端對端加密

HPKE 總覽

混合型公開金鑰加密 (HPKE) 是一種加密機制，可用於將酬載加密為公開金鑰。由於酬載本身是以對稱式金鑰加密，而 HPKE 會使用 Diffie-Hellman 金鑰交換機制衍生這個對稱式金鑰，因此稱為「混合型」。

HPKE 模式

基本：最常見的模式。
驗證：使用傳送者的私密金鑰進行驗證。
PSK：使用預先共用的高熵金鑰進行驗證。
AuthPSK：結合傳送者的私密金鑰和預先共用的高熵金鑰，用於驗證。

基本模式互動 (裝置和發卡機構)

以下是高階流程，說明裝置要將機密資料傳送給核發機構的案例。

步驟 1：產生及交換金鑰

簽發機構會建立加密金鑰組：IE₍ₚₖ, ₛₖ₎，其中 ₚₖ 是公開金鑰，ₛₖ 是私密金鑰。
核發機構會將公開金鑰 (IEₚₖ) 傳送並分享給裝置。

步驟 2：加密及傳送

裝置執行 Hybrid-Encrypt(Data, IEₚₖ, Context)。

裝置會產生用於加密的暫時性非對稱金鑰組：₍Eₚₖ, Eₛₖ₎。
並使用 SS = ExtractAndExpand(Diffie-Hellman(IEₚₖ, Eₛₖ), _Context) 公式推導出對稱 AES 金鑰，也就是共用密鑰 (SS)。
裝置會使用這個共用密鑰加密資料，產生 encData。
並將 { encData, Eₚₖ } 分享給核發機構。

步驟 3：解密

發卡機構目前持有 IE₍ₚₖ, ₛₖ₎ 和收到的 { encData, Eₚₖ }。執行 Hybrid-Decrypt(encData, Eₚₖ, IEₛₖ, Context)。

並使用 SS = ExtractAndExpand(Diffie-Hellman(IEₛₖ, Eₚₖ), _Context) 公式推導出對稱 AES 金鑰 (共用密鑰，SS)。
使用 SS 解密 encData。

術語

字詞	定義與詳細資料
DIₚₖ	憑證金鑰憑證鏈結 (裝置身分憑證)：CredentialKey 的 X.509 憑證鏈結，可向核發機構識別憑證。包含 Android Keystore 認證擴充功能，說明金鑰及其安全硬體。用於證明憑證擁有權。簽發者「必須」仔細檢查這個憑證鏈 (例如驗證根憑證是否為知名憑證、Tag::IDENTITY_CREDENTIAL_KEY 是否存在、驗證挑戰是否存在、Tag::ATTESTATION_APPLICATION_ID 是否正確、驗證開機程序是否已啟用，以及簽章/撤銷狀態)。
Aₚₖ	驗證金鑰：需要認證的動態 X.509 驗證金鑰，每個金鑰都由 CredentialKey 簽署。發行者會為每個金鑰產生靜態驗證資料，並傳送至裝置，裝置則會透過 `storeStaticAuthenticationData` 儲存資料。這個金鑰是將加密的酬載，不會直接用於 E2EE。非選用的 X.509 欄位包括：版本 (INTEGER 2)、serialNumber (INTEGER 1)、簽章 (ECDSA)、主體 (CN 設為「Android Identity Credential Authentication Key」)、簽發者 (CN 設為「Android Identity Credential Key」)、效期 (目前時間至未來 365 天)，以及 subjectPublicKeyInfo (必須包含經過認證的公開金鑰)。
IE₍ₛₖ,ₚₖ₎	發行者加密金鑰組：發行者產生的非對稱金鑰。裝置會使用這個金鑰對發行者執行混合式加密。
II₍ₛₖ,ₚₖ₎	核發者身分識別金鑰組：由核發者產生的非對稱金鑰。裝置會使用這組金鑰驗證發行者的身分。
DE₍ₛₖ,ₚₖ₎	裝置加密金鑰組：裝置為每個要求產生的暫時性非對稱金鑰。發行者會使用這把金鑰對裝置執行混合式加密。
FE₍ₛₖ,ₚₖ₎	欄位加密金鑰：在混合式加密期間，系統會為每個欄位產生暫時性的非對稱式金鑰。

Google Digital Credential Provisioning API 中的端對端加密

步驟 1：取得簽發者身分識別金鑰和加密金鑰

API 端點：/getIdentityKey、/getHybridEncryptionKey。
傳回：IIₚₖ、IEₚₖ。

步驟 2：取得裝置註冊 Nonce

產生裝置參考 ID (deviceReferenceId)。
API 端點：呼叫 /getDeviceRegistrationNonce(deviceReferenceId)。
傳回：nonce。

