Guia do Google Tink

1. Introdução

Atualmente, muitos desenvolvedores usam técnicas criptográficas para proteger os dados do usuário.

Na criptografia, pequenos erros de implementação podem ter sérias conseqüências, e entender como implementar a criptografia corretamente é uma tarefa complexa e demorada.

Neste tutorial, vamos descreverTink - uma biblioteca criptográfica multi-linguagem e multiplataforma que pode nos ajudar a implementar um código criptográfico seguro.

2. Dependências

Podemos usar o Maven ou o Gradle para importar o Tink.

Para nosso tutorial, vamos apenas adicionarTink’s Maven dependency:


    com.google.crypto.tink
    tink
    1.2.2

Embora pudéssemos ter usado Gradle:

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

3. Inicialização

Antes de usar qualquer uma das APIs do Tink, precisamos inicializá-los.

Se precisarmos usar todas as implementações de todas as primitivas no Tink, podemos usar o métodoTinkConfig.register():

TinkConfig.register();

Enquanto, por exemplo, se precisarmos apenas da primitiva AEAD, podemos usar o métodoAeadConfig.register():

AeadConfig.register();

Também é fornecida uma inicialização personalizável para cada implementação.

4. Tink Primitives

Os principais objetos que a biblioteca usa são chamados de primitivos que, dependendo do tipo, contêm diferentes funcionalidades criptográficas.

Uma primitiva pode ter várias implementações:

Primitivo	Implementações
AEAD	AES-EAX, AES-GCM, AES-CTR-HMAC, Envelope KMS, CHACHA20-POLY1305
Streaming AEAD	AES-GCM-HKDF-STREAMING, AES-CTR-HMAC-STREAMING
AEAD determinista	AEAD: AES-SIV
MAC	HMAC-SHA2
Assinatura digital	ECDSA sobre curvas NIST, ED25519
Criptografia híbrida	ECIES com AEAD e HKDF, (NaCl CryptoBox)

Primitivo

Implementações

AEAD

AES-EAX, AES-GCM, AES-CTR-HMAC, Envelope KMS, CHACHA20-POLY1305

Streaming AEAD

AES-GCM-HKDF-STREAMING, AES-CTR-HMAC-STREAMING

AEAD determinista

AEAD: AES-SIV

MAC

HMAC-SHA2

Assinatura digital

ECDSA sobre curvas NIST, ED25519

Criptografia híbrida

ECIES com AEAD e HKDF, (NaCl CryptoBox)

Podemos obter uma primitiva chamando o métodogetPrimitive() da classe de fábrica correspondente, passando aKeysetHandle:

Aead aead = AeadFactory.getPrimitive(keysetHandle);

4.1. KeysetHandle

Na ordemto provide cryptographic functionality, each primitive needs a key structure que contém todos os principais materiais e parâmetros.

O Tink fornece um objeto -KeysetHandle – que envolve um conjunto de chaves com alguns parâmetros e metadados adicionais.

Portanto, antes de instanciar um primitivo, precisamos criar um sobjetoKeysetHandle :

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

E depois de gerar uma chave, podemos persistir:

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

Em seguida, podemos carregá-lo posteriormente:

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

5. Criptografia

O Tink fornece várias maneiras de aplicar o algoritmo AEAD. Vamos dar uma olhada.

5.1. AEAD

AEAD fornece criptografia autenticada com dados associados, o que significa quewe can encrypt plaintext and, optionally, provide associated data that should be authenticated but not encrypted.

Observe que esse algoritmo garante a autenticidade e integridade dos dados associados, mas não seu sigilo.

Para criptografar dados com uma das implementações AEAD, como vimos anteriormente, precisamos inicializar a biblioteca e criar umkeysetHandle:

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

Depois de fazer isso, podemos obter o primitivo e criptografar os dados desejados:

String plaintext = "example";
String associatedData = "Tink";

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

Em seguida, podemos descriptografarciphertext usando o métododecrypt():

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

5.2. Streaming AEAD

Da mesma forma,when the data to be encrypted is too large to be processed in a single step, we can use the streaming AEAD primitive:

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();

Basicamente, precisamos deWriteableByteChannel para conseguir isso.

Então, para descriptografar ocipherTextFile,, gostaríamos de usar umReadableByteChannel:

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. Criptografia híbrida

Além da criptografia simétrica, o Tink implementa algumas primitivas para criptografia híbrida.

Com a criptografia híbrida, podemos obter a eficiência das chaves simétricas e a conveniência das chaves assimétricas.

Simplificando, usaremos uma chave simétrica para criptografar o texto simplesand a public key to encrypt the symmetric key only.

Observe que ele fornece apenas sigilo, não autenticidade de identidade do remetente.

Então, vamos ver como usarHybridEncrypteHybridDecrypt:

TinkConfig.register();

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

String plaintext = "example";
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());

OcontextInfo são dados públicos implícitos do contexto que podem sernull ou vazios ou usados como entrada de “dados associados” para a criptografia AEAD ou como entrada “CtxInfo” para HKDF.

Ociphertext permite verificar a integridade decontextInfo, mas não seu sigilo ou autenticidade.

7. Código de autenticação de mensagem

O Tink também oferece suporte a códigos de autenticação de mensagens ou MACs.

Um MAC é um bloco de poucos bytes que podemos usar para autenticar uma mensagem.

Vamos ver como podemos criar um MAC e, em seguida, verificar sua autenticidade:

TinkConfig.register();

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

String data = "example";

Mac mac = MacFactory.getPrimitive(keysetHandle);

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

No caso de os dados não serem autênticos, o métodoverifyMac() lança umGeneralSecurityException.

8. Assinatura digital

Além de APIs de criptografia, o Tink suporta assinaturas digitais.

Para implementar a assinatura digital, a biblioteca usa a primitivaPublicKeySign para a assinatura dos dados ePublickeyVerify para verificação:

TinkConfig.register();

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

String data = "example";

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

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

Semelhante ao método de criptografia anterior, quando a assinatura é inválida, obteremos umGeneralSecurityException.

9. Conclusão

Neste artigo, apresentamos a biblioteca do Google Tink usando sua implementação Java.

Vimos como usar para criptografar e descriptografar dados e como proteger sua integridade e autenticidade. Além disso, vimos como assinar dados usando APIs de assinatura digital.

Como sempre, o código de amostra está disponívelover on GitHub.

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