Проектирование архитектуры защищенной системы обмена сообщениями с использованием блокчейн технологий

Вводная часть

В современном мире обмен информацией через электронные каналы связи стал неотъемлемой частью как личной, так и деловой коммуникации. Однако с ростом объема передаваемой информации увеличиваются и риски, связанные с её безопасностью. Традиционные централизованные системы обмена сообщениями сталкиваются с рядом проблем, включая уязвимость к атакам типа «человек посередине», риски компрометации ключей шифрования, а также возможность несанкционированного доступа к данным со стороны третьих лиц или даже самих провайдеров услуг.

Блокчейн-технологии, изначально разработанные для обеспечения безопасных и прозрачных финансовых транзакций, предоставляют новые возможности для создания защищенных систем обмена сообщениями. Децентрализованная природа блокчейна, использование криптографических методов и механизмы консенсуса позволяют преодолеть многие недостатки традиционных систем.

Проведем сравнительный анализ централизованных и децентрализованных СОС. Результат представлен в таблице.

Таблица

Сравнительный анализ СОС

Существующие централизованные системы обмена сообщениями предлагают либо высокую безопасность и приватность, либо отличную масштабируемость, но редко сочетают эти качества с децентрализацией.

Учитывая произведенный анализ, было принято решение использовать блокчейн-технологии для работы с метаданными и классическое хранилище для контента для более оптимальной работы.

Основная часть

Архитектура разрабатываемой системы является комплексным решением, интегрирующим современные технологии для обеспечения безопасного обмена сообщениями. Многоуровневая модель, сочетающая клиент-серверный подход с распределенными технологиями блокчейн и децентрализованного хранения данных лежит в основе архитектуры.

Система состоит из следующих ключевых компонентов:

• Клиентская часть реализована в виде веб-приложения на базе React.js и мобильных приложений для платформ iOS и Android. Клиентское приложение обеспечивает пользовательский интерфейс и выполняет операции по шифрованию и расшифровке данных непосредственно на устройстве пользователя, что является основой для реализации сквозного шифрования.
• Серверная часть построена на основе микросервисной архитектуры, где каждый сервис отвечает за определенный аспект функционирования системы. Взаимодействие между сервисами осуществляется через защищенные каналы с использованием REST API и асинхронного обмена сообщениями.
• Блокчейн-компонент, реализованный на базе Hyperledger Fabric, обеспечивает неизменяемый распределенный реестр для хранения метаданных сообщений и управления криптографическими ключами. Выбор Hyperledger Fabric обусловлен его возможностями по созданию приватных сетей с гибкими политиками доступа и высокой производительностью транзакций.
• Система хранения сообщений представляет собой комбинацию реляционной базы данных PostgreSQL для структурированных данных и распределенной файловой системы IPFS для эффективного хранения зашифрованных сообщений и вложений. Такой подход обеспечивает оптимальное сочетание производительности и отказоустойчивости.
• Криптографический слой, построенный на базе библиотеки Libsodium, предоставляет высокоуровневые примитивы для шифрования, цифровой подписи и хеширования данных. Использование проверенной криптографической библиотеки минимизирует риски, связанные с самостоятельной реализацией криптографических алгоритмов.

Компоненты системы взаимодействуют между собой следующим образом:

• Клиентское приложение устанавливает защищенное соединение с API-шлюзом серверной части, который маршрутизирует запросы к соответствующим микросервисам.
• Микросервисы обрабатывают бизнес-логику, взаимодействуют с базой данных и блокчейн-сетью, а также координируют процессы хранения и извлечения данных из IPFS.
• Блокчейн-сеть Hyperledger Fabric обеспечивает консенсус между узлами и выполнение смарт-контрактов (чейнкодов), реализующих логику работы с метаданными сообщений.
• IPFS обеспечивает распределенное хранение зашифрованных сообщений с возможностью адресации по содержимому, что повышает отказоустойчивость системы.

Схема взаимодействия компонентов представлена на рисунке.

Рис. Схема взаимодействия компонентов СОС

Выводы по работе

Таким образом, в результате проделанной работы был выявлен ряд недостатков в традиционных системах обмена сообщениями. Спроектированная система позволит превзойти их по уровню безопасности без потери производительности за счет гибридной архитектуры, где критически важные метаданные хранятся в блокчейне, а контент – в распределенном хранилище.