إيه5/1

التشفيرة A5/1  للنظام العالمي للاتصالات المتنقلة (النظام العالمي للإتصالات المتنقلة) هو مزيج تيار من شيفرات  المستخدم لتوفير خصوصية الاتصال في معيار GSM للهاتف الخلوي.
النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM: Groupe Spécial Mobile) :هو النظام  الأكثر شيوعا للهواتف الجوالة في العالم. مروج أعماله، رابطة ال GSM، تقدر أن 82 ٪ من السوق العالمية للهواتف المتنقلة استخدمت هذا النظام. ال GSM مستخدم من قبل أكثر من 2 مليار شخص في أكثر من 212 بلد. الوجود المطلق يجعل التجوال الدولي شائعاً بين مشغلي الهواتف النقالة، لتمكين المشتركين من استخدام الهواتف في أنحاء مختلفة من العالم.
تشفير A5 / 1 يستخدم في أوروبا والولايات المتحدة وظهر بسبب وجود ضعف في شيفرة A5/2 التي أنشئت لأغراض التصدير، وتستخدم في الولايات المتحدة. فهي مستخدمة لتقديم خصوصية الصوت في بروتوكول GSM للهاتف الخلوي. تتكون الشيفرات من أربعة سجلات تغذية خطية مرتجعة (LFSR) (Linear Feedback Shift Register) مع تسجيل clocking غير نظامي موحد غير خطي.
سجل التحويل خطي التغذية (Lfsr)، هو سجل التحويل الذي وحدة إدخاله وظيفة خطية من أعماله السابقة.الوظيفة الخطية الوحيدة للوحدات المفردة هي xor و inverse-xor ؛ وهو سجل التحويل الذي وحدة إدخاله مساقة من ((xor من بعض الوحدات الثنائية من قيمة سجل التحويل العام.القيمة الأولية لlfsr تسمى البذور أو (Seeds)، ولأن تشغيل السجل محدد مسبقاً، وتسلسل القيم التي ينتجها السجل محددة تماما بوضعها الحالي أو السابق.
و بالمثل، لأن السجل له عدد محدود من الحالات المحتملة، فإنه لا بد في نهاية المطاف من إدخاله دورة تكرار. ومع ذلك ،lfsr مع حسن اختيار وظيفة التغذية المرتجعة يمكن أن تنتج عن سلسلة من الوحدات الثنائية التي تبدو عشوائية والذي له دورة طويلة جداً. تطبيقات ال lfsr تشمل توليد أرقاماً عشوائية مضلِلة، والتسلسل الرقمي السريع، وسلاسل التبيّض.
كل المعدات والبرمجيات من تطبيقات lfsr شائعة. المشاكل اللاخطية هي التي تهم علماء الفيزياء والرياضيات لأن معظم النظم المادية هي بطبيعتها لا خطية.الأمثلة الملموسة للنظم الخطية ليست شائعة جدا.المعادلات اللاخطية صعبة الحل وتثير اهتمام ظواهر مثل الفوضى. الجو المتعارف عليه لاخطي، حيث تغييرات بسيطة في جزء واحد من النظام تنتج آثاراً معقدة.
A5 / 3 :هو خوارزمية تشفير قوية أنشئت كجزء من مشروع الجيل الثالث للشراكة (3GPP). مشروع الجيل الثالث للشراكة (GPP3)هو التعاون بين مجموعات من الرابطات والاتصالات السلكية واللاسلكية، لتقديم جيل ثالث (G3)لأنظمة الهواتف النقالة قابل لتطبيق مواصفات تستند إلى تطور النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM).مقاييس (GPP3) تشمل الإذاعة وهيكل الخدمات.
المجموعات المذكورة تمثل معهد المعايير للاتصالات الأوروبية، رابطة إذاعة الصناعات والأعمال التجارية / لجنة تكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية (arib/TTC) (اليابان)، رابطة معايير الاتصالات الصينية، والتحالف من أجل إيجاد حلول صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية (أميركا الشمالية) وتكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية رابطة (كوريا الجنوبية). المشروع أنشئ في كانون الأول / ديسمبر 1998

