هجمات تشفير التدفق

الموسوعة الحرة

تُعتبر خوارزميات التشفير المتدفقة ، التي يتم فيها دمج بتات النص الأصلي مع تدفق بتات التشفير باستخدام عملية XOR ، آمنة إذا استُخدمت بشكل صحيح. ومع ذلك، فهي عرضة للهجمات إذا لم تُتخذ بعض الاحتياطات.

  • لا يجوز إعادة استخدام المفاتيح مطلقاً.
  • لا ينبغي الاعتماد على فك التشفير الصحيح كدليل على الأصالة.

هجوم المفتاح المعاد استخدامه

تكون خوارزميات التشفير المتدفقة عرضة للهجوم إذا تم استخدام نفس المفتاح أكثر من مرة (عمق اثنين أو أكثر).

لنفترض أن الرسالتين A و B متساويتان في الطول، وقد تم تشفيرهما باستخدام المفتاح نفسه K. ينتج عن تشفير التدفق سلسلة من البتات C(K) بنفس طول الرسالتين. النسخ المشفرة من الرسالتين هي:

E(A) = A xor C
E(B) = B xor C

حيث يتم تنفيذ عملية XOR بتًا بتًا.

إذا اعترض الخصم E(A) و E(B) ، فإنه يستطيع حساب ما يلي:

E(A) xor E(B)

لأن عملية XOR تبديلية ولها الخاصية التالية: X XOR X = 0 (معكوس ذاتي):

E(A) xor E(B) = (A xor C) xor (B xor C) = A xor B xor C xor C = A xor B

إذا كانت إحدى الرسالتين أطول من الأخرى، يستطيع المهاجم اقتطاع الرسالة الأطول لتصبح بحجم الرسالة الأقصر، كاشفًا بذلك الجزء فقط. بعبارة أخرى، إذا تم تشفير رسالتين باستخدام المفتاح نفسه، يستطيع المهاجم استعادة A xor B ، وهو نوع من أنواع تشفير المفتاح المتغير . حتى لو لم تكن أي من الرسالتين معروفة، فما دامت كلتاهما مكتوبة بلغة طبيعية، فغالبًا ما يمكن فك هذا التشفير يدويًا. خلال الحرب العالمية الثانية ، حقق محلل الشفرات البريطاني جون تيلتمان هذا الإنجاز باستخدام تشفير لورنز (المعروف باسم "توني"). باستخدام حاسوب شخصي عادي ، يمكن عادةً فك هذه التشفيرات في غضون دقائق. أما إذا كانت إحدى الرسالتين معروفة، فالحل بسيط للغاية.

من الحالات الأخرى التي يكون فيها الاسترداد سهلاً، تلك التي تتطلب فيها إجراءات أمن تدفق البيانات من كل محطة إرسال سلسلة متواصلة من بتات التشفير، مع إرسال أحرف فارغة (مثل LTRS في نظام بودو ) عند عدم وجود حركة بيانات فعلية. وهذا شائع في الاتصالات العسكرية. في هذه الحالة، إذا لم تكن قناة الإرسال محملة بالكامل، فمن المرجح أن تتكون إحدى سلاسل النص المشفر من أحرف فارغة فقط. وقد اتخذت وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) إجراءات واسعة النطاق لمنع إعادة استخدام المفاتيح. في ستينيات القرن الماضي، كانت أنظمة التشفير تتضمن غالبًا قارئ بطاقات مثقبة لتحميل المفاتيح. وكانت هذه الآلية تقطع البطاقة تلقائيًا إلى نصفين عند إزالتها، مما يمنع إعادة استخدامها. [ 1 ] : ص 6

إحدى طرق تجنب هذه المشكلة هي استخدام متجه تهيئة (IV) يُرسل بشكل غير مشفر، ويُدمج مع مفتاح رئيسي سري لإنشاء مفتاح يُستخدم لمرة واحدة لتشفير التدفق. يُستخدم هذا الأسلوب في العديد من الأنظمة التي تستخدم تشفير التدفق الشائع RC4 ، بما في ذلك بروتوكول الخصوصية المكافئ للشبكات السلكية (WEP) وبروتوكول الوصول المحمي لشبكات Wi-Fi (WPA) وبروتوكول Ciphersaber . كانت إحدى مشكلات WEP هي قصر متجه التهيئة (IV) الخاص به (24 بت). هذا يعني وجود احتمال كبير لإعادة استخدام متجه التهيئة نفسه إذا تم إرسال أكثر من بضعة آلاف من الحزم باستخدام المفتاح الرئيسي نفسه (انظر هجوم عيد الميلاد )، مما يُعرّض تلك الحزم لهجوم إعادة استخدام المفتاح. تمت معالجة هذه المشكلة في WPA عن طريق تغيير المفتاح الرئيسي بشكل متكرر.