步驟 3：註冊裝置

設定 Android 身分憑證。
呼叫 IC.getCredentialKeyCertificateChain(nonce)，這會傳回內嵌隨機值的 DIₚₖ。
API 端點：呼叫 /registerDevice(deviceReferenceId, DIₚₖ)。
簽發機構必須仔細檢查這個憑證鏈，確保根憑證為人所知、存在驗證問題、ATTESTATION_APPLICATION_ID 與預期應用程式相符、已啟用驗證啟動，以及簽章或撤銷有效。
傳回：ack。

步驟 4a：傳送校對要求

針對每個欄位：
- 執行 Hybrid-Encrypt(Data, IEₚₖ, Context=FieldName) 來產生 encData 和 FEₚₖ。
- 呼叫 IC.proveOwnership(SHA-256(Data + IEₚₖ)) 取得 sigData (由 CredentialKey 簽署的 COSE_Sign1 資料結構，且酬載設為 ProofofOwnership)。
API 端點：呼叫 /proofUser([encData, sigData, FEₚₖ])。
核發機構會使用 DIₚₖ 驗證 sigData。
核發機構會執行 Hybrid-Decrypt(encData, FEₚₖ, IEₛₖ, Context=FieldName) 來產生 Data。
傳回：ack。

步驟 4b：更新校對狀態

使用 deviceReferenceId 和 proofingId 通知 Google 校對狀態更新。
API 端點：呼叫 /notifyProofingStatusUpdateAvailable(...)。
Google 伺服器會呼叫 /getProofingStatus(deviceReferenceId, proofingId)，從發行者擷取驗證狀態。

步驟 5：佈建憑證

呼叫 IC.proveOwnership(SHA-256(DEₚₖ)) 以取得 sigDEₚₖ (由 CredentialKey/DIₛₖ 簽署的 COSE_Sign1 結構，並包含 ProofofOwnership)。
API 端點：透過 /provisionCredential(dRId, pId, cId, DEₚₖ, sigDEₚₖ) 將 deviceReferenceId、proofingId、credentialId 和 sigDEₚₖ 傳送給發卡機構。
發卡機構端：
- 使用「DIₚₖ」驗證「sigDEₚₖ」。
- 加密憑證 (PersonalizationData + AccessControlProfiles)。
- 執行 Hybrid-Encrypt(Cred, DEₚₖ, Context=FieldName) 來產生 encCred 和 FEₚₖ。
- 使用 IIₛₖ 簽署 COSE_Sign1 SHA-256(Cred + DEₚₖ)，建立 sigCred。
- 退回 encCred、sigCred、FEₚₖ。
裝置端：
- 使用 IIₚₖ 驗證 sigCred。
- 執行 Hybrid-Decrypt(encCred, FEₚₖ, DEₛₖ, Context=FieldName) 即可擷取 Cred。
- 呼叫 WC.personalize(Cred) 取得 sigCredReceipt (由 CredentialKey 簽署的 COSE_Sign1，酬載為 ProofOfProvisioning)。
- 執行 Hybrid-Encrypt(sigCredReceipt, DEₛₖ, Context=FieldName)，產生 encReceipt 和 FE1ₚₖ。
- 呼叫 IC.proveOwnership(SHA-256(encReceipt + IEₚₖ)) 取得 sigReceipt (由 CredentialKey 簽署的 COSE_Sign1，酬載為 ProofofOwnership)。
- 產生驗證金鑰 [Aₚₖ]。

步驟 6：產生 MSO 和 StaticAuthData

裝置端：
- 針對每個驗證金鑰：執行 Hybrid-Encrypt(AuthKey, IEₚₖ, Context=FieldName) 來產生 encAuthKey 和 FEₚₖ。
- 呼叫 IC.proveOwnership(SHA-256(AuthKey + IEₚₖ)) 即可取得 sigAuthKey。
- API 端點：呼叫 /provisionMSOs(.., encReceipt, sigReceipt, [encAuthKey, sigAuthKey, FEₚₖ], DEₚₖ, sigDEₚₖ)。
發卡機構端：
- 根據 DIₚₖ 驗證 sigReceipt 和 sigDEₚₖ，確認收據。
- 針對每個 [encAuthKey, sigAuthKey, FEₚₖ]：執行 Hybrid-Decrypt(encAuthKey, FEₚₖ, IEₛₖ, Context=FieldName) 來擷取 AuthKey。
- 產生 MSO (包括 AuthKey) 和 staticAuthData (SAD)，包括 digestIdMapping 和 issuerAuth。
- 執行 Hybrid-Encrypt(SAD, DEₚₖ, Context=FieldName) 來產生 encSAD 和 FEₚₖ。
- 使用 COSE_Sign1 SHA-256(SAD + DEₚₖ) 搭配 IIₛₖ 簽署，產生 sigSAD。
- 回程日期：[encSAD, sigSAD, FEₚₖ]。
裝置端 (最終)：
- 針對每個傳回的 encSAD, sigSAD, FEₚₖ：使用 IIₚₖ 驗證 sigSAD。
- 執行 Hybrid-Decrypt(encSAD, FEₚₖ, DEₛₖ, Context=FieldName) 即可擷取 SAD。
- 撥打 storeStaticAuthenticationData，並使用 SAD 完成設定程序。

