Учебник sjcl (Stanford JS Crypto Library)

Введение в криптографию и SJCL
- Зачем нужна криптография на стороне клиента
- Место SJCL среди других криптобиблиотек JavaScript
- История проекта и команда Stanford
- Обзор поддерживаемых алгоритмов и примитивов
- Принципы безопасного проектирования, заложенные в библиотеку
- Ограничения браузерной криптографии
Установка и настройка окружения
- Подключение через CDN и прямую загрузку
- Установка через npm и yarn
- Сборка библиотеки из исходников
- Минимальная и расширенная конфигурации сборки
- Подключение в Node.js
- Подключение в браузере без сборщиков
- Интеграция с Webpack, Rollup и Vite
- Проверка корректности установки
Архитектура и внутреннее устройство
- Структура пространства имён sjcl
- Модульная организация кода
- Система кодеков и представлений данных
- Bitarray — основной внутренний формат данных
- Преобразование между строками, байтами, hex и base64
- Генератор псевдослучайных чисел и его инициализация
- Entropy pool и накопление энтропии
- Обработка исключений и коды ошибок
Симметричное шифрование
- Блочный шифр AES: теоретическая основа
- Реализация AES в SJCL и её особенности
- Режим CCM: устройство и параметры
- Режим OCB2: устройство и параметры
- Режим GCM: устройство и параметры
- Выбор режима шифрования под конкретную задачу
- Параметры тегов аутентификации и их длина
- Работа с дополнительными аутентифицированными данными (AAD)
- Длины ключей: 128, 192, 256 бит
- Типичные ошибки при использовании симметричного шифрования
Высокоуровневый интерфейс sjcl.json
- Структура зашифрованного JSON-объекта
- Поля iv, salt, ct, adata, ks, iter, mode, ts
- Шифрование строки через sjcl.encrypt
- Расшифровка через sjcl.decrypt
- Настройка параметров через объект конфигурации
- Совместимость формата между версиями библиотеки
- Сериализация и десериализация зашифрованных объектов
- Передача зашифрованных данных по сети
Деривация ключей
- Понятие KDF и необходимость растяжения пароля
- PBKDF2: алгоритм и параметры итераций
- Выбор числа итераций в зависимости от контекста
- Использование соли и её генерация
- Деривация нескольких ключей из одного пароля
- scrypt в SJCL: подключение и использование
- Сравнение PBKDF2 и scrypt для разных сценариев
- Хранение параметров деривации вместе с шифртекстом
Хэш-функции
- SHA-256: реализация и применение
- SHA-512: реализация и применение
- SHA-1: реализация, применение и предупреждения
- SHA-3 и семейство Keccak в SJCL
- RIPEMD-160: подключение и использование
- Хэширование произвольных данных
- Хэширование потоков и больших объёмов данных
- Сравнение производительности хэш-функций
Коды аутентификации сообщений
- Теория MAC и его назначение
- HMAC: конструкция и параметры
- Использование HMAC с различными хэш-функциями
- Верификация MAC без уязвимости к timing-атакам
- HMAC для аутентификации API-запросов
- Отличие MAC от цифровой подписи
Криптография на эллиптических кривых
- Математические основы ECC в прикладном контексте
- Кривые, поддерживаемые SJCL: c256, c384, c521
- Генерация пары ключей на эллиптической кривой
- Представление точек кривой в SJCL
- Сложение и умножение точек через публичный API
- Сериализация и десериализация ключей ECC
Протокол Диффи-Хеллмана на эллиптических кривых
- Принцип ECDH и обмен ключами
- Генерация эфемерных ключей
- Вычисление общего секрета
- Деривация симметричного ключа из общего секрета
- Реализация защищённого канала на основе ECDH
- Уязвимость к атаке man-in-the-middle и способы защиты
Цифровые подписи ECDSA
- Принцип работы ECDSA
- Генерация ключей для подписи
- Подписание сообщения
- Верификация подписи
- Формат подписи в SJCL
- Использование детерминированного ECDSA (RFC 6979)
