端对端加密通讯（end-to-end encrypted instant messaging）

最近看了我校BBS的兴衰史，感觉十年后的今天，言论控制却是越来越严格。如今，人们日常使用的微信、QQ的即时通讯工具，也未承诺用户数据的安全（可以不负责任地揣测某局是可以实时监控网民的聊天内容的）。嘛，小市民是没有什么担忧啦。这里用交流与学习的态度，介绍端对端加密的通讯是如何实现的。

基础知识

根本没学过密码学的我保证本节不都是胡说八道

所谓端对端，我粗浅的理解就是，两人之间的对话，在传播过程中是全程加密的状态，并且没有中间人（包括服务器本身）可以简单地破译传输的密文。其中，最关键的问题就是，两人之间如何商定加密和解密的协议。发个email告诉对方规则不就好了？那规则的传输（email、小纸条）是否是安全的呢？

由此引出两种加密方式：对称密钥加密（symmetric）和公钥加密（asymmetric）方式。

对称加密，是最直观的办法，对话双方拥有相同的密钥（shared secret），利用这个密钥加密要传输的数据，以及解密传达的密文。大致可以表示为以下过程：

$ \mathrm{msg_{encrypted}} = f(\mathrm{msg}, key) $

$ \mathrm{msg} = g(\mathrm{msg_{encrypted}}, key) $

这里，算法（f, g）必须保证相同的密钥（key）既能加密也能解密。这种方式，存在的缺点就是上文提到的“双方必须提前商定好规则”，即相同的密钥。而通常来说，传输环境无法保证密钥的安全性。优点则是本地加密速度较快，适用于传输大量数据。拿传纸条来说明的话，就是两人如果在下课的时候私下商定好加密方式，上课的时候纸条上的密文就不用担心（一定程度上）被中间人窃听/篡改。

公钥加密方式，则是将一部分密钥信息公开，让对方用于加密，然后传输密文回复，下图可以说明其中的一次信息传输。这里的Alice有两个密钥：公钥（public key）和私钥（private key），然后通过不安全的方式将公钥传给Bob。之后，Bob把计划发给Alice的原文用Alice的公钥加密，传给Alice，而Alice可以用她自己的私钥解密。在这种通讯中，双方的公钥都是不安全的，但是因为其中包含私钥的信息（它们是成对的密钥），可以在各自保留秘密的情况下进行加密通讯。这类算法中很重要的就是，用公钥破译私钥需要极大的计算量，保证公钥的泄露不会影响私钥的安全。其中，很常用的RSA算法，就是利用了大数因式分解的计算复杂度，具体过程可以参考wiki链接。

Diffie–Hellman密钥交换则解决了密钥交换的安全问题。双方在同样的规则下各产生一对密钥，其中公钥包含着私钥的信息，但是只通过公钥是无法很难解析私钥的。而这种算法的奇妙之处在于，双方通过交换公钥之后，跟各自的私钥混合，可以产生相同的密钥，于是就可以用这个共有密钥进行前文提到的对称加密了。

然而，这样就万无一失了吗？上述两种方法，都无法解决中间人攻击（Man-in-the-middle attack）。试想一下，Alice和Bob中间有一个坏蛋，同时扮演着对方的角色，使用相同的加密规则跟两人进行交流，由于缺乏验证机制，Alice和Bob无法判断与自己对话的是否本人。于是，引入数字签名，通过例如加密证书之类的东西，验证收到的公钥是否安全无误。现在，逐渐成为主流的https站点，就是利用了SSL/TSL进行安全传输的例子，它可以保证客户端和服务端的通讯不受中间人干扰。

聊天网站/软件

我们来看看现在市面上的即时通讯（IM）软件都用了什么加密手段：列表传送门。可以看到，它们分为两类，client-to-client和client-to-server，即：服务器是否解密你的消息。前者，即本文要实现的端对端加密，服务器只负责传递公钥和密文之类的数据；而后者大概可以理解为服务器就是上文提到的“中间人”，负责消息的传递，这里的加密主要是防止传输过程中被窃取（微信、QQ大致属于这类）。

但是，人们凭什么相信这些通讯软件不会窃取我们的私钥？开源是一种很好的办法，让人们监督它的具体实现过程。大家可以去研读Telegram和Signal的源码，应该会受益匪浅=-=

简单实现

这里我也小试牛刀，看看小作坊的聊天网站能不能实现。因为是小作坊，就暂时不提供身份验证的方法，简单利用Diffie Hellman方法，交换生成密钥，hash之后作为AES加密的密码。服务器本身只进行用户的管理，公钥及密文的分发工作。项目地址：sechat，取secret chat/secure chat之意（不要笑）。

目前，只有一个聊天室，用户打开网站之后，设置昵称即可开始聊天。可以选择给当前在线的某个人发送私信，也可以给所有人发公开消息。。。（因为用户大概不会很多，单独的聊天室尚未开发）

风格嘛，就是terminal的画风(gruvbox配色，后续会提供用户选项，估计得学一下sass =-=)：

感兴趣的话，点击：http://zengwh.com/chat 作测试吧！

因为没有开启https，安全级别还是很低的，大家带着看demo的心态就好。

如果有什么建议和idea，请不要犹豫，留下评论吧。