تحليل الشفرات

الموسوعة الحرة
إعادة بناء شكل جهاز قياس سرعة الدوران ، وهو جهاز استُخدم لفك تشفير نسخة مبكرة من آلة إنجما . استنادًا إلى رسومات في مذكرات ماريان ريجيفسكي .

يشير مصطلح تحليل الشفرات ( من اليونانية kryptós بمعنى " مخفي " و analýein بمعنى " يحلل " ) إلى عملية تحليل أنظمة المعلومات لفهم جوانبها الخفية. [ 1 ] يُستخدم تحليل الشفرات لاختراق أنظمة الأمان المشفرة والوصول إلى محتويات الرسائل المشفرة ، حتى في حال عدم معرفة مفتاح التشفير .  

بالإضافة إلى التحليل الرياضي للخوارزميات التشفيرية، يشمل تحليل التشفير دراسة هجمات القنوات الجانبية التي لا تستهدف نقاط الضعف في الخوارزميات التشفيرية نفسها، ولكنها تستغل نقاط الضعف في تنفيذها.

على الرغم من أن الهدف ظلّ واحداً، فقد شهدت أساليب وتقنيات تحليل الشفرات تغيرات جذرية عبر تاريخ علم التشفير، متكيّفةً مع تزايد تعقيد التشفير، بدءاً من أساليب القلم والورق القديمة، مروراً بأجهزة مثل حاسوبي بومب وكولوسوس البريطانيين في بليتشلي بارك خلال الحرب العالمية الثانية ، وصولاً إلى الأنظمة الحاسوبية المتقدمة رياضياً في الوقت الحاضر. غالباً ما تتضمن أساليب كسر أنظمة التشفير الحديثة حلّ مسائل مُصممة بعناية في الرياضيات البحتة ، وأشهرها تحليل الأعداد الصحيحة إلى عواملها الأولية .

ملخص

في التشفير ، تُرسل المعلومات السرية (وتُسمى " النص الأصلي " ) بشكل آمن إلى المُستقبِل، حيث يقوم المُرسِل أولاً بتحويلها إلى شكل غير قابل للقراءة ( " النص المشفر " ) باستخدام خوارزمية تشفير . يُرسل النص المشفر عبر قناة غير آمنة إلى المُستقبِل. يقوم المُستقبِل بفك تشفير النص المشفر بتطبيق خوارزمية فك تشفير عكسية ، ليستعيد النص الأصلي. لفك تشفير النص المشفر، يحتاج المُستقبِل إلى معرفة سرية من المُرسِل، عادةً ما تكون سلسلة من الأحرف أو الأرقام أو البتات ، تُسمى مفتاح التشفير . الفكرة هي أنه حتى لو تمكن شخص غير مُصرَّح له من الوصول إلى النص المشفر أثناء الإرسال، فلن يتمكن من تحويله مرة أخرى إلى نص أصلي بدون المفتاح السري.

لقد تم استخدام التشفير على مر التاريخ لإرسال رسائل عسكرية ودبلوماسية وتجارية مهمة، ويستخدم اليوم على نطاق واسع في شبكات الكمبيوتر لحماية البريد الإلكتروني والاتصالات عبر الإنترنت.

يهدف تحليل الشفرات إلى تمكين طرف ثالث، وهو محلل الشفرات ، من الحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات حول النص الأصلي ( " النص الصريح " )، وذلك في محاولة لفك تشفيره وقراءة النص المشفر، ومعرفة المفتاح السري لفك تشفير الرسائل اللاحقة وقراءتها. [ 1 ] تُسمى التقنية الرياضية المستخدمة لتحقيق ذلك بالهجوم التشفيري . ويمكن تصنيف الهجمات التشفيرية بعدة طرق:

كمية المعلومات المتاحة للمهاجم

يمكن تصنيف الهجمات التحليلية للشفرات بناءً على نوع المعلومات المتاحة للمهاجم. وكنقطة انطلاق أساسية، يُفترض عادةً، لأغراض التحليل، أن الخوارزمية العامة معروفة؛ وهذا ما يُعرف بمبدأ شانون "العدو يعرف النظام" [ 2 ] ، وهو بدوره يُعادل مبدأ كيركوفس [ 3 ] . يُعد هذا افتراضًا منطقيًا من الناحية العملية، فعلى مر التاريخ، توجد أمثلة لا حصر لها على خوارزميات سرية أصبحت معروفة على نطاق أوسع، وذلك بطرق مختلفة كالتجسس والخيانة والهندسة العكسية . (وفي بعض الأحيان، تم فك الشفرات من خلال الاستنتاج المنطقي البحت؛ على سبيل المثال، شفرة لورنز الألمانية وشفرة بيربل اليابانية ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الخوارزميات الكلاسيكية) [ 4 ] .

