هجوم النص الصريح المختار

هجوم النص الصريح المُختار ( CPA ) هو نموذج هجوم لتحليل الشفرات ، يفترض قدرة المهاجم على الحصول على النصوص المشفرة لأي نص صريح . ^{[ 1 ]} يهدف هذا الهجوم إلى الحصول على معلومات تُضعف أمان نظام التشفير . ^{[ 2 ]}

تُسمى المناعة ضد هجوم النص الصريح المُختار " عدم إمكانية تمييز النص المشفر في ظل هجوم النص الصريح المُختار" ( IND-CPA ). بفضل خاصية IND-CPA، يكون نظام التشفير مقاومًا للمهاجم الذي يمتلك إمكانية الوصول إلى وسيط التشفير (مثل جهاز التشفير نفسه). تُعادل هذه الخاصية الأمان الدلالي في ظل هجوم النص الصريح المُختار (عدم قدرة الخصم على الحصول على أي معلومات، ولو جزئية، عن النص الصريح من خلال مراقبة النص المشفر). ^{​​[ 3 ] [ 4 ]} وتعكس خاصية مماثلة (لكنها أقوى) لعدم إمكانية التمييز في ظل هجوم النص المشفر المُختار ( IND-CCA ) مقاومة النظام لوصول الخصم إلى برنامج فك التشفير. ^{[ 5 ]}

لا يمتلك نظام التشفير الكتلي الحتمي (مثل دفتر الشفرات الإلكتروني ) خاصية IND-CPA، لأنه يقوم بتشفير النص الأصلي باستخدام كتل متكررة إلى نص مشفر يسهل التعرف عليه بسبب تكرار كتله أيضًا. ^{[ 6 ]}

في هجوم النص الصريح المُختار، يستطيع المهاجم (ربما بشكل تكيفي ) طلب النصوص المشفرة لرسائل نصية صريحة عشوائية. ويتم ذلك من خلال السماح للمهاجم بالتفاعل مع وسيط تشفير ، يُنظر إليه كصندوق أسود . هدف المهاجم هو الكشف عن مفتاح التشفير السري كليًا أو جزئيًا.

قد يبدو من غير الممكن عمليًا أن يتمكن المهاجم من الحصول على نصوص مشفرة لنصوص عادية معينة. مع ذلك، تُطبَّق تقنيات التشفير الحديثة برمجياً أو عتادياً، وتُستخدم في تطبيقات متنوعة؛ وفي كثير من الحالات، يكون هجوم النص العادي المُختار ممكنًا جدًا (انظر أيضًا: عملياً ). تكتسب هجمات النص العادي المُختار أهمية بالغة في سياق التشفير بالمفتاح العام، حيث يكون مفتاح التشفير عامًا، وبالتالي يستطيع المهاجمون تشفير أي نص عادي يختارونه.

هناك نوعان من هجمات النص الصريح المختار:

• هجوم النص الصريح المختار دفعةً واحدة ، حيث يختار المهاجم جميع النصوص الصريحة قبل رؤية أي من النصوص المشفرة المقابلة. غالبًا ما يكون هذا هو المعنى المقصود بـ "هجوم النص الصريح المختار" عندما لا يكون له أي قيود.
• هجوم النص الصريح المختار التكيفي ( CPA2 )، حيث يمكن للخصم أن يطلب النصوص المشفرة لنصوص صريحة إضافية بعد رؤية النصوص المشفرة لبعض النصوص الصريحة.

يتم تنفيذ هجوم النص الصريح المختار على دفعات عامة على النحو التالي :

1. يمكن للمهاجم اختيار n نصًا عاديًا. (يتم تحديد هذه المعلمة n كجزء من نموذج الهجوم ، وقد تكون محدودة أو غير محدودة.)
2. ثم يقوم المهاجم بإرسال هذه النصوص العادية n إلى وسيط التشفير.
3. ثم يقوم نظام التشفير بتشفير النصوص الأصلية للمهاجم وإرسالها مرة أخرى إليه.
4. يتلقى المهاجم n من النصوص المشفرة من الوسيط، بطريقة تمكن المهاجم من معرفة أي نص مشفر يتوافق مع كل نص عادي.
5. استنادًا إلى أزواج النص الأصلي والنص المشفر، يمكن للمهاجم محاولة استخراج المفتاح الذي يستخدمه الوسيط لتشفير النصوص الأصلية. ولأن المهاجم في هذا النوع من الهجمات حر في صياغة النص الأصلي بما يتناسب مع احتياجاته، فقد يقل تعقيد الهجوم.

لنفترض الامتداد التالي للحالة المذكورة أعلاه. بعد الخطوة الأخيرة،

1. يقوم الخصم بإخراج نصين عاديين m ₀ و m ₁ .
2. يتم اختيار البت b بشكل عشوائي منتظم${\displaystyle b\leftarrow \{0,1\}}$.
3. يتلقى الخصم تشفير m _b ، ويحاول "تخمين" النص الصريح الذي استلمه، ويخرج بت b' .

تكون التشفيرات غير قابلة للتمييز في ظل هجوم النص الصريح المختار إذا لم يتمكن الخصم، بعد إجراء التجربة المذكورة أعلاه، من التخمين بشكل صحيح ( b = b' ) باحتمالية أفضل من 1/2 بشكل غير مهمل . ^{[ 7 ]}

توضح الأمثلة التالية كيف يمكن اختراق بعض التشفيرات التي تفي بتعريفات أمنية أخرى باستخدام هجوم النص الصريح المختار.

خلال الحرب العالمية الثانية، اكتشف محللو الشفرات في البحرية الأمريكية أن اليابان كانت تخطط لمهاجمة موقع يُشار إليه بالرمز "AF". اعتقدوا أن "AF" قد يكون جزيرة ميدواي ، نظرًا لوجود رموز سرية لمواقع أخرى في جزر هاواي تبدأ بالحرف "A". ولإثبات فرضيتهم بأن "AF" تُشير إلى "جزيرة ميدواي"، طلبوا من القوات الأمريكية في ميدواي إرسال رسالة نصية واضحة تُفيد بنقص الإمدادات. اعترض اليابانيون الرسالة وأبلغوا رؤساءهم على الفور بنقص المياه في "AF"، مما أكد فرضية البحرية ومكّنهم من وضع قواتهم في مواقع استراتيجية لتحقيق النصر في المعركة . ^{[ 7 ] [ 8 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية ، كان محللو الشفرات التابعون للحلفاء في بليتشلي بارك يطلبون أحيانًا من سلاح الجو الملكي البريطاني زرع ألغام في مواقع لا يوجد لها اختصارات أو بدائل في نظام الإحداثيات البحرية الألمانية. وكان الأمل أن يقوم الألمان، عند رؤيتهم للألغام، باستخدام جهاز إنجما لتشفير رسالة تحذيرية بشأنها، ورسالة "انتهاء الخطر" بعد إزالتها، مما يمنح الحلفاء معلومات كافية لفك شفرة إنجما البحرية الألمانية. تُعرف هذه العملية، التي تُزرع فيها رسالة نصية معروفة، باسم " التلاعب بالألفاظ " . ^{[ 9 ]} كما ساعد محللو الشفرات التابعون للحلفاء في صياغة الرسائل التي أرسلها العميل المزدوج خوان بوجول غارسيا ، حيث كانت تُستقبل تقاريره اللاسلكية المشفرة في مدريد، وتُفك شفرتها يدويًا، ثم تُعاد تشفيرها باستخدام جهاز إنجما لإرسالها إلى برلين. ^{[ 10 ]} وقد ساعد هذا محللي الشفرات في فك الشفرة المستخدمة في المرحلة الثانية، بعد أن زودوهم بالنص الأصلي . ^{[ 11 ]}

في العصر الحديث، تُستخدم هجمات النص الصريح المُختار (CPAs) بكثرة لكسر التشفير المتناظر . ولكي يُعتبر التشفير المتناظر آمنًا ضد هجمات النص الصريح المُختار، يجب ألا يكون عرضةً لهذه الهجمات. لذا، من المهم لمطوري التشفير المتناظر فهم كيفية محاولة المهاجم كسر تشفيرهم وإجراء التحسينات اللازمة.

بالنسبة لبعض هجمات النص الصريح المختار، قد يحتاج المهاجم فقط إلى اختيار جزء صغير من النص الصريح؛ وتُعرف هذه الهجمات بهجمات حقن النص الصريح.

يُعدّ هجوم النص الصريح المُختار أكثر فعالية من هجوم النص الصريح المعروف ، إذ يُمكن للمهاجم استهداف مصطلحات أو أنماط مُحددة مُباشرةً دون الحاجة إلى انتظار ظهورها بشكل طبيعي، مما يُتيح جمع البيانات ذات الصلة بتحليل الشفرات بشكل أسرع. ولذلك، فإن أي خوارزمية تشفير تمنع هجمات النص الصريح المُختار تكون آمنة أيضًا ضد هجمات النص الصريح المعروف وهجمات النص المشفر فقط .

مع ذلك، يُعدّ هجوم النص الصريح المُختار أقلّ فعالية من هجوم النص المُشفّر المُختار ، حيث يستطيع المهاجم الحصول على النصوص الصريحة لأيّ نص مُشفّر. وقد يتمكّن مهاجم هجوم النص الصريح المُختار أحيانًا من اختراق نظام آمن ضدّ هجمات النص المُشفّر المُختار. ^{[ 7 ]} على سبيل المثال، تُعتبر شيفرة الجمال آمنة ضدّ هجمات النص الصريح المُختار، لكنّها عُرضة لهجمات النص المُشفّر المُختار لأنّها قابلة للتعديل بشكلٍ غير مشروط .

تُعد خاصية IND-CPA أسهل إثباتًا من خاصية IND-CCA، لذا لم تُقترح سوى عدد قليل من المخططات لتحويل خوارزميات تشفير المفتاح العام التي تمتلك خاصية IND-CPA إلى خوارزميات تمتلك خاصية IND-CCA، وكان أهمها تحويل فوجيساكي-أوكاموتو (1999). ^{[ 5 ]}

• GMR (التشفير)

• باغيرزاندي، أ.؛ عظيميان، ك.؛ مهاجري، ج.؛ سلماسي زاده، م. (2005). "العلاقات بين الأمن الدلالي وعدم التمييز ضد CPA وCCA غير التكيفي وCCA التكيفي في إطار قائم على المقارنة". arXiv : cs/0508110 .
• غولدواسير، س.؛ ميكالي، س. (1984). "التشفير الاحتمالي" (ملف PDF) . مجلة علوم الحاسوب والنظم . 28 (2): 270-299 . doi : 10.1016/0022-0000(84)90070-9 .
• هوفهينز، دينيس. هوفيلمانس، كاثرين؛ كيلتز ، إيكي (2 نوفمبر 2021). “تحليل معياري لتحول فوجيساكي-أوكاموتو”. أرخايف : 1712.03108 [ cs.CR ].
• كاتز، ج.؛ ليندل، ي. (2007). مقدمة في التشفير الحديث (ملف PDF) . مطبعة CRC. رقم ISBN 978-1584885511.