- Типичные ошибки реализации ECDSA
- Подпись токенов и документов на практике
Схема шифрования с открытым ключом
- Гибридное шифрование: зачем оно нужно
- Реализация гибридного шифрования в SJCL
- ECIES: Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme
- Шифрование для нескольких получателей
- Управление открытыми ключами получателей
- Верификация источника зашифрованного сообщения
Генерация случайных чисел
- Архитектура PRNG в SJCL
- Источники энтропии в браузере
- Источники энтропии в Node.js
- Добавление пользовательской энтропии
- Форсированная инициализация PRNG
- Генерация случайных байт и слов
- Проверка достаточности накопленной энтропии
- Уязвимости, связанные с недостатком энтропии
Кодеки и представление данных
- Кодек hex: кодирование и декодирование
- Кодек base64: стандартный и URL-safe вариант
- Кодек UTF-8: работа с текстом
- Кодек bytes: работа с типизированными массивами
- Преобразование между кодеками
- Взаимодействие с ArrayBuffer и Uint8Array
- Типичные ошибки при преобразовании данных
Секретное разделение и пороговые схемы
- Схема разделения секрета Шамира
- Параметры n и k в пороговой схеме
- Разделение ключа на части через sjcl.secret
- Восстановление секрета из k частей
- Проверка корректности частей секрета
- Практические сценарии применения разделения секрета
Расширение и кастомизация библиотеки
- Регистрация собственного режима шифрования
- Добавление новой хэш-функции
- Расширение пространства имён sjcl
- Написание собственного кодека
- Замена PRNG на внешний источник случайности
- Патчинг и monkey-patching: риски и подходы
Производительность и оптимизация
- Профилирование криптографических операций
- Сравнение производительности режимов AES
- Влияние длины ключа на скорость
- Оптимизация числа итераций PBKDF2
- Асинхронные операции и Web Workers
- Использование SubtleCrypto совместно с SJCL
- Кэширование производных ключей
- Минимизация сборки для уменьшения размера бандла
Безопасное хранение данных в браузере
- Угрозы при хранении криптографических материалов
- Шифрование данных перед записью в localStorage
- Работа с IndexedDB и зашифрованными записями
- Хранение ключей в sessionStorage и его ограничения
- Web Crypto API Key Storage как альтернатива
- Защита от XSS при работе с ключами в памяти
- Очистка чувствительных данных из памяти
Безопасная передача данных
- Шифрование данных перед отправкой на сервер
- Аутентификация сообщений при передаче через WebSocket
- Сквозное шифрование в веб-приложениях
- Согласование ключей между клиентом и сервером
- Проверка целостности получаемых данных
- Защита от атак повторного воспроизведения
Типичные уязвимости и атаки
- Padding oracle атака и как её избежать
- Атаки на основе повторного использования IV
- Timing-атаки на операции сравнения
- Атаки на реализацию ECDSA при слабом RNG
- Атаки на PBKDF2 с малым числом итераций
- Утечка данных через побочные каналы в JS
- Уязвимости, специфичные для браузерного окружения
- Аудит использования SJCL в проекте
Тестирование криптографического кода
- Юнит-тестирование криптографических функций
- Тест-векторы для AES, SHA, HMAC
- Проверка соответствия стандартным тест-векторам NIST
- Фаззинг криптографических входных данных
- Тестирование граничных случаев и ошибочных входов
- Интеграционное тестирование шифрованного обмена
- Автоматизация тестирования в CI/CD
Совместимость с серверными реализациями
- Расшифровка данных SJCL на Python (cryptography, PyCryptodome)
- Расшифровка данных SJCL на Node.js без SJCL
- Совместимость с OpenSSL
- Совместимость с Java и Bouncy Castle
- Согласование форматов ключей и параметров
- Типичные проблемы совместимости и их решения