الموارد الحاسوبية المطلوبة

يمكن أيضاً تصنيف الهجمات من خلال الموارد التي تتطلبها. وتشمل هذه الموارد ما يلي: [ 5 ]

  • الوقت – عدد خطوات الحساب (مثل عمليات التشفير التجريبية) التي يجب تنفيذها.
  • الذاكرة - مقدار مساحة التخزين المطلوبة لتنفيذ الهجوم.
  • البيانات - كمية ونوع النصوص العادية والنصوص المشفرة المطلوبة لنهج معين.

يصعب أحيانًا التنبؤ بهذه الكميات بدقة، خاصةً عندما يكون تنفيذ الهجوم غير عملي لأغراض الاختبار. لكن محللي التشفير الأكاديميين يميلون إلى تقديم تقدير مبدئي على الأقل لحجم صعوبة هجماتهم، قائلين، على سبيل المثال، "تصادمات SHA-1 الآن 252 " . [ 6 ]

يشير بروس شناير إلى أنه حتى الهجمات غير العملية حسابيًا يمكن اعتبارها اختراقات: "اختراق الشفرة يعني ببساطة إيجاد نقطة ضعف فيها يمكن استغلالها بتعقيد أقل من استخدام القوة الغاشمة. بغض النظر عن أن القوة الغاشمة قد تتطلب 2^ 128 عملية تشفير؛ فإن الهجوم الذي يتطلب 2^ 110 عملية تشفير يُعتبر اختراقًا... ببساطة، يمكن أن يكون الاختراق مجرد نقطة ضعف في عملية التحقق: دليل على أن الشفرة لا تعمل كما هو مُعلن عنها." [ 7 ]

فترات راحة جزئية

قد تختلف نتائج تحليل الشفرات في فائدتها. وقد صنف عالم التشفير لارس كنودسن (1998) أنواعًا مختلفة من الهجمات على تشفير الكتل وفقًا لكمية ونوعية المعلومات السرية التي تم اكتشافها:

  • اختراق كامل – يستنتج المهاجم المفتاح السري .
  • الاستنتاج العالمي - يكتشف المهاجم خوارزمية مكافئة وظيفيًا للتشفير وفك التشفير، ولكن دون معرفة المفتاح.
  • الاستنتاج المحلي (المثالي) - يكتشف المهاجم نصوصًا عادية إضافية (أو نصوصًا مشفرة) لم تكن معروفة سابقًا.
  • الاستنتاج المعلوماتي - يحصل المهاجم على بعض معلومات شانون حول النصوص العادية (أو النصوص المشفرة) التي لم تكن معروفة سابقًا.
  • خوارزمية التمييز - يمكن للمهاجم التمييز بين التشفير والتبديل العشوائي .

غالبًا ما تستهدف الهجمات الأكاديمية نسخًا مُضعفة من نظام التشفير، مثل تشفير الكتلة أو دالة التجزئة التي تم حذف بعض جولاتها. تزداد صعوبة تنفيذ العديد من الهجمات، وليس جميعها، بشكل كبير مع إضافة جولات إلى نظام التشفير، [ 8 ] لذا من الممكن أن يكون نظام التشفير الكامل قويًا حتى مع ضعف النسخ ذات الجولات المُخفّضة. ومع ذلك، فإن الاختراقات الجزئية التي تقترب من اختراق نظام التشفير الأصلي قد تُنذر باختراق كامل لاحق؛ فقد سبقت الهجمات الناجحة على DES و MD5 و SHA-1 هجمات على نسخ مُضعفة منها.

في علم التشفير الأكاديمي، يُعرَّف الضعف أو الثغرة في نظام التشفير عادةً تعريفًا متحفظًا للغاية: فقد يتطلب الأمر وقتًا أو ذاكرةً أو نصوصًا أصلية معروفة، وهو أمر غير عملي. وقد يتطلب أيضًا من المهاجم القيام بأمور يعجز عنها كثير من المهاجمين في الواقع: على سبيل المثال، قد يحتاج المهاجم إلى اختيار نصوص أصلية محددة لتشفيرها، أو حتى طلب تشفير نصوص أصلية باستخدام عدة مفاتيح مرتبطة بالمفتاح السري . علاوة على ذلك، قد لا يكشف الهجوم إلا عن قدر ضئيل من المعلومات، يكفي لإثبات عدم كمال نظام التشفير، ولكنه قليل جدًا بحيث لا يفيد المهاجمين في الواقع. أخيرًا، قد يقتصر الهجوم على نسخة مُضعفة من أدوات التشفير، مثل تشفير الكتلة ذي عدد الجولات المخفَّض، كخطوة نحو اختراق النظام بالكامل. [ 7 ]

تاريخ

تطورت تقنية تحليل الشفرات بالتوازي مع علم التشفير، ويمكن تتبع هذا التنافس عبر تاريخ التشفير ، حيث صُممت شفرات جديدة لتحل محل الشفرات القديمة المعيبة، واختُرعت تقنيات تحليل شفرات جديدة لاختراق هذه الشفرات المحسّنة. عمليًا، يُنظر إليهما كوجهين لعملة واحدة: فالتشفير الآمن يتطلب تصميمًا مقاومًا لتحليل الشفرات المحتمل.