وصف الخوارزمية A5/1

الخوارزمية A 5/1 المستخدمة في أوروبا وتتألف من ثلاثة lsfr مختلفة الأطوال :
LSFR 1 f (x) = x^19 + x^11 + x^2 + X + 1
LSFR 2 f (x) = x^22 + x +1
LSFR 3 f (x) = x^23 + x^16 + x^2 + x + 1
ال tap positions هي: d1 == 11, d2 = 12, d3 == 13
الوظيفة الرئيسية يحددها: 
f (a(t + 11), b(t + 12), c(t + 13)) = (y1, y2, y3)
و محددة ب:
و الناتج التسلسلي u = {u(t)}
u(t) == a(i1) + b(i2) + c(i3), where t == 0,1,… وإل Ii يحددها إيقاف وذهاب عقارب الساعة تسيطر عليها الوظيفة الرئيسية.
A5 / 1 هي تيار الشيفرات المستخدم لتوفير جو من خصوصية الاتصال في معيار GSM للهاتف الخلوي. وكان في بداية الأمر سريا، ولكنه أصبح معرفة عامة من خلال التسريبات والهندسة العكسية. وقد تم تحديد عدد من نقاط الضعف الخطيرة في الشيفرات.

التاريخ والاستعمال

A5 / 1 يستخدم في أوروبا والولايات المتحدة. A5 / 2 كانت أضعف خوارزمية متعمدة في بعض المناطق المصدرة. A 5/1وضعت في عام 1987، عندما كان ال GSM لا يؤخذ بعين الاعتبار لاستخدامه خارج أوروبا، و2A5 / وضعت في عام 1989.كلاهما كانا في البداية سريين. ومع ذلك، فإن التصميم العام تم تسريبه في عام 1994، والخوارزميات تم عكسها هندسياً في عام 1999 من قبل Marc Briceno من GSM الهاتف. في عام 2000، حوالي 130 مليون مشترك من ال GSM يعتمد على A5 / 1 لحماية سرية اتصالاتهم الصوتية.
ملاحظة : الخوارزمية الأصلية الأولى تم تغيير اسمها إلى A5 / 1. خوارزميات أخرى تشمل A5 / 0، مما يعني عدم وجود التشفير على الإطلاق. عموما ،خوارزمية A5 بعد أن تم تغيير اسم A5 / 1 إلى A5/X. معظم خوارزميات ال A5/X أضعف بكثير من.A5/1 
فA5/3 متوفرة في العمل الجماعي للاتصالات اللاسلكية.
الوصف:
تيار الشيفرات لل A5/1 يستخدم ثلاثة lfsr (وهو السجل الذي يولد ناتج بت استنادا إلى حالته السابقة، وردود الفعل متعدد الحدود).
الانتقال في ال GSM منظم على نحو سلسلة من الانبعاثات. في قناة نمطية وفي اتجاه واحد، دفعة واحدة ترسل كل 4،615 جزء من الثانية ويحتوي على 114 وحدة ثنائية موفرة للمعلومات. A5 / 1 تستخدم
لإنتاج 114 بت لكل انبعاث 
. A5 / 1 مهيء لاسخدام 64 مع مفتاح عام معروف والمكون من عدد إطارات 22 بت. في تطبيقات ال GSM في الميدان 10 المفاتيح هي ثابتة عند الصفر، مما أدى إلى وجود مفتاح فعال بطول 54 بت.
A5 / 1 تتكون من ثلاث سجلات التغذية المرتدة (lfsr) مع تسجيل وقت غير نظامي. السجلات المحددة الثلاث هي على النحو التالي :
البتس (bits) تخزن وفقاً لأقل bit (LSB) بت بقيمة صفر.
المسجلات تكونclocked  بطريقة stop/go   باستخدام القاعدة العظمى كل مسجل له clocking bit.
في كل جلسة، ويتم اختبار clocking bit للثلاث سجلات  ويتم تحديد أكبر clocking bit.
السجل يصبح clocked إذا كان ال clocking bit يتفق مع ال بت العظمى. علما بأن ثلاثة سجلات تصبح clocked في كل خطوة أو خطوتين. كل سجل يخطو باحتمال ¾.
بداية المسجل يضبط ليساوي صفر ثم ل 64 دورة لاحقة، المفتاح السري المكون من 64 بت يمزج وفقا للمعادلة التالية:في الدورةبت المفتاح ith يضاف إلى لأقل بت لكل مسجل باستخدام XOR —
لاحقا كل مسجل تصبح clocked
إطار مكون من 22 بت يضاف في 22 جلسة. ثم النظام بأكمله يصبح clocked باستخدام ميكانيكية normal clocking ل100 دورة.بعد ذلك تصبح الشيفرات مستعدة لإنتاج سلاسل keystream مكونة من 114 بت اثنتين، واحدة لكل اتجاه.

