التشفير القائم على الأجهزة

التشفير القائم على الأجهزة هو استخدام مكونات الحاسوب المادية لمساعدة البرامج، أو أحيانًا استبدالها، في عملية تشفير البيانات . عادةً ما يُنفذ هذا كجزء من مجموعة تعليمات المعالج . على سبيل المثال، يمكن تنفيذ خوارزمية التشفير AES (وهي خوارزمية تشفير حديثة ) باستخدام مجموعة تعليمات AES على معمارية x86 الشائعة . ^{[ 1 ]} توجد هذه التعليمات أيضًا على معمارية ARM . ^{[ 2 ]} مع ذلك، توجد أنظمة غير تقليدية حيث تكون وحدة التشفير منفصلة عن المعالج المركزي، ويتم تنفيذها كمعالج مساعد ، وتحديدًا معالج تشفير آمن أو مُسرِّع تشفير ، ومن أمثلتها IBM 4758 ، أو خليفتها IBM 4764. ^{[ 3 ]} يمكن أن تكون تطبيقات الأجهزة أسرع وأقل عرضة للاستغلال من تطبيقات البرامج التقليدية، كما يمكن حمايتها من التلاعب. ^{[ 4 ]}

قبل استخدام أجهزة الحاسوب، كان التشفير يُجرى عبر وسائل ميكانيكية أو كهروميكانيكية متنوعة . ومن الأمثلة المبكرة على ذلك جهاز سكيتال الذي استخدمه الإسبرطيون . [ ^{5 ] أما} آلة إنجما ، فكانت آلة تشفير كهروميكانيكية استخدمها الألمان بشكل خاص في الحرب العالمية الثانية . بعد الحرب ، طُوّرت أنظمة إلكترونية بالكامل. وفي عام 1987، أُطلق مشروع ABYSS (نظام أمن يوركتاون الأساسي). ^{[ 6 ] [ 7 ]} وكان الهدف من هذا المشروع الحماية من قرصنة البرامج . مع ذلك، يعود استخدام الحواسيب في التشفير عمومًا إلى أربعينيات القرن العشرين في بليتشلي بارك ، حيث استُخدم حاسوب كولوسوس لفك التشفير الذي استخدمته القيادة العليا الألمانية خلال الحرب العالمية الثانية . أما استخدام الحواسيب للتشفير ، فقد جاء لاحقًا. على وجه الخصوص، وحتى تطوير الدائرة المتكاملة ، التي أُنتج أول نموذج منها عام 1960، كانت الحواسيب غير عملية للتشفير، إذ كانت تشغل مساحة مبنى كامل مقارنةً بحجم آلة إنجما المحمولة ^[ 8 ]. ولم يصبح تشفير البيانات ممكنًا إلا مع تطوير الحواسيب الصغيرة ، خارج نطاق ^{التطبيقات المتخصصة} . وأدى انتشار التسوق الإلكتروني إلى ظهور شبكة الإنترنت العالمية ، مما استدعى توفير التشفير للمستهلكين ^{[ 9 ]} . وكان أهم ما يشغل بال المستهلكين هو الأمن والسرعة ^{[ 9 ]} . وقد أدى ذلك في النهاية إلى دمج خوارزميات التشفير في المعالجات كوسيلة لزيادة السرعة والأمان معًا ^{[ 4 ] .}

يعني تطبيق التشفير في الأجهزة تخصيص جزء من المعالج لهذه المهمة، مما قد يؤدي إلى زيادة كبيرة في السرعة. ^{[ 4 ]} وعلى وجه الخصوص، تستطيع بنى المعالجات الحديثة التي تدعم تقنية التجزئة تنفيذ تعليمات أخرى بالتزامن مع تنفيذ تعليمات التشفير. علاوة على ذلك، يمكن للأجهزة أن تتضمن آليات لحماية البيانات من البرامج. وبالتالي، حتى في حال اختراق نظام التشغيل ، قد تظل البيانات آمنة (انظر ملحقات حماية البرامج ). ^{[ 17 ]}

مع ذلك، إذا ما تم اختراق تصميم الجهاز، تنشأ مشكلات جسيمة. إذ يمكن للبرامج الخبيثة استرجاع البيانات من الجهاز (الذي يُفترض أنه آمن) - ومن أبرز الأساليب المستخدمة في ذلك هجوم التوقيت . ^{[ 18 ]} يُعدّ حلّ هذه المشكلة أكثر تعقيدًا من حلّ خطأ برمجي، حتى داخل نظام التشغيل نفسه . وتتعامل مايكروسوفت بانتظام مع المشكلات الأمنية من خلال تحديثات ويندوز. وبالمثل، تُصدر تحديثات أمنية دورية لأنظمة ماك أو إس إكس ولينكس ، بالإضافة إلى أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة مثل آي أو إس وأندرويد وويندوز فون . إلا أن الأجهزة تُمثّل مشكلة مختلفة. ففي بعض الأحيان، يُمكن إصلاح المشكلة من خلال تحديثات الشفرة الدقيقة للمعالج (وهي نوع من البرامج منخفضة المستوى). ولكن في حالات أخرى، قد لا يُمكن حلّ المشكلات إلا باستبدال الجهاز، أو باستخدام حلول بديلة في نظام التشغيل تُقلّل من فائدة الأداء التي يُوفّرها تصميم الجهاز، كما هو الحال في ثغرة سبيكتر . ^{[ 19 ]}

• أجهزة تشفير الأقراص
• تشفير القرص الكامل القائم على الأجهزة
• وحدة أمان الأجهزة