الشفرات الكلاسيكية

الصفحة الأولى من مخطوطة الكندي التي تعود إلى القرن التاسع الميلادي حول فك رموز الرسائل المشفرة.

على الرغم من أن مصطلح " تحليل الشفرات " حديث نسبياً (إذ صاغه ويليام فريدمان عام 1920)، فإن أساليب فك الشفرات والرموز أقدم بكثير. ويشير ديفيد كان في كتابه "فكّاكو الشفرات" إلى أن العلماء العرب كانوا أول من وثّق أساليب تحليل الشفرات بشكل منهجي. [ 9 ]

أول شرح موثق معروف لتحليل الشفرات قدمه الكندي (حوالي 801-873، المعروف أيضًا باسم "الكنديوس" في أوروبا)، وهو عالم عربي موسوعي من القرن التاسع الميلادي ، [ 10 ] [ 11 ] في رسالته في استخارج المعمدان . تحتوي هذه الرسالة على أول وصف لمنهج تحليل التردد . [ 12 ] ولذلك يُعتبر الكندي أول من فكّ الشفرات في التاريخ. [ 13 ] وقد تأثر عمله الرائد بالخليل (717-786)، الذي كتب كتاب الرسائل المشفرة ، والذي يتضمن أول استخدام للتباديل والتوافيق لسرد جميع الكلمات العربية الممكنة مع الحركات وبدونها. [ 14 ]

يُعدّ تحليل التكرار الأداة الأساسية لفكّ معظم الشفرات الكلاسيكية . ففي اللغات الطبيعية، تظهر بعض حروف الأبجدية بتكرار أكبر من غيرها؛ ففي اللغة الإنجليزية ، يُرجّح أن يكون الحرف " E " هو الحرف الأكثر شيوعًا في أي نص عادي . وبالمثل، يُعدّ الحرفان المركبان "TH" الزوج الأكثر احتمالًا في اللغة الإنجليزية، وهكذا. ويعتمد تحليل التكرار على فشل الشفرة في إخفاء هذه الإحصائيات . فعلى سبيل المثال، في شفرة الاستبدال البسيطة (حيث يُستبدل كل حرف بآخر)، سيكون الحرف الأكثر تكرارًا في النص المشفر مرشحًا محتملًا للحرف "E". ولذلك، يُعدّ تحليل التكرار لمثل هذه الشفرة سهلًا نسبيًا، شريطة أن يكون النص المشفر طويلًا بما يكفي لإعطاء عدد تمثيلي معقول لحروف الأبجدية التي يحتويها. [ 15 ]

كان ابتكار الكندي لتقنية تحليل التردد لفك تشفير الشفرات أحادية الأبجدية [ 16 ] [ 17 ] أهم تقدم في مجال تحليل الشفرات حتى الحرب العالمية الثانية. وقد وصف الكندي في رسالته "رسالة في استخارة المعمّاة" أولى تقنيات تحليل الشفرات، بما في ذلك بعض التقنيات الخاصة بالشفرات متعددة الأبجدية ، وتصنيف الشفرات، وعلم الأصوات والنحو العربي، والأهم من ذلك، أنه قدم أولى الشروحات حول تحليل التردد. [ 18 ] كما تناول أساليب التشفير، وتحليل بعض الشفرات، والتحليل الإحصائي للأحرف ومجموعات الأحرف في اللغة العربية. [ 19 ] [ 12 ] وكان من أهم إسهامات ابن عدلان (1187-1268) تحديد حجم العينة لاستخدام تحليل التردد. [ 14 ]

في أوروبا، كان الباحث الإيطالي جيامباتيستا ديلا بورتا (1535–1615) مؤلفًا لعمل أساسي في تحليل الشفرات، De Furtivis Literarum Notis . [ 20 ]

لا شك أن تحليل الشفرات الناجح قد أثر في التاريخ؛ فالقدرة على قراءة أفكار وخطط الآخرين التي يُفترض أنها سرية تُعدّ ميزة حاسمة. على سبيل المثال، في إنجلترا عام ١٥٨٧، حُوكِمت ماري ملكة اسكتلندا وأُعدمت بتهمة الخيانة العظمى نتيجة لتورطها في ثلاث مؤامرات لاغتيال إليزابيث الأولى ملكة إنجلترا. وقد انكشفت هذه المؤامرات بعد أن فكّ توماس فيليبس شفرة مراسلاتها المشفرة مع شركائها في المؤامرة .

