أساسيات التشفير

تُعدّ الخوارزميات التشفيرية الأساسية خوارزميات تشفيرية راسخة ومنخفضة المستوى، تُستخدم بكثرة لبناء بروتوكولات تشفيرية لأنظمة أمن الحاسوب . ^{[ 1 ]} وتشمل هذه الخوارزميات، على سبيل المثال لا الحصر، دوال التجزئة أحادية الاتجاه ودوال التشفير .

عند تصميم أنظمة التشفير ، يستخدم المصممون عناصر التشفير الأساسية كأهم مكوناتها. ولذلك، تُصمم هذه العناصر لأداء مهمة محددة بدقة عالية وموثوقية فائقة.

بما أن العناصر الأساسية للتشفير تُستخدم كعناصر بناء، فيجب أن تكون موثوقة للغاية، أي أن تعمل وفقًا لمواصفاتها. على سبيل المثال، إذا ادّعى روتين تشفير أنه لا يمكن اختراقه إلا بعدد X من عمليات الحاسوب، وتم اختراقه بعدد أقل بكثير من X من العمليات، فإن هذا العنصر الأساسي للتشفير يكون قد فشل. إذا تبيّن فشل عنصر أساسي للتشفير، فإن جميع البروتوكولات التي تستخدمه تقريبًا تصبح عرضة للاختراق. ولأن إنشاء روتينات التشفير أمر بالغ الصعوبة، واختبار موثوقيتها يستغرق وقتًا طويلاً، فإنه من غير المنطقي (وغير الآمن) تصميم عنصر أساسي جديد للتشفير ليناسب احتياجات نظام تشفير جديد. ومن الأسباب ما يلي:

• قد لا يكون المصمم كفؤاً في الاعتبارات الرياضية والعملية المتعلقة بالأساسيات التشفيرية.
• إن تصميم عنصر تشفيري جديد يستغرق وقتاً طويلاً وعرضة للأخطاء ، حتى بالنسبة للخبراء في هذا المجال.
• بما أن الخوارزميات في هذا المجال لا تتطلب فقط تصميمًا جيدًا، بل أيضًا اختبارًا دقيقًا من قبل مجتمع خبراء التشفير، فحتى لو بدت خوارزمية التشفير جيدة من وجهة نظر التصميم، فقد تحتوي على أخطاء. إن اجتياز هذا التدقيق بنجاح يمنح ثقة (بل الثقة الوحيدة حتى الآن) بأن الخوارزمية آمنة بما يكفي للاستخدام؛ إذ لا تتوفر عادةً أدلة أمان للخوارزميات الأساسية للتشفير.

تُعدّ العناصر الأساسية للتشفير من اللبنات الرئيسية لأي نظام تشفير، مثل TLS و SSL و SSH وغيرها. ونظرًا لعدم قدرة مصممي أنظمة التشفير على إثبات أمانها بشكل قاطع، فإنهم يضطرون إلى اعتبار العناصر الأساسية التي يستخدمونها آمنة. وعادةً ما يوفر اختيار أفضل عنصر أساسي متاح للاستخدام في بروتوكول ما أفضل مستوى أمان ممكن. ومع ذلك، فإن نقاط الضعف التركيبية واردة في أي نظام تشفير، وتقع مسؤولية تجنبها على عاتق المصممين.

لا تُعدّ العناصر الأساسية للتشفير أنظمة تشفير متكاملة، نظرًا لمحدوديتها عند استخدامها منفردة. فعلى سبيل المثال، لا توفر خوارزمية التشفير المجردة أي آلية للتحقق من الهوية، ولا أي فحص صريح لسلامة الرسالة. ولا يمكن تلبية أكثر من متطلب أمني إلا عند دمجها في بروتوكولات أمنية . فعلى سبيل المثال، لنقل رسالة مشفرة ومحمية من التلاعب (أي أنها سرية ومحمية من حيث سلامتها )، يمكن استخدام روتين تشفير، مثل DES ، وروتين تجزئة، مثل SHA-1، معًا. فإذا لم يكن لدى المهاجم مفتاح التشفير، فلن يتمكن من تعديل الرسالة بحيث تصبح قيمة (قيم) ملخص الرسالة صالحة.

يُعدّ دمج العناصر التشفيرية الأساسية لإنشاء بروتوكول أمان تخصصًا قائمًا بذاته. لا تعود معظم الأخطاء القابلة للاستغلال (أي الثغرات الأمنية في أنظمة التشفير) إلى أخطاء في تصميم العناصر نفسها (بافتراض اختيارها بعناية)، بل إلى طريقة استخدامها، أي سوء تصميم البروتوكول أو تنفيذه بشكل غير دقيق أو معيب. لا يزال التحليل الرياضي للبروتوكولات، حتى وقت كتابة هذا النص، في مراحله الأولى. توجد بعض الخصائص الأساسية التي يمكن التحقق منها آليًا، مثل منطق BAN . بل توجد طرق للتحقق الكامل (مثل حساب SPI )، لكنها معقدة للغاية ولا يمكن أتمتتها. تصميم البروتوكولات فن يتطلب معرفة عميقة وممارسة مكثفة؛ وحتى مع ذلك، فالأخطاء شائعة. يمكن الاطلاع على مثال توضيحي لنظام حقيقي على صفحة أخبار ثغرات OpenSSL هنا .

• دالة التجزئة أحادية الاتجاه ، والتي تسمى أحيانًا أيضًا دالة الضغط أحادية الاتجاه - تقوم بحساب قيمة تجزئة مخفضة لرسالة (على سبيل المثال، SHA-256 ).
• التشفير بالمفتاح المتناظر — حساب نص مشفر قابل للفك باستخدام نفس المفتاح المستخدم في التشفير (مثل AES )
• التشفير بالمفتاح العام — حساب نص مشفر قابل للفك باستخدام مفتاح مختلف يستخدم للتشفير (مثل RSA )
• التوقيعات الرقمية — تؤكد هوية كاتب الرسالة
• شبكة ميكس - تجمع الاتصالات من العديد من المستخدمين لإخفاء هوية مصدر كل اتصال.
• استرجاع المعلومات الخاصة — الحصول على معلومات من قاعدة البيانات دون أن يعرف الخادم العنصر المطلوب
• نظام الالتزام - يسمح للشخص بالالتزام بقيمة مختارة مع إبقائها مخفية عن الآخرين، مع إمكانية الكشف عنها لاحقًا
• مولد أرقام عشوائية زائفة آمن تشفيرياً
• برهان المعرفة الصفرية غير التفاعلي
• الإفصاح المشروط عن الأسرار - يسمح لطرفين غير متصلين بتنسيق الإفصاح عن سر إلى حكم.
• تمرير الرسائل المتزامنة الخاصة - يسمح لطرفين أو أكثر غير متصلين والذين يمتلكون مدخلات دالة ما بالسماح لحكم بحساب الدالة، ولكن ليس بمعرفة المدخلات.

• التصنيف: أساسيات التشفير – قائمة بأساسيات التشفير
• المرونة التشفيرية
• دالة النقطة الموزعة

• ليفينتي بوتيان، إستفان فاجدا  : Kriptográfia és alkalmazásai (التشفير وتطبيقاته)، Typotex 2004، ISBN 963-9548-13-8
• مينيز، ألفريد جيه  : دليل التشفير التطبيقي، مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 0-8493-8523-7أكتوبر 1996، 816 صفحة.
• Crypto101 هي دورة تمهيدية في علم التشفير، متاحة مجاناً للمبرمجين من جميع الأعمار ومستويات المهارة.