Застосування цифрового підпису у системах з наскрізним шифруванням повідомлень

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена проєктуванню та реалізації механізму цифрового підпису у системах з наскрізним шифруванням повідомлень. Перший розділ закладає теоретичні основи для розуміння проблематики забезпечення безпеки систем обміну повідомленнями. Проаналізовано сучасні підходи до захисту повідомлень у системах з наскрізним шифруванням та їх переваги та недоліки та сформульовано необхідність додаткових засобів захисту, а саме – автентифікації відправника. Обґрунтовано вибір алгоритму Ed25519 для реалізації цифрового підпису. Другий розділ присвячено удосконаленню авторської системи з наскрізним шифруванням шляхом реалізації механізму цифрового підпису. Спроєктовано та представлено реалізацію модулів, процеси відправлення та перевірки підписаних повідомлень, а також інтеграцію з механізмом TOFU для захисту від підміни ключів. Третій розділ зосереджено на експериментальній перевірці ефективності впровадженого механізму. У ньому проведено дослідження стійкості системи до атак на автентичність повідомлень, виконано моделювання типових сценаріїв атак та проаналізовано результати експериментів. Продемонстровано практичну цінність поєднання наскрізного шифрування з цифровим підписом у веб-орієнтованих системах обміну повідомленнями.

The thesis is devoted to the design and implementation of a digital signature mechanism in systems with end-to-end message encryption. The first section lays the theoretical foundations for understanding the issues of ensuring the security of messaging systems. It analyzes modern approaches to message protection in end-to-end encryption systems, their advantages and disadvantages, and formulates the need for additional protection measures, namely sender authentication. The choice of the Ed25519 algorithm for digital signature implementation is justified. The second section is devoted to improving the author's end-to-end encryption system by implementing a digital signature mechanism. The implementation of modules, the processes of sending and verifying signed messages, as well as integration with the TOFU mechanism for protection against key substitution are designed and presented. The third section focuses on experimental verification of the effectiveness of the implemented mechanism. It studies the system's resistance to attacks on message authenticity, simulates typical attack scenarios, and analyzes the results of the experiments. The practical value of combining end-to-end encryption with digital signatures in web-based messaging systems is demonstrated.