Baby Monitor Timmy-யில் பாதுகாப்பான…ECDH மற்றும் SAS விளக்கம்

Baby Monitor Timmy ஒலியையும் வீடியோவையும் அனுப்பும் முன், இரண்டு சாதனங்களும் ஒன்றையொன்று கண்டறிந்து நம்ப வேண்டும். இந்த இணைத்தல் படி, முழு செயல்முறையிலேயே மிக முக்கியமான தருணம். Timmy சாதனங்களை எப்படி இணைக்கிறது, அதன் பின்னணியில் உள்ள குறியாக்கவியல் என்ன, அருகிலுள்ள தாக்குபவர் கவனிக்கப்படாமல் இணைப்பைக் கைப்பற்ற முடியாதது ஏன் என்பதை இங்கே விளக்குகிறேன்.

சிக்கல்: என் சாதனம் யாருடன் பேசுகிறது என்பதை எப்படி அறியும்?

இரண்டு சாதனங்கள் முதல் முறையாக இணையும் போது முக்கியமான கேள்வி இதுதான்: சாதனம் A உண்மையில் சாதனம் B-யுடன்தான் பேசுகிறதா, அல்லது நடுவில் யாராவது இருக்கிறார்களா? குறியாக்கவியலில் இதை இடைநிலைத் தாக்குதல் (MITM) என்று அழைக்கிறார்கள்.

இதற்கு Timmy, Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) விசை பரிமாற்றம் Firebase வழியாகப் பயன்படுத்துவதுடன், பயனரின் பார்வைச் சரிபார்ப்பையும் இணைத்துத் தீர்வு காண்கிறது..

கீழுள்ள வரைபடம் முழு இணைத்தல் செயல்முறையை ஒரே பார்வையில் காட்டுகிறது:

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

முழுமையான இணைத்தல் நெறிமுறை வரிசை — திருத்தக்கூடிய மூலக் கோப்பு: docs/diagrams/pairing-sequence.mmd

படி 1: ஒவ்வொரு சாதனமும் ஒரு விசை ஜோடியை உருவாக்குகிறது

இணைத்தல் திரையைத் திறக்கும் போது, ஒவ்வொரு சாதனமும் ஒரு தற்காலிக ECDH விசை ஜோடியை P-256 வளைவில் (secp256r1) உருவாக்குகிறது:

ஒரு தனிப்பட்ட விசை — சாதனத்திலேயே மட்டும் இருக்கும்
ஒரு பொது விசை — Firebase வழியாகப் பரிமாறப்படும்

விசைகள் குறியாக்க ரீதியாகப் பாதுகாப்பான சீரற்ற எண் உருவாக்கி (Random.secure()) மூலம் உருவாக்கப்படுகின்றன; அவை இந்த ஒரு இணைத்தல் முயற்சிக்கு மட்டுமே செல்லுபடியாகும். ஒவ்வொரு புதிய முயற்சிக்கும் புதிய விசைகள் உருவாக்கப்படும்.

படி 2: Firebase வழியாகப் பொது விசைகளைப் பரிமாறுதல்

இரண்டு சாதனங்களும் ஒன்றையொன்று கண்டறிய, Timmy ஒரு 4 எழுத்துகளைக் கொண்ட குறியீட்டை சந்திப்பு இடமாகப் பயன்படுத்துகிறது. இந்தக் குறியீட்டை Nearby Connections (Bluetooth Low Energy) மூலம் தானாகக் கண்டறியலாம் அல்லது கையால் உள்ளிடலாம். இதற்கு குறியாக்க மதிப்பு எதுவும் இல்லை; இது இரு சாதனங்களையும் ஒரே Firebase Firestore ஆவணத்தைக் கண்டுபிடிக்க மட்டுமே உதவுகிறது.

