From Specs to Apps: Verifying and Monitoring Models of Signal and WhatsApp
Dit artikel overbrugt de kloof tussen formele protocolspecificaties en real-world implementaties door de SpecMon runtime monitor te gebruiken om te verifiëren dat geobserveerde executies van WhatsApp Web en Signal Desktop voldoen aan nieuw ontwikkelde Tamarin-compatibele modellen, waardoor beveiligingseigenschappen worden bevestigd en ongedocumenteerde verschillen tussen de applicaties worden blootgelegd.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In het digitale tijdperk vertrouwen miljarden mensen op messaging-apps om hun meest privé gedachten te delen, hun financiële gegevens te beveiligen en hun dagelijks leven te coördineren. Achter de schermen van deze applicaties ligt een complexe set regels bekend als een protocol, dat fungeert als de blauwdruk voor hoe berichten worden vergrendeld, verzonden en ontgrendeld. Het beroemdste van deze blauwdruken is het Signal-protocol, een systeem dat is ontworpen om ervoor te zorgen dat zelfs als een hacker een bericht onderschept, hij het niet kan lezen. Jarenlang hebben beveiligingsexperts krachtige computertools gebruikt om te bewijzen dat deze blauwdruk wiskundig solide is. Ze hebben aangetoond dat als de regels perfect worden gevolgd, het systeem onkraakbaar is. Echter, een blauwdruk is niet hetzelfde als een gebouw. Alleen omdat een ontwerp op papier perfect lijkt, betekent dit niet dat de bouwploeg elke instructie heeft opgevolgd, de juiste materialen heeft gebruikt of accidentele fouten heeft vermeden tijdens het bouwen van de muren. In de wereld van software is de kloof tussen het theoretische ontwerp en de werkelijke code die op de telefoon van een gebruiker draait, de plek waar kwetsbaarheden zich vaak verschuilen.
Een team van onderzoekers van het CISPA Helmholtz Center for Information Security besloot deze kloof te overbruggen. Ze wilden weten of de real-world versies van het Signal-protocol, zoals ze draaien binnen de WhatsApp- en Signal-apps, daadwerkelijk de strikte regels volgen die ze zijn ontworpen om te gehoorzamen. In plaats van te proberen de volledige codebase van deze enorme applicaties te lezen—een taak die moeilijk wordt gemaakt omdat delen ervan verborgen of gesloten zijn—bouwden de onderzoekers een gespecialiseerde waakhond. Deze waakhond, genaamd SpecMon, observeert de applicatie terwijl deze draait, luistert naar elk gesprek dat het voert met het netwerk en elke berekening die het uitvoert met zijn beveiligingssleutels. Het vergelijkt deze live acties in realtime met het perfecte theoretische model. Als de applicatie een afkorting probeert te nemen, een stap overslaat of een andere methode gebruikt dan de blauwdruk toestaat, slaat de waakhond alarm.
De onderzoekers pasten deze methode toe op twee belangrijke applicaties: Signal Desktop, die openstaat voor inspectie door iedereen, en WhatsApp Web, een gesloten, propriëtair systeem dat eigendom is van een enorme corporatie. Voor de Signal Desktop-applicatie vertrokken ze vanuit een bestaand, zeer gedetailleerd wiskundig model van het protocol en voegden zij de specifieke, rommelige details toe die in de werkelijke software worden gevonden, zoals de manier waarop het nieuwe soorten encryptie afhandelt die ontworpen zijn om weerstand te bieden aan toekomstige kwantumcomputers. Voor WhatsApp moesten ze achteruit werken. Vertrekkend vanuit geen enkel vooraf bestaand model, observeerden ze het gedrag van de applicatie, namen ze de acties op en bouwden ze een nieuw, op maat gemaakt blauwdruk vanaf nul die exact overeenkwam met wat de software deed. Dit was een belangrijke prestatie, aangezien het de eerste keer was dat een formeel model rechtstreeks uit de implementatie van WhatsApp's versie van het protocol werd afgeleid.
Zodra deze modellen klaar waren, zetten de onderzoekers ze op de proef. Ze voerden duizenden gesimuleerde gesprekken uit, inclus�jes scenario's waarin berichten werden vertraagd, buiten de juiste volgorde werden verzonden, of waarbij de netwerkverbinding werd onderbroken. In elk geval gedroegen de applicaties zich precies zoals de modellen voorspelden, wat bevestigde dat de kernbeveiligingsmechanismen correct functioneerden. De onderzoekers injecteerden ook doelbewust fouten in de software om te zien of hun waakhond deze zou vangen. Ze lieten de apps oude encryptiesleutels hergebruiken, handtekeningcontroles overslaan of geheime gegevens op onverwachte manieren lekken. Het systeem detecteerde al deze beveiligingsfouten, wat bewees dat de monitorings tool gevoelig genoeg is om gevaarlijke afwijkingen van de regels op te merken.
De monitoring onthulde echter ook subtiele verschillen tussen de twee applicaties die niet direct voor de hand lagen. De onderzoekers ontdekten dat WhatsApp anders omgaat met "leesbevestigingen"—de meldingen die een verzender vertellen dat een bericht is bekeken—dan Signal doet. In Signal zijn deze ontvangsten ingepakt in dezelfde sterke encryptie als de berichten zelf en doen ze mee aan de continue actualisering van beveiligingssleutels. In WhatsApp worden deze ontvangsten buiten die versleutelde laag verzonden, wat betekent dat ze niet dezelfde beveiligingsupdates triggeren. Hoewel de onderzoekers niet op een manier hebben gevonden om de beveiliging van WhatsApp te breken op basis van dit verschil, merkten ze op dat dit betekent dat de applicatie mogelijk langer nodig heeft om zijn beveiliging te herstellen als een geheime sleutel ooit gestolen zou worden. Ze bevestigden ook dat WhatsApp nog steeds bepaalde geavanceerde privacyfuncties mist, zoals het verbergen van de identiteit van de verzender voor de server, die wel aanwezig zijn in de Signal-app.
De studie demonstreert dat het mogelijk is om complexe, real-world software in actie te observeren en te verifiëren dat deze zich houdt aan haar beveiligingsbeloften zonder dat men elke regel van de broncode hoeft te zien. Het proces was efficiënt, het kostte slechts enkele weken om op te zetten en uit te voeren, en het voegde zeer weinig vertraging toe aan de snelheid van de applicaties. Door een systeem te creëren waarbij het theoretische model en de live monitoring dezelfde taal spreken, hebben de onderzoekers een manier geboden voor ontwikkelaars en beveiligingsexperts om continu te controleren of hun applicaties veilig blijven terwijl ze evolueren. Deze aanpak biedt een nieuwe weg voor het opbouwen van vertrouwen in de digitale hulpmiddelen die we dagelijks gebruiken, door te garanderen dat de gebouwen waarin we wonen even veilig zijn als de blauwdrukken waaruit ze zijn gebouwd.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.