بروتوكول اتفاقية المفاتيح

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في علم التشفير، يُعدّ بروتوكول اتفاق المفاتيح بروتوكولًا يقوم بموجبه طرفان (أو أكثر) بإنشاء مفتاح تشفير بناءً على معلومات يقدمها كل طرف نزيه، بحيث لا يستطيع أي طرف تحديد القيمة الناتجة مسبقًا. [ 1 ] وعلى وجه الخصوص، يؤثر جميع المشاركين النزيهين على النتيجة. ويُعتبر بروتوكول اتفاق المفاتيح تخصصًا من بروتوكول تبادل المفاتيح. [ 2 ]

عند إتمام البروتوكول، تتشارك جميع الأطراف نفس المفتاح. يمنع بروتوكول اتفاقية المفاتيح الأطراف الثالثة غير المرغوب فيها من فرض اختيار مفتاح معين على الأطراف المتفقة. تضمن اتفاقية المفاتيح الآمنة سرية البيانات وسلامتها [ 3 ] في أنظمة الاتصالات، بدءًا من تطبيقات المراسلة البسيطة وصولًا إلى المعاملات المصرفية المعقدة.

يُعرَّف الاتفاق الآمن نسبةً إلى نموذج أمني، مثل النموذج العالمي. [ 2 ] وبشكلٍ عام، عند تقييم البروتوكولات، من المهم تحديد الأهداف الأمنية والنموذج الأمني. [ 4 ] على سبيل المثال، قد يكون من الضروري التحقق من صحة مفتاح الجلسة . لا يُمكن تقييم نجاح أي بروتوكول إلا في سياق أهدافه ونموذج الهجوم الخاص به. [ 5 ] ومن أمثلة النماذج العدائية نموذج دوليف-ياو .

في العديد من أنظمة تبادل المفاتيح، يقوم أحد الأطراف بإنشاء المفتاح، ويرسل هذا المفتاح إلى الطرف الآخر؛ [ 6 ] ليس للطرف الآخر أي تأثير على المفتاح.

تبادل المفاتيح الأسي

كان أول بروتوكول معروف علنًا [ 6 ] لاتفاقية المفتاح العام الذي يفي بالمعايير المذكورة أعلاه هو تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان ، حيث يقوم طرفان بشكل مشترك برفع مولد بأرقام عشوائية، بطريقة لا يستطيع المتنصت تحديد المفتاح المشترك الناتج بشكل عملي.

لا يُحدد اتفاق المفتاح الأسي في حد ذاته أي اتفاق مسبق أو مصادقة لاحقة بين المشاركين. ولذلك، وُصف بأنه بروتوكول اتفاق مفتاح مجهول الهوية.

اتفاقية مفتاح متناظرة

اتفاقية المفتاح المتناظر (SKA) هي طريقة لتبادل المفاتيح تستخدم التشفير المتناظر ووظائف التجزئة التشفيرية فقط كعناصر تشفير أساسية . وهي مرتبطة بتبادل المفاتيح المتناظر الموثق. [ 7 ]

قد يفترض بروتوكول تبادل المعلومات والبيانات (SKA) استخدام أسرار مشتركة أولية [ 7 ] أو وجود طرف ثالث موثوق به يتشارك معه الطرفان المتفقان سرًا. [ 8 ] في حال عدم وجود طرف ثالث، يصبح تحقيق بروتوكول تبادل المعلومات والبيانات أمرًا بسيطًا: نفترض منطقيًا أن طرفين يتشاركان سرًا أوليًا قد حققا بروتوكول تبادل المعلومات والبيانات.

يتناقض SKA مع بروتوكولات اتفاق المفاتيح التي تتضمن تقنيات من التشفير غير المتماثل ، مثل آليات تغليف المفاتيح .

يجب أن يتم التبادل الأولي للمفتاح المشترك بطريقة تضمن الخصوصية وسلامة البيانات. تاريخياً، كان يتم تحقيق ذلك بوسائل مادية، مثل استخدام ساعي بريد موثوق .

من أمثلة بروتوكولات SKA بروتوكول نيدهام-شرودر . يُنشئ هذا البروتوكول مفتاح جلسة بين طرفين على نفس الشبكة ، باستخدام خادم كوسيط موثوق. يُعدّ بروتوكول نيدهام-شرودر الأصلي عرضةً لهجوم إعادة الإرسال، لذا أُضيفت إليه الطوابع الزمنية والقيم العشوائية (nonce) لتلافي هذا الهجوم. ويُشكّل هذا البروتوكول أساس بروتوكول كيربيروس .

أنواع الاتفاقيات الرئيسية

قام بويد وآخرون [ 9 ] بتصنيف بروتوكولات اتفاقية المفاتيح بين الطرفين وفقًا لمعيارين كما يلي:

  1. سواء كان المفتاح المشترك مسبقًا موجودًا بالفعل أم لا
  2. طريقة توليد مفتاح الجلسة .

يمكن مشاركة المفتاح المشترك مسبقًا بين الطرفين، أو يمكن لكل طرف مشاركة مفتاح مع طرف ثالث موثوق. في حال عدم وجود قناة آمنة (كما هو الحال عند إنشاء قناة آمنة عبر مفتاح مشترك مسبقًا)، يستحيل إنشاء مفتاح جلسة مصادق عليه. [ 10 ]

يمكن توليد مفتاح الجلسة عبر: نقل المفتاح، أو اتفاقية المفتاح، أو الطريقة الهجينة. في حال عدم وجود طرف ثالث موثوق، يصبح توليد مفتاح الجلسة عبر نقل المفتاح والطريقة الهجينة غير قابل للتمييز. يهتم بروتوكول SKA بالبروتوكولات التي يُنشأ فيها مفتاح الجلسة باستخدام عناصر أساسية متناظرة فقط.

المصادقة

إن تبادل المفاتيح المجهول، مثل ديفي-هيلمان، لا يوفر مصادقة الأطراف، وبالتالي فهو عرضة لهجمات الوسيط .

طُوِّرت مجموعة واسعة من أنظمة وبروتوكولات المصادقة المشفرة لتوفير اتفاقية مفاتيح موثقة لمنع هجمات الوسيط وما شابهها. تربط هذه الطرق عمومًا المفتاح المتفق عليه رياضيًا ببيانات أخرى متفق عليها، مثل ما يلي:

  • أزواج المفاتيح العامة والخاصة
  • مفاتيح سرية مشتركة
  • كلمات المرور

المفاتيح العامة

إحدى الآليات الشائعة للتصدي لمثل هذه الهجمات هي استخدام المفاتيح الموقعة رقميًا والتي يجب ضمان سلامتها: فإذا كان مفتاح بوب موقعًا من قِبل طرف ثالث موثوق به يشهد على هويته، يمكن لأليس أن تثق ثقة كبيرة بأن المفتاح الموقع الذي تتلقاه ليس محاولة اعتراض من قِبل إيف. عندما يمتلك كل من أليس وبوب بنية تحتية للمفاتيح العامة، يمكنهما التوقيع رقميًا على مفتاح ديفي-هيلمان متفق عليه، أو مفاتيح ديفي-هيلمان العامة المتبادلة. تُعد هذه المفاتيح الموقعة، والتي تُوقع أحيانًا من قِبل جهة إصدار الشهادات ، إحدى الآليات الأساسية المستخدمة لتأمين حركة مرور الويب (بما في ذلك بروتوكولات HTTPS و SSL و TLS ). ومن الأمثلة الأخرى المحددة MQV و YAK ومكون ISAKMP من مجموعة بروتوكولات IPsec لتأمين اتصالات بروتوكول الإنترنت. مع ذلك، تتطلب هذه الأنظمة عناية فائقة في التحقق من تطابق معلومات الهوية مع المفاتيح العامة من قِبل جهات إصدار الشهادات لكي تعمل بشكل صحيح.

الأنظمة الهجينة

تستخدم الأنظمة الهجينة التشفير بالمفتاح العام لتبادل المفاتيح السرية، والتي تُستخدم بدورها في أنظمة التشفير بالمفتاح المتناظر. وتعتمد معظم التطبيقات العملية للتشفير على مزيج من وظائف التشفير لتنفيذ نظام شامل يوفر جميع الميزات الأربع المرغوبة للاتصالات الآمنة (السرية، والنزاهة، والمصادقة، وعدم الإنكار).

كلمات المرور

تتطلب بروتوكولات تبادل المفاتيح المعتمدة على كلمة المرور إنشاء كلمة مرور منفصلة (قد تكون أصغر من المفتاح) بطريقة تضمن الخصوصية وسلامة البيانات. صُممت هذه البروتوكولات لمقاومة هجمات الوسيط وغيرها من الهجمات النشطة على كلمة المرور والمفاتيح المُنشأة. على سبيل المثال، تُعدّ بروتوكولات DH- EKE و SPEKE و SRP من أنواع بروتوكول ديفي-هيلمان المعتمدة على كلمة المرور.

