تشفير متعدد

التشفير المتعدد هو عملية تشفير رسالة مشفرة مسبقًا مرة واحدة أو أكثر، باستخدام نفس الخوارزمية أو خوارزمية مختلفة. يُعرف أيضًا بالتشفير المتتالي ، أو التشفير المتسلسل ، أو تكديس التشفير ، أو التشفير المتعدد ، أو التشفير الفائق . يشير التشفير الفائق إلى طبقة التشفير الخارجية ضمن التشفير المتعدد.

يقول بعض خبراء التشفير، مثل ماثيو غرين من جامعة جونز هوبكنز ، إن التشفير المتعدد يعالج مشكلة غير موجودة في الغالب:

نادراً ما يتم اختراق التشفيرات الحديثة ... من المرجح أن تتعرض لهجوم من البرامج الضارة أو خطأ في التنفيذ أكثر بكثير من تعرضك لهجوم كارثي على معيار التشفير المتقدم (AES).

مع ذلك، يمكن استخلاص حجة من الاقتباس السابق تدعم استخدام التشفير المتعدد، وتحديداً سوء التنفيذ. فاستخدام وحدتي تشفير مختلفتين وعمليات تشفير من موردين مختلفين يستلزم اختراق منتجات كلا الموردين لكي ينهار الأمن تماماً.

باختيار أي خوارزميتين تشفير ، إذا كان المفتاح المستخدم فيهما واحدًا، فمن المحتمل أن تتمكن الخوارزمية الثانية من فك تشفير الأولى، جزئيًا أو كليًا. وينطبق هذا على الخوارزميات التي تتطابق فيها عملية فك التشفير تمامًا مع عملية التشفير ( الخوارزمية التبادلية ) - حيث ستفك الخوارزمية الثانية تشفير الأولى كليًا. إذا تمكن المهاجم من استعادة المفتاح من خلال تحليل طبقة التشفير الأولى، فبإمكانه فك تشفير جميع الطبقات المتبقية، بافتراض استخدام المفتاح نفسه في جميع الطبقات.

ولمنع هذا الخطر، يمكن للمرء استخدام مفاتيح مستقلة إحصائياً لكل طبقة (مثل مولدات الأرقام العشوائية المستقلة ).

من الأفضل أن يكون لكل مفتاح عمليات توليد ومشاركة وإدارة منفصلة ومختلفة.

في عمليات التشفير/فك التشفير التي تتطلب مشاركة متجه التهيئة (IV) أو قيمة عشوائية ( nonce )، عادةً ما يتم مشاركة هذه البيانات علنًا أو إتاحتها للمستلم (ولجميع الأطراف الأخرى). ومن الممارسات الأمنية السليمة عدم تقديم البيانات نفسها كنص عادي ونص مشفر عند استخدام المفتاح ومتجه التهيئة نفسيهما. لذا، يُوصى (وإن لم تتوفر أدلة محددة في الوقت الحالي) باستخدام متجهات تهيئة منفصلة لكل طبقة من طبقات التشفير.

باستثناء التشفير لمرة واحدة ، لم يُثبت نظريًا أن أي تشفير غير قابل للكسر. علاوة على ذلك، قد توجد بعض الخصائص المتكررة في النصوص المشفرة الناتجة عن التشفير الأول. وبما أن هذه النصوص المشفرة هي النصوص الأصلية المستخدمة في التشفير الثاني، فقد يكون التشفير الثاني عرضة للهجمات التي تعتمد على خصائص النصوص الأصلية المعروفة (انظر المراجع أدناه).

يحدث هذا عندما تكون الطبقة الأولى عبارة عن برنامج P يُضيف دائمًا نفس السلسلة S من الأحرف في بداية (أو نهاية) جميع النصوص المشفرة (المعروفة باسم الرقم السحري ). عند وجود السلسلة S في ملف، فإنها تُتيح لنظام التشغيل معرفة أنه يجب تشغيل البرنامج P لفك تشفير الملف. يجب إزالة هذه السلسلة قبل إضافة طبقة ثانية.

ولمنع هذا النوع من الهجمات، يمكن استخدام الطريقة التي قدمها بروس شناير : ^{[ 1 ]}

• قم بإنشاء حشوة عشوائية R بنفس حجم النص الأصلي.
• قم بتشفير R باستخدام الشفرة والمفتاح الأولين.
• قم بإجراء عملية XOR بين النص الأصلي والوسادة، ثم قم بتشفير النتيجة باستخدام التشفير الثاني ومفتاح مختلف (!).
• قم بدمج النصين المشفرين معًا من أجل بناء النص المشفر النهائي.

يجب على محلل الشفرات فك كلا الشفرتين للحصول على أي معلومات. إلا أن هذا سيؤدي إلى زيادة طول النص المشفر إلى ضعف طول النص الأصلي.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن ضعف التشفير الأول قد يجعل التشفير الثاني، المعرض لهجوم النص الصريح المُختار، عرضةً أيضًا لهجوم النص الصريح المعروف . لكن، يجب ألا يكون تشفير الكتلة عرضةً لهجوم النص الصريح المُختار حتى يُعتبر آمنًا. لذا، فإن التشفير الثاني المذكور أعلاه ليس آمنًا وفقًا لهذا التعريف أيضًا. وبالتالي، لا يزال يتعين كسر كلا التشفيرين. يوضح هذا الهجوم سبب ضرورة وضع افتراضات قوية حول تشفيرات الكتلة الآمنة، وأنه لا ينبغي أبدًا استخدام التشفيرات التي تم كسرها جزئيًا.

قاعدة الاثنين هي مبدأ أمني للبيانات صادر عن برنامج الحلول التجارية للتصنيفات (CSfC) التابع لوكالة الأمن القومي الأمريكية . ^{[ 2 ]} تحدد هذه القاعدة طبقتين مستقلتين تمامًا من التشفير لحماية البيانات. على سبيل المثال، يمكن حماية البيانات بتشفير الأجهزة على أدنى مستوى، وتشفير البرامج على مستوى التطبيق . قد يعني هذا استخدام وحدتي تشفير برمجيتين معتمدتين من معيار FIPS من موردين مختلفين لتشفير/فك تشفير البيانات.

تكمن أهمية تنوع الموردين و/أو الطرازات بين طبقات المكونات في استبعاد احتمالية اشتراك الشركات المصنعة أو الطرازات في ثغرة أمنية واحدة. وبهذه الطريقة، حتى في حال اختراق أحد المكونات، تظل طبقة تشفير كاملة تحمي المعلومات المخزنة أو المنقولة. يقدم برنامج CSfC حلولاً لتحقيق هذا التنوع بطريقتين: "الأولى هي تطبيق كل طبقة باستخدام مكونات من إنتاج شركات مصنعة مختلفة. والثانية هي استخدام مكونات من نفس الشركة المصنعة، شريطة أن تقدم هذه الشركة لوكالة الأمن القومي أدلة كافية تثبت استقلالية تطبيقَي المكونين عن بعضهما البعض." ^{[ 3 ]}

يُطبَّق هذا المبدأ في هاتف "فيشبول" المحمول الآمن التابع لوكالة الأمن القومي الأمريكية. ^{[ 4 ]} تستخدم هذه الهواتف طبقتين من بروتوكولات التشفير، وهما بروتوكول أمان الإنترنت ( IPsec) وبروتوكول النقل الآمن في الوقت الحقيقي (SRTP)، لحماية الاتصالات الصوتية. كما يُعد هاتف سامسونج جالاكسي إس 9 الإصدار التكتيكي مكونًا معتمدًا من مكونات نظام الاتصالات الآمنة (CSfC).