هجوم قلب البتات

لنفترض أن أحد المهاجمين يعرف المحتوى الكامل أو جزءًا من رسالة ما. في هجوم الوسيط أو هجوم إعادة الإرسال ، يمكنه تغيير المحتوى دون معرفة المفتاح K. على سبيل المثال، إذا كان يعلم أن جزءًا من الرسالة يحتوي على سلسلة ASCII "$1000.00" ، فيمكنه تغييرها إلى "$9500.00" عن طريق إجراء عملية XOR بين هذا الجزء من النص المشفر والسلسلة: "$1000.00" xor "$9500.00" .

النص المشفر المُرسَل هو C(K) xor "$1000.00" . يقوم المهاجم بإنشاء رسالة جديدة:

(C(K) xor "$1000.00") xor ("$1000.00" xor "$9500.00") = C(K) xor "$1000.00" xor "$1000.00" xor "$9500.00" = C(K) xor "$9500.00"

بما أن سلسلة نصية يتم تطبيق عملية XOR عليها مع نفسها تنتج جميعها أصفارًا، وسلسلة من الأصفار يتم تطبيق عملية XOR عليها مع سلسلة نصية أخرى تترك تلك السلسلة دون تغيير، فإن النتيجة C(K) xor "$9500.00" هي ما كان سيصبح عليه النص المشفر إذا كان $9500 هو المبلغ الأصلي.

يمكن منع هجمات قلب البتات عن طريق تضمين رمز مصادقة الرسالة ، مما يزيد من احتمالية اكتشاف التلاعب.

هجوم المختار الرابع

تجمع خوارزميات التشفير المتدفقة بين مفتاح سري ومتجه تهيئة متفق عليه (IV) لإنتاج تسلسل شبه عشوائي يتم إعادة مزامنته دوريًا. [ 2 ]

يعتمد هجوم "المتجه الأولي المُختار" على إيجاد متجهات أولية مُحددة، والتي قد تكشف مجتمعةً معلوماتٍ حول المفتاح السري. عادةً، يتم اختيار عدة أزواج من المتجهات الأولية، ثم تُحلل الاختلافات في تدفقات المفاتيح المُولدة إحصائيًا للبحث عن ارتباط خطي و/أو علاقة منطقية جبرية (انظر أيضًا التحليل التفاضلي للتشفير ). إذا كشف اختيار قيم مُحددة لمتجه التهيئة عن نمط غير عشوائي في التسلسل المُولد، يُمكن للهجوم استعادة بعض البتات وتقصير طول المفتاح الفعال. من أعراض هذا الهجوم إعادة التزامن المتكررة. تتضمن خوارزميات التشفير الحديثة خطواتٍ لدمج المفتاح السري مع متجه التهيئة بشكلٍ مناسب، عادةً من خلال إجراء العديد من الجولات الأولية.

مراجع

  1. ↑ تأمين الاتصالات المسجلة: TSEC/KW-26 (مؤرشف بتاريخ 10 أكتوبر 2012 على موقع Wayback Machine ، بقلم ميلفيل كلاين، سلسلة تاريخ وكالة الأمن القومي)
  2. ↑ إنجلوند، هاكان؛ يوهانسون، توماس؛ سونميز توران، ميلتيم (2007). "إطار عمل للتحليل الإحصائي لخوارزميات التشفير المتدفقة باستخدام متغيرات التهيئة المختارة". التقدم في علم التشفير - إندو كريبت 2007 (ملف PDF) . سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد  4859 (إندو كريبت / المجلد 4859 من سلسلة محاضرات في  علوم الحاسوب). سبرينغر. الصفحات 268-281 . doi : 10.1007/978-3-540-77026-8_20 . ISBN  978-3-540-77025-1S2CID 18097959. مؤرشف من الأصل (PDF) بتاريخ 1 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 أكتوبر 2018 .