حيل أخرى

إذا توفرت طريقة مضمونة للتحقق من سلامة المفتاح المشترك عبر قناة عامة، فيمكن استخدام تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان لاستخلاص مفتاح مشترك قصير الأجل، ثم التحقق لاحقًا من تطابق المفاتيح. إحدى الطرق هي استخدام قراءة المفتاح مع التحقق الصوتي، كما في PGPfone . مع ذلك، يفترض التحقق الصوتي استحالة قيام طرف ثالث بانتحال صوت أحد المشاركين للآخر في الوقت الفعلي، وهو افتراض غير مرغوب فيه. يمكن تصميم هذه البروتوكولات للعمل حتى مع قيمة عامة صغيرة، مثل كلمة المرور. وقد طُرحت تعديلات على هذا المبدأ لبروتوكولات اقتران البلوتوث .

في محاولة لتجنب استخدام أي عوامل مصادقة إضافية خارج النطاق، اقترح ديفيز وبرايس استخدام بروتوكول التعشيق الخاص برون ريفست وأدي شامير ، والذي تعرض للهجوم والتحسين اللاحق.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مينيزيس، أ.؛ أورشوت، ب. فان؛ فانستون، س. (1997). دليل التشفير التطبيقي (  الطبعة الخامسة). مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 0-8493-8523-7.
  2. 1 2 كانيتي، ران؛ كراوتشيك، هوغو (6 مايو 2001). "تحليل بروتوكولات تبادل المفاتيح واستخدامها لبناء قنوات آمنة" . يورو كريبت '01: وقائع المؤتمر الدولي حول نظرية وتطبيق تقنيات التشفير: التطورات في علم التشفير . سبرينغر-فيرلاغ. ص 453-474 . ISBN  978-3-540-42070-5.
  3. ↑ بيلاري، ميهير؛ كانيتي، ران؛ كراوتشيك، هوغو (23 مايو 1998). "نهج معياري لتصميم وتحليل بروتوكولات المصادقة وتبادل المفاتيح (ملخص موسع)" . وقائع الندوة السنوية الثلاثين لجمعية آلات الحوسبة حول نظرية الحوسبة - STOC '98 . جمعية آلات الحوسبة. الصفحات 419-428 . doi : 10.1145/276698.276854 . ISBN  0-89791-962-9.
  4. ↑ غولمان، د. (6 مايو 1996). "ماذا نعني بمصادقة الكيان؟" . وقائع ندوة IEEE لعام 1996 حول الأمن والخصوصية . جمعية IEEE للحاسبات. ص 46-54 . doi : 10.1109/SECPRI.1996.502668 . ISBN  978-0-8186-7417-4.
  5. ↑ كاتز، جوناثان؛ ليندل، يهودا (2021). مقدمة في التشفير الحديث ( الطبعة الثالثة). بوكا راتون، لندن، نيويورك: مطبعة سي آر سي، مجموعة تايلور وفرانسيس. ص 49. ISBN   978-0815354369.
  6. 1 2 انظر تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان للحصول على تاريخ أكثر اكتمالاً لكل من التطور السري والعام لتشفير المفتاح العام.
  7. 1 2 بويد، كولين؛ ديفيز، غاريث ت.؛ دي كوك، بور؛ جيليرت، كاي؛ ياغر، تيبور؛ ميليرجورد، ليز (2021). "تبادل المفاتيح المتناظر مع أمان أمامي كامل وتزامن قوي". التطورات في علم التشفير - ASIACRYPT 2021. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد 13093. دار نشر سبرينغر الدولية. الصفحات 681-710 . doi : 10.1007/978-3-030-92068-5_23 . hdl : 11250/2989781 . ISBN   978-3-030-92067-8.
  8. ↑ باجنيا، هينينج؛ غارتنر، فيليكس (1999). "حول استحالة التبادل العادل بدون طرف ثالث موثوق به" . التقرير الفني TUD-BS-1999-02 : 1-15 .
  9. ↑ بويد، كولين؛ ماثوريا، أنيش؛ ستيبلا، دوغلاس (2020). بروتوكولات المصادقة وإنشاء المفاتيح . أمن المعلومات والتشفير. doi : 10.1007/978-3-662-58146-9 . ISBN 978-3-662-58145-2.
  10. ↑ بويد، سي. (يونيو 1993). "بنى أمنية باستخدام أساليب رسمية" (ملف PDF) . مجلة IEEE للمجالات المختارة في الاتصالات . 11 (5): 694-701 . doi : 10.1109/49.223872 .