الأمن

تم نشر عدد من الهجمات على A5 / 1. بعضها يتطلب مراحل إعداد مكلفة بعد المرحلة التي يمكن أن تهاجم فيها الشيفرات خلال ثوان أو دقائق. حتى وقت قريب، كان الضعف قد هوجم سلبيا باستخدام معروف الرسالة الغير مشفرة الافتراض. في 2003، أخطر نقاط الضعف التي تم تحديدها يمكن استغلالها في النص المشفر فقط السيناريو، أو عن طريق المهاجم النشط. في 2006 Elad Barkan ،Eli Biham و Nathan Keller أظهرت الهجمات ضد A5 / 1، A5 / 3، أو حتى GPRS التي تسمح لمهاجمين GSM بالتنصت على المحادثات الهاتفية المتنقلة ومنها فك الشيفرة أما في الوقت الحقيقي، أو في أي وقت لاحق

هجمات الرسالة المعروفة غير المشفرة

في عام 1997، قدم Golic هجوما على أساس حل مجموعات من المعادلات الخطية التي لديها توقيت معقد 240.16 (الوحدات هي عدد من الحلول للنظام للمعادلات الخطية التي هي المطلوبة).
في عام 2000 ،Alex Biryukov, Adi Shamir ،David Wagner أظهرت أن A5 / 1 يمكن cryptanalysed في الوقت الحقيقي باستخدام ذاكرة-الوقت مبادلة الهجوم، على أساس العمل بها في وقت سابق من قبل Jovan Golic (1997). أحد المبادلة سمحت للمهاجم بإعادة بناء مفتاح واحد في ثانية من دقيقتين من الرسالة المعروفة غير مشفرة أو في عدة دقائق من ثانيتين من الرسالة المعروفة الغير مشفرة، ولكن لا بد له من إتمام أول عملية مكلفة الإعداد التي تتطلب 248 خطوة لحساب حوالي 300 جيجابايت من البيانات. العديد من المبادلات بين الإعداد، ومتطلبات البيانات، وهجوم الوقت والذاكرة هي تعقيد ممكن.
في نفس السنة ،, Eli Biham و Orr Dunkelman نشرت هجوما على A5 / 1 مع مجموعة عمل تعقد239.91. 1A5 / تسجيل وقت نظرا 220.8 وحدة ثنائية من الرسالة المعروفة غير المشفرة.و يتطلب الهجوم 32 جيجابايت من تخزين البيانات بعد مرحلة حساب تتكون من 238.
Ekdahl و Johannson (2003) نشرت هجوم على الإجراء المتهيئ الذي يحطم A5 / 1 في بضع دقائق باستخدام 2-5 دقائق من محادثة الرسالة غير المشفرة. وهذا الهجوم لا يحتاج إلى مرحلة الإعداد. في 2004، Maximov وآخرون طوروا هذا الهجوم ليتطلب "أقل من دقيقة واحدة من الحسابات، وبضع ثوان من المحادثة المعروفة". الهجوم تم تحسينه من قبل Elad Barkan و Eli Biham في 2005.

الاعتداءات على A5 / 1 كما هو مستخدم في GSM

في 2003، Barkan وآخرون نشروا عدة هجمات على التشفير GSM. الأولى هجوم نشط. يمكن إقناع هواتف GSM استخدام الشفرات A5 / 2 وهي أضعف بكثير وبإيجاز. A5 / 2 يمكن كسرها بسهولة، والهاتف يستخدم نفس المفتاح بالنسبة لأقوى خوارزمية A5 / 1. هجوم ثان على A5 / 1 حدد ويتضمن : ا - النص المشفر فقط للوقت في ذاكرة المبادلة للهجوم يتطلب قدرا كبيرا من الحساب.
في 2006 ،barkan elad، ellie biham و Nathan keller نشروا النسخة الكاملة في رسالة لهم في عام 2003، مع الهجمات ضد شيفرات A5/X. يقول الناشر : 'إننا نقدم حلا عمليا للغاية للنص المشفر فقط من خلال تحليل شفرات GSM والاتصالات المشفرة ،بالإضافة إلى مختلف الأنشطة 
هذه الهجمات تقوم باستغلال العيوب في بروتوكولات ال GSM، وتبدأ بالعمل عندما تقوم الهواتف النقالة بدعم الشفرات الضعيفة مثل A5 / 2. ونشدد على أن هذه الهجمات تحدث على البروتوكولات، وتنطبق على الهاتف الخليوي الذي يدعم الشفرات الضعيفة، على سبيل المثال، وهي تنطبق أيضا لمهاجمة شبكات A5 / 3 باستخدام تحليل الشفرات من1/ A5 وخلافا للهجمات السابقة على GSM التي تتطلب معلومات غير واقعية، مثل معرفة الرسالة الغير مشفرة لفترات طويلة، لكن هجماتنا هي عملية جدا ولا تحتاج إلى معرفة مضمون المحادثة. وعلاوة على ذلك، نحن نصف كيفية التحصين والصمود أمام الهجمات والأخطاء في الاستقبال. وكنتيجة لذلك، تتيح هجماتنا للمهاجمين التنصت على المحادثات وفك الشفرة إما في الوقت الحقيقي، أو في أي وقت لاحق.
يمكن لهذه الهجمات  اقتحام شبكات ال GSM التي تستخدم  unbreakable ciphers. أولا نصف النص المشفر
فقط من خلال الهجمات على A5/2التي تحتاج إلى بضعة أجزاء من الثانية من أجل فك تشفير المحادثة الخليوية الهوائية ويجد المفتاح الصحيح في أقل من ثانية على الحاسوب الشخصي. نحن نعزو هذا الهجوم إلى أسباب (أكثر تعقيدا) –ليس فقط  من النص المشفر والهجوم على A5 / 1. وبالتالي يصف لنا الجديد من هجمات النشطة على بروتوكولات الشبكات التي تستخدم A5 / 1، A5 / 3، أو حتى GPRS.

