مستوى الأمان

في علم التشفير، يُعد مستوى الأمان مقياسًا لمدى قوة عنصر التشفير الأساسي ، مثل الشيفرة أو دالة التجزئة . يُعبّر عن مستوى الأمان عادةً بعدد " بتات الأمان" (أو قوة الأمان )، ^{[ 1 ]} حيث يعني أمان n- بت أن المهاجم سيحتاج إلى تنفيذ 2 ^{^n} عملية لكسره، ^{[ 2 ]} ولكن تم اقتراح طرق أخرى تُحاكي تكاليف المهاجم بشكل أدق. ^{[ 3 ]} يتيح ذلك مقارنة سهلة بين الخوارزميات، وهو مفيد عند دمج عناصر تشفير أساسية متعددة في نظام تشفير هجين ، بحيث لا توجد حلقة أضعف بشكل واضح. على سبيل المثال، صُمم AES -128 ( بمفتاح حجمه 128 بت) لتقديم مستوى أمان 128 بت، والذي يُعتبر مكافئًا تقريبًا لـ RSA باستخدام مفتاح 3072 بت.

في هذا السياق، يُقصد بمستوى الأمان المُستهدف أو مستوى الأمان المُفترض، مستوى الأمان الذي صُممت الأداة لتحقيقه في البداية، مع العلم أن مصطلح "مستوى الأمان" يُستخدم أحيانًا في هذه السياقات أيضًا. وعندما تُكتشف هجمات بتكلفة أقل من مستوى الأمان المُستهدف، تُعتبر الأداة معيبة . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تتميز الخوارزميات المتناظرة عادةً بمستوى أمان محدد بدقة. بالنسبة للتشفير المتناظر ، يكون هذا المستوى مساويًا لحجم مفتاح التشفير، أي ما يعادل تعقيد هجوم القوة الغاشمة . [ ^{5 ] [ 6 ] تتميز} دوال التجزئة التشفيرية ذات حجم الإخراج n بت بمستوى أمان لمقاومة التصادم n /2 ومستوى مقاومة للصورة الأصلية n . وذلك لأن هجوم عيد الميلاد العام يمكنه دائمًا اكتشاف التصادمات في 2n ^/2 خطوة. ^{[ 7 ]} على سبيل المثال، يوفر SHA-256 مقاومة تصادم 128 بت ومقاومة للصورة الأصلية 256 بت.

مع ذلك، توجد بعض الاستثناءات. فخوارزميتا Phelix وHelix هما خوارزميتان تشفير 256 بت توفران مستوى أمان 128 بت. ^{[ 5 ] [ 8 ]} كما تختلف متغيرات SHAKE من SHA-3 : فمع حجم إخراج 256 بت، توفر SHAKE-128 مستوى أمان 128 بت لمقاومة التصادم ومقاومة الصورة المسبقة. ^{[ 9 ]}

يعتمد تصميم معظم الخوارزميات غير المتناظرة (مثل التشفير بالمفتاح العام ) على مسائل رياضية دقيقة ، تتسم بكفاءة حسابية عالية في اتجاه واحد، ولكنها غير فعالة في عكسها من قِبل المهاجم. مع ذلك، فإن الهجمات على أنظمة المفتاح العام الحالية أسرع دائمًا من البحث الشامل في فضاء المفاتيح. لا يُحدد مستوى أمانها عند التصميم، بل يُمثل افتراضًا للصعوبة الحسابية ، والذي يُعدّل ليُطابق أفضل هجوم معروف حاليًا. ^{[ 6 ]}

تم نشر العديد من التوصيات التي تقدر مستوى أمان الخوارزميات غير المتماثلة، والتي تختلف قليلاً بسبب اختلاف المنهجيات.

• بالنسبة لنظام التشفير RSA بمستوى أمان 128 بت، توصي كل من NIST و ENISA باستخدام مفاتيح بطول 3072 بت ^{[ 10 ] [ 11 ]} و IETF بمفاتيح بطول 3253 بت. ^{[ 12 ] [ 13 ]} يعتمد التحويل من طول المفتاح إلى تقدير مستوى الأمان على تعقيد GNFS . ^{[ 14 ] : § 7.5}
• يتشابه تبادل مفاتيح ديفي-هيلمان وخوارزمية DSA مع خوارزمية RSA من حيث تحويل طول المفتاح إلى تقدير لمستوى الأمان. ^{[ 14 ] : § 7.5}
• تتطلب التشفير باستخدام المنحنيات الإهليلجية مفاتيح أقصر، لذا فإن التوصيات لمفتاح 128 بت هي 256-383 بت (وفقًا لمعايير المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا)، و256 بت (وفقًا لمعايير الوكالة الأوروبية لأمن المعلومات)، و242 بت (وفقًا لمعايير فريق هندسة الإنترنت). ويُقدّر التحويل من حجم المفتاح f إلى مستوى الأمان بـ f /2 تقريبًا: وذلك لأن طريقة حل مسألة اللوغاريتم المنفصل للمنحنى الإهليلجي ، وهي طريقة رو، تُنجز في 0.886 جذر (2f ⁾ من عمليات الجمع. ^{[ 15 ]}

يوضح الجدول التالي أمثلة على مستويات الأمان النموذجية لأنواع الخوارزميات كما وردت في البند 5.6.1.1 من توصية المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا SP-800-57 لإدارة المفاتيح . ^{[ 16 ] : الجدول  2}

وفقًا لتوصية المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، يجب نقل مفتاح ذي مستوى أمان معين فقط تحت حماية باستخدام خوارزمية ذات مستوى أمان مكافئ أو أعلى. ^{[ 14 ]}

يُحدد مستوى الأمان بناءً على تكلفة اختراق هدف واحد، وليس التكلفة الإجمالية لمجموعة من الأهداف. يتطلب العثور على مفتاح AES-128 عدد 2 ^{^128 عملية، ومع ذلك، يلزم نفس العدد من العمليات الإجمالية لأي عدد} m من المفاتيح. من ناحية أخرى، يتطلب اختراق m مفتاح ECC باستخدام طريقة رو جذر ( m ) مضروبًا في التكلفة الأساسية. ^{[ 15 ] [ 17 ]}

ينظر مجال التشفير ما بعد الكمومي إلى مستوى أمان خوارزميات التشفير في مواجهة مهاجم افتراضي يمتلك جهاز كمبيوتر كمومي .

• تُحقق معظم الهجمات الكمومية على التشفير المتناظر تسارعًا بمقدار الجذر التربيعي مقارنةً بنظيرتها التقليدية، مما يُقلل مستوى الأمان المُقدم إلى النصف. (الاستثناء هو هجوم الانزلاق باستخدام خوارزمية سايمون ، على الرغم من أنه لم يُثبت فعاليته في مهاجمة معيار التشفير المتقدم AES). على سبيل المثال، يُوفر معيار التشفير المتقدم AES-256 مستوى أمان كمومي يبلغ 128 بت، وهو ما يُعتبر كافيًا. ^{[ 20 ] [ 21 ]}
• تعد خوارزمية شور بتسريع هائل في حل مسائل التحليل إلى عوامل، واللوغاريتم المتقطع، وإيجاد الدورة، شريطة توفر حاسوب كمومي ضخم بما يكفي، يصل إلى ملايين الكيوبتات. وهذا من شأنه أن ينهي خوارزميات RSA وDSA وDH وMQV وECDSA وEdDSA وECDH وECMQV بأشكالها الحالية. ^{[ 22 ]}

على الرغم من أن الحواسيب الكمومية القادرة على هذه العمليات لم تظهر بعد، إلا أن خصوم اليوم قد يختارون " التجميع الآن، وفك التشفير لاحقًا ": أي تخزين النصوص المشفرة التي تم اعتراضها ليتم فك تشفيرها عند توفر حواسيب كمومية فائقة القوة. ونتيجة لذلك، بدأت الحكومات والشركات بالفعل العمل على الانتقال إلى خوارزميات مقاومة للهجمات الكمومية. ومن أمثلة هذه الجهود اختبارات جوجل وكلاود فلير لبروتوكول TLS الهجين ما بعد الكمومي على الإنترنت، وإصدار وكالة الأمن القومي الأمريكية ^{[ 23 ]} لمجموعة خوارزميات الأمن القومي التجارية 2.0 في عام 2022.

• أوماسون، جان فيليب (2020). الإفراط في استخدام العملات المشفرة (ملف PDF) . ندوة العملات المشفرة في العالم الحقيقي.

• افتراض صعوبة الحساب
• تشفير 40 بت
• ملخص أمان التشفير
• ملخص أمان وظائف التجزئة