في أوروبا خلال القرنين الخامس عشر والسادس عشر، طُوِّرت فكرة التشفير الاستبدالي متعدد الأبجديات ، من بين آخرين، على يد الدبلوماسي الفرنسي بليز دي فيجنير (1523-1596). [ 21 ] ولثلاثة قرون تقريبًا، اعتُبرت شيفرة فيجنير ، التي تستخدم مفتاحًا متكررًا لاختيار أبجديات تشفير مختلفة بالتناوب، آمنة تمامًا ( الشفرة غير القابلة للفك). ومع ذلك، نجح تشارلز باباج (1791-1871)، ولاحقًا بشكل مستقل، فريدريك كاسيسكي (1805-1881)، في كسر هذه الشيفرة. [ 22 ] خلال الحرب العالمية الأولى ، طوّر مخترعون في عدة دول آلات تشفير دوّارة، مثل آلة إنجما لآرثر شيربيوس ، في محاولة لتقليل التكرار الذي استُغل لكسر نظام فيجنير. [ 23 ]

شفرات من الحرب العالمية الأولى والحرب العالمية الثانية

برقية زيمرمان التي تم فك تشفيرها .

في الحرب العالمية الأولى ، كان فكّ برقية زيمرمان عاملاً حاسماً في دخول الولايات المتحدة الحرب. وفي الحرب العالمية الثانية ، استفاد الحلفاء استفادةً هائلةً من نجاحهم المشترك في تحليل الشفرات الألمانية - بما في ذلك آلة إنجما وشفرة لورنز - والشفرات اليابانية، ولا سيما شفرة "بيربل" وشفرة JN-25 . يُعزى الفضل إلى الاستخبارات "ألترا" في كل شيء، بدءًا من تقصير نهاية الحرب الأوروبية بما يصل إلى عامين، وصولاً إلى تحديد النتيجة النهائية. وبالمثل، حظيت الحرب في المحيط الهادئ بدعم من الاستخبارات "ماجيك" . [ 24 ]

لعب تحليل الشفرات لرسائل العدو دورًا هامًا في انتصار الحلفاء في الحرب العالمية الثانية. ونقل إف. دبليو. وينتربوثام عن دوايت دي. أيزنهاور ، القائد الأعلى لقوات الحلفاء الغربية ، في نهاية الحرب، وصفه لعملية " ألترا " الاستخباراتية بأنها كانت "حاسمة" في انتصار الحلفاء. [ 25 ] وقدّم السير هاري هينسلي ، المؤرخ الرسمي للاستخبارات البريطانية في الحرب العالمية الثانية، تقييمًا مشابهًا بشأن "ألترا"، قائلًا إنها اختصرت الحرب "بما لا يقل عن عامين، وربما أربعة أعوام"؛ علاوة على ذلك، قال إنه لولا "ألترا"، لكان من غير المؤكد كيف كانت ستنتهي الحرب. [ 26 ]

عمليًا، يعتمد تحليل التردد على المعرفة اللغوية بقدر اعتماده على الإحصاء، ولكن مع ازدياد تعقيد الشفرات، ازدادت أهمية الرياضيات في تحليلها. وقد برز هذا التغيير بشكل خاص قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية ، حيث تطلبت جهود فك شفرات دول المحور مستويات جديدة من التطور الرياضي. علاوة على ذلك، طُبقت الأتمتة لأول مرة في تحليل الشفرات في تلك الحقبة مع جهاز بومبا البولندي، وجهاز بومب البريطاني ، واستخدام معدات البطاقات المثقبة ، وفي حواسيب كولوسوس - أول حواسيب رقمية إلكترونية يتم التحكم بها بواسطة برنامج. [ 27 ] [ 28 ]

مؤشر

في أنظمة التشفير التبادلية، مثل تشفير لورنز وآلة إنجما التي استخدمتها ألمانيا النازية خلال الحرب العالمية الثانية ، كان لكل رسالة مفتاحها الخاص. عادةً، كان مُشغّل الإرسال يُبلغ مُشغّل الاستقبال بمفتاح الرسالة هذا عن طريق إرسال نص عادي و/أو نص مشفر قبل الرسالة المشفرة. يُطلق على هذا اسم المؤشر ، لأنه يُشير إلى مُشغّل الاستقبال بكيفية ضبط جهازه لفك تشفير الرسالة. [ 29 ]

سمحت أنظمة المؤشرات المصممة والمنفذة بشكل سيئ لعلماء التشفير البولنديين [ 30 ] ، ثم لعلماء التشفير البريطانيين في بليتشلي بارك [ 31 ]، بفك شفرة إنجما. كما سمحت أنظمة مؤشرات مماثلة للبريطانيين بتحديد مستويات العمق التي أدت إلى تشخيص نظام تشفير لورنز SZ40/42 ، وفك تشفير رسائله بشكل كامل دون أن يرى محللو الشفرات آلة التشفير. [ 32 ]

عمق

يُعدّ إرسال رسالتين أو أكثر باستخدام المفتاح نفسه عملية غير آمنة. ويُطلق محللو الشفرات على هذه الرسائل حينها اسم "رسائل متعمقة". [ 33 ] [ 34 ] ويمكن اكتشاف ذلك من خلال وجود المؤشر نفسه في الرسائل، والذي يُبلغ به المُرسِل المُستقبِلَ بالإعدادات الأولية لمولد المفاتيح الخاصة بالرسالة. [ 35 ]

بشكل عام، قد يستفيد محلل الشفرات من ترتيب عمليات التشفير المتطابقة ضمن مجموعة من الرسائل. على سبيل المثال، تقوم شفرة فيرنام بالتشفير عن طريق دمج النص الأصلي مع مفتاح طويل بتًا بتًا باستخدام عامل " أو الحصري "، والذي يُعرف أيضًا باسم " الجمع بتردد 2 " (ويرمز له بـ ⊕).

النص الأصلي ⊕ المفتاح = النص المشفر

يجمع فك التشفير نفس البتات الرئيسية مع النص المشفر لإعادة بناء النص الأصلي:

النص المشفر ⊕ المفتاح = النص الأصلي

(في الحساب بنظام modulo-2، الجمع هو نفسه الطرح.) عندما تتم محاذاة نصين مشفرين من هذا النوع في العمق، فإن دمجهما يلغي المفتاح المشترك، ويترك فقط مزيجًا من النصين الأصليين:

النص المشفر 1 ⊕ النص المشفر 2 = النص الأصلي 1 ⊕ النص الأصلي 2

يمكن بعد ذلك معالجة النصوص الأصلية الفردية لغوياً عن طريق تجربة الكلمات (أو العبارات) المحتملة ، والمعروفة أيضاً باسم "التلميحات"، في مواقع مختلفة؛ التخمين الصحيح، عند دمجه مع دفق النص الأصلي المدمج، ينتج نصاً مفهوماً من مكون النص الأصلي الآخر:

النص المشفر 1 ⊕ النص المشفر 2 ⊕ النص العادي 1 = النص العادي 2

يمكن في كثير من الأحيان توسيع الجزء المستعاد من النص الأصلي الثاني في اتجاه واحد أو كلا الاتجاهين، ويمكن دمج الأحرف الإضافية مع سلسلة النص الأصلي المدمج لتوسيع النص الأصلي الأول. من خلال العمل ذهابًا وإيابًا بين النصين الأصليين، باستخدام معيار الفهم للتحقق من التخمينات، قد يتمكن المحلل من استعادة جزء كبير أو كل النصين الأصليين. (مع وجود نصين أصليين فقط، قد لا يعرف المحلل أيهما يطابق أي نص مشفر، ولكن عمليًا لا تُعد هذه مشكلة كبيرة). عند دمج النص الأصلي المستعاد مع نصه المشفر، يتم الكشف عن المفتاح.

النص الأصلي 1 ⊕ النص المشفر 1 = المفتاح

إن معرفة المفتاح تسمح للمحلل بقراءة الرسائل الأخرى المشفرة بنفس المفتاح، كما أن معرفة مجموعة من المفاتيح ذات الصلة قد تسمح لمحللي التشفير بتشخيص النظام المستخدم في إنشائها. [ 32 ]

تطور علم التشفير الحديث

لطالما أدركت الحكومات الفوائد المحتملة لتحليل الشفرات لأغراض الاستخبارات ، العسكرية والدبلوماسية على حد سواء، وأنشأت منظمات متخصصة مكرسة لفك رموز وشفرات الدول الأخرى، على سبيل المثال، GCHQ و NSA ، وهي منظمات لا تزال نشطة للغاية حتى اليوم.

حاكت آلة بومب آلية عمل عدة آلات إنجما موصولة ببعضها. كل أسطوانة من الأسطوانات الدوارة بسرعة، والموضحة في الصورة أعلاه في نموذج مصغر في متحف بليتشلي بارك ، تحاكي آلية عمل دوار آلة إنجما.

على الرغم من أن الحوسبة استُخدمت بفعالية كبيرة في تحليل شفرة لورنز وأنظمة أخرى خلال الحرب العالمية الثانية، إلا أنها أتاحت أيضًا أساليب تشفير جديدة أكثر تعقيدًا بكثير من أي وقت مضى. وبشكل عام، أصبح التشفير الحديث أكثر مناعة ضد تحليل الشفرات من أنظمة القلم والورق القديمة، ويبدو الآن أنه يتفوق على تحليل الشفرات البحت. ويشير المؤرخ ديفيد كان إلى ذلك: [ 36 ]

توجد اليوم أنظمة تشفير عديدة تُقدمها مئات الشركات التجارية، لا يمكن اختراقها بأي من أساليب تحليل الشفرات المعروفة. بل إن هجوم النص الصريح المُختار ، الذي يُقارن فيه نص صريح مُحدد بنصه المُشفر، لا يُمكنه في هذه الأنظمة الحصول على المفتاح اللازم لفك تشفير الرسائل الأخرى. بمعنى ما، يُمكن القول إن تحليل الشفرات قد انتهى. لكن هذه ليست نهاية المطاف. قد يكون تحليل الشفرات قد انتهى، ولكن - بتعبير مجازي - هناك أكثر من طريقة لتحقيق الهدف.