GSM : مقدمة، لمحة تاريخية، وكيف تعمل

هذا النظام صمم من قبل Aniel Me Keon,و Colm Brewerو, James Carter و Mark Me Taggart.أراد الشعب الفرنسي عمل شبكة رقمية للخدمات المتكاملة بحيث تكون سهلة تهدف إلى جعل المسافة بين البلدان الأوروبية أقرب وأسرع من المعتاد. 
و هي عبارة عن مجموعة متنقلة خاصة ومنظمة لخلق معايير موحدة لجميع البلدان الأوروبية ،في 1990 قدمت هذه المواصفات لأول نظام عالمي للاتصالات المتنقلة، واليوم هي من أهم الأدوات التي تستخدم على نطاق واسع في أكثر من 200 بلدا في أنحاء العالم.
وبصفة عامة هناك ست شبكات= للهاتف الخليوي في العالم. (شبكات ال UMTS ليست مدرجة في هذا البحث ؛ هذه الشبكة من نوع آخر). وهذه الشبكات هي : 850 ميغا هيرتز (لا سيما في جنوب وأمريكا اللاتينية) ،R -GSM E-GSM,، 900 ميغاهيرتز، شبكات ال 1800 ميغاهيرتز (أوروبا وأجزاء كبيرة من آسيا) وشبكات ال 1900 ميغاهرتز (أمريكا الشمالية). جميع أنواع الشبكات الأخرى باستثناء شبكة ال850 ميغاهيرتز تعالج في مكان آخر داخل هذا مكتب المساعدة.
تردد ال-R GSM بين 850 ميغاهيرتز - وشبكة-E GSM-R. GSM لا يمكن مسحها، وإيجادها عن طريق الهواتف الخلوية العادية لأن ترددها قليل ومنخفض للغاية بالنسبة لهذه الأجهزة. فإن -R GSM شبكة تستخدم الترددات بين 876 و 880 ميغاهيرتز وبين 921 و 925 ميغاهيرتز.
شبكة GSM-R أنشئت في أوروبا بأسرها. وهذه الشبكة لم يتم طرحها للاستخدام العام، وبالتالي –R GSM ليست مكلفة ولا تحتاج إلى تراخيص كما هو الحال في مجال الهاتف الخلوي العام. ProRail هي المسؤولة عن بناء شبكة GSM-R. في الموقع الإلكتروني ل ProRail و GSM-R (www.gsm-r.nl) يمكنك العثور على مزيد من المعلومات.
وهناك ثلاثة أنواع مختلفة من خدمات ال GSM : 
1. حاملة الخدمات اللازمة للتفاعل بين idsn وpsdn في مجالات الشبكة. 
2 – الخدمات عن بعد هي الخدمات الأساسية المتوقعة من الهاتف المحمول :بث صوتي مشفر ذو جودة عالية. 
3. خدمة الرسائل القصيرة (ما يصل إلى 160 حرفا) والفاكس المرافق. 
وهذه الخدمات تقدم العديد من التطبيقات المفيدة مثل بروتوكول التطبيقات اللاسلكية (بروتوكول التطبيقات اللاسلكية) تشجيع تطبيقات الإنترنت وخدمات الإذاعة العامة الرزمة (GPRS) التي مكنت من إرسال أكبر حجم من البيانات.

