رمزنگاری

رمزنگاری کلید متقارن

رمزنگاری کلید متقارن یا تک کلیدی، به آن دسته از الگوریتم‌ها، پروتکل‌ها و سیستم‌های رمزنگاری گفته می‌شود که در آن هر دو طرف رد و بدل اطلاعات از یک کلید رمز یکسان برای عملیات رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کنند. در این قبیل سیستم‌ها، یا کلیدهای رمزگذاری و رمزگشایی یکسان هستند یا با رابطه‌ای بسیار ساده از یکدیگر قابل استخراج می‌باشند و رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات نیز دو فرایند معکوس یکدیگر می‌باشند.
واضح است که در این نوع از رمزنگاری، باید یک کلید رمز مشترک بین دو طرف تعریف گردد. چون کلید رمز باید کاملاً محرمانه باقی بماند، برای ایجاد و رد و بدل کلید رمز مشترک باید از کانال امن استفاده نمود یا از روش‌های رمزنگاری نامتقارن استفاده کرد. نیاز به وجود یک کلید رمز به ازای هر دو نفرِ درگیر در رمزنگاری متقارن، موجب بروز مشکلاتی در مدیریت کلیدهای رمز می‌گردد.

رمزنگاری کلید نامتقارن

رمزنگاری کلید نامتقارن، در ابتدا با هدف حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن و در قالب پروتکل تبادل کلید دیفی-هلمن پیشنهاد شد. در این نوع از رمزنگاری، به جای یک کلید مشترک، از یک زوج کلید به نام‌های کلید عمومی و کلید خصوصی استفاده می‌شود. کلید خصوصی تنها در اختیار دارندهٔ آن قرار دارد و امنیت رمزنگاری به محرمانه بودن کلید خصوصی بستگی دارد. کلید عمومی در اختیار کلیهٔ کسانی که با دارندهٔ آن در ارتباط هستند قرار داده می‌شود.
به مرور زمان، به غیر از حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن، کاربردهای متعددی برای این نوع از رمزنگاری مطرح گردیده‌است. در سیستم‌های رمزنگاری نامتقارن، بسته به کاربرد و پروتکل مورد نظر، گاهی از کلید عمومی برای رمزگذاری و از کلید خصوصی برای رمزگشایی استفاده می‌شود و گاهی نیز، بر عکس، کلید خصوصی برای رمزگذاری و کلید عمومی برای رمزگشایی به کار می‌رود.
دو کلید عمومی و خصوصی با یکدیگر متفاوت هستند و با استفاده از روابط خاص ریاضی محاسبه می‌گردند. رابطهٔ ریاضی بین این دو کلید به گونه‌ای است که کشف کلید خصوصی با در اختیار داشتن کلید عمومی، عملاً ناممکن است.

مقایسه رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن

اصولاً رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن دارای دو ماهیت متفاوت هستند و کاربردهای متفاوتی نیز دارند. بنابراین مقایسهٔ این دو نوع رمزنگاری بدون توجه به کاربرد و سیستم مورد نظر کار دقیقی نخواهد بود.
اما اگر معیار مقایسه، به‌طور خاص، حجم و زمان محاسبات مورد نیاز باشد، باید گفت که با در نظر گرفتن مقیاس امنیتی معادل، الگوریتم‌های رمزنگاری متقارن خیلی سریع‌تر از الگوریتم‌های رمزنگاری نامتقارن