輪替規定

簽發者身分識別金鑰應每年輪替一次。在輪替期間，發卡機構應同時代管新舊金鑰，裝置則會信任這兩把金鑰。發行者完全改用新的發行者身分識別金鑰後，應停止代管舊金鑰，裝置也不會再信任該金鑰。

發卡機構混合式加密金鑰應每 3 個月輪替一次。在輪替期間，簽發者應開始只代管新金鑰，裝置也會開始使用新金鑰加密。為避免停機，簽發者必須在合理的時間內，同時支援使用新舊金鑰解密。

AAD 值

請使用下列 AAD 的內容值。

欄位	內容值
preAuthorizationCode	PreAuthorizationCode

如要瞭解其他證據類型的 AAD 值，請洽詢 Google 代表。

數位憑證端對端加密的測試向量

數位 ID 端對端加密的測試向量是一組預先定義的訊息及其加密版本，用於測試加密演算法的正確性。

HPKE 加密參數：

  KEM = DHKEM(P-256, HKDF-SHA256), id = 0x0010
  KDF = HKDF-SHA256, id = 0x0001
  AEAD = AES-256-GCM, id = 0x0002

其他關聯資料 (AAD) 是 HPKE CtxInfo 的輸入內容，AES (對稱) 加密的 AAD 為 NULL (空白)。
JSON 結構中的二進位資料會採用 Base64 編碼，本文中的中間值則採用十六進位編碼。
本文件中的簽章格式：
- 裝置 → 發卡機構、發卡機構 → 裝置：COSE_Sign1

用戶端 → 發行人、發行人 → 用戶端

雙向通訊的範例。

加密要求欄位範例

Plaintext = "Hello, world!", associated-data = "field1"

{
  "field1": {
    "encryptedValue": "yGFWT9MkgV6/IZfYUZjqGEf3k2M/HQhz9XnKWyI\u003d",
    "encapsulatedKey": "BOpBC2LGh1RWk99iIm6ISsaPbtrNnu9hIgHeby5khXY6PG+ZmDOYmorEUne7uzhDmD6JCVYyME1+A8ueJ0CZvAI\u003d",
    "signature": "hEOhASagWE+EcFByb29mT2ZPd25lcnNoaXB4GG9yZy5pc28uMTgwMTMtNS4yMDE5Lm1kbFggTOsHXzsgDgh/2chekltve8rJsFFb6DTtBjY98H58gjb0WEBUnwNT3gvbavE8QoaAKaELqF7JKqh0+ivPisQg6RerTmx8Zsk/tCjW/y1cxhGKatl2EjASemns67r1/lZumEqZ",
    "recipientKeyId": "4D7E5D8B9460810A"
  }
}

深入探討：

>> plaintext = "Hello, world!"
48656C6C6F2C20776F726C6421

>> associated-data = "field1"
6669656C6431

## AES key = 
2831F07355FEAB3A8654EADEEC2E2D497B9FD3C76CB8B5E776DB03583F302332

## AES initialization vector = 
64620929032C85B352156528

## AES associated data (empty) = 

>> encrypted-value = HPKE(plaintext, associated-data)
C861564FD324815EBF2197D85198EA1847F793633F1D0873F579CA5B22

>> encapsulated-key (ephemeral) =
04EA410B62C687545693DF62226E884AC68F6EDACD9EEF612201DE6F2E648576
3A3C6F999833989A8AC45277BBBB3843983E89095632304D7E03CB9E274099BC
02

>> tbs-data = plaintext || issuer-encryption-key
48656C6C6F2C20776F726C6421044F1FC726AFFFC32EAA1275B5B49D67018ADE
7D8599DE53FE049996C0EC45D26EA3375BF467B631CF8AB0F284E4B628E287C8
99107465529DCA93DCF5F7A7EA5F