الأمن في ال GSM

GSM يستخدم صيغة مختلفة من الدخول المتعدد المعتمد على الزمن (tdma) وهو الأكثر استعمالا من بين الثلاث تكنولوجيات الرقمية والهاتف اللاسلكي (tdma، GSM ،cdma). وال GSM يحول البيانات المضغوطة إلى أرقام، ثم ترسله إلى قناة مع اثنين آخرين من جداول بيانات المستخدم، لكل واحدة منها شريحة زمنية خاصة بها. GSM تعمل في تردد 900mhz، 1800mhz، أو 1900 ميغا هيرتز.
GSM هو الذي بحكم المعايير وواقع الهاتف اللاسلكي في أوروبا. GSM يستخدمه أكثر من مليار شخص في جميع أنحاء العالم في 190 بلدا. حيث أن العديد من مشغلي شبكات ال GSM وقعوا الاتفاقات مع مشغلي الشبكات الخارجية، إذن يمكن للمستخدمين استخدام الهواتف النقالة عندما يسافرون إلى بلدان أخرى.
GSM جنبا إلى جنب مع تكنولوجيات أخرى هي جزء من تطور الاتصالات المتنقلة اللاسلكية التي تضم الدائرة التي تحول البيانات بشكل عالي وسريع- (hcsd)، ونظام راديو الحزمة العامة (GPRS)، معززة البيانات GSM البيئة (الحافة)، وخدمات الاتصالات العالمية المتنقلة (UMTS).
القضايا الأمنية لل GSM مثل سرقة الخدمة، الخصوصية، ومواصلة الاعتراض القانوني لها صدى كبير في مجتمع ال GSM. والغرض من هذا هو زيادة الوعي بهذه القضايا.

أمان المستخدم

تهدف لحماية الجوال ومنع القراصنة من الإصغاء إلى المستخدمين، imsi تحدث عند إرسال أو الاتصال مع محطة مركزية أو عندما يجري المستخدم اتصالا أو عندما يكون الجوال في حالة التشغيل.

IMSI

وهي وسيلة لإرغام انتقال هوية المشترك الدولية المتنقلة (imsi) وGSM واعتراض المكالمات الهاتفية المتنقلة.
إن مواصفات ال GSM تتطلب مصادقة الجهاز الخلوي على الشبكة، ولكنها لا تحتاج إلى مصادقة الشبكة على الجهاز الخلوي. هذه الثغرة الأمنية يمكن استغلالها من قبل أحد catcher imsi.
فإن catcher imsi – يتخفى كقاعدة للمحطة ويدخل جميع أعداد الimsi للمحطات عليه. ويسمح للهواتف النقالة التي لها علاقة باستخدام النقال دون تشفير ك (A5 / 0)، وهذا يجعل البيانات أسهل للنقل والتحويل إلى بيانات سمعية.

:UMTS

طورت سيمنس في عام 1990 الجيل  الثالث (G3) من معايير الاتصالات السلكية واللاسلكية لزيادة عرض الموجات التي من شأنها أن تسمح ببث تلفزيوني عالي الجودة وتغطية لاسلكية واسعة في مناطق العالم لجعل الاتصالات سهلة وسريعة.
إن UMTS هي التي حددها (الاتحاد الدولي للاتصالات) وتستخدم كطريقة جديدة لنقل البيانات اللاسلكية بين هاتف جوال والمحطة المركزية.
UMTS توفر النطاق العريض، القائمة على خدمة الحزمة وتحويلها إلى فيديو، نص، صوت رقمية، والوسائط المتعددة بسرعة معدل نقل mgp 2 في الثانية الواحدة.

UMTS تتكون من خمس مجموعات من أسس الأمان

1) الوصول إلى الشبكة الأمنية (ا في الرسم البياني أدناه) تزود المستعملين بطريقة آمنة للوصول إلى خدمات ال UMTS وحماية ضد الهجمات على الراديو.
2) شبكة مجال الأمن (ب في الرسم البياني أدناه) يحمي من الهجمات على شبكة الخطوط والأسلاك ويسمح للعقد في المجال إلى تبادل البيانات بشكل آمن.
3) المستخدم في المجال الآمن (ج في الرسم البياني أدناه) ينص على ضمان الوصول إلى المحطات المتنقلة. 
4) التطبيقات في المجال الآمن (د في الرسم البياني أدناه) يسمح بتبادل الرسائل بين المستخدم في التطبيقات وخدمات الإنترنت في المجال.
5) الرؤية والمواءمة: تتيح للمستعمل مراقبة ما إذا كان الأمان هو سمة حاليا في العملية وإذا كانت بعض الخدمات تعتمد على هذه الميزة الأمنية.