Baby Monitor Timmy တွင် လုံခြုံစွာ…ECDH နှင့် SAS အကြောင်း

Baby Monitor Timmy က အသံနှင့် ဗီဒီယို မပို့လွှင့်မီ၊ စက်နှစ်လုံးသည် တစ်လုံးကိုတစ်လုံး ရှာဖွေပြီး ယုံကြည်ရပါမည်။ ဤ pairing အဆင့်သည် လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးတွင် အရေးအကြီးဆုံးအချိန်ဖြစ်သည်။ Timmy က စက်နှစ်လုံးကို မည်သို့တွဲဖက်ချိတ်ဆက်ပေးသည်၊ နောက်ကွယ်တွင် မည်သည့်လျှို့ဝှက်ရေးနည်းပညာကို အသုံးပြုထားသည်၊ အနီးအနားရှိ တိုက်ခိုက်သူတစ်ဦးက သတိမပြုမိစေဘဲ ချိတ်ဆက်မှုကို အဘယ်ကြောင့် မသိမ်းပိုက်နိုင်သည်တို့ကို ဤနေရာတွင် ရှင်းပြထားသည်။

ပြဿနာ: ကျွန်ုပ်၏စက်က ဘယ်သူနဲ့ ဆက်သွယ်နေတယ်ဆိုတာ ဘယ်လိုသိနိုင်မလဲ?

စက်နှစ်လုံး ပထမဆုံးချိတ်ဆက်ချိန်တွင် အဓိကမေးခွန်းမှာ Device A က Device B နှင့် အမှန်တကယ် ဆက်သွယ်နေသလား၊ သို့မဟုတ် အလယ်တွင် တစ်စုံတစ်ယောက် ဝင်ရောက်နေသလားဆိုခြင်းဖြစ်သည်။ လျှို့ဝှက်ရေးနည်းပညာတွင် ယင်းကို man-in-the-middle attack (MITM) ဟုခေါ်သည်။

Timmy သည် Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) key exchange ကို Firebase မှတစ်ဆင့် အသုံးပြုပြီး အသုံးပြုသူက မျက်မြင်အတည်ပြုခြင်း.

အောက်ပါပုံသည် pairing လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးကို အကျဉ်းချုပ်ပြထားသည်:

sequenceDiagram
    autonumber
    participant A as 📱 Device A
    participant F as ☁️ Firebase
    participant B as 📱 Device B

    Note over A,B: Phase 1 — Discovery

    A->>A: Generate ECDH key pair (P-256)
    B->>B: Generate ECDH key pair (P-256)

    alt Auto-Pairing (Nearby BLE)
        A-->>B: BLE broadcast: SBM:XKQM
        B-->>A: BLE broadcast: SBM:R7NP
        Note over A,B: Lower code wins → determines creator/joiner
    else Manual Pairing
        A->>A: Display 4-char code
        Note right of A: User reads code
        B->>B: User enters code
    end

    Note over A,B: Phase 2 — ECDH Key Exchange

    A->>F: Write public key (PubA) to meeting doc
    B->>F: Write public key (PubB) to meeting doc
    F-->>B: Read PubA
    F-->>A: Read PubB

    Note over A,B: Phase 3 — Shared Secret

    A->>A: sharedSecret = ECDH(privA, PubB)
    B->>B: sharedSecret = ECDH(privB, PubA)
    Note over A,B: Both compute identical 32-byte secret

    A->>A: SAS = SHA-256("sas:" + sort(PubA,PubB) + secret) → 2-digit number
    B->>B: SAS = SHA-256("sas:" + sort(PubA,PubB) + secret) → 2-digit number

    Note over A,B: Phase 4 — Visual Verification

    A->>A: Display SAS: 42
    B->>B: Display SAS: 42
    Note over A,B: 👤 User compares numbers on both screens

    A->>A: User confirms ✓
    B->>B: User confirms ✓

    Note over A,B: Phase 5 — Key Derivation

    A->>A: pairingKey = SHA-256("pair:" + secret)
    B->>B: pairingKey = SHA-256("pair:" + secret)
    A->>A: docKey = SHA-256("doc:" + pairingKey)
    A->>A: encKey = SHA-256("enc:" + pairingKey)

    Note over A,B: ✅ Paired — all future signaling encrypted with AES-256-GCM

Pairing protocol အစဉ်အဆက် အပြည့်အစုံ — ပြင်ဆင်နိုင်သော မူရင်း: docs/diagrams/pairing-sequence.mmd

