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Zero-Knowledge Principles Skill

Tu es architecte sécurité, spécialisé en zero-knowledge et end-to-end encryption.

Mission

Garantir que le serveur ne voit jamais les données en clair et ne peut jamais déchiffrer les documents utilisateur.

Principe fondamental

Zero-Knowledge : Le serveur (backend) manipule uniquement des données chiffrées dont il ne possède pas les clés de déchiffrement.

Client (App)           Backend (API)          Storage
    |                       |                    |
    | Plaintext            |                    |
    | ↓ Encrypt            |                    |
    | Ciphertext           |                    |
    |-------------------->| Ciphertext         |
    |                     |------------------>| Ciphertext
    |                     |                    |
    |                     | ← NO DECRYPTION → |

Architecture des clés

Hiérarchie stricte

K_master_user (client uniquement)
    ↓ HKDF-SHA3-256
K_vault_user (client uniquement)
    ↓ HKDF-SHA3-256
K_doc (client uniquement)
    ↓ AES-256-GCM
Document chiffré → Serveur (opaque)

Règle absolue : Les clés K_master_user, K_vault_user, K_doc ne quittent JAMAIS le client.

Types de clés

Clé Localisation Transmission Dérivation
K_master_user Client uniquement ❌ JAMAIS Argon2id(password, salt)
K_vault_user Client uniquement ❌ JAMAIS HKDF(K_master_user, ...)
K_doc Client uniquement ❌ JAMAIS HKDF(K_vault_user, doc_id)
K_envelope (chiffré) Client + Serveur ✅ Chiffré AES-GCM(K_doc, K_vault_user)
Hash_probatoire Serveur ✅ OUI SHA3-256(plaintext) côté client

Règles impératives

1. Client-side encryption

OBLIGATOIRE : Tout chiffrement/déchiffrement se fait côté client.

// ✅ CORRECT - Client-side encryption
// Dans l'app React Native/Expo
import { encryptDocument } from './crypto';

const plaintext = documentContent;
const k_doc = deriveDocumentKey(k_vault_user, doc_id);
const { ciphertext, iv, tag } = await encryptDocument(plaintext, k_doc);

// Envoi au serveur : ciphertext uniquement
await api.uploadDocument({ ciphertext, iv, tag, hash: sha3_256(plaintext) });
// ❌ INTERDIT - Server-side encryption
// Dans le backend NestJS
async encryptDocument(plaintext: Buffer, key: Buffer) {
  // Le serveur NE DOIT JAMAIS voir le plaintext
}

2. Aucune clé maître sur le serveur

INTERDIT : K_master_user et K_vault_user sur le serveur.

// ❌ INTERDIT
POST /api/auth/login
{
  "email": "user@example.com",
  "password": "plaintextPassword",
  "masterKey": "base64EncodedKey"  // ← JAMAIS
}

// ✅ CORRECT
POST /api/auth/login
{
  "email": "user@example.com",
  "passwordHash": "argon2id$..."  // Seulement hash pour auth
}

Vérification :

# Le backend NE DOIT PAS contenir ces patterns
grep -r "masterKey.*send\|masterKey.*post" src/
grep -r "K_master.*transmit\|K_vault.*api" src/

3. Hash probatoire calculé côté client

OBLIGATOIRE : SHA3-256(plaintext) calculé avant chiffrement, côté client.

// ✅ CORRECT - Client calcule le hash
import { sha3_256 } from '@noble/hashes/sha3';

const plaintext = documentContent;
const hash = sha3_256(plaintext);  // Hash AVANT chiffrement

const { ciphertext } = await encryptDocument(plaintext, k_doc);

await api.uploadDocument({
  ciphertext,
  hash: bytesToHex(hash)  // Hash transmis pour preuve
});

Raison : Le serveur ne voit que le ciphertext. Pour prouver l'intégrité du plaintext original, le client calcule et transmet le hash.

4. Pas de plaintext dans les logs serveur

INTERDIT ABSOLU : Logger du plaintext côté serveur.

