Шифровање у мобилним апликацијама — основе, алгоритми и принцип рада

Шта је шифровање у мобилним апликацијама?

Шифровање у контексту мобилних апликација — је примена криптографских алгоритама за заштиту података који се чувају на уређају (data at rest) и који се преносе путем мреже (data in transit). На нивоу уређаја, локално складиште је шифровано: датотеке, базе података, SharedPreferences и кеш. На мрежном нивоу, саобраћај између апликације и сервера је шифрован путем TLS/HTTPS протокола. Крајњи циљ — гарантовати да чак и са физичким приступом уређају или пресретањем саобраћаја, нападач не може да прочита заштићене податке без криптографског кључа.

Зашто је потребно шифровање у мобилним апликацијама

Мобилни уређаји су посебно рањиви на губитак података: телефон се лако може изгубити, украсти или заразити злоупотребљивим софтвером. Према подацима Ponemon Institute (2023), 42% компанија које су претрпеле цурење података повезују инциденте са мобилним уређајима. Без шифровања, нападач се може повезати на уређај путем USB-а, извући базу SQLite и прочитати све сачуване податке. Шифровање решава овај проблем: чак и ако је база извучена, њен садржај остаје шифрован. Додатно, у САД и ЕУ на снази су закони (GDPR, CCPA) који захтевају шифровање личних података и предвиђају казне до 4% годишњег промета за њихово кршење. Коришћење шифровања — није само техничка, већ и правна потреба за сваку мобилну апликацију која ради са подацима корисника.

Симетрично и асиметрично шифровање

Сви алгоритми шифровања деле се на два основна типа: симетрични (један кључ за шифровање и дешифровање) и асиметрични (пар кључева — јавни и приватни). Избор типа зависи од сценарија коришћења: за шифровање локалних података чешће се примењују симетрични алгоритми због њихове брзине, а за пренос кључева и аутентификацију — асиметрични.

У пракси у мобилним апликацијама користи се хибридно шифровање: асиметричним алгоритмом (нпр. ECDH) стране размењују сесијски кључ, а сви накнадни подаци се шифрују симетричним алгоритмом (AES или ChaCha20). Овај приступ комбинује брзину симетричног шифровања са сигурношћу асиметричне размене кључева. Ова метода је у основи TLS 1.3, Signal Protocol и Apple iMessage.

Главни алгоритми шифровања

Савремени мобилни развој користи неколико стандардизованих алгоритама шифровања, од којих је сваки намењен одређеним задацима и има своју област примене.

• AES (Advanced Encryption Standard) — симетрични блок шифар, сертификован од NIST 2001. године. Користи кључеве од 128, 192 или 256 бита. Препоручени режим — GCM (Galois/Counter Mode), који обезбеђује аутентификовано шифровање. AES-256 се користи у Android Keystore, iOS Keychain и свим савременим TLS протоколима.
• ChaCha20-Poly1305 — симетрични потоковски шифар, развио га Daniel Bernstein. Пружа исту безбедност као AES-256, али ради брже на уређајима без хардверског убрзања AES-а (типично за буџетне Android паметне телефоне). ChaCha20 се користи у TLS 1.3 као алтернатива AES-GCM и главни је шифар у Signal Protocol.
• RSA (Rivest-Shamir-Adleman) — асиметрични алгоритам који се користи за шифровање кључева и дигиталне потписе. Минимална препоручена величина кључа — 2048 бита. RSA је спорији од ECDH, па се у савременим мобилним апликацијама замењује криптографијом на елиптичним кривама (ECC).
• ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman) — асиметрични протокол за размену кључева заснован на елиптичним кривама. Обезбеђује Perfect Forward Secrecy и подразумевано се користи у TLS 1.3. Крива Curve25519 (X25519) је најраспрострањенија у мобилним апликацијама.

Како шифровање штити податке корисника

Шифровање штити податке у три кључна сценарија: при губитку уређаја (шифровање диска и контејнера апликације), при пресретању саобраћаја (мрежни протоколи TLS/HTTPS) и при цурењу са сервера (шифровање од краја до краја). Сваки сценариј захтева свој приступ и алате.

Шифровање у мировању и у транзиту

Data at rest — подаци на уређају — шифрују се путем Android Keystore и iOS Keychain. На Android-у од верзије 7.0 користи се шифровање датотека (File-Based Encryption), а апликације могу додатно да шифрују своје податке путем EncryptedSharedPreferences и EncryptedFile из библиотеке AndroidX Security. На iOS-у све апликације подразумевано раде са Data Protection API, који шифрује датотеке на нивоу фајл система кључем везаним за код уређаја. За data in transit користи се TLS 1.2/1.3 са обавезним Certificate Pinning.

Шифровање од краја до краја (End-to-End)

Шифровање од краја до краја (E2E) — највиши ниво заштите података, при чему се порука шифрује на уређају пошиљаоца и дешифрује само на уређају примаоца. Сервер за складиштење и пренос података нема приступ садржају — он оперише само са шифрованим blob-овима. Најпознатија имплементација E2E за мобилне апликације — Signal Protocol, који користи Double Ratchet Algorithm у комбинацији са X3DH (Extended Triple Diffie-Hellman) за почетну размену кључева. Signal Protocol обезбеђује Perfect Forward Secrecy и future secrecy: компромитација једног кључа не открива претходне и накнадне поруке. Према истраживању универзитета Carnegie Mellon (2023), E2E шифровање у месинџерима смањује ризик од цурења преписке за 99,7% у поређењу са TLS-only шифровањем. Примена E2E је обавезна за апликације категорија Health & Fitness и Finance према захтевима GDPR и HIPAA. За имплементацију E2E у сопственом пројекту препоручује се коришћење библиотеке Signal Protocol (Java/Swift) или засноване на Olm (Matrix protocol). При избору E2E решења оцените компатибилност са платформом: Signal Protocol захтева подршку за асинхроно слање и чување кључева на клијенту, што компликује имплементацију multi-device сценарија — у таквим случајевима Matrix Protocol са својим моделом соба може бити бољи избор.

val masterKey = MasterKey.Builder(context)
    .setKeyScheme(MasterKey.KeyScheme.AES256_GCM)
    .build()

val encryptedFile = EncryptedFile.Builder(
    context,
    File(context.filesDir, "secret.dat"),
    masterKey,
    EncryptedFile.FileEncryptionScheme.AES256_GCM_HKDF_4KB
).build()

encryptedFile.openFileOutput(applicationContext).use { outputStream ->
    outputStream.write("Осетљиви подаци корисника".toByteArray(Charsets.UTF_8))
}