ما هو التشفير؟ دليل شامل

نبذة تاريخية موجزة عن التشفير

يعد التشفير المتاح للجمهور العام على الويب أمرًا جديدًا نسبيًا، ولكنه أصبح الآن أمرًا معتادًا إلى حد ما. في البداية، كان تشفير البيانات إجراءً أمنياً حكومياً حصرياً: لحماية الأسرار الوطنية أو العسكرية، ومنع الأعداء (الحقيقيين أو المحتملين) من الوصول إليها. مع تحول الإنترنت إلى مورد أكثر استخدامًا على نطاق واسع في التسعينيات، تغيرت اللغة المستخدمة في مجال التشفير وإمكانية الوصول إليه. لقد تم توسيع نطاق مصطلحي «الأمان» و«الخصوصية» ليشمل الجمهور العام، وهو ما يعد أمراً مبرراً. لكن هذه الحاجة إلى إخفاء المعلومات هي في الواقع قديمة جدًا.

الأصول القديمة لعلم التشفير

تعود ممارسة إخفاء الرسائل إلى الحضارات القديمة. يروي هيرودوت كيف قام هيستيوس بوشم رسالة سرية على فروة رأس عبد حليق، مخفيًا إياها مع نمو الشعر من جديد. هذا هو التشفير الخفي – إخفاء الرسالة، وليس تحويلها.

بحلول 700–500 قبل الميلاد، ظهرت أنظمة التشفير لتشفير المعلومات الحساسة، مثل الاتصالات العسكرية. تضمنت الطرق المبكرة استبدال الحروف البسيط (A=Z، B=Y). بمرور الوقت، أصبح التشفير أكثر تعقيدًا. استخدمت آلات «إنيغما» في ألمانيا النازية تشفيرات معقدة تعتمد على الدوارات، وساعد فك شفراتها الحلفاء على الفوز في الحرب العالمية الثانية.

وبالتالي يمكننا القول إن التشفير قديم قدم اللحظة التي أصبحت فيها اللغة البشرية سياسية، وجديد بقدر ما تستمر اللغة في التحول إلى رقمية.

التشفير كتقنية أمنية حديثة

تم تطوير التشفير الرقمي والحاسوبي الحديث في السبعينيات، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى تمويل الأبحاث والمبادرات التي قامت بها الولايات المتحدة. الحكومة. كان RSA (Rivest–Shamir–Adleman) أحد نتائج هذا العمل. لم تكن هذه الجهود سرية تمامًا، حيث شارك فيها باحثون أكاديميون وشركات تقنية مثل IBM تعمل بموجب عقود حكومية. لكن النتائج كانت محمية بشدة وتُعتبر من أصول الأمن القومي. بل إن تقنية التشفير صُنفت على أنها «ذخيرة» أو سلاح بموجب القانون الأمريكي قانونًا لتقييد تصديرها وملاحقة المتورطين في ذلك قضائيًا خلال الحرب الباردة.

التشفير كمورد عام للخصوصية

من خلال القضايا القضائية، والنشاطات، والجهود التقنية الشعبية، الولايات المتحدة تخفيف قوانين التشفير، مما سمح بانتشار المراسلة المشفرة على نطاق عالمي – مما أدى إلى ظهور الخصوصية الرقمية.

بحلول العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، اعتمدت معظم خدمات الويب بروتوكول AES أو بروتوكولات مشابهة، مما جعل التشفير هو الإعداد الافتراضي للتصفح والبريد الإلكتروني والمشتريات عبر الإنترنت.

اليوم، يستمر الكفاح من أجل تشفير آمن وخالٍ من الثغرات الخلفية. لكن أولاً، دعونا نستكشف كيف يعمل التشفير.

ما هو التشفير؟

التشفير هو تحويل البيانات بحيث لا يمكن قراءتها إلا من قبل أولئك الذين يمتلكون مفاتيح التشفير اللازمة لفك تشفيرها. فكر في الأمر أولاً على أنه وضع معلوماتك الحساسة في غرفة منيعة، لا يمكن الوصول إليها بدون مفتاح خاص لا يملكه سواك. ففي النهاية، تعني كلمة «تشفير» الإغلاق أو الحماية أو الحفاظ على السر. ولكن بدلاً من أن تكون بياناتك محصورة في غرفة واقية ماديًا، يتم تحويلها إلى رمز رقمي.

