بررسی پروتکل رمزنگاری Noise Protocol Framework

Noise Protocol Framework یک چارچوب مدرن و ساده برای طراحی پروتکل‌های رمزنگاری‌شده است که توسط Trevor Perrin توسعه یافت. برخلاف پروتکل‌هایی مانند TLS که ساختاری پیچیده و لایه‌لایه دارند Noise با هدف ارائه امنیت قوی، طراحی ساده، ماژولار و قابل‌تحلیل طراحی شده است.

Noise نه یک پروتکل واحد بلکه مجموعه‌ای از الگوهای قابل‌تطبیق برای ایجاد کانال‌های امن بین دو طرف (کلاینت/سرور یا همتا به همتا) است. این چارچوب به‌ویژه در سیستم‌هایی که نیاز به راه‌اندازی سریع، امنیت قوی و پیچیدگی پایین دارند (مانند مسنجرهای رمزنگاری‌شده یا شبکه‌های توزیع‌شده) بسیار محبوب شده است.

ساختار کلی Noise Protocol

Noise بر پایه چهار مؤلفه کلیدی ساخته شده است:

• الگوهای Handshake: که نحوه تبادل کلیدها و احراز هویت را تعیین می‌کنند.

• رمزنگاری کلید عمومی (Diffie-Hellman): برای ایجاد کلیدهای مشترک بین طرفین.

• رمزنگاری کلید متقارن (AEAD): برای رمزنگاری پیام‌های پس از Handshake.

• توابع هش (Hash Functions): برای تولید کلید، بررسی صحت و تضمین یکپارچگی.

هر الگویی که در Noise تعریف می‌شود به صورت ترکیبی از این عناصر است.

طراحی ماژولار و اصطلاحات کلیدی

Noise از یک قالب ترکیبی به‌نام "Handshake Pattern" استفاده می‌کند. الگوهای اصلی عبارتند از:

• NN: بدون احراز هویت مناسب برای ارتباطات ناشناس.

• IK: کلاینت ناشناس و سرور شناخته‌شده.

• XX: هر دو طرف ناشناس ولی احراز هویت در زمان تبادل انجام می‌شود.

• XK, KN, NK, KK, NX, IN: حالت‌های مختلف بسته به آگاهی از کلید عمومی طرف مقابل.

برای مثال الگوی XX در پیام‌رسان Signal استفاده می‌شود و الگوی IK برای ارتباطی با سرور شناخته‌شده مناسب است.

اجزای رمزنگاری در پروتکل Noise

پروتکل Noise امکان استفاده از توابع رمزنگاری استاندارد و قابل‌تعویض را فراهم می‌کند. اجزای اصلی آن عبارتند از:

 ● تبادل کلید (Diffie-Hellman):

X25519 (رایج‌ترین)

X448 (برای سطح امنیت بالاتر)

 ● توابع هش (Hash):

SHA-256 و SHA-512

BLAKE2s و BLAKE2b

 ● رمزنگاری متقارن (AEAD):

ChaCha20-Poly1305

AES-GCM (در صورت وجود پشتیبانی سخت‌افزاری)

تفاوت Noise با TLS و پروتکل‌های سنتی

• TLS: پیچیدگی زیاد، لایه‌لایه، قابل توسعه با Extensionها، مناسب برای HTTPS، مرورگرها و ایمیل، عدم تطابق با سیستم‌های سبک و کم‌منبع.

• Noise: طراحی ساده، ماژولار، مبتنی بر الگوهای مشخص، مناسب برای سیستم‌های سبک و ارتباطات همتا به همتا مخصوصا در سناریوهایی با سخت‌افزار محدود.

مزایای Noise

• طراحی ساده و قابل پیاده‌سازی سریع

• امنیت قوی با تحلیل رسمی

• پشتیبانی از Perfect Forward Secrecy

• قابل تنظیم برای سناریوهای مختلف

• پشتیبانی بومی از رمزنگاری مدرن

کاربردهای Noise در دنیای واقعی

• پیام‌رسان Signal: استفاده از الگوی XX برای تبادل کلید اولیه

• Lightning Network در بیت‌کوین: پروتکل BOLT استفاده‌کننده از Noise

• Libp2p در پروژه‌های Web3: ارتباط امن همتا به همتا

• WireGuard (الهام‌گرفته از Noise): برای امنیت لایه شبکه در VPN

امنیت پروتکل Noise

Noise دارای مدل رسمی امنیتی است و هر الگوی Handshake توسط تحلیل‌گران امنیتی بررسی می‌شود. استفاده از Curve25519 و ChaCha20 باعث شده که در مقابل حملات کوانتومی، brute-force و حملات کلاسیک مقاومت خوبی داشته باشد. برخی ویژگی‌های امنیتی مهم:

• Perfect Forward Secrecy (PFS)

• Identity Hiding (در برخی الگوها)

• Resilience در برابر حملات MITM

• قابل اثبات بودن امنیت (Provable Security)

نتیجه‌گیری

Noise Protocol Framework نشان‌دهنده‌ی نسل جدیدی از طراحی پروتکل‌های رمزنگاری است؛ ساده، قابل تحلیل و بسیار امن. این چارچوب با استفاده از الگوهای دست‌دهی مشخص و ماژولار به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به ساخت پروتکل از صفر ارتباطاتی ایمن و مدرن پیاده‌سازی کنند. در دنیای امنیت‌محور امروزی Noise یک ابزار ارزشمند برای سیستم‌هایی است که نیازمند عملکرد بالا، امنیت قوی و طراحی مینیمال هستند.

پرسش‌های متداول

آیا Noise از TLS امن‌تر است؟

در بسیاری از موارد بله؛ مخصوصا برای سناریوهایی که TLS پیکربندی نشده یا سربار بالایی دارد.

آیا Noise برای وب‌سایت‌ها مناسب است؟

خیر، زیرا استاندارد مرورگرها مبتنی بر TLS است. Noise بیشتر برای ارتباطات ماشین‌به‌ماشین (M2M) یا موبایل کاربرد دارد.

آیا Noise جایگزین کامل TLS خواهد شد؟

نه به‌طور کلی بلکه مکمل آن است. هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند.

واژگان کلیدی

• AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data): نوعی رمزنگاری که تضمین می‌کند داده‌ها نه تنها رمزنگاری می‌شوند بلکه از نظر هویت نیز تایید شده‌اند.

• ChaCha20-Poly1305: یک الگوریتم AEAD که در پروتکل‌های مدرن برای رمزنگاری استفاده می‌شود.

• Diffie-Hellman: الگوریتمی برای تبادل امن کلیدها بین دو طرف.

• Handshake Pattern: الگویی در Noise برای تعیین چگونگی تبادل اطلاعات اولیه و رمزنگاری.

• Perfect Forward Secrecy (PFS): ویژگی‌ای که تضمین می‌کند در صورت افشا شدن یک کلید خصوصی اطلاعات گذشته همچنان ایمن باقی بمانند.

• X25519: الگوریتم Diffie-Hellman که در پروتکل‌های امن برای تولید کلیدهای مشترک استفاده می‌شود.

• X448: نسخه‌ای از Diffie-Hellman برای امنیت بالاتر نسبت به X25519.

• WireGuard: پروتکلی مبتنی بر Noise برای ایجاد شبکه‌های خصوصی مجازی (VPN).

• Signal Protocol: پروتکلی برای پیام‌رسانی امن که از Noise برای تبادل کلید و تضمین امنیت استفاده می‌کند.