве KEM). В каждом случае HKDF используется для генерации ключа.

Код находится [here]:

package main
import (
       "fmt"
 "os"
 "strconv"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/hybrid/hpke"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/hybrid"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/keyset"
)
func main() {
 msg:="Testing"
 context:="My Context"

 method:=hpke.DHKEM_P256_HKDF_SHA256
 m:=1
 argCount := len(os.Args[1:])
 if (argCount>0) {msg = os.Args[1]}
 if (argCount>1) {context =os.Args[2]}
 if (argCount>2) {m,_ =strconv.Atoi(os.Args[3])}

 if (m==2) {method=hpke.DHKEM_P384_HKDF_SHA384
 } else if (m==3) {method=hpke.DHKEM_P521_HKDF_SHA512
 } else if (m==4) {method=hpke.DHKEM_X25519_HKDF_SHA256
 } 
 plaintext := []byte(msg)
 contextInfo := []byte(context)
 params,_ := hpke.NewParameters(hpke.ParametersOpts{
  KEMID:   method,
  KDFID:   hpke.HKDFSHA256,
  AEADID:  hpke.AES256GCM,
  Variant: hpke.VariantTink,
 })
 
 km := keyset.NewManager()
 keyID, _ := km.AddNewKeyFromParameters(params)
 if err := km.SetPrimary(keyID); err != nil {
 }
 privateKeyHandle, _ := km.Handle()

 publicKeyHandle, _ := privateKeyHandle.Public()

 encrypter, _ := hybrid.NewHybridEncrypt(publicKeyHandle)
 decrypter, _ := hybrid.NewHybridDecrypt(privateKeyHandle)

 ciphertext,_ := encrypter.Encrypt(plaintext, contextInfo)
 decrypted,_ := decrypter.Decrypt(ciphertext, contextInfo)

 fmt.Printf("Plaintext: %s\n\n",msg)
 fmt.Printf("Method: %s\n\n",method)
 fmt.Printf("Private key: %s\n\n",privateKeyHandle)
 fmt.Printf("Public key: %s\n\n",publicKeyHandle)
 fmt.Printf("Ciphertext: %x\n\n",ciphertext)
 fmt.Printf("Decrypted: %s\n",decrypted)

}

Пример запуска для DHKEM-P256-HKDF-SHA256 находится [here]:

Plaintext: Testing
Method: DHKEM-P256-HKDF-SHA256
Private key: primary_key_id:1203322961 key_info:{type_url:"type.googleapis.com/google.crypto.tink.HpkePrivateKey" status:ENABLED key_id:1203322961 output_prefix_type:TINK}
Public key: primary_key_id:1203322961 key_info:{type_url:"type.googleapis.com/google.crypto.tink.HpkePublicKey" status:ENABLED key_id:1203322961 output_prefix_type:TINK}
Ciphertext: 0147b94051043bdeb59abad6caebff20753dadfc0bf8a2d6131b6935f149afdc84b450dda4316d79bae3529eaafec63197a55ffd30c186ffea74bbcb811bfb2b93dacfeaab3b4cc8352534fd5f2e7252abac03553b16d607ea791df7c9
Decrypted: Testing