عملية التشفير

يحول التشفير بياناتك من "نص عادي" (أصلي وقابل للقراءة، أو "غير مشفر") إلى "نص مشفر" (غير قابل للقراءة، مخفي تحت "شيفرة" أو لغز). تقوم خوارزميات خاصة بتحويل كل حرف أو قيمة في بياناتك بحيث لا يمكن فك تشفيرها حتى لو اعترضها أحد. تشمل خوارزميات التشفير الحديثة التي سنناقشها AES وRSA وECC (تشفير المنحنى الإهليلجي).

قوة مفاتيح التشفير

تتحدد قوة التشفير بطول مفتاح (أو مفاتيح) التشفير العددي (أو عدد البتات): فكلما كان المفتاح أطول، زادت صعوبة فك تشفيره. في عام 2001، تم تأسيس AES كخيار تشفير 128 بت للاستخدامات الحساسة والعامة على حد سواء، وهو متوافق أيضًا مع مفاتيح 256 بت. أدى تشفير AES فعليًّا إلى جعل معيار تشفير البيانات (DES) الأصلي ذي 56 بت عتيقًا.

لضمان أمان متقدم، أصبح التشفير بـ 256 بت هو المعيار الآن، وتُستخدم بتات أعلى من ذلك في الحالات الحساسة. لتقدير قوة شيء مثل التشفير بـ 256 بت، لاحظ أن هناك ما يقارب 10^77 من التوليفات العددية والمفاتيح الممكنة.

الأنواع الأساسية للتشفير

تتميز الأشكال الرئيسية للتشفير بكيفية مشاركة المفاتيح، وأنواعها، بين الأطراف الموثوق بها. في الممارسة الحالية، غالبًا ما يتم الجمع بين أشكال التشفير التالية لتشكيل بروتوكولات تشفير هجينة.

التشفير المتماثل

التشفير المتماثل يستخدم نفس المفتاح المشترك لتشفير حزمة البيانات وفك تشفيرها. وبالتالي، يجب أن يمتلك كل من المرسل والمستلم المفتاح، أو أن يتبادلاه مسبقًا، من أجل تشفير الرسالة وفك تشفيرها على التوالي. AES هو المعيار التماثلي الأساسي، الذي يقوم بتشفير البيانات إلى مربعات ثابتة الحجم بحجم 128 بت.

نظرًا لكونه أكثر كفاءة بشكل ملحوظ، فإن التشفير المتماثل مفيد بشكل خاص للكميات الكبيرة من البيانات المخزنة، مثل حماية تخزين قواعد البيانات. ومع ذلك، فإن إحدى مشكلات التشفير المتماثل هي أن المفتاح يجب مشاركته بشكل آمن بين أطراف متعددة، مما يشكل خطرًا أمنيًا في حالة عدم وجود تشفير. وهنا يأتي دور التشفير غير المتماثل.

التشفير غير المتماثل

التشفير غير المتماثل، أو تشفير المفتاح العام، يستخدم مفتاحين مرتبطين: مفتاح عام للتشفير ومفتاح خاص لفك التشفير. ترتبط هذه المفاتيح رياضيًا من خلال أعداد أولية كبيرة، مما يضمن أن البيانات المشفرة بأحدها لا يمكن فك تشفيرها إلا بالآخر. يمكن مشاركة المفاتيح العامة بحرية، مما يسمح لأي شخص بتشفير الرسائل التي لا يمكن فك تشفيرها إلا بواسطة المفتاح الخاص للمستلم.

