موضوع مقاله: ای۵/۱ | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ای۵/۱ | مقدمه: A۵/۱ یک رمز دنباله‌ای است که در جهت حفظ حریم خصوصی در تلفن‌های همراه استاندارد جی‌اس‌ام به کار رفته‌است. | ## بخش 1: ای۵/۱ | این سیستم رمزنگاری در ابتدا به شکل محرمانه ارائه شد، این رمز یکی از هفت رمزی است که مختص جی‌اس‌ام ساخته شد امّا بعداً به‌واسطهٔ مهندسی معکوس به شکل عمومی شناخته شد. سیستم رمز A۵/۲ یک نسخهٔ عمداً ضعیف‌شدهٔ این الگوریتم بود که برای صادرات به برخی از کشورها مورد استفاده قرار گرفت. A۵/۱ در سال ۱۹۸۷ و در زمانی که جی‌اس‌ام هنوز در خارج از اروپا مورد استفاده نبود طراحی شد، درصورتی‌که A۵/۲ در سال ۱۹۸۹ طراحی شد. گرچه هر دو الگوریتم پس از طراحی محرمانه باقی‌ماندند، امّا طراحی کلی آن‌ها در سال ۱۹۹۴ لو رفت. همچنین این الگوریتم‌ها در سال ۱۹۹۹ به صورت کامل، از طریق مهندسی معکوس توسط مارک بریکنو لو رفتند. در سال ۲۰۰۰ حدود ۱۳۰ میلیون مشتری از A۵/۱ برای حفظ محرمانگی مکالماتشان استفاده می‌کردند. اگر بیت متناظر با هر ثبات با بیتی که اکثریت را بین سه بیت زرد رنگ تشکیل می‌دهد برابر باشد، آنگاه آن ثبات شیفت می‌خورد. این ۱۱۴ بیت با دنبالهٔ ۱۱۴ بیتی که از یک مولد خارج می‌شود، XOR شده و سپس مدوله شده و ارسال می‌شود. A۵/۱ برای فعال‌سازی به یک کلید ۶۴ بیتی و یک عدد ۲۲ بیتی عمومی به نام شمارهٔ فریم نیاز دارد. پیاده‌سازی‌های قدیمی‌تر جی‌اس‌ام، برای تولید کلید از Comp128v۱ استفاده می‌کردند که ده بیت کلید خروجی آن همواره برابر صفر بود و در واقع طول مؤثّر کلید در آن ۵۴ بیت بود. هنگام کار کردن در مد GPRS/EDGE، پهنای باند بیشتر اجازهٔ استفاده از فریم‌های ۳۴۸ بیتی را نیز فراهم می‌کند. در A۵/۱ از سه ثبات تغییر بازخورد خطی با کلاک نامنظّم استفاده می‌شود که XOR خروجی آنها، به عنوان خروجی مولد مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمارهثباتتعدادبیت‌هاچندجمله‌ایفیدبکبیتکلاکبیت‌هایتپ شده۱ ۱۹ ۸ ۱۳, ۱۶, ۱۷, ۱۸۲ ۲۲ ۱۰ ۲۰, ۲۱۳ ۲۳ ۱۰ ۷, ۲۰, ۲۱, ۲۲ اعمال کلاک به هر ثبات در هر کلاک توسط قاعدهٔ اکثریت تعیین می‌شود. (این بیت با رنگ زرد در شکل نمایش داده شده‌است.) اگر بیت متناظر با هر ثبات با بیتی که اکثریت را بین سه بیت مذکور تشکیل می‌دهد برابر باشد، آنگاه آن ثبات شیفت می‌خورد. بنابرین در هر سیکل، حداقل دو ثبات شیفت خورده و همچنین در هر کلاک هر ثبات به احتمال ۳/۴ شیفت می‌خورد. | ## بخش 2: ای۵/۱ | در ابتدا تمام ثبات‌ها با مقدار اولیّهٔ صفر مقداردهی می‌شوند، سپس طی ۶۴ کلاک، پیش از کلاک iام، کم‌ارزش‌ترین بیت هر رجیستر با بیت iام کلید XOR می‌شود. برخی از حمله‌ها به پیش‌پردازش سنگینی نیاز داشتند که پس از آن، امکان رمزگشایی در چند دقیقه یا چند ثانیه فراهم می‌شد. در سال ۲۰۰۳، با توجه به یافتن نقاط ضعف جدید، حمله متن رمز شده نیز برای این سیستم یافت شد. در سال ۲۰۰۶، الاد بارکان، الی بایهام و ناتان کلر حملاتی در برابر A۵/۱ و A۵/۳ یافتند که به مهاجمان اجازهٔ شنود مکالمات و رمزگشایی بلادرنگ آن‌ها را می‌داد. بر اساس گفته‌های پروفسور جان آرلید آدستد در پروسه‌ی استاندارد کردن که در سال ۱۹۸۲ شروع شده بود، در اصل پیشنهاد شده بود که A۵/۱ کلیدی به طول ۱۲۸ بیت داشته باشد که در آن زمان انتظار داشتند که مدت رمزگشایی اش ۱۵ سال باشد. آدستد، پیتر ون در آرند، توماس هاگ می‌گویند بریتانیایی‌ها بر رمزنگاری ضغیف تاکید داشتند، هاگ می‌گوید که نماینده‌ی بریتانیا به او گفت که این کار برای این است که سرویس امنیتی بریتانیا راحت تر استراق سمع کند. بریتانیایی ها پیشنهاد استفاده از کیلید ۴۸ بیتی را دادند، در حالی که آلمان غربی خواهان رمزنگاری قوی تری بود که از آن‌ها در برابر جاسوسی‌های آلمان شرقی محافظت کند، به همین خاطر طول کلید رمز ۵۴ بیت شد. بدین