இரு சாதனங்களுக்கும் குறியீடு தெரிந்தவுடன், ஒவ்வொன்றும் தன் பொது ECDH விசையைப் பகிரப்பட்ட Firestore ஆவணத்தில்எழுதுகிறது. பின்னர் ஒவ்வொரு சாதனமும் அந்த ஆவணத்திலிருந்து மற்ற சாதனத்தின் பொது விசையைப் படிக்கிறது.

முக்கியமாக: அனுப்பப்படுவது பொது விசை மட்டுமே. தனிப்பட்ட விசை சாதனத்தை ஒருபோதும் விட்டு வெளியேறாது. Firebase போக்குவரத்தைக் கண்காணிக்கும் ஒருவர் பொது விசைகளைக் காணலாம்; ஆனால் அவற்றிலிருந்து பகிரப்பட்ட ரகசியத்தைக் கணக்கிட முடியாது ; இதற்குக் காரணம் Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem (ECDLP)-இன் கடினத்தன்மை.

படி 3: பகிரப்பட்ட ரகசியத்தைக் கணக்கிடுதல்

இரு சாதனங்களும் ஒன்றையொன்று பொது விசையைக் கண்டறிந்ததும், அவை தனித்தனியாக ஒரே பகிரப்பட்ட ரகசியத்தை:

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

கணக்கிடுகின்றன. ஒவ்வொரு சாதனத்திற்கும் அதன் தனிப்பட்ட விசையும் மற்றொன்றின் பொது விசையும் மட்டுமே தெரிந்திருந்தாலும், இரு கணக்கீடுகளும் ஒரே முடிவைத் தரும் என elliptic curves-இன் கணிதம் உறுதி செய்கிறது.

படி 4: சரிபார்ப்பு எண் (SAS)

பகிரப்பட்ட ரகசியத்திலிருந்து ஒரு குறுகிய அங்கீகாரச் சரம் (Short Authentication String, SAS) பெறப்படுகிறது — இரு சாதனங்களிலும் காட்டப்படும் இரு இலக்க எண்:

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

இரு சாதனங்களும் ஒரே எண்ணைக் காட்டும் — உதாரணமாக, 42. பயனர் இரு திரைகளிலும் உள்ள எண்கள் பொருந்துகிறதா என்று பார்த்து, பின்னர் ஒவ்வொரு சாதனத்திலும் தனித்தனியாக உறுதிப்படுத்துகிறார்.

தாக்குபவர் ஏன் இதைப் போலியாக உருவாக்க முடியாது?

இடைநிலைத் தாக்குபவர் Firebase-இல் நடக்கும் விசைப் பரிமாற்றத்தை இடைமறிக்க வேண்டும். குறிப்பாக, அவர்:

Firestore ஆவணத்தில் சேமிக்கப்பட்டுள்ள உண்மையான பொது விசைகளைத் தன்னுடையவற்றால் மாற்ற வேண்டும்
ஒவ்வொரு சாதனத்துடனும் தனித்தனி பகிரப்பட்ட ரகசியங்களை உருவாக்க வேண்டும்

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 எண்கள் பொருந்தாததன் மூலம் இடைநிலைத் தாக்குதலைக் கண்டறிதல் — திருத்தக்கூடிய மூலக் கோப்பு: docs/diagrams/mitm-detection.mmd

இந்த நிலையில், தாக்குபவர் ஒரு பகிரப்பட்ட ரகசியத்தை S_A சாதனம் A-உடனும், வேறொரு பகிரப்பட்ட ரகசியத்தை S_B சாதனம் B-உடனும் கணக்கிடுகிறார். இவை இரண்டும் சமமல்ல என்பதால் S_A ≠ S_B, ஆகவே சாதனங்கள் வேறுபட்ட சரிபார்ப்பு எண்களைக் கணக்கிடுகின்றன..

தாக்குபவரால் அந்த எண்களைப் பொருந்தச் செய்ய முடியாது, ஏனெனில்:

அவருக்கு சாதனங்களின் தனிப்பட்ட விசைகள் தெரியாது
SHA-256-ஐத் திரும்ப மாற்ற முடியாது
சீரற்ற முறையில் பொருந்தும் வாய்ப்பு வெறும் 100-இல் 1

பயனர் திரைகளில் வேறுபட்ட எண்களைக் கண்டு இணைத்தலை ரத்து செய்கிறார். அப்போது தாக்குதல் வெளிப்படையாகத் தெரிந்துவிடும்.

படி 5: இணைத்தலை முடித்தல்

பயனர் இரு சாதனங்களிலும் சரிபார்ப்பை உறுதிப்படுத்திய பின்னரே இணைத்தல் நிறைவடைகிறது:

ஒரு 64 எழுத்துகளைக் கொண்ட இணைத்தல் விசை (256 பிட்கள்) பகிரப்பட்ட ரகசியத்திலிருந்து பெறப்படுகிறது: SHA-256("pair:" + sharedSecret) → pairingKey
ஆவண விசை இவ்வாறு பெறப்படுகிறது SHA-256("doc:" + pairingKey) மேலும் Firestore ஆவண விசையாகப் பயன்படுகிறது
குறியாக்க விசை இவ்வாறு பெறப்படுகிறது SHA-256("enc:" + pairingKey) மேலும் குறியாக்கப்பட்ட சிக்னலிங்கிற்கான AES-256-GCM விசையை வழங்குகிறது
இரு சாதனங்களும் ஒரே இணைத்தல் விசையைச் சேமித்து, முறை தேர்வுக்குச் செல்கின்றன

இந்தப் புள்ளியிலிருந்து, அடுத்தடுத்த எல்லா இணைப்பு முயற்சிகளும் (Firestore சிக்னலிங், WebRTC அமைப்பு) பகிரப்பட்ட AES-256-GCM விசையால் குறியாக்கம் செய்யப்படுகின்றன. இணைத்தல் விசை பின்புற சேவையகத்துக்கு ஒருபோதும் அனுப்பப்படாது; அதன் SHA-256 ஹாஷ் மட்டுமே ஆவண அடையாளங்காட்டியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

அமைப்பு கட்டமைப்பு

இணைத்தல் மற்றும் தொடர்பில் பங்கேற்கும் கூறுகளை கீழுள்ள வரைபடம் காட்டுகிறது:

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

அமைப்பு கட்டமைப்பு கண்ணோட்டம் — திருத்தக்கூடிய மூலக் கோப்பு: docs/diagrams/pairing-architecture.mmd

தொடர்பு பாதைகள் விரிவாக:

WebRTC பியர்-டு-பியர் (தடித்த கோடு): ஒலி, வீடியோ மற்றும் DataChannel சாதனங்களுக்கு இடையே நேரடியாகப் பாய்கின்றன — DTLS-SRTP மூலம் குறியாக்கம் செய்யப்படுகின்றன. எந்தச் சேவையகமும் இந்தத் தரவைப் பார்க்காது.
Firebase Firestore (திடக் கோடு): இணைத்தல் தரவு (ECDH விசைகள்) மற்றும் சிக்னலிங் தரவு (SDP/ICE) Firestore வழியாகச் செல்கின்றன — அவை AES-256-GCM மூலம் முனையிலிருந்து முனைக்கு குறியாக்கம் செய்யப்படுகின்றன. Firebase-ஆல் இந்தத் தரவின் குறியாக்கத்தை நீக்க முடியாது.
STUN சேவையகம்: நேரடியான பியர்-டு-பியர் இணைப்பை ஏற்படுத்த, இரு சாதனங்களும் தங்களின் பொது IP முகவரியைக் கண்டறிகின்றன.
TURN ரிலே: நேரடி இணைப்பு சாத்தியமில்லாத போது (உதாரணமாக, மொபைல் டேட்டாவில்), தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட உள்ளூர் அல்லது Cloudflare TURN சேவையகம் குறியாக்கப்பட்ட மீடியாவை ரிலே செய்கிறது. 24 மணி நேரம் மட்டுமே செல்லுபடியாகும் சான்றுகள் Firebase Cloud Functions வழியாகப் பெறப்படுகின்றன.
Bluetooth LE (புள்ளிக்கோடு): Nearby Connections அருகிலுள்ள சாதனங்களைத் தானாகக் கண்டறிகிறது — சந்திப்புக் குறியீடு மட்டுமே அனுப்பப்படும்; எந்த விசைத் தகவலும் அனுப்பப்படாது.