အဆင့် 1: စက်တစ်လုံးစီက key pair တစ်စုံ ဖန်တီးသည်

pairing မျက်နှာပြင်ကို ဖွင့်သောအခါ စက်တစ်လုံးစီက ယာယီ ECDH key pair ကို P-256 curve (secp256r1) ပေါ်တွင် ဖန်တီးသည်:

တစ်ခုသော private key — စက်ထဲတွင်သာ ရှိနေသည်
တစ်ခုသော public key — Firebase မှတစ်ဆင့် လဲလှယ်သည်

key များကို cryptographically secure random number generator (Random.secure()) ဖြင့် ဖန်တီးပြီး ယခု pairing ကြိုးပမ်းမှုတစ်ကြိမ်အတွက်သာ အသုံးဝင်သည်. ကြိုးပမ်းမှုအသစ်တိုင်းအတွက် key အသစ်များ ဖန်တီးသည်။

အဆင့် 2: Firebase မှတစ်ဆင့် public key များ လဲလှယ်ခြင်း

စက်နှစ်လုံး အချင်းချင်းရှာတွေ့နိုင်ရန် Timmy သည် စာလုံး 4 လုံးပါ ကုဒ် ကို တွေ့ဆုံမှတ်အဖြစ် အသုံးပြုသည်။ ဤကုဒ်ကို Nearby Connections (Bluetooth Low Energy) မှတစ်ဆင့် အလိုအလျောက် ရှာဖွေနိုင်သလို ကိုယ်တိုင်လည်း ရိုက်ထည့်နိုင်သည်။ ၎င်းတွင် လျှို့ဝှက်ရေးဆိုင်ရာ တန်ဖိုးမရှိပါ; စက်နှစ်လုံးကို Firebase Firestore document တစ်ခုတည်း ရှာတွေ့စေရန်သာ ဖြစ်သည်။

စက်နှစ်လုံးလုံးက ကုဒ်ကို သိသွားသည်နှင့် တစ်လုံးစီက ၎င်း၏ public ECDH key ကို မျှဝေထားသော Firestore documentထဲသို့ ရေးထည့်သည်။ ထို့နောက် စက်တစ်လုံးစီက အခြားစက်၏ public key ကို ထို document မှ ဖတ်ယူသည်။

အရေးကြီးသည်မှာ: အဆိုပါ public key ကိုသာ ပို့သည်။ private key သည် စက်မှ ဘယ်တော့မှ ထွက်မသွားပါ။ Firebase traffic ကို ကြည့်နေသူသည် public key များကို မြင်နိုင်သော်လည်း ၎င်းတို့မှ shared secret ကို မတွက်ချက်နိုင်ပါ ။ ၎င်းသည် Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem (ECDLP) ၏ ခက်ခဲမှုအပေါ် အခြေခံထားသည်။

အဆင့် 3: shared secret တွက်ချက်ခြင်း

စက်နှစ်လုံးက အချင်းချင်း၏ public key ကို ရှာတွေ့ပြီးသည်နှင့် တူညီသော shared secret:

sharedSecret = ECDH(myPrivateKey, remotePublicKey)
             → 32 bytes (identical on both devices)

ကို သီးခြားစီ တွက်ချက်ကြသည်။ Elliptic curve သင်္ချာအရ စက်တစ်လုံးစီတွင် မိမိ၏ private key နှင့် အခြားစက်၏ public key သာ သိထားသော်လည်း တွက်ချက်မှုနှစ်ခုလုံးက တူညီသောရလဒ် ထွက်စေသည်။

အဆင့် 4: အတည်ပြုနံပါတ် (SAS)

shared secret မှ Short Authentication String (SAS) ကို ထုတ်ယူသည် — စက်နှစ်လုံးစလုံးတွင် ပြသသည့် ဂဏန်းနှစ်လုံးပါ နံပါတ်ဖြစ်သည်:

hash   = SHA-256("sas:" + sort(pubkeyA, pubkeyB) + sharedSecret)
number = (hash[0] × 256 + hash[1]) mod 100   → 00 to 99

စက်နှစ်လုံးစလုံးက တူညီသောနံပါတ်ကို ပြသသည် — ဥပမာ၊ 42. အသုံးပြုသူသည် မျက်နှာပြင်နှစ်ခုရှိ နံပါတ်များ တူညီခြင်းရှိမရှိ ကြည့်စစ်ပြီး စက်တစ်လုံးစီ တွင် သီးခြားအတည်ပြုသည်။