ويشير كان إلى تزايد فرص التنصت والتجسس وهجمات القنوات الجانبية والحواسيب الكمومية كبدائل للوسائل التقليدية لتحليل الشفرات. وفي عام 2010، صرّح برايان سنو، المدير التقني السابق لوكالة الأمن القومي الأمريكية، بأنّ خبراء التشفير الأكاديميين والحكوميين "يتقدمون ببطء شديد في مجال ناضج". [ 37 ]

مع ذلك، قد يكون إجراء أي تحليل لاحق لتقنيات تحليل الشفرات سابقاً لأوانه. فبينما لا تزال فعالية أساليب تحليل الشفرات التي تستخدمها وكالات الاستخبارات غير معروفة، فقد نُشرت العديد من الهجمات الخطيرة ضد كل من الأدوات التشفيرية الأكاديمية والعملية في العصر الحديث لتشفير الحاسوب: [ 38 ]

وبالتالي، فبينما قد تكون أفضل الشفرات الحديثة أكثر مقاومة لتحليل الشفرات من شفرة إنجما ، فإن تحليل الشفرات ومجال أمن المعلومات بشكل عام لا يزالان نشطين للغاية. [ 39 ]

التشفير المتناظر

التشفير غير المتماثل

التشفير غير المتماثل (أو التشفير بالمفتاح العام ) هو نوع من التشفير يعتمد على استخدام مفتاحين (مرتبطين رياضيًا)؛ أحدهما خاص والآخر عام. تعتمد هذه الشفرات دائمًا على مسائل رياضية معقدة كأساس لأمانها، لذا فإن نقطة الضعف الواضحة هي تطوير طرق لحل هذه المسائل. يعتمد أمان التشفير بمفتاحين على مسائل رياضية بطريقة لا يعتمد عليها التشفير بمفتاح واحد عمومًا، ويربط في المقابل تحليل الشفرات بالبحوث الرياضية الأوسع نطاقًا بطريقة جديدة. [ 40 ]

تُصمَّم المخططات غير المتناظرة بناءً على الصعوبة (المفترضة) لحل مسائل رياضية متنوعة. فإذا تم التوصل إلى خوارزمية محسّنة لحل المسألة، فإن النظام يضعف. على سبيل المثال، يعتمد أمان مخطط تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان على صعوبة حساب اللوغاريتم المنفصل . في عام ١٩٨٣، اكتشف دون كوبرسميث طريقة أسرع لإيجاد اللوغاريتمات المنفصلة (في مجموعات معينة)، مما استلزم من خبراء التشفير استخدام مجموعات أكبر (أو أنواع مختلفة من المجموعات). يعتمد أمان خوارزمية RSA (جزئيًا) على صعوبة تحليل الأعداد الصحيحة إلى عواملها الأولية - وأي اختراق في هذا المجال سيؤثر على أمان RSA. [ ٤١ ]

في عام 1980، كان بالإمكان تحليل عدد معقد مكون من 50 رقمًا إلى عوامله الأولية باستخدام 10^ 12 عملية حاسوبية أساسية. وبحلول عام 1984، تطورت خوارزميات التحليل إلى عواملها الأولية لدرجة أنه أصبح بالإمكان تحليل عدد مكون من 75 رقمًا إلى عوامله الأولية باستخدام 10^ 12 عملية. كما أن التقدم في تكنولوجيا الحوسبة مكّن من تنفيذ هذه العمليات بسرعة أكبر بكثير. ويتوقع قانون مور أن تستمر سرعات الحواسيب في الازدياد، وقد تستمر تقنيات التحليل إلى عواملها الأولية في التطور أيضًا، ولكنها ستعتمد على الأرجح على الفهم الرياضي والإبداع، وكلاهما لم يكن من الممكن التنبؤ بهما بدقة. وقد تم تحليل أعداد مكونة من 150 رقمًا، من النوع الذي كان يُستخدم في خوارزمية RSA. كان الجهد المبذول أكبر من السابق، ولكنه لم يكن مستحيلاً على الحواسيب الحديثة السريعة. وبحلول بداية القرن الحادي والعشرين، لم تعد الأعداد المكونة من 150 رقمًا تُعتبر حجم مفتاح كافيًا لخوارزمية RSA. كانت الأرقام التي تحتوي على عدة مئات من الأرقام لا تزال تعتبر صعبة للغاية في عام 2005، على الرغم من أن الأساليب ستستمر على الأرجح في التحسن بمرور الوقت، مما يتطلب حجم مفتاح لمواكبة ذلك أو استخدام أساليب أخرى مثل تشفير المنحنى الإهليلجي .

