السرية الأمامية

في علم التشفير ، تُعدّ السرية الأمامية ( FS )، والمعروفة أيضًا بالسرية الأمامية المثالية ( PFS )، ميزةً في بروتوكولات تبادل المفاتيح ، تضمن عدم اختراق مفاتيح الجلسة حتى في حال اختراق الأسرار طويلة الأجل المستخدمة في تبادل مفاتيح الجلسة، مما يحدّ من الأضرار. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} في بروتوكول TLS ، يكون السر طويل الأجل عادةً هو المفتاح الخاص للخادم. تحمي السرية الأمامية الجلسات السابقة من اختراق المفاتيح أو كلمات المرور مستقبلًا. من خلال إنشاء مفتاح جلسة فريد لكل جلسة يبدأها المستخدم، لن يؤثر اختراق مفتاح جلسة واحد على أي بيانات أخرى غير تلك المتبادلة في الجلسة المحددة المحمية بهذا المفتاح. هذا وحده غير كافٍ للسرية الأمامية، التي تتطلب أيضًا ألا يؤثر اختراق السر طويل الأجل على أمان مفاتيح الجلسات السابقة.

تحمي خاصية السرية الأمامية البيانات على طبقة النقل في الشبكة التي تستخدم بروتوكولات أمان طبقة النقل الشائعة، بما في ذلك OpenSSL ، ^{[ 4 ]} عند اختراق مفاتيحها السرية طويلة الأمد، كما حدث مع ثغرة Heartbleed الأمنية. في حال استخدام السرية الأمامية، لا يمكن استرجاع أو فك تشفير الاتصالات والجلسات المشفرة المسجلة سابقًا في حال اختراق المفاتيح السرية طويلة الأمد أو كلمات المرور مستقبلًا، حتى لو تدخل المهاجم بنشاط، على سبيل المثال عبر هجوم الوسيط (MITM) .

تكمن أهمية السرية الأمامية في حماية الاتصالات السابقة، مما يقلل من دوافع المهاجمين لاختراق المفاتيح. فعلى سبيل المثال، إذا تمكن مهاجم من الحصول على مفتاح طويل الأمد، ولكن تم اكتشاف الاختراق وإلغاء المفتاح وتحديثه، فإن المعلومات المسربة تكون ضئيلة نسبيًا في نظام آمن أماميًا.

تعتمد قيمة السرية الأمامية على القدرات المفترضة للمهاجم. تكتسب السرية الأمامية أهميةً إذا كان من المفترض أن يتمكن المهاجم من الحصول على مفاتيح سرية من جهاز ما (وصول للقراءة)، ولكنه إما يُكتشف أو يعجز عن تعديل طريقة توليد مفاتيح الجلسة في الجهاز (اختراق كامل). في بعض الحالات، قد يتمكن المهاجم القادر على قراءة المفاتيح طويلة الأمد من جهاز ما من تعديل آلية عمل مولد مفاتيح الجلسة، كما هو الحال في مولد البتات العشوائية الحتمي ذي المنحنى الإهليلجي المزدوج المُخترق . إذا استطاع المهاجم جعل مولد الأرقام العشوائية قابلاً للتنبؤ، فسيتم حماية حركة البيانات السابقة، ولكن ستتعرض جميع حركة البيانات المستقبلية للاختراق.

لا تقتصر قيمة السرية الأمامية على افتراض أن المهاجم سيهاجم الخادم بسرقة المفاتيح فقط دون تعديل مولد الأرقام العشوائية المستخدم، بل تشمل أيضًا افتراض أن المهاجم سيكتفي بجمع البيانات على رابط الاتصال دون استخدام هجوم الوسيط. تستخدم السرية الأمامية عادةً تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان المؤقت لمنع قراءة البيانات السابقة. غالبًا ما يوقع الخادم على تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان المؤقت باستخدام مفتاح توقيع ثابت. إذا تمكن المهاجم من سرقة هذا المفتاح الثابت (طويل الأمد) (أو الحصول عليه بأمر قضائي)، فبإمكانه انتحال شخصية الخادم أمام العميل، وشخصية العميل أمام الخادم، وتنفيذ هجوم الوسيط التقليدي. ^{[ 5 ]}

صاغ مصطلح "السرية الأمامية المثالية" سي جي غونتر في عام 1990 ^{[ 6 ]} وناقشه ويتفيلد ديفي وبول فان أورشوت ومايكل جيمس وينر في عام 1992 ^{[ 7 ]} ، حيث استُخدم لوصف إحدى خصائص بروتوكول المحطة إلى المحطة. ^{[ 8 ]}

وقد تم استخدام السرية الأمامية أيضًا لوصف الخاصية المماثلة لبروتوكولات اتفاقية المفاتيح المعتمدة على كلمة المرور حيث يكون السر طويل الأجل عبارة عن كلمة مرور (مشتركة) . ^{[ 9 ]}

في عام 2000، صادق معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) لأول مرة على معيار IEEE 1363 ، الذي يحدد خصائص السرية الأمامية ذات الصلة من طرف واحد ومن طرفين لمختلف مخططات اتفاقية المفاتيح القياسية. ^{[ 10 ]}

يتمتع نظام التشفير بخاصية السرية الأمامية إذا لم يكشف فحص النص العادي (بعد فك التشفير) لتبادل البيانات الذي يحدث أثناء مرحلة اتفاق المفاتيح لبدء الجلسة عن المفتاح الذي تم استخدامه لتشفير بقية الجلسة.

فيما يلي مثال افتراضي لبروتوكول مراسلة فورية بسيط يستخدم سرية التوجيه:

1. يقوم كل من أليس وبوب بإنشاء زوج من المفاتيح العامة والخاصة غير المتماثلة طويلة الأمد ، ثم يتحققان من بصمات المفاتيح العامة شخصيًا أو عبر قناة موثقة مسبقًا. ويؤكد التحقق بثقة أن المالك المُدّعى له للمفتاح العام هو المالك الفعلي.
2. تستخدم أليس وبوب خوارزمية تبادل مفاتيح مثل ديفي-هيلمان للاتفاق بشكل آمن على مفتاح جلسة مؤقت . ويستخدمان المفاتيح من الخطوة 1 فقط للتحقق من هوية بعضهما البعض خلال هذه العملية.
3. ترسل أليس رسالة إلى بوب، وتقوم بتشفيرها باستخدام تشفير متماثل باستخدام مفتاح الجلسة الذي تم التفاوض عليه في الخطوة 2.
4. يقوم بوب بفك تشفير رسالة أليس باستخدام المفتاح الذي تم التفاوض عليه في الخطوة 2.
5. تتكرر هذه العملية مع كل رسالة جديدة يتم إرسالها، بدءًا من الخطوة الثانية (مع تبديل أدوار أليس وبوب كمرسل/مستقبل حسب الاقتضاء). أما الخطوة الأولى فلا تتكرر أبدًا.

تضمن سرية الإرسال (التي تتحقق من خلال إنشاء مفاتيح جلسة جديدة لكل رسالة) عدم إمكانية فك تشفير الاتصالات السابقة في حال اختراق أحد المفاتيح المُنشأة في تكرار الخطوة الثانية، لأن هذا المفتاح يُستخدم لتشفير رسالة واحدة فقط. كما تضمن سرية الإرسال عدم إمكانية فك تشفير الاتصالات السابقة في حال اختراق المفاتيح الخاصة طويلة الأمد من الخطوة الأولى. مع ذلك، سيصبح انتحال شخصية أليس أو بوب ممكنًا في المستقبل إذا حدث ذلك، مما قد يُعرّض جميع الرسائل اللاحقة للخطر.

صُممت السرية الأمامية لمنع اختراق مفتاح سري طويل الأمد من التأثير على سرية المحادثات السابقة. مع ذلك، لا تستطيع السرية الأمامية الحماية من تحليل التشفير المستخدم بنجاح، لأن تحليل التشفير يتضمن إيجاد طريقة لفك تشفير رسالة مشفرة دون المفتاح، والسرية الأمامية تحمي المفاتيح فقط، لا التشفيرات نفسها. ^{[ 11 ]} يمكن لمهاجم صبور أن يستحوذ على محادثة محمية سريتها باستخدام تشفير المفتاح العام ، وينتظر حتى يتم كسر التشفير الأساسي (على سبيل المثال، يمكن إنشاء حواسيب كمومية ضخمة تسمح بحساب مسألة اللوغاريتم المنفصل بسرعة)، أي هجمات " الحصاد الآن، فك التشفير لاحقًا" . وهذا من شأنه أن يسمح باستعادة النصوص الأصلية القديمة حتى في نظام يستخدم السرية الأمامية.

تواجه بروتوكولات تبادل المفاتيح الآمنة غير التفاعلية تهديدات إضافية لا تنطبق على البروتوكولات التفاعلية. ففي هجوم كبت الرسائل ، قد يقوم مهاجم مسيطر على الشبكة بتخزين الرسائل ومنعها من الوصول إلى المستلم المقصود؛ ولأن الرسائل لا تُستلم أبدًا، فقد لا تُتلف المفاتيح الخاصة المقابلة أو تُخترق، مما قد يؤدي إلى فك تشفيرها بنجاح في حال اختراق المفتاح الخاص. ويُخفف التخلص الاستباقي من المفاتيح الخاصة وفقًا لجدول زمني من حدة هذا الهجوم، ولكنه لا يقضي عليه تمامًا. أما في هجوم استنفاد المفاتيح الخبيث ، فيرسل المهاجم العديد من الرسائل إلى المستلم ويستنفد مخزون المفاتيح الخاصة، مما يُجبر البروتوكول على الاختيار بين الفشل في وضع الإغلاق (مما يُتيح هجمات حجب الخدمة ) أو الفشل في وضع الفتح (مما يُفقد البروتوكول قدرًا من السرية). ^{[ 12 ]}

معظم بروتوكولات تبادل المفاتيح تفاعلية ، وتتطلب اتصالاً ثنائي الاتجاه بين الطرفين. أما البروتوكول الذي يسمح للمرسل بنقل البيانات دون الحاجة إلى تلقي أي ردود من المستلم، فيُطلق عليه بروتوكول غير تفاعلي ، أو غير متزامن ، أو ذو زمن استجابة صفري (0-RTT). ^{[ 13 ] [ 14 ]}

يُعدّ التفاعل عبئًا على بعض التطبيقات ، فعلى سبيل المثال، في نظام مراسلة آمن، قد يكون من المستحسن استخدام آلية التخزين وإعادة التوجيه ، بدلًا من اشتراط اتصال كل من المرسل والمستلم بالإنترنت في الوقت نفسه. كما أن تخفيف شرط ثنائية الاتجاه يُحسّن الأداء حتى في الحالات التي لا يكون فيها شرطًا أساسيًا، كما هو الحال عند إنشاء الاتصال أو استئنافه. وقد حفّزت هذه الحالات الاهتمام بتبادل المفاتيح غير التفاعلي، وبما أن أمان التوجيه خاصية مرغوبة في بروتوكول تبادل المفاتيح، فقد ازداد الاهتمام أيضًا بسرية التوجيه غير التفاعلية. ^{[ 15 ] [ 16 ]} وقد اعتُبر هذا المزيج مرغوبًا منذ عام 1996 على الأقل. ^{[ 17 ]} ومع ذلك، فقد أثبت الجمع بين سرية التوجيه وعدم التفاعل صعوبةً بالغة؛ ^{[ 18 ]} إذ كان يُعتقد أن سرية التوجيه مع الحماية من هجمات إعادة الإرسال مستحيلة دون تفاعل، ولكن تبيّن أنه من الممكن تحقيق المتطلبات الثلاثة جميعها. ^{[ 14 ]}

بشكل عام، تم استكشاف نهجين للسرية الأمامية غير التفاعلية، وهما المفاتيح المحسوبة مسبقًا والتشفير القابل للاختراق . ^{[ 16 ]}

باستخدام المفاتيح المحسوبة مسبقًا، يتم إنشاء العديد من أزواج المفاتيح ومشاركة المفاتيح العامة، مع حذف المفاتيح الخاصة بعد استلام رسالة باستخدام المفتاح العام المقابل. وقد تم تطبيق هذا النهج كجزء من بروتوكول سيجنال . ^{[ 19 ]}

في التشفير القابل للاختراق، يُعدّل المُستقبِل مفتاحه الخاص بعد استلام الرسالة بحيث لا يستطيع المفتاح الخاص الجديد قراءة الرسالة، بينما يبقى المفتاح العام دون تغيير. وصف روس ج. أندرسون بشكل غير رسمي نظام تشفير قابل للاختراق لتبادل المفاتيح الآمنة للأمام في عام 1997، ^{[ 20 ]} ووصف غرين وميرز (2015) نظامًا مشابهًا رسميًا، ^{[ 21 ]} بالاعتماد على النظام ذي الصلة لكانيتي وهاليفي وكاتز (2003) ، والذي يُعدّل المفتاح الخاص وفقًا لجدول زمني بحيث لا يمكن قراءة الرسائل المُرسلة في فترات سابقة باستخدام المفتاح الخاص من فترة لاحقة. ^{[ 18 ]} يستخدم غرين وميرز (2015) التشفير الهرمي القائم على الهوية والتشفير القائم على السمات ، بينما يستخدم غونتر وآخرون (2017) بنية مختلفة يمكن أن تستند إلى أي نظام هرمي قائم على الهوية. ^{[ 22 ]} دالماير وآخرون. أظهرت التجارب التي أجريت عام 2020 أن تعديل بروتوكول QUIC لاستخدام تبادل مفاتيح آمن ومقاوم لإعادة الإرسال في زمن استجابة صفري (0-RTT) باستخدام تشفير قابل للاختراق، أدى إلى زيادة ملحوظة في استخدام الموارد، ولكن ليس لدرجة تجعل الاستخدام العملي غير ممكن. ^{[ 23 ]}

السرية الأمامية المثالية الضعيفة (Wpfs) هي خاصية أضعف تضمن سرية مفاتيح الجلسات المُنشأة مسبقًا عند اختراق مفاتيح الوكلاء طويلة الأمد، ولكن فقط للجلسات التي لم يتدخل فيها الخصم بشكل فعلي. وقد قدم هوغو كراوتشيك هذا المفهوم الجديد، والتمييز بينه وبين السرية الأمامية، في عام 2005. ^{[ 24 ] [ 25 ]} ويتطلب هذا التعريف الأضعف ضمنيًا أن السرية الأمامية الكاملة (المثالية) تحافظ على سرية مفاتيح الجلسات المُنشأة مسبقًا حتى في الجلسات التي تدخل فيها الخصم بشكل فعلي أو حاول التوسط.

تُعدّ خاصية السرية الأمامية موجودة في العديد من تطبيقات البروتوكولات، مثل SSH و IPsec (RFC 2412)، مع أنها اختيارية في الأخير. يوفر كل من بروتوكول Off-the-Record Messaging ، وهو بروتوكول تشفير ومكتبة للعديد من برامج المراسلة الفورية، و OMEMO الذي يوفر ميزات إضافية مثل وظائف المستخدمين المتعددين في هذه البرامج، خاصية السرية الأمامية بالإضافة إلى التشفير القابل للإنكار .

في بروتوكول أمان طبقة النقل (TLS)، تتوفر مجموعات تشفير تعتمد على تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان (DHE- RSA ، DHE- DSA ) وتبادل مفاتيح ديفي-هيلمان باستخدام المنحنى الإهليلجي (ECDHE- RSA ، ECDHE- ECDSA ). نظريًا، يمكن لبروتوكول TLS استخدام خاصية السرية الأمامية منذ الإصدار SSLv3، لكن العديد من التطبيقات لا توفر هذه الخاصية أو توفرها بتشفير أقل مستوى. ^{[ 26 ]} أزال الإصدار 1.3 من بروتوكول TLS دعم خوارزمية RSA لتبادل المفاتيح، مما جعل خوارزمية ديفي-هيلمان (مع خاصية السرية الأمامية) الخوارزمية الوحيدة لتبادل المفاتيح. ^{[ 27 ]}

يدعم OpenSSL السرية الأمامية باستخدام خوارزمية ديفي-هيلمان ذات المنحنى الإهليلجي منذ الإصدار 1.0، ^{[ 28 ]} مع زيادة في الحمل الحسابي بنسبة 15% تقريبًا للمصافحة الأولية. ^{[ 29 ]}

يستخدم بروتوكول الإشارة خوارزمية السقاطة المزدوجة لتوفير السرية الأمامية. ^{[ 30 ]}

من ناحية أخرى، من بين البروتوكولات الشائعة المستخدمة حاليًا، لم يدعم بروتوكول WPA Personal السرية الأمامية قبل WPA3. ^{[ 31 ]}

منذ أواخر عام 2011، وفّرت جوجل خاصية السرية الأمامية باستخدام بروتوكول TLS افتراضيًا لمستخدمي خدمات Gmail و Google Docs وخدمات البحث المشفرة. ^{[ 28 ]} ومنذ نوفمبر 2013، وفّر تويتر خاصية السرية الأمامية باستخدام بروتوكول TLS لمستخدميه. ^{[ 32 ]} ووفرت جميع مواقع ويكي التي تستضيفها مؤسسة ويكيميديا ​​خاصية السرية الأمامية للمستخدمين منذ يوليو 2014، ^{[ 33 ]} واشترطت استخدامها منذ أغسطس 2018.

أفادت فيسبوك، في إطار تحقيقها في تشفير البريد الإلكتروني، أنه اعتبارًا من مايو 2014، كان 74% من مزودي خدمات الاستضافة الذين يدعمون بروتوكول STARTTLS يوفرون أيضًا خاصية السرية الأمامية. ^{[ 34 ]} وقد أسقطت النسخة 1.3 من بروتوكول TLS، التي نُشرت في أغسطس 2018، دعم التشفيرات التي لا توفر خاصية السرية الأمامية. اعتبارًا من فبراير 2019 96.6% من خوادم الويب التي شملها الاستطلاع تدعم شكلاً من أشكال السرية الأمامية، و52.1% منها ستستخدم السرية الأمامية مع معظم المتصفحات. ^{[ 35 ]}

أعلنت آبل في مؤتمر WWDC 2016 أن جميع تطبيقات iOS ستكون ملزمة باستخدام ميزة أمان نقل التطبيقات (ATS)، وهي ميزة تفرض استخدام بروتوكول HTTPS لنقل البيانات. وبالتحديد، تتطلب ATS استخدام خوارزمية تشفير توفر سرية تامة. ^{[ 36 ]} وأصبح استخدام ATS إلزاميًا للتطبيقات اعتبارًا من 1 يناير 2017. ^{[ 37 ]}

يستخدم تطبيق المراسلة Signal السرية الأمامية في بروتوكوله، مما يميزه بشكل ملحوظ عن بروتوكولات المراسلة القائمة على PGP . ^{[ 38 ]}

في استطلاع رأي أُجري في يونيو 2025^{[ 39 ]} وقد تم دعم خاصية السرية الأمامية من قبل حوالي 95% من المواقع الإلكترونية الشهيرة عند الوصول إليها باستخدام المتصفحات الحديثة، بينما لم تدعمها 0.2% منها على الإطلاق.

• إخفاء الهوية عند إعادة التوجيه
• تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان
• منحنى إهليلجي ديفي-هيلمان
• اجمع المعلومات الآن، وفك تشفيرها لاحقاً

• أندرسون، روس (2002). "ملاحظتان حول علم التشفير بالمفتاح العام" (PDF) .
• كانيتي، ران ؛ هاليفي، شاي ؛ كاتز، جوناثان (2003). "مخطط تشفير مفتاح عام آمن للأمام". التطورات في علم التشفير - يورو كريبت 2003. سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد  2656. الصفحات 255-271 . doi : 10.1007/3-540-39200-9_16 . ISBN  978-3-540-14039-9.
• غرين، ماثيو د .؛ مايرز، إيان (2015). "المراسلة غير المتزامنة الآمنة للأمام من التشفير القابل للاختراق". ندوة IEEE للأمن والخصوصية لعام 2015. الصفحات 305-320 . doi : 10.1109/SP.2015.26 . ISBN  978-1-4673-6949-7. S2CID 9171925 . 
• غونتر، فيليكس؛ هيل، بريتا؛ ياغر، تيبور؛ لاور، سيباستيان (2017). "تبادل المفاتيح في زمن استجابة 0 مع سرية كاملة للأمام" (ملف PDF) .
• باك، آدم (6 سبتمبر 1996). "سرية التوجيه غير التفاعلية" . سايفر بانكس (قائمة بريدية).
• بويد، كولين؛ جيليرت، كاي (24 أغسطس 2020). "نظرة حديثة على أمن البيانات المتقدمة" . مجلة الكمبيوتر . 64 (4) (نُشر في أبريل 2021): 639-652 . doi : 10.1093/comjnl/bxaa104 . hdl : 11250/2730309 . تاريخ الاسترجاع: 8 يونيو 2021 .{{cite journal}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
• دالمير، فين؛ دريس، جان P.؛ جيليرت، كاي. هاندريك، توبياس. جاجر، تيبور. كلاوك، جوناس؛ ناشتيجال، سيمون؛ رينزلمان، تيمو؛ وولف ، رودي (2020). "بدء تشغيل Forward-Secure 0-RTT: التنفيذ وتحليل الأداء في QUIC" (PDF) .

• RFC 2412 IETF، إتش. أورمان. بروتوكول تحديد مفتاح أوكلي 
• بإمكان تقنية السرية التامة للأمام منع وكالة الأمن القومي من الوصول إلى صفحات الويب الآمنة، لكن لا أحد يستخدمها. (مجلة كمبيوتر وورلد، 21 يونيو 2013)
• بروتوكول SSL: تم اعتراضه اليوم، وسيتم فك تشفيره غدًا. Netcraft، 25 يونيو 2013
• نشر تقنية السرية الأمامية (SSL Labs) - 25 يونيو 2013
• اختبار مختبرات SSL لمتصفحات الويب
• اختبار مختبرات SSL لخوادم الويب