တိုက်ခိုက်သူက ယင်းကို အတုပြုလုပ်၍ မရသည့်အကြောင်း

man-in-the-middle တိုက်ခိုက်သူတစ်ဦးသည် Firebase ရှိ key exchange ကို ကြားဖြတ်ရမည်ဖြစ်သည်။ အတိအကျဆိုလျှင် ၎င်းတို့သည်:

Firestore document ထဲတွင် သိမ်းထားသော public key အစစ်များကို မိမိတို့၏ key များဖြင့် အစားထိုးရမည်
စက်တစ်လုံးစီနှင့် မတူညီသော shared secret များ တည်ဆောက်ရမည်

sequenceDiagram
    autonumber
    participant A as 📱 Device A
    participant M as 🕵️ Attacker (MITM)
    participant B as 📱 Device B

    Note over A,B: Attacker intercepts the Firebase key exchange

    A->>A: Generate key pair (privA, PubA)
    B->>B: Generate key pair (privB, PubB)
    M->>M: Generate TWO key pairs (privM1, PubM1) + (privM2, PubM2)

    A->>M: Write PubA to Firebase
    M->>M: Replace PubA with PubM1
    M->>B: B reads PubM1 (thinks it is PubA)

    B->>M: Write PubB to Firebase
    M->>M: Replace PubB with PubM2
    M->>A: A reads PubM2 (thinks it is PubB)

    Note over A,B: Each device computes a DIFFERENT shared secret

    A->>A: secret_A = ECDH(privA, PubM2)
    M->>M: secret_A = ECDH(privM2, PubA)
    M->>M: secret_B = ECDH(privM1, PubB)
    B->>B: secret_B = ECDH(privB, PubM1)

    Note over A,M: secret_A ≠ secret_B

    A->>A: SAS_A = SHA-256("sas:" + sort(PubA,PubM2) + secret_A) → 73
    B->>B: SAS_B = SHA-256("sas:" + sort(PubM1,PubB) + secret_B) → 18

    rect rgb(255, 230, 230)
        Note over A,B: ❌ User sees DIFFERENT numbers!
        A->>A: Display: 73
        B->>B: Display: 18
        Note over A,B: 👤 User notices mismatch → cancels pairing
    end

    Note over A,B: 🛡️ Attack detected — MITM cannot force SAS match (P = 1/100)

SAS မကိုက်ညီမှုဖြင့် man-in-the-middle ရှာဖွေခြင်း — ပြင်ဆင်နိုင်သော မူရင်း: docs/diagrams/mitm-detection.mmd

ဤအခြေအနေတွင် တိုက်ခိုက်သူသည် shared secret တစ်ခုကို S_A Device A နှင့်လည်းကောင်း၊ အခြား shared secret တစ်ခုကို S_B Device B နှင့်လည်းကောင်း တွက်ချက်သည်။ ယင်း shared secret နှစ်ခု မတူညီသောကြောင့် S_A ≠ S_Bစက်နှစ်လုံးက မတူညီသော အတည်ပြုနံပါတ်များ.

ကို တွက်ချက်ကြသည်။ တိုက်ခိုက်သူက နံပါတ်များကို တူညီအောင် မလုပ်နိုင်သည့်အကြောင်းရင်းများမှာ:

၎င်းတို့သည် စက်များ၏ private key များကို မသိကြပါ
SHA-256 သည် ပြန်လှန်တွက်ချက်၍မရပါ
ကျပန်းတူညီသွားနိုင်ခြေမှာ 1 in 100

သာ ဖြစ်သည်။ အသုံးပြုသူက မျက်နှာပြင်နှစ်ခုတွင် နံပါတ်မတူသည်ကို မြင်ပြီး pairing ကို ပယ်ဖျက်နိုင်သည်။ ထိုအချိန်တွင် တိုက်ခိုက်မှုကို သိရှိနိုင်ပြီ ဖြစ်သည်။

အဆင့် 5: pairing ပြီးစီးခြင်း

အသုံးပြုသူက စက်နှစ်လုံးစလုံး တွင် အတည်ပြုပြီးမှ pairing ပြီးစီးသည်:

တစ်ခုသော စာလုံး 64 လုံးပါ pairing key (256 bits) ကို shared secret မှ ထုတ်ယူသည်: SHA-256("pair:" + sharedSecret) → pairingKey
document key ကို SHA-256("doc:" + pairingKey) အဖြစ် ထုတ်ယူပြီး Firestore document key အဖြစ် အသုံးပြုသည်
encryption key ကို SHA-256("enc:" + pairingKey) အဖြစ် ထုတ်ယူပြီး encrypted signaling အတွက် AES-256-GCM key ကို ပံ့ပိုးသည်
စက်နှစ်လုံးစလုံးက တူညီသော pairing key ကို သိမ်းဆည်းပြီး mode ရွေးချယ်မှုသို့ သွားသည်

ဤအချိန်မှစ၍ နောက်ထပ်ချိတ်ဆက်ရန် ကြိုးပမ်းမှုအားလုံး (Firestore signaling၊ WebRTC setup) ကို မျှဝေထားသော AES-256-GCM key ဖြင့် encrypt လုပ်ထားသည်။ pairing key ကို backend သို့ ဘယ်တော့မှ မပို့ပါ; ၎င်း၏ SHA-256 hash ကိုသာ document identifier အဖြစ် အသုံးပြုသည်။

စနစ်တည်ဆောက်ပုံ

အောက်ပါပုံသည် pairing နှင့် ဆက်သွယ်ရေးတွင် ပါဝင်သည့် အစိတ်အပိုင်းများကို ပြထားသည်:

flowchart TB
    BABY["📱 Baby Phone
Baby Mode"]
    PARENT["📱 Parent Phone
Parent Mode"]

    BABY <==>|"🔒 WebRTC Peer-to-Peer · DTLS-SRTP
Audio · Video · DataChannel"| PARENT
    BABY -.-|"🔵 Bluetooth LE · Nearby
Auto-Discovery"| PARENT

    subgraph FIREBASE["☁️ Firebase (Google Cloud)"]
        direction LR
        AUTH["🪪 Anonymous
Authentication"]
        FS["📄 Firestore
Pairing + Signaling"]
        CF["⚡ Cloud Functions
getTurnCredentials"]
    end

    BABY <-->|"🔐 AES-256-GCM encrypted
SDP · ICE · ECDH keys"| FS
    FS <-->|"🔐 AES-256-GCM encrypted
SDP · ICE · ECDH keys"| PARENT

    BABY -.->|Token| AUTH
    PARENT -.->|Token| AUTH

    STUN["📡 STUN server
stun.cloudflare.com:3478"]
    TURN["🔄 TURN relay
local or Cloudflare"]

    BABY & PARENT -->|Short-lived credentials| CF
    CF -->|local first, Cloudflare fallback| TURN

    BABY & PARENT -.->|NAT Traversal| STUN

    BABY -.->|"Relay Fallback"| TURN
    TURN -.->|"Relay Fallback"| PARENT

    style BABY fill:#FBF6F0,stroke:#B5734A,stroke-width:2px
    style PARENT fill:#FBF6F0,stroke:#B5734A,stroke-width:2px
    style FIREBASE fill:#fff5f5,stroke:#E9B44C,stroke-width:2px
    style AUTH fill:#E9B44C,stroke:#2B2D42
    style FS fill:#E9B44C,stroke:#2B2D42
    style CF fill:#E9B44C,stroke:#2B2D42
    style STUN fill:#F6E3D2,stroke:#B5734A
    style TURN fill:#7BC47F,stroke:#2B2D42

စနစ်တည်ဆောက်ပုံ အနှစ်ချုပ် — ပြင်ဆင်နိုင်သော မူရင်း: docs/diagrams/pairing-architecture.mmd

ဆက်သွယ်ရေးလမ်းကြောင်းများ အသေးစိတ်:

WebRTC peer-to-peer (အထူလိုင်း): အသံ၊ ဗီဒီယိုနှင့် DataChannel တို့သည် စက်များအကြား တိုက်ရိုက်စီးဆင်းသည် — DTLS-SRTP ဖြင့် encrypt လုပ်ထားသည်။ မည်သည့် server ကမျှ ဤဒေတာကို မမြင်ရပါ။
Firebase Firestore (မျဉ်းပြည့်): pairing data (ECDH keys) နှင့် signaling (SDP/ICE) တို့သည် Firestore မှတစ်ဆင့် သွားသည် — AES-256-GCM ဖြင့် end-to-end encryption လုပ်ထားသည်။ Firebase က ဒေတာကို decrypt မလုပ်နိုင်ပါ။
STUN server: စက်နှစ်လုံးက တိုက်ရိုက် peer-to-peer ချိတ်ဆက်မှု တည်ဆောက်နိုင်ရန် မိမိတို့၏ public IP address ကို ရှာဖွေသည်။
TURN relay: တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်မှု မဖြစ်နိုင်ပါက (ဥပမာ mobile data သုံးနေချိန်) ရွေးချယ်ထားသော local သို့မဟုတ် Cloudflare TURN server က encrypt လုပ်ထားသော media ကို relay လုပ်ပေးသည်။ သက်တမ်းတို credentials (24h) ကို Firebase Cloud Functions မှတစ်ဆင့် ရယူသည်။
Bluetooth LE (အစက်လိုင်း): Nearby Connections က အနီးရှိစက်များကို အလိုအလျောက် ရှာဖွေသည် — တွေ့ဆုံကုဒ်ကိုသာ ပို့လွှင့်ပြီး key material မပို့ပါ။

အစားထိုးနည်း: ကုဒ်ကို ကိုယ်တိုင်ရိုက်ထည့်ခြင်း

Bluetooth အသုံးမပြုနိုင်ပါက (ဥပမာ စက်အဟောင်းများတွင်) စာလုံး 4 လုံးပါ ကုဒ်ကို ကိုယ်တိုင်ရိုက်ထည့်နိုင်သည်။ ကိုယ်တိုင်ရိုက်ထည့်သည့်နည်းသည် တူညီသော ECDH key exchange နှင့် တူညီသော SAS verification ကို အလိုအလျောက် pairing ကဲ့သို့ပင် အသုံးပြုသည်။ ကွာခြားချက်မှာ BLE မှ ရှာတွေ့မည့်အစား အသုံးပြုသူက ကုဒ်ကိုဖတ်ပြီး ရိုက်ထည့်ရခြင်းသာဖြစ်သည်။

နှစ်မျိုးလုံးတွင် ECDH key exchange သည် Firebase မှတစ်ဆင့် ဖြစ်သောကြောင့် လုံခြုံရေးမှာ တူညီသည်. စာလုံး 4 လုံးပါ ကုဒ်သည် စက်နှစ်လုံးတွေ့ဆုံနိုင်ရန် အမှတ်တစ်ခုသာဖြစ်ပြီး အမှန်တကယ် encryption သည် ECDH မှရရှိသော 256-bit key ကို အခြေခံထားသည်။

အနှစ်ချုပ်

လုံခြုံရေးနည်းလမ်း	ကာကွယ်ပေးသည့် အန္တရာယ်
ECDH key exchange (P-256)	key exchange traffic ကို နားထောင်ခြင်း
ယာယီ key pair များ	Forward secrecy — ယခင် pairing များသည် လုံခြုံဆဲဖြစ်သည်
မျက်မြင်အတည်ပြုနံပါတ် (SAS)	key exchange အတွင်း man-in-the-middle (MITM) တိုက်ခိုက်မှု
document key အဖြစ် SHA-256 hash	Firestore မှ ကုဒ်ထုတ်ယူခြင်း
AES-256-GCM encryption	signaling data ကို နားထောင်ခြင်း
နှစ်ဖက်စလုံး အတည်ပြုခြင်း	အသုံးပြုသူမသိဘဲ တစ်ဖက်တည်း pairing လုပ်ခြင်း
DTLS-SRTP (WebRTC)	အသံ/ဗီဒီယိုကို နားထောင်ခြင်း

ဤလုံခြုံရေးအလွှာများသည် အတူတကွ အလုပ်လုပ်သည်: ECDH က key exchange ကို ကာကွယ်သည်၊ verification number က MITM ကို ကာကွယ်သည်၊ AES-256-GCM က signaling ကို ကာကွယ်သည်၊ WebRTC က media ကို ကာကွယ်သည်။ တိုက်ခိုက်သူသည် စက်များ သို့မဟုတ် မိဘများ သတိမပြုမိဘဲ ဤကွင်းဆက်ကို နေရာများစွာတွင် ဖောက်ထွင်းရမည်ဖြစ်သည်။

ဆောင်းပါးများ ထပ်မံဖတ်ရှုရန်

← ဘလော့ဂ်သို့ ပြန်သွားရန်

Baby Monitor Timmy တွင် လုံခြုံစွာ ချိတ်ဆက်ခြင်း