ترتیب می‌توان زمان شیفت خوردن ثبات‌ها و در نتیجهٔ آن مقدار نیمهٔ دوم ثبات سوم را هم حدس زد. در سال ۱۹۹۷ گالیچ حمله‌ای مبتنی بر حل دستگاه معادلات خطی ارائه کرد که با پیچیدگی ۲۴۰٫۱۶ قابل اجرا بود. در سال ۲۰۰۰، الکس بیریوکف، آدی شمیر و دیوید وگنر با توجه به حملهٔ گالیچ نشان دادند که A۵/۱ را می‌توان به شکل بلادرنگ و با یک حملهٔ بده بستان زمان-حافظه شکست. یک بده بستان مهاجم را قادر می‌ساخت تا کلید را طی یک ثانیه از روی دو دقیقه متن آشکار بدست آورد. همان سال الی بایهام و ار دانکلمن حمله‌ای با پیچیدگی ۲۳۹٫۹۱ با ۲۲۰٫۸ بیت آشکار متن اصلی ارائه کردند. پاتریک اکدال و توماس جانسون حمله‌ای مرتبط با مرحلهٔ مقداردهی اوّلیه برای A۵/۱ یافتند که می‌توانست با استفاده از دو تا پنج دقیقه از مکالمهٔ آشکار، رمز را بشکند. ماکسیمف این حمله را ارتقاء داد تا با چند ثانیه از مکالمهٔ آشکار، در کمتر از یک دقیقه رمز شکسته شود. حمله به A۵/۱ در جی‌اس‌ام در سال ۲۰۰۳ الاد بارکان، الی بایهام و ناتان کلر، چند حمله به رمزهای مورد استفاده در جی‌اس‌ام مطرح کردند. | ## بخش 3: ای۵/۱ | سپس در سال ۲۰۰۶، با تکمیل مقاله‌ای که در سال ۲۰۰۳ ارائه شد، حملاتی به سیستم رمزنگاری A۵/۲ منتشر کردند. نویسندگان ادعا کردند: «ما یک روش کاربردی برای زمزگشایی فقط متن‌رمز شده از ارتباطات رمز‌شده‌ی جی اس ام و چند حمله‌ی فعال بر روی پروتوکل جی اس ام، را ارائه می‌کنیم. این حمله ها حتی می‌تواند به شبکه جی اس ام که رمزنگاری غیر شکننده استفاده می‌کند رخنه کنند. ابتدا حمله‌ی فقط متن رمزی بر روی A5/2 که نیازمند چند ده میلی ثانیه مکالمه‌ی سلولار رمز شده و پیدا کردن کلید بر روی کامپیوتر شخصی در کمتر از یک ثانیه است. بعد یک حمله‌ی فعال دیگر برروی پروتکل های شبکه که از A5/1 A5/3 یا GPRS استفاده می‌کنند، ساختیم. این حمله ها نقص های پروتکل های GSM رو آشکار می‌کنند و هر وقت که موبایلی از رمزگذاری ضعیفی مانند A5/2 استفادع مد، کار می‌کنند. ما تایید می‌کنیم که این حمله ها بر روی پروتکل هستند و مناسب زمانی هستتد که موبایل از رمز ضعیفی استفاده می‌کند، برای مثال آن ها مناسب حمله به شبکه A5/3 که از رمزگذاری A5/1 استفاده می‌کنند هستند. بر خلاف حمله های قبلی بر روی جی اس ام که نیازمند اطلاعات غیر واقعی اند مانند دانستن پریود متن، حمله های ما خیلی کاربردی و نیازمند به دانستن متن مکالمه نیستند. و نتیجه این شد که با حمله های ما حمله کننده هر موقع بخواهد می تواند متن رمز شده را بی درنگ یا پس از هر مدتی که بخواهد داشته باشد» در سال ۲۰۰۷ دانشگاه‌های بوخوم و کیل یک پروژهٔ تحقیقاتی در رابطه با پیاده‌سازی یک حمله‌کننده موازی و مبتنی بر مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر (FPGA) به نام COPACOBANA را اجرا کردند. این اولّین پیاده‌سازی عملی بود که از حملات بده بستان زمان حافظه برای حمله به A۵/۱ و A۵/۲ محبوب استفاده شده بود. با این روش این گروه قادر بود تا طی سه تا پنج دقیقه، کلید را بدست آورده و پس از آن مکالمات و پیامک‌ها را رمزگشایی کند. از میانه های سپتامبر سال ۲۰۰۹ این پروژه بر روی ۱۲ کارت گرافیک انویدیا جی تی ایکس دویست و شست اجرا شد و بر اساس صحبت نویسنده ها این روش می‌تواند بر روی هر رمز گذاری ای که طول کلیدش کمتر از ۶۴ بیت است جواب دهد. این جداول حجم ۱.۷ ترابایت داشتند و طی چهار ماه و با استفاده از ۴۰ گره کودا (زبان برنامه‌نویسی) محاسبه شده بود و روی بیت‌تورنت و لینک مستقیم در گوگل درایو منتشر شد. پرونده لو رفته توسط ادوارد اسنودن در سال ۲۰۱۳ نشان داد که NSA می تواند رمز های A5/1 را رمز گشایی کند. | ## جمع‌بندی | از سال ۲۰۱۲ یک رایانه معمولی با یک پردازنده گرافیکی قوی و چند ترابایت حافظه فلش می‌توانست رمز A۵/۱ را طی چند ثانیه و با احتمال بیش از ۹۰٪ رمزگشائی کند.