نظام تشفير هجين

في علم التشفير ، يُعرف نظام التشفير الهجين بأنه نظام يجمع بين سهولة استخدام نظام التشفير بالمفتاح العام وكفاءة نظام التشفير بالمفتاح المتناظر . ^{[ 1 ]} تتميز أنظمة التشفير بالمفتاح العام بسهولة استخدامها، إذ لا تتطلب من المرسل والمستقبل مشاركة سر مشترك للتواصل بشكل آمن. ^{[ 2 ]} مع ذلك، غالبًا ما تعتمد هذه الأنظمة على حسابات رياضية معقدة، وبالتالي فهي أقل كفاءة بشكل عام من أنظمة التشفير بالمفتاح المتناظر المماثلة. في العديد من التطبيقات، قد تكون التكلفة العالية لتشفير الرسائل الطويلة في نظام التشفير بالمفتاح العام باهظة للغاية. تعالج الأنظمة الهجينة هذه المشكلة باستخدام مزيج من كلا النظامين. ^{[ 3 ]}

يمكن إنشاء نظام تشفير هجين باستخدام أي نظامي تشفير منفصلين:

• آلية تغليف رئيسية ، وهي نظام تشفير بالمفتاح العام
• مخطط تغليف البيانات ، وهو نظام تشفير بمفتاح متماثل

يُعد نظام التشفير الهجين نفسه نظام مفتاح عام، حيث تكون مفاتيحه العامة والخاصة هي نفسها الموجودة في مخطط تغليف المفاتيح. ^{[ 4 ]}

تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للرسائل الطويلة جدًا، يتم إنجاز الجزء الأكبر من عملية التشفير/فك التشفير بواسطة نظام المفتاح المتناظر الأكثر كفاءة، بينما يُستخدم نظام المفتاح العام غير الفعال فقط لتشفير/فك تشفير قيمة مفتاح قصيرة. ^{[ 3 ]}

تعتمد جميع التطبيقات العملية لتشفير المفتاح العام اليوم على نظام هجين. ومن الأمثلة على ذلك بروتوكول TLS ^{[ 5 ]} وبروتوكول SSH ^{[ 6 ]} ، اللذان يستخدمان آلية المفتاح العام لتبادل المفاتيح (مثل ديفي-هيلمان ) وآلية المفتاح المتناظر لتغليف البيانات (مثل AES ). كما يُعد تنسيق ملف OpenPGP ^{[ 7 ]} وتنسيق ملف PKCS#7 ^{[ 8 ]} مثالين آخرين.

يُعدّ التشفير الهجين بالمفتاح العام (HPKE، المنشور في RFC 9180 ) معيارًا حديثًا للتشفير الهجين العام. يُستخدم HPKE ضمن بروتوكولات متعددة تابعة لـ IETF، بما في ذلك أمان طبقة المراسلة (MLS) ، ونظام أسماء النطاقات غير الواعي عبر HTTPS ، وبروتوكول HTTP غير الواعي ، وقياس الحفاظ على الخصوصية ، وTLS Encrypted Client Hello . ^{[ 9 ]}

يُعد تشفير المغلفات مثالاً على استخدام أنظمة التشفير الهجينة في الحوسبة السحابية . وفي سياق الحوسبة السحابية، تُمكّن أنظمة التشفير الهجينة أيضاً من إدارة المفاتيح مركزياً . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

لتشفير رسالة موجهة إلى أليس في نظام تشفير هجين، يقوم بوب بما يلي:

1. يحصل على المفتاح العام لأليس.
2. يقوم بإنشاء مفتاح متماثل جديد لمخطط تغليف البيانات.
3. يقوم بتشفير الرسالة باستخدام نظام تغليف البيانات، وذلك باستخدام المفتاح المتماثل الذي تم إنشاؤه للتو.
4. يقوم بتشفير المفتاح المتماثل ضمن مخطط تغليف المفاتيح، باستخدام المفتاح العام لأليس.
5. يرسل كلا النصين المشفرين إلى أليس.

لفك تشفير هذا النص المشفر الهجين، تقوم أليس بما يلي:

1. تستخدم مفتاحها الخاص لفك تشفير المفتاح المتماثل الموجود في جزء تغليف المفتاح.
2. يستخدم هذا المفتاح المتناظر لفك تشفير الرسالة الموجودة في جزء تغليف البيانات. ^{[ 12 ] [ 1 ]}

إذا كانت كل من آليات تغليف المفاتيح وتغليف البيانات في نظام تشفير هجين آمنة ضد هجمات النص المشفر المختار التكيفي ، فإن النظام الهجين يرث هذه الخاصية أيضًا. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، من الممكن إنشاء نظام هجين آمن ضد هجمات النص المشفر المختار التكيفي حتى لو كان تعريف أمان تغليف المفاتيح أضعف قليلاً (على الرغم من أن أمان تغليف البيانات يجب أن يكون أقوى قليلاً). ^{[ 13 ]}

يُستخدم مصطلح تشفير المغلف للإشارة إلى التشفير باستخدام نظام تشفير هجين تستخدمه جميع شركات خدمات الحوسبة السحابية الرئيسية ، ^{[ 10 ]} وغالبًا ما يكون ذلك جزءًا من نظام إدارة مفاتيح مركزي في الحوسبة السحابية. ^{[ 14 ]}

يُطلق تشفير المغلف أسماءً على المفاتيح المستخدمة في التشفير الهجين: مفاتيح تشفير البيانات (DEK، وتُستخدم لتشفير البيانات) ومفاتيح تشفير المفاتيح (KEK، وتُستخدم لتشفير مفاتيح تشفير البيانات). في بيئة الحوسبة السحابية، يتضمن التشفير باستخدام تشفير المغلف إنشاء مفتاح تشفير بيانات محليًا، وتشفير البيانات باستخدام هذا المفتاح، ثم إرسال طلب لتغليف (تشفير) مفتاح تشفير البيانات بمفتاح تشفير مفاتيح مخزن في خدمة يُحتمل أن تكون أكثر أمانًا . بعد ذلك، يُشكل مفتاح تشفير البيانات المُغلف والرسالة المُشفرة نصًا مشفرًا للخوارزمية. لفك تشفير النص المشفر، يتم فك تغليف (فك تشفير) مفتاح تشفير البيانات المُغلف عبر استدعاء خدمة، ثم يُستخدم مفتاح تشفير البيانات غير المُغلف لفك تشفير الرسالة المُشفرة. ^{[ 11 ]} بالإضافة إلى المزايا المعتادة لنظام التشفير الهجين، فإن استخدام التشفير غير المتماثل لمفتاح تشفير المفاتيح في سياق الحوسبة السحابية يُسهل إدارة المفاتيح وفصل الأدوار، ولكنه قد يكون أبطأ. ^{[ 14 ]}

في الأنظمة السحابية، مثل منصة جوجل السحابية وخدمات أمازون السحابية ، يُمكن توفير نظام إدارة المفاتيح (KMS) كخدمة. ^{[ 14 ] [ 11 ] [ 15 ]} في بعض الحالات، يخزن نظام إدارة المفاتيح المفاتيح في وحدات أمان مادية ، وهي أنظمة مادية تحمي المفاتيح بميزات مادية مثل مقاومة الاختراق. ^{[ 16 ]} هذا يعني أن مفاتيح تشفير المفاتيح (KEKs) يمكن أن تكون أكثر أمانًا لأنها مخزنة على أجهزة متخصصة آمنة. ^{[ 14 ]} يُسهّل تشفير المغلف إدارة المفاتيح المركزية، لأن نظام إدارة المفاتيح المركزي يحتاج فقط إلى تخزين مفاتيح تشفير المفاتيح (KEKs)، التي تشغل مساحة أقل، وتتضمن الطلبات إلى نظام إدارة المفاتيح (KMS) إرسال مفاتيح تشفير البيانات (DEKs) المغلفة وغير المغلفة فقط، والتي تستخدم نطاقًا تردديًا أقل من إرسال الرسائل الكاملة. بما أنه يُمكن استخدام مفتاح تشفير مفاتيح واحد (KEK) لتشفير العديد من مفاتيح تشفير البيانات (DEKs)، فإن هذا يسمح أيضًا باستخدام مساحة تخزين أقل في نظام إدارة المفاتيح (KMS). كما يسمح هذا بالتدقيق المركزي والتحكم في الوصول من نقطة وصول واحدة. ^{[ 11 ]}

• أمان طبقة النقل
• صدفة آمنة
• آلية تغليف المفاتيح