تشفير المنحنى الإهليلجي (ECC)

ECC (تشفير المنحنيات الإهليلجية) هو شكل سريع النمو من أشكال التشفير غير المتماثل الذي يعتمد على المنحنيات الإهليلجية فوق الحقول المحدودة. تقوم بإنشاء مفاتيح عامة وخاصة باستخدام مسائل رياضية معقدة، مما يوفر أمانًا قويًا بأقل جهد حسابي. مفتاح ECC 256 بت يعادل مفتاح RSA 3072 بت، مما يجعل ECC مثاليًا لشهادات SSL/TLS، وبلوكشين، وWireGuard، وأمن الأجهزة المحمولة.

أشكال جديدة من التشفير

كما تظهر طرق تشفير جديدة. WireGuard، على سبيل المثال، يستخدم ChaCha20، وهو تشفير تيار سريع وآمن يقوم بتشفير البيانات بتًا بتًا. غالبًا ما يُقترن ChaCha20-Poly1305 بـ Poly1305 للمصادقة، وهو يتميز بكفاءة عالية ومقاومة للهجمات الإلكترونية.

التشفير المختلط لحركة المرور عبر الإنترنت

يمكن أن يتخذ التشفير أيضًا أشكالًا مختلطة ومتعددة الطبقات لحماية البيانات بشكل أفضل أثناء نقلها. كما رأينا، فإن التشفير المتماثل سريع، لكنه لا يوفر بحد ذاته طريقة آمنة ومشفرة لمشاركة المفاتيح. توفر تقنية تشفير المفتاح العام حلاً لهذا الأمر. تجمع النماذج الهجينة (بما في ذلك ECC) بين بروتوكولات التشفير المتماثلة وغير المتماثلة على مستويات مختلفة لتوفير كل من أمان المفاتيح وتحسين التشفير.

تعرف على المزيد حول بروتوكولات التشفير مع شبكات VPN في دليل Nym.

بروتوكولات أمان الإنترنت

إن الشكل الأكثر انتشارًا للتشفير الهجين هو في الواقع البروتوكولات نفسها التي تؤمن حاليًا حركة المرور عبر الويب: SSL (Secure Socket Layer) الأصلي، وTLS (Transport Layer Security) الذي تم تطويره وتحسينه بناءً على SSL، وHTTPS الذي يُطبق فوق TLS/SSL.

SSL/TLS هي العملية التي تُستخدم أولاً لإنشاء اتصال مشفر. يبدأ هذا بمتصفحك وخدمة الويب، حيث يتم التحقق من شهادة TLS/SSL الخاصة بالأخيرة وصلاحيتها من خلال سلطة شهادات موثوقة (CA) لضمان أنها الخادم الحقيقي. ثم يتم تبادل مفتاح تشفير متماثل بشكل آمن لتشفير بياناتك وفك تشفيرها.

تشفير-متعدد الطبقات

عادةً ما يتم تشفير بيانات المستخدم مرة واحدة لأنها آمنة وسريعة بما فيه الكفاية. ومع ذلك، هناك طرق يمكن من خلالها تشفير البيانات عدة مرات. من المرجح أن يتضمن الاتصال بشبكة VPN تشفير بياناتك مرتين: أولاً عبر اتصال HTTPS مع الوجهة، ومرة أخرى عبر نفق VPN. تشكل خطوات التشفير هذه في الأساس طبقات، حيث يمثل HTTPS الطبقة الأولى حول جوهر بياناتك النصية العادية.

تتميز إجراءات التوجيه الأخرى بتصاميم طبقات أكثر تعقيدًا. يُعد تشفير البصل الخاص بشبكة Tor مثالاً آخر معروفاً على التشفير الهجين، حيث يضيف تشفيراً متعدد الطبقات لحماية مسار الحزمة عبر شبكة التوجيه المكونة من ثلاثة خوادم (أو عقد). Sphinx مصممة خصيصًا للاتصالات المجهولة في شبكة Mixnet مثل تلك التي تشغل NymVPN.

تحسين السرعة

كلما زادت قوة عملية التشفير، زادت مشكلة زمن الاستجابة. مفاتيح أطول، وتبادل المفاتيح متعدد المراحل، وطبقات تشفير متعددة، وفك التشفير والتوجيه متعدد العقد: كل هذا يضيف وقتًا حسابيًا إلى العملية. لكنها بلا شك تضيف مزيدًا من الأمان.