ومن السمات المميزة الأخرى للمخططات غير المتماثلة أنه على عكس الهجمات على أنظمة التشفير المتماثلة، فإن أي تحليل تشفير لديه الفرصة للاستفادة من المعرفة المكتسبة من المفتاح العام . [ 42 ]

مهاجمة أنظمة التشفير التجزئية

هجمات القنوات الجانبية

تطبيقات الحوسبة الكمومية لتحليل الشفرات

تتمتع الحواسيب الكمومية ، التي لا تزال في المراحل الأولى من البحث، بإمكانية استخدام في تحليل الشفرات. فعلى سبيل المثال، يمكن لخوارزمية شور تحليل الأعداد الكبيرة في وقت متعدد الحدود ، مما يؤدي فعلياً إلى كسر بعض أشكال التشفير بالمفتاح العام الشائعة الاستخدام. [ 43 ]

باستخدام خوارزمية غروفر على حاسوب كمومي، يمكن تسريع البحث عن المفتاح باستخدام أسلوب التجربة والخطأ بمقدار تربيعي. ومع ذلك، يمكن التغلب على ذلك بمضاعفة طول المفتاح. [ 44 ]

انظر أيضاً

محللو الشفرات التاريخيون

مراجع

  1. 1 2 دولي، جون ف. (2024). تاريخ التشفير وتحليل الشفرات . تاريخ الحوسبة. doi : 10.1007/978-3-031-67485-3 . ISBN 978-3-031-67484-6ISSN 2190-6831​​ 
  2. ↑ شانون، كلود (4 أكتوبر 1949). "نظرية الاتصال لأنظمة السرية" . مجلة بيل سيستم التقنية . 28 (4): 662. Bibcode : 1949BSTJ...28..656S . doi : 10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x . تاريخ الاسترجاع: 20 يونيو 2014 .
  3. ↑ كان، ديفيد (1996)، كاسرو الشفرات: قصة الكتابة السرية ( الطبعة الثانية)، سكريبنرز، ص 235  
  4. ↑ شميه، كلاوس (2003). التشفير والبنية التحتية للمفتاح العام على الإنترنت . جون وايلي وأولاده. ص 45. ISBN  978-0-470-84745-9.
  5. ↑ هيلمان، م. (يوليو 1980). "موازنة بين الوقت والذاكرة في تحليل الشفرات" (ملف PDF) . معاملات IEEE في نظرية المعلومات . 26 (4): 401-406 . رمز Bibcode : 1980ITIT...26..401H . doi : 10.1109/tit.1980.1056220 . ISSN 0018-9448 . S2CID 552536. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10-10-2022.  
  6. ↑ ماكدونالد، كاميرون؛ هوكس، فيليب؛ بيبرزيك، جوزيف ، عدد تصادمات SHA-1 الآن 252 (ملف PDF) ، تم استرجاعه في 4 أبريل 2012
  7. 1 2 شناير 2000
  8. ↑ للحصول على مثال لهجوم لا يمكن منعه بجولات إضافية، انظر هجوم الانزلاق .
  9. ↑ كان، ديفيد (1996). فكّاكو الشفرات: التاريخ الشامل للاتصالات السرية من العصور القديمة إلى الإنترنت . سيمون وشوستر. ISBN 9781439103555.
  10. ↑ الجبوري، شبكة الدراسات الإسلامية (22 فبراير 2004). تاريخ الفلسفة الإسلامية: مع نظرة على الفلسفة اليونانية والتاريخ المبكر للإسلام . مؤلفون على الإنترنت المحدودة. رقم ISBN 9780755210114– عبر كتب جوجل.
  11. ↑ ليمان، أوليفر (16 يوليو 2015). الموسوعة البيوغرافية للفلسفة الإسلامية . دار بلومزبري للنشر. ISBN 9781472569455– عبر كتب جوجل.
  12. 1 2 إبراهيم أ. القاضي (أبريل 1992)، “أصول علم التشفير: المساهمات العربية”، علم التشفير 16 (2): 97-126
  13. ↑ ساهيناسلان، إندر؛ ساهيناسلان، أوندر (2 أبريل 2019). "الأساليب التشفيرية ومراحل تطويرها عبر التاريخ" . وقائع مؤتمر AIP . 2086 (1): 030033. Bibcode : 2019AIPC.2086c0033S . doi : 10.1063/1.5095118 . ISSN 0094-243X . يُعتبر الكندي أول من فكّ الشفرات. 
  14. 1 2 بروميلينغ، لايل د. (1 نوفمبر 2011). "عرض للاستدلال الإحصائي المبكر في علم التشفير العربي". الإحصائي الأمريكي . 65 (4): 255-257 . doi : 10.1198/tas.2011.10191 . S2CID 123537702 . 
  15. ↑ سينغ 1999 ، ص 17 
  16. ↑ ليمان، أوليفر (16 يوليو 2015). الموسوعة البيوغرافية للفلسفة الإسلامية . دار بلومزبري للنشر. ISBN 9781472569455تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 مارس 2018 – عبر كتب جوجل.
  17. ↑ الجبوري، شبكة الدراسات الإسلامية (19 مارس 2018). تاريخ الفلسفة الإسلامية: مع نظرة على الفلسفة اليونانية والتاريخ المبكر للإسلام . مؤلفون على الإنترنت المحدودة. رقم ISBN 9780755210114تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 مارس 2018 – عبر كتب جوجل.
  18. ↑ سيمون سينغ ، كتاب الشفرات ، الصفحات 14-20
  19. ↑ "الكندي، التشفير، فك الشفرات والرموز" . مؤرشف من الأصل في 5 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه في 12 يناير 2007 .
  20. ↑ "تاريخ العملات المشفرة" . مؤرشف من الأصل في 28 أغسطس 2008.
  21. ↑ سينغ 1999 ، الصفحات 45-51 
  22. ↑ سينغ 1999 ، الصفحات 63-78 
  23. ↑ سينغ 1999 ، ص 116 
  24. ↑ سميث 2000 ، ص 4 
  25. ↑ وينتربوثام 2000 ، ص 229.
  26. ↑ هينسلي 1993 .
  27. ↑ كوبلاند 2006 ، ص. 1 
  28. ↑ سينغ 1999 ، ص 244 
  29. ↑ تشيرشهاوس 2002 ، ص 33، 34 
  30. ^ بوديانسكي 2000 ، ص 97-99 
  31. ↑ كالفوكوريسي 2001 ، ص 66 
  32. 1 2 Tutte 1998
  33. ↑ تشيرشهاوس 2002 ، ص 34 
  34. ↑ عرّف قاموس بليتشلي بارك للتشفير لعام 1944 العمق على النحو التالي:1. سلسلة من الرسائل المشفرة التي يُعاد تشفيرها باستخدام نفس مفتاح التشفير، أو نفس الجزء منه، خاصةً عندما تُكتب فوق بعضها البعض بحيث تقع جميع المجموعات (عادةً مجموعة واحدة في كل رسالة) التي يُعاد تشفيرها باستخدام نفس مجموعة المُطروح فوق بعضها البعض وتشكل "عمودًا".(ب) رسالتان أو أكثر في تشفير التبديل، لهما نفس الطول، وتم تشفيرهما باستخدام نفس المفتاح.(ج) رسالتان أو أكثر في تشفير الآلة أو تشفير مشابه، تم تشفيرهما باستخدام نفس إعدادات الآلة أو باستخدام نفس المفتاح.2. أن تكون متداخلة: (من الرسائل). أن تكون الرسائل مترابطة في أي من العلاقات الموضحة أعلاه. قاموس بليتشلي بارك للتشفير لعام 1944، من تنسيق توني سيل (ج) 2001 (PDF) ، صفحة 27 
  35. ↑ تشيرشهاوس 2002 ، ص 33، 86 
  36. ↑ ملاحظات ديفيد كان بمناسبة الذكرى الخمسين لتأسيس وكالة الأمن القومي ، 1 نوفمبر 2002.
  37. ↑ تيم غرين، عالم الشبكات، الرئيس التقني السابق لوكالة الأمن القومي: لا أثق بالحوسبة السحابية . مؤرشف بتاريخ 8 مارس 2010 في أرشيف الإنترنت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مارس 2010.
  38. ↑ اقرأ "التشفير ومجتمع الاستخبارات: مستقبل التشفير" على موقع NAP.edu . منشورات الأكاديميات الوطنية. 2022. doi : 10.17226/26168 . ISBN 978-0-309-49135-8.
  39. ↑ "نظرة عامة على علم التشفير" . www.garykessler.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 يونيو 2019 .
  40. ↑ "علم التشفير - تحليل الشفرات، التشفير، فك التشفير | بريتانيكا" . www.britannica.com . 2025-03-21 . تاريخ الاسترجاع 2025-04-28 .
  41. ↑ كوبرسميث، دون (4 يوليو 1984). "التقييم السريع للوغاريتمات في حقول ذات خاصية اثنين" (ملف PDF) . معاملات IEEE في نظرية المعلومات . IT-30 (4): 587–594 . Bibcode : 1984ITIT...30..587C . doi : 10.1109/TIT.1984.1056941 .
  42. ↑ ستالينغز، ويليام (2010). التشفير وأمن الشبكات: المبادئ والتطبيق . برنتيس هول. ISBN 978-0136097044.
  43. ↑ "خوارزمية شور - كسر تشفير RSA" . مدونة خريجي AMS . 30 أبريل 2014. تاريخ الاسترجاع: 17 يناير 2017 .
  44. ↑ دانيال ج. بيرنشتاين (2010-03-03). "جروفر ضد ماكليس" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 2022-10-10.

مصادر

للمزيد من القراءة