மாற்றுவழி: குறியீட்டை கையால் உள்ளிடுதல்

Bluetooth கிடைக்கவில்லை என்றால் (உதாரணமாக, பழைய சாதனங்களில்), 4 எழுத்துகளைக் கொண்ட குறியீட்டைக் கையால் தட்டச்சு செய்யலாம். கையால் உள்ளிடுவதிலும் அதே ECDH விசை பரிமாற்றமும் அதே SAS சரிபார்ப்பும் தானியங்கி இணைத்தலைப் போலவே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. BLE மூலம் குறியீட்டைக் கண்டறிவதற்குப் பதிலாக, பயனர் அதைப் படித்து தட்டச்சு செய்வதே ஒரே வித்தியாசம்.

இரண்டு முறைகளிலும் ECDH விசை பரிமாற்றம் Firebase வழியாகவே நடப்பதால், பாதுகாப்பு ஒரே மாதிரியானது. 4 எழுத்துகளைக் கொண்ட குறியீடு ஒரு சந்திப்பு இடம் மட்டுமே; உண்மையான குறியாக்கம் ECDH-இலிருந்து பெறப்படும் 256-பிட் விசையை அடிப்படையாகக் கொண்டது.

சுருக்கம்

பாதுகாப்பு முறை	இதிலிருந்து பாதுகாக்கிறது
ECDH விசை பரிமாற்றம் (P-256)	விசை பரிமாற்ற போக்குவரத்தை ஒட்டுக்கேட்பது
தற்காலிக விசை ஜோடிகள்	முன்னோக்கிய ரகசியத்தன்மை (forward secrecy) — முந்தைய இணைத்தல்கள் பாதுகாப்பாகவே இருக்கும்
காட்சி சரிபார்ப்பு எண் (SAS)	விசைப் பரிமாற்றத்தின்போது நிகழும் இடைநிலைத் தாக்குதல் (MITM)
ஆவண விசையாக SHA-256 ஹாஷ்	Firestore-இலிருந்து குறியீட்டை எடுத்தறிதல்
AES-256-GCM குறியாக்கம்	சிக்னலிங் தரவை ஒட்டுக்கேட்பது
இரு தரப்பு உறுதிப்படுத்தல்	பயனருக்குத் தெரியாமல் ஒருதரப்பு இணைத்தல்
DTLS-SRTP (WebRTC)	ஒலி/வீடியோவை ஒட்டுக்கேட்பது

இந்த அடுக்குகள் ஒன்றாகப் பொருந்துகின்றன: ECDH விசை பரிமாற்றத்தைப் பாதுகாக்கிறது, சரிபார்ப்பு எண் MITM-இலிருந்து பாதுகாக்கிறது, AES-256-GCM சிக்னலிங்கைப் பாதுகாக்கிறது, WebRTC மீடியாவைப் பாதுகாக்கிறது. சாதனங்களுக்கோ பெற்றோருக்கோ தெரியாமல் தாக்குபவர் பல இடங்களில் இந்தச் சங்கிலியை உடைக்க வேண்டியிருக்கும்.

மேலும் கட்டுரைகள்

← வலைப்பதிவுக்குத் திரும்பு

Baby Monitor Timmy-யில் பாதுகாப்பான இணைத்தல்