في النهاية، سيظل الأمن والخصوصية على الإنترنت ينطويان دائمًا على مفاضلة مع السرعة والأداء. لذا عند اختيار بروتوكول تشفير، أو خدمة مثل شبكة VPN تعتمد على أحد هذه البروتوكولات، من المهم مراعاة خوارزميات التشفير وبروتوكولات التوجيه المستخدمة.

تقنيات كسر التشفير

هل من الممكن اختراق أمان التشفير؟ من حيث المبدأ، نعم. لكن من الناحية العملية، لا يُمكن حاليًا «اختراق» معايير التشفير الحديثة بشكل مباشر. سيتطلب القيام بذلك موارد حاسوبية هائلة لا يُعرف وجودها في الوقت الحالي. القلق الوحيد هو متى ستصبح هذه القدرات الحاسوبية قابلة للتطبيق عمليًا. على أي حال، دعونا نحلل الطرق الممكنة للقيام بذلك.

الحصول على المفتاح

الطريقة الأسهل لاختراق التشفير – أي الوصول إلى البيانات المشفرة بشكل غير مشروع – هي الحصول على مفتاح (مفاتيح) التشفير/decryption. يمكن تحقيق ذلك بعدة طرق.

• خطأ المستخدم: غالبًا ما تتعرض المفاتيح الخاصة للخطر بسبب سوء الإدارة، مثل إعادة استخدامها أو مشاركتها بطريقة غير آمنة. مثل كلمات المرور، إذا تم اختراقها، فيمكن استغلالها.
• الهجمات الإلكترونية: يحصل المخترقون على المفاتيح من خلال التصيد الاحتيالي، وهجمات الوسيط، أو اختراق قواعد البيانات. يستدرج التصيد الاحتيالي المستخدمين للكشف عن بيانات اعتمادهم، في حين قد يعترض المهاجمون عمليات تبادل المفاتيح أو يصلون إلى مفاتيح النص العادي المخزنة بشكل غير آمن.
• الهندسة الاجتماعية: تكتيكات نفسية مثل التصيد الموجه أو الإغراء تخدع المستخدمين لحملهم على مشاركة مفاتيحهم. على سبيل المثال، قد تدعي رسالة بريد إلكتروني مزيفة من قسم تكنولوجيا المعلومات حدوث خرق أمني، بهدف التلاعب بالمستخدمين لحملهم على الكشف عن مفاتيح التشفير.

حتى لو نجحت أي من هذه الهجمات، فإن هذه الأساليب لا تكسر أو تخترق التشفير نفسه من الناحية التقنية، بل تستغل نقاط الضعف البشرية للوصول إلى المفاتيح.

هجمات القوة الغاشمة

هجمات القوة الغاشمة تخمن مفاتيح التشفير بشكل منهجي من خلال التجربة والخطأ. ومع ذلك، مع زيادة طول المفتاح، تزداد التوليفات المحتملة بشكل أسي، مما يجعل هذه الهجمات غير عملية.

في حين تم كسر تشفير 56 بت في غضون ساعات وتم التخلي عنه، لا يزال تشفير 128 بت غير قابل للاختراق. المفاتيح المتقدمة مثل التشفير بـ 256 بت تجعل هجمات القوة الغاشمة مستحيلة عمليًا، حيث تتطلب وقتًا غير واقعي وقدرة حاسوبية هائلة.

تحليل الشفرات

أينما وجدت الشفرات، تليها محاولات فكها. تحليل الشفرات، الذي يعود تاريخه إلى العصور القديمة، يدرس أنماط اللغة لفك الشفرات عن طريق تقليل الرموز المحتملة وتحليل أنماط التكرار.

مع التشفير الرقمي، يصبح الأمر أكثر تعقيدًا بكثير. تسعى تحليلات التشفير الحديثة إلى العثور على أنماط في النص المشفر لتضييق نطاق احتمالات المفاتيح، لكن التقنيات الحالية لا تزال غير عملية إلى حد كبير.