>> sha-256(tbs-data)
4CEB075F3B200E087FD9C85E925B6F7BCAC9B0515BE834ED06363DF07E7C8236

>> proof-of-ownership (cbor array)
847050726F6F664F664F776E65727368697078186F72672E69736F2E31383031
332D352E323031392E6D646C58204CEB075F3B200E087FD9C85E925B6F7BCAC9
B0515BE834ED06363DF07E7C8236F4

>> signature (cose_sign1)
8443A10126A0584F847050726F6F664F664F776E65727368697078186F72672E
69736F2E31383031332D352E323031392E6D646C58204CEB075F3B200E087FD9
C85E925B6F7BCAC9B0515BE834ED06363DF07E7C8236F45840549F0353DE0BDB
6AF13C42868029A10BA85EC92AA874FA2BCF8AC420E917AB4E6C7C66C93FB428
D6FF2D5CC6118A6AD9761230127A69ECEBBAF5FE566E984A99

發行者或裝置加密金鑰範例

{
  "deviceEncryptionKey": {
    "publicKey": "BP5vgzZ+UTozzb6cmaZ8tkof2nh2Q2oHVAsggvc8V8SR6C9wWU6W9JEq0AmsGbou3jYw4BLftJP2XQeCB3uD/to\u003d",
    "signature": "hEOhASagWE+EcFByb29mT2ZPd25lcnNoaXB4GG9yZy5pc28uMTgwMTMtNS4yMDE5Lm1kbFgg7641tE2UhuT5Tw9p1u9yEDpyYzDf1Jf9m//mIQfd4Kf0WEBB7PvHbfWozCYlFUqMJ6x+QWzoUU/OT10F1J1zoB8MTELPqfC9acF6IX5oMmsgLn2RtPS7QfylRqEAfG0FyYli",
    "keyIdentifier": "F29BA6298BC93156D2D50EA7E2233FC4"
  }
}

深入探討：

>> ec-point
04FE6F83367E513A33CDBE9C99A67CB64A1FDA7876436A07540B2082F73C57C4
91E82F70594E96F4912AD009AC19BA2EDE3630E012DFB493F65D0782077B83FE
DA

>> sha-256(ec-point)
EFAE35B44D9486E4F94F0F69D6EF72103A726330DFD497FD9BFFE62107DDE0A7

>> proof-of-ownership (cbor array)
847050726F6F664F664F776E65727368697078186F72672E69736F2E31383031
332D352E323031392E6D646C5820EFAE35B44D9486E4F94F0F69D6EF72103A72
6330DFD497FD9BFFE62107DDE0A7F4

>> signature (cose_sign1)
8443A10126A0584F847050726F6F664F664F776E65727368697078186F72672E
69736F2E31383031332D352E323031392E6D646C5820EFAE35B44D9486E4F94F
0F69D6EF72103A726330DFD497FD9BFFE62107DDE0A7F4584041ECFBC76DF5A8
CC2625154A8C27AC7E416CE8514FCE4F5D05D49D73A01F0C4C42CFA9F0BD69C1
7A217E68326B202E7D91B4F4BB41FCA546A1007C6D05C98962

測試金鑰和憑證

實作時可參考下列測試金鑰。

測試核發者身分 (簽章) 金鑰

私密金鑰

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MEECAQAwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcEJzAlAgEBBCBSDJqogkjkqD7O8mX5
FcUvwOxFp0CxPOGnMD8BfSbcyw==
-----END PRIVATE KEY-----

公用金鑰憑證

測試發卡機構加密金鑰

私密金鑰

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MEECAQAwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcEJzAlAgEBBCDZMUnwmygUdKXSujXS
ye7YbVnk1Zy/qwnQtzlZs3pQFQ==
-----END PRIVATE KEY-----

公用金鑰憑證

裝置身分 (簽章) 金鑰，又稱憑證金鑰

公用金鑰憑證鏈結 (X.509)

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詳情請參閱 Android 的金鑰認證說明文件。

裝置加密金鑰

私密金鑰

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-----END PRIVATE KEY-----

公用金鑰憑證

端對端加密 透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

HPKE 總覽

HPKE 模式

基本模式互動 (裝置和發卡機構)

術語

Google Digital Credential Provisioning API 中的端對端加密

輪替規定

AAD 值

數位憑證端對端加密的測試向量

用戶端 → 發行人、發行人 → 用戶端

加密要求欄位範例

發行者或裝置加密金鑰範例

測試金鑰和憑證

測試核發者身分 (簽章) 金鑰

測試發卡機構加密金鑰

裝置身分 (簽章) 金鑰，又稱憑證金鑰

裝置加密金鑰

端對端加密