Protokol pro bezpečné sdílení dat v peer-to-peer systémech

Abstract

Tato bakalářská práce řeší problematiku bezpečného sdílení dat v decentralizovaných peerto-peer sítích návrhem protokolu ScatterNet, vyvinutého k zajištění důvěrnosti, integrity, dostupnosti a odolnosti dat. Klíčové přínosy zahrnují robustní formát serializace dat a minimální komunikační rozhraní. Serializační formát definuje DataChunk, identifikovaný kryptografickým otiskem Hash konstruovaným z výstupů SHA-256 a BLAKE3, délky kódované formátem PackedInt a Reed-Solomonovy parity. Ochrana dat využívá kompresi Deflate, AEAD šifrování ChaCha20-Poly1305 – s klíčem odvozeným z hashe serializovaných dat a nonce odvozenou z klíče – a vlastní schéma Long Error Correction Code (Long ECC) se samoopravnou hlavičkou a prokládanou Reed-Solomonovou ochranou šifrovaného obsahu. Univerzální identifikátor HKey umožňuje adresaci dat. Komunikační protokol, operující mezi peery identifikovanými klíči Ed25519, specifikuje operace FETCH a PUT a zahrnuje lokální systém reputace. Modulární referenční implementace v Rustu, využívající iroh pro peer-to-peer komunikaci přes QUIC, demonstruje životaschopnost protokolu a prezentuje komplexní řešení pro bezpečné a odolné sdílení dat.

This bachelor’s thesis confronts the challenge of secure data sharing within decentralized peer-to-peer networks by proposing ScatterNet, a protocol engineered to ensure data confidentiality, integrity, availability, and resilience. Core contributions include a robust data serialization format and a minimal communication interface. The serialization format defines the DataChunk, identified by a cryptographic Hash constructed from SHA-256 and BLAKE3 outputs, PackedInt-encoded length, and Reed-Solomon parity. Data protection employs Deflate compression, ChaCha20-Poly1305 AEAD encryption—keyed by a hash of the serialized data with a key-derived nonce—and a custom Long Error Correction Code (Long ECC) featuring a self-correcting header and interleaved Reed-Solomon protection for the encrypted payload. A versatile HKey identifier facilitates data addressing. The communication protocol, operating between Ed25519-identified peers, specifies FETCH and PUT operations and incorporates a local reputation system. A modular Rust reference implementation utilizing iroh for QUIC-based peer-to-peer communication demonstrates the protocol’s viability, presenting a comprehensive solution for secure, resilient data exchange.