هجمات القنوات الجانبية

هجمات القنوات الجانبية لا تستهدف التشفير نفسه، بل تحلل البيانات التي تتسرب من عملية التشفير، مثل استهلاك طاقة الكمبيوتر والتوقيت. يمكن استخدام هذه البيانات الوصفية لتحديد نوع خوارزمية التشفير المستخدمة ومعلمات المفاتيح بدقة أكبر. ولكن مرة أخرى، تظل خوارزميات التشفير الحديثة ذات 128 و256 بت شبه مستحيلة الاختراق حتى لو كانت الخوارزمية معروفة.

الحوسبة الكمومية

تشكل الحوسبة الكمومية خطرًا مستقبليًا على التشفير، حيث إنها قادرة على معالجة حسابات متعددة في وقت واحد. على الرغم من أن الأمر نظري إلى حد كبير، إلا أن هذه الحواسيب الفائقة قد تتفوق على الأنظمة التقليدية في هجمات القوة الغاشمة وتحليل التشفير. على الرغم من أن تأثيرها الدقيق لا يزال محل تكهنات، فقد دفع هذا التهديد إلى تطوير تقنيات تشفير مقاومة للكم لتقوية التشفير ضد أي محاولة محتملة لفك التشفير الكمومي.

حدود التشفير من أجل الخصوصية

طرق التشفير الحديثة تكاد تكون منيعة، مما يعني أن محتوى حركة المرور والاتصالات الخاصة بك عبر الإنترنت، إذا كانت مشفرة من طرف إلى طرف، يجب أن تكون آمنة. ومع ذلك، فإن تشفير البيانات وحده يمثل حماية ضرورية ولكنها غير كافية.

حتى مع تشفير محتوى بياناتنا، هناك العديد من الوكلاء والأنظمة التي تعمل بالذكاء الاصطناعي التي تتعقبنا بنشاط عبر الإنترنت وتجمع بياناتنا الوصفية، أو البيانات المحيطة بحركة المرور المشفرة لكل ما نقوم به.

تسرب البيانات الوصفية

تُعد بيانات التعريف الخاصة بحركة المرور كاشفة للغاية، حتى عندما تكون الرسائل مشفرة. لا يزال من الممكن تسرب البيانات القابلة للقراءة مثل عناوين IP ونوع الجهاز والموقع وعنوان IP للمستلم والطوابع الزمنية للأنشطة. على الرغم من أن هذا لا يكشف عن التفاصيل الشخصية بشكل مباشر، إلا أنه يمكن ربطه بسجلات مزودي خدمة الإنترنت أو شبكات VPN المركزية. وعادةً ما تقوم أطراف ثالثة بتحليلها لاستنتاج أنماط السلوك واهتمامات المستخدمين.

تحليل حركة البيانات

تحليل حركة المرور يجمع تواتر الاتصالات، وعادات التصفح، والاهتمامات، والميول السياسية، مما يخلق قاعدة بيانات شخصية ضخمة. حتى لو كانت الرسائل أو المعاملات مشفرة، فإن التتبع المدعوم بالذكاء الاصطناعي لا يزال قادراً على تحليل سلوك المستخدم واهتماماته واستنتاجها، غالباً دون موافقته.

خاتمة

التشفير الحديث ضروري للأمن عبر الإنترنت، لكنه غير كافٍ لضمان الخصوصية الحقيقية. مع انتشار تتبع البيانات والمراقبة، هناك حاجة إلى أدوات خصوصية إضافية.

غالبًا ما تقوم شبكات VPN التقليدية بتركيز بيانات تعريف المستخدمين، مما يجعلها عرضة للاختراق والمراقبة. شبكات VPN اللامركزية مثل NymVPN تقضي على هذه المخاطر من خلال منع الاحتفاظ بالسجلات واستخدام التوجيه متعدد الوصلات لتوفير حماية أقوى ضد تحليل حركة المرور.

لمزيد من المعلومات حول التشفير في شبكات VPN، استكشف بروتوكولات WireGuard و OpenVPN الخاصة بـ Nym.