Noiseプロトコルの概要 - Noise Protocol Framework(1)

Noise Protocol Frameworkとは?

ネットワークで繋がれた2者間で安全に通信するための仕組みです。

両者の公開鍵を交換して、それをもとにして共通鍵を生成、以後はその共通鍵で暗号化したデータ通信を行います。

SSL / TLSと同様の仕組みですが、証明書などは必要なくいくらかシンプルな感じです。

ハンドシェイクの手続きには色々なパターンがあり、用途によって使い分けできそう

共通鍵の生成までを1往復で完了するパターンや、1.5往復するパターンなどあります。

1方向通信の場合に利用できるパターンもあります。

公開鍵の交換はDH関数によって行います。Noiseプロトコルを利用するアプリケーションは

DH鍵交換を行うための公開鍵暗号方式(Ed25519, Ed448)

共通鍵暗号(ChaCha20-Poly1305, AES-GCM)

ハッシュ関数(SHA256, SHA512, Blake2s, Blake2b)

ハンドシェイクパターンと呼ばれる、ハンドシェイクを行うための一連の手順

を当事者間で決め、この決めた暗号方式や関数、ハンドシェイクパターンにしたがってハンドシェイクを行います。

また、上記に記載のない暗号方式、ハッシュ関数を使用することも可能です。

実際、Lightning Networkでは公開鍵暗号にsecp256k1を利用しています。

仕様は以下で公開されています。

Noiseプロトコルの利用例

WhatsApp, WireGuard, Lightning Network などのアプリケーションで利用さています。最近(2019/6)では、Facebookが発表した暗号通貨Libraでも使用されているようです。

WireGuard

Lightning Network

Libra

Noiseプロトコルの実装

様々な言語で実装されています。下記は各言語で実装されているライブラリです。

Haskell

Java

Javascript

Python

Rust

Erlang

Ocaml

Ruby

Objective-C/Swift

ただし、それぞれがどのパターン、公開鍵暗号、共通鍵暗号、ハッシュ関数に対応しているかは各実装次第だと思います。

その他のリソース

WireGuardで使用されているNoise Protocolについて解説した動画があるのでリンクを貼っておきます。

(動画全体では6時間ありますが、WireGuard/Noise Protocolの話は40分程度です)

https://youtu.be/JKu6kOeGnRI?t=3201