الأمن الدلالي

في التشفير ، نظام التشفير الآمن دلاليًا هو نظام يمكن فيه استخراج معلومات ضئيلة فقط حول النص العادي من النص المشفر . على وجه التحديد، لا يمكن لأي خوارزمية احتمالية زمنية متعددة الحدود (PPTA) يتم إعطاؤها النص المشفر لرسالة معينة (مأخوذة من أي توزيع للرسائل)، وطول الرسالة، تحديد أي معلومات جزئية عن الرسالة باحتمالية أعلى بشكل غير مهم من جميع خوارزميات PPTA الأخرى التي لديها فقط إمكانية الوصول إلى طول الرسالة (وليس النص المشفر). ^​​[1] هذا المفهوم هو نظير التعقيد الحسابي لمفهوم شانون للسرية التامة . تعني السرية التامة أن النص المشفر لا يكشف عن أي معلومات على الإطلاق حول النص العادي، في حين أن الأمان الدلالي يعني أنه لا يمكن استخراج أي معلومات تم الكشف عنها بشكل عملي. ^{[2] [3] : 378–381}${\displaystyle م}$

تم طرح مفهوم الأمان الدلالي لأول مرة من قبل جولدواسر وميكالي في عام 1982. ^{[1] [4]} ومع ذلك، فإن التعريف الذي اقترحوه في البداية لم يقدم أي وسيلة مباشرة لإثبات أمان أنظمة التشفير العملية. أظهر جولدواسر وميكالي لاحقًا أن الأمان الدلالي يعادل تعريفًا آخر للأمان يسمى عدم القدرة على التمييز بين النص المشفر في ظل هجوم النص العادي المختار. ^[5] هذا التعريف الأخير أكثر شيوعًا من التعريف الأصلي للأمان الدلالي لأنه يسهل بشكل أفضل إثبات أمان أنظمة التشفير العملية.

في حالة أنظمة التشفير ذات الخوارزمية ذات المفتاح المتماثل ، لا يجب أن يكون الخصم قادرًا على حساب أي معلومات حول نص عادي من نصه المشفر. يمكن افتراض ذلك على أنه لا يمكن للخصم، نظرًا لوجود نصين عاديين متساويين في الطول ونصيهما المشفرين، تحديد أي نص مشفر ينتمي إلى أي نص عادي.

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ( سبتمبر 2012 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

ولكي يكون نظام التشفير باستخدام خوارزمية تشفير المفتاح غير المتماثل آمنًا دلاليًا، فلابد أن يكون من غير الممكن لخصم مقيد حاسوبيًا أن يستنتج معلومات مهمة عن رسالة (نص عادي) عندما يُعطى نصها المشفر ومفتاح التشفير العام المقابل فقط. ولا يأخذ الأمان الدلالي في الاعتبار إلا حالة المهاجم "السلبي"، أي الشخص الذي يولد ويراقب النصوص المشفرة باستخدام المفتاح العام والنصوص العادية التي يختارها. وعلى عكس تعريفات الأمان الأخرى، لا يأخذ الأمان الدلالي في الاعتبار حالة هجوم النص المشفر المختار (CCA)، حيث يكون المهاجم قادرًا على طلب فك تشفير النصوص المشفرة المختارة، والعديد من مخططات التشفير الآمنة دلاليًا غير آمنة بشكل واضح ضد هجوم النص المشفر المختار. وبالتالي، يُعتبر الأمان الدلالي الآن شرطًا غير كافٍ لتأمين مخطط تشفير عام الغرض.

يتم تعريف عدم القدرة على التمييز تحت هجوم النص العادي المختار ( IND-CPA ) بشكل شائع من خلال التجربة التالية: ^[6]

1. يتم إنشاء زوج عشوائي عن طريق التشغيل .${\displaystyle (pk,sk)}$${\displaystyle Gen(1^{n})}$
2. يتم منح الخصم المحدود بالوقت متعدد الحدود الاحتمالي المفتاح العام ، والذي يمكنه استخدامه لتوليد أي عدد من النصوص المشفرة (ضمن حدود متعددة الحدود).${\displaystyle pk}$
3. يقوم الخصم بإنشاء رسالتين متساويتين في الطول و ، وينقلهما إلى أوراكل التحدي مع المفتاح العام.${\displaystyle m_{0}}$${\displaystyle m_{1}}$
4. يقوم أوراكل التحدي باختيار إحدى الرسائل عن طريق رمي عملة عادلة (اختيار بت عشوائي )، ثم يقوم بتشفير الرسالة باستخدام المفتاح العام، ثم يقوم بإرجاع النص المشفر الناتج عن التحدي إلى الخصم.${\displaystyle b\in \{0,1\}}$${\displaystyle m_{b}}$ ${\displaystyle c}$

إن نظام التشفير الأساسي هو IND-CPA (وبالتالي فهو آمن دلاليًا في ظل هجوم النص العادي المختار) إذا لم يتمكن الخصم من تحديد أي من الرسالتين تم اختيارها بواسطة العراف، مع احتمالية أكبر بكثير من (معدل نجاح التخمين العشوائي). تحدد المتغيرات من هذا التعريف عدم القدرة على التمييز في ظل هجوم النص المشفر المختار وهجوم النص المشفر المختار التكيفي ( IND-CCA ، IND-CCA2 ). ${\displaystyle 1/2}$

نظرًا لأن الخصم يمتلك مفتاح التشفير العام في اللعبة أعلاه، فيجب أن يكون مخطط التشفير الآمن دلاليًا احتماليًا بحكم التعريف ، ويمتلك عنصرًا من العشوائية ؛ إذا لم يكن الأمر كذلك، يمكن للخصم ببساطة حساب التشفير الحتمي لـ ومقارنة هذه التشفيرات مع النص المشفر المسترد لتخمين اختيار العراف بنجاح. ${\displaystyle m_{0}}$${\displaystyle m_{1}}$${\displaystyle c}$

تتضمن خوارزميات التشفير الآمنة دلاليًا Goldwasser-Micali و ElGamal و Paillier . تعتبر هذه المخططات آمنة بشكل يمكن إثباته ، حيث يمكن تقليل أمانها الدلالي إلى حل بعض المشكلات الرياضية الصعبة (على سبيل المثال، Decisional Diffie-Hellman أو Quadratic Residuosity Problem ). يمكن جعل الخوارزميات الأخرى غير الآمنة دلاليًا مثل RSA آمنة دلاليًا (تحت افتراضات أقوى) من خلال استخدام مخططات الحشو العشوائي للتشفير مثل Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP).