سبيك (شفرة)

لا تُحدد ورقة سبيك الأصلية ترتيب البايتات صراحةً عند تفسير كتلة النص الأصلي على أنها الكلمتان المستخدمتان في خوارزمية التشفير. تشير متجهات الاختبار الواردة في الورقة إلى ترتيب البايتات الكبير (Big-Endian). مع ذلك، نصح مؤلفو الخوارزمية بعض المطورين ^{[ 6 ]} باستخدام ترتيب البايتات الصغير (Little-Endian) للمفاتيح والنص الأصلي والنص المشفر، وقد قُبل هذا النهج من قِبل آخرين. ^{[ 7 ]}

يدّعي المصممون أن خوارزمية سبيك، رغم كونها خوارزمية تشفير "خفيفة الوزن"، مصممة لتوفير أقصى مستوى ممكن من الأمان لكل كتلة وحجم مفتاح، ضد هجمات النص الصريح المختار (CPA) والنص المشفر المختار (CCA) القياسية . كما ذُكرت مقاومة هجمات المفاتيح المترابطة كهدف ، وإن كان أقل أهمية لأن الهجمات في هذا النموذج غير ذات صلة بحالات الاستخدام النموذجية. ^{[ 16 ] : 2} لم تُبذل أي جهود لمقاومة الهجمات في نموذج هجوم تمييز المفتاح المعروف ، كما لم يُقيّم المصممون خوارزمية سبيك لاستخدامها كدالة تجزئة . ^{[ 3 ] : 8}

حتى عام 2018، لم يُعرف أي هجوم ناجح على خوارزمية سبيك كاملة الجولات، أيًا كان نوعها. ونظرًا للاهتمام المتزايد بخوارزميتي سيمون وسبيك، نُشر حوالي 70 بحثًا في مجال تحليل التشفير عنهما. ^{[ 16 ] : 10} وكما هو معتاد في التشفيرات المتكررة ، فقد تم اختراق أنواع سبيك ذات الجولات المخفضة بنجاح. أفضل الهجمات المنشورة على سبيك في نموذج الهجوم القياسي (CPA/CCA بمفتاح غير معروف) هي هجمات تحليل التشفير التفاضلي ؛ إذ تجتاز هذه الهجمات حوالي 70-75% من جولات معظم الأنواع، على الرغم من أن هذه الهجمات الأفضل أسرع بشكل طفيف فقط من هجمات القوة الغاشمة . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 16 ] : 12} ويذكر فريق التصميم أنهم أثناء تصميم سبيك، وجدوا أن الهجمات التفاضلية هي الهجمات المحددة، أي نوع الهجوم الذي يجتاز أكبر عدد من الجولات؛ ثم حددوا عدد الجولات لترك هامش أمان مماثل لهامش أمان AES-128 عند حوالي 30%. ^{[ 16 ] : 12-13}

تعرض خوارزمية سبيك لانتقادات بسبب هامش الأمان الضئيل للغاية، أي عدد الجولات القليل جدًا بين أفضل الهجمات والتشفير الكامل، مقارنةً بخوارزميات تشفير أكثر تحفظًا مثل تشاتشا 20. [ ^{17 ] وتُعد} خوارزميات التشفير ذات هوامش الأمان الضئيلة أكثر عرضةً للاختراق مع التطورات المستقبلية في تحليل الشفرات . ويرد فريق تصميم سبيك بأن هناك تكلفة واقعية لهوامش الأمان الكبيرة غير الضرورية، خاصةً على الأجهزة خفيفة الوزن، وأن تحليل الشفرات خلال مرحلة التصميم سمح بتحديد عدد الجولات بشكل مناسب، وأنهم استهدفوا هامش أمان معيار التشفير المتقدم (AES). ^{[ 16 ] : 17}

يتضمن Speck عدادًا للجولات في جدول المفاتيح . ويذكر المصممون أن هذا العداد أُضيف لمنع هجمات الانزلاق وهجمات التحليل التشفيري الدوراني . ^{[ 16 ] : 16} ومع ذلك، فقد استُخدم التحليل التشفيري الدوراني XOR لإيجاد مُميزات ضد إصدارات Speck ذات الجولات المُخفّضة. ^{[ 18 ]} على الرغم من أن المؤلفين لم يصفوا هجمات استعادة المفاتيح القياسية بناءً على مُميزاتهم، إلا أن أفضل مُميزاتهم على Speck32 وSpeck48 في نموذج هجوم تمييز المفتاح المعروف لبعض فئات المفاتيح الضعيفة تجتاز جولات أكثر بقليل من أفضل المُميزات التفاضلية. وقد ذكر أحد المؤلفين أن بحثه كان محدود الموارد وأن مُميزات XOR الدورانية في جولات أكثر من الممكنة على الأرجح. ^{[ 19 ]} ومع ذلك، يفترض هذا النوع من التحليل التشفيري نماذج هجوم المفتاح المرتبط أو حتى المفتاح المعروف، ^{[ 18 ]} والتي لا تُمثل مصدر قلق في بروتوكولات وحلول التشفير النموذجية. ^{[ 20 ] : 8} ويذكر المصممون أيضًا أن خوارزمية سبيك لم تُصمم لمقاومة هجمات التمييز باستخدام المفتاح المعروف (التي لا تُعرّض سرية التشفير للخطر بشكل مباشر). ^{[ 3 ] : 8}

يذكر المصممون أن تحليل التشفير الذي أجرته وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) وجد أن الخوارزميات خالية من أي نقاط ضعف، وأن مستوى الأمان يتناسب مع أطوال مفاتيحها. ^{[ 4 ] : ​​2} ويشير فريق التصميم إلى أن تحليلهم للتشفير تضمن التحليل الخطي والتفاضلي باستخدام تقنيات قياسية مثل خوارزمية ماتسوي وحلول SAT/SMT، مع العلم أنه لم يتم تقديم قائمة كاملة بالتقنيات المستخدمة. ^{[ 16 ] : 10} وقد وُجهت انتقادات لمصممي Speck لعدم تقديمهم تفاصيل إضافية حول تحليل التشفير الذي أجرته وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA). ^{[ 19 ]}

وافقت وكالة الأمن القومي على استخدام خوارزميتي Simon128/256 وSpeck128/256 في أنظمة الأمن القومي الأمريكية، على الرغم من أن خوارزمية AES-256 لا تزال موصى بها للتطبيقات غير المقيدة. ^{[ 21 ]}

باعتبارها خوارزمية تشفير ARX ، لا تستخدم Speck صناديق الاستبدال (S-boxes) أو جداول البحث الأخرى؛ لذا فهي محصنة بطبيعتها ضد هجمات توقيت التخزين المؤقت . ^{[ 4 ] : ​​12} وهذا يختلف عن خوارزميات التشفير التي تستخدم جداول البحث مثل AES ، والتي ثبت أنها عرضة لمثل هذه الهجمات. مع ذلك، وكما هو الحال مع معظم خوارزميات تشفير الكتل (بما في ذلك AES)، فإن Speck عرضة لهجمات تحليل الطاقة ما لم تُتخذ تدابير مضادة على مستوى الأجهزة. ^{[ 22 ] [ 4 ] : ​​12}

على الرغم من أن عائلة تشفير سبيك تتضمن متغيرات بنفس أحجام الكتل والمفاتيح المستخدمة في معيار التشفير المتقدم (AES) (Speck128/128، وSpeck128/192، وSpeck128/256)، إلا أنها تتضمن أيضًا متغيرات بأحجام كتل تصل إلى 32 بتًا وأحجام مفاتيح تصل إلى 64 بتًا. تُعد هذه الأحجام الصغيرة للكتل والمفاتيح غير آمنة للاستخدام العام، إذ تسمح بهجمات عيد الميلاد وهجمات القوة الغاشمة ، بغض النظر عن مستوى الأمان الرسمي للتشفير. ^{[ 23 ]} يذكر المصممون أن هذه الأحجام للكتل والمفاتيح أُدرجت للأجهزة ذات الموارد المحدودة للغاية حيث لا يوجد حل أفضل، أو حيث يتم تشفير كميات صغيرة جدًا من البيانات، كما هو الحال في بروتوكولات تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) . ^{[ 4 ] : ​​2-3} المتغير الوحيد المعتمد للاستخدام في أنظمة الأمن القومي الأمريكي هو المتغير ذو حجم الكتلة 128 بتًا وحجم المفتاح 256 بتًا. ^{[ 21 ]}