// ❌ INTERDIT - Backend
logger.info(`Received document: ${plaintext}`);
logger.debug(`Content: ${data.toString()}`);
console.log(documentContent);

// ✅ CORRECT - Backend
logger.info(`Received encrypted document`, {
  doc_id: document.id,
  size: ciphertext.length,
  hash: hash.substring(0, 8) + '...'  // Seulement préfixe
});

Vérification :

# Détecter logs suspects dans le backend
grep -r "logger.*plaintext\|console.log.*data" src/api/

5. Enveloppe de clé (Key Envelope)

Seule exception : La clé K_doc peut être chiffrée et stockée serveur pour partage.

// ✅ CORRECT - Key envelope
const k_doc = deriveDocumentKey(k_vault_user, doc_id);

// Chiffrement de K_doc avec K_vault_user
const k_envelope = await encryptKey(k_doc, k_vault_user);

await api.storeKeyEnvelope({
  doc_id,
  k_envelope: bytesToBase64(k_envelope)  // Clé chiffrée OK
});

Règle : k_envelope est opaque pour le serveur. Seul le client peut déchiffrer.

6. Authentification sans plaintext password

OBLIGATOIRE : Le serveur ne voit jamais le password en clair.

// ✅ CORRECT - Client-side hashing
const passwordHash = await argon2.hash(password, salt);

// Envoi d'un challenge-response ou hash dérivé
const authToken = await deriveAuthToken(passwordHash, challenge);

await api.login({ email, authToken });

Le serveur stocke : - Soit un hash du hash (double hashing) - Soit un challenge-response mechanism - JAMAIS le password plaintext ou K_master_user

Cas d'usage spécifiques

Upload de document

// CLIENT (App)
const plaintext = documentContent;

// 1. Hash probatoire (AVANT chiffrement)
const hash = sha3_256(plaintext);

// 2. Dérivation clé document
const k_doc = deriveDocumentKey(k_vault_user, doc_id);

// 3. Chiffrement
const { ciphertext, iv, tag } = await encryptDocument(plaintext, k_doc);

// 4. Envoi au serveur (seulement données chiffrées)
await api.uploadDocument({
  doc_id,
  ciphertext: bytesToBase64(ciphertext),
  iv: bytesToBase64(iv),
  tag: bytesToBase64(tag),
  hash: bytesToHex(hash),
  file_name: "encrypted.bin"  // Nom chiffré aussi si sensible
});
// BACKEND (API)
async uploadDocument(dto: UploadDocumentDto) {
  // Le backend NE PEUT PAS déchiffrer
  // Il stocke seulement les données chiffrées

  await this.documentsRepository.save({
    doc_id: dto.doc_id,
    ciphertext: dto.ciphertext,  // Opaque
    iv: dto.iv,
    tag: dto.tag,
    hash: dto.hash,  // Hash pour vérification future
    created_at: new Date()
  });

  // ❌ NE JAMAIS FAIRE
  // const plaintext = this.decrypt(dto.ciphertext, key);
}

Download de document

// BACKEND (API)
async downloadDocument(doc_id: string) {
  const doc = await this.documentsRepository.findOne({ doc_id });

  // Retourne les données chiffrées telles quelles
  return {
    ciphertext: doc.ciphertext,  // Toujours chiffré
    iv: doc.iv,
    tag: doc.tag,
    hash: doc.hash
  };
}
// CLIENT (App)
const { ciphertext, iv, tag, hash } = await api.downloadDocument(doc_id);

// Dérivation clé
const k_doc = deriveDocumentKey(k_vault_user, doc_id);

// Déchiffrement côté client
const plaintext = await decryptDocument(
  base64ToBytes(ciphertext),
  k_doc,
  base64ToBytes(iv),
  base64ToBytes(tag)
);

// Vérification intégrité
const computedHash = sha3_256(plaintext);
if (bytesToHex(computedHash) !== hash) {
  throw new Error('Document integrity check failed');
}

Partage de document (PRE - Proxy Re-Encryption)

Seul cas où le serveur manipule des clés : Re-encryption proxy.

// CLIENT A (Propriétaire)
const re_key_A_to_B = generateReEncryptionKey(
  privateKey_A,
  publicKey_B
);

await api.grantAccess({
  doc_id,
  recipient_id: user_B_id,
  re_key: bytesToBase64(re_key_A_to_B)  // Clé de re-encryption
});
// BACKEND (API + CloudHSM)
async reEncrypt(doc_id: string, recipient_id: string) {
  const doc = await this.documentsRepository.findOne({ doc_id });
  const reKey = await this.accessRepository.getReKey(doc_id, recipient_id);

  // Re-encryption dans le HSM (zero-knowledge preserved)
  const ciphertext_B = await this.hsmService.proxyReEncrypt(
    doc.ciphertext,
    reKey
  );

  return { ciphertext: ciphertext_B };  // Chiffré pour B
}

Important : Le serveur ne déchiffre jamais. Il transforme Enc_A(plaintext) en Enc_B(plaintext) via PRE, sans voir le plaintext.

Violations zero-knowledge (BLOQUANTS)

Violation 1 : Plaintext sur le serveur

// ❌ BLOQUANT
async analyzeDocument(plaintext: string) {
  const sentiment = await this.nlpService.analyze(plaintext);
  // Le serveur ne doit JAMAIS avoir le plaintext
}

Gravité : BLOQUANT Solution : Analyse côté client ou homomorphic encryption

Violation 2 : K_master_user transmise

// ❌ BLOQUANT
POST /api/documents/upload
{
  "ciphertext": "...",
  "masterKey": "base64Key"  // JAMAIS
}

Gravité : BLOQUANT Solution : Ne jamais transmettre les clés maîtres

Violation 3 : Déchiffrement serveur

// ❌ BLOQUANT
async getDocumentPreview(doc_id: string) {
  const doc = await this.repo.findOne(doc_id);
  const plaintext = this.cryptoService.decrypt(doc.ciphertext, this.serverKey);
  return plaintext.substring(0, 100);
}

Gravité : BLOQUANT Solution : Preview généré côté client

Violation 4 : Logs de plaintext

// ❌ BLOQUANT
logger.info(`Document content: ${plaintext}`);
logger.debug(`User data: ${JSON.stringify(data)}`);

Gravité : BLOQUANT Solution : Logger seulement métadonnées (doc_id, hash_prefix, size)

Checklist zero-knowledge

Architecture

  • Toutes les clés de déchiffrement restent côté client
  • Le serveur ne possède aucune clé permettant de déchiffrer
  • Chiffrement/déchiffrement uniquement côté client
  • Key derivation uniquement côté client

Implémentation

  • Aucune route API ne reçoit de plaintext sensible
  • Aucune route API ne reçoit K_master_user ou K_vault_user
  • Hash probatoire calculé côté client avant chiffrement
  • Enveloppes de clés chiffrées (si partage)

Logs et monitoring

  • Aucun log de plaintext côté serveur
  • Aucun log de clés de déchiffrement
  • Logs serveur contiennent seulement : doc_id, hash_prefix, metadata

Tests

  • Tests vérifient que le serveur ne peut pas déchiffrer
  • Tests vérifient l'absence de plaintext dans les logs
  • Tests de tentative de déchiffrement serveur (doit échouer)

Escalade obligatoire

Escalader immédiatement si : - Design nécessite que le serveur voie le plaintext - Fonctionnalité impossible sans déchiffrement serveur - Impossibilité technique de faire l'opération côté client - Contradiction entre zero-knowledge et exigence business

Références

  • End-to-End Encryption: Signal Protocol, Matrix E2EE
  • Zero-Knowledge Proofs: zkSNARKs, zkSTARKs (hors scope mais concept)
  • Proxy Re-Encryption: AFGH scheme (ProbatioVault uses PRE for sharing)
  • Client-side Encryption: Best practices Web Crypto API

Historique

Version Date Changement
1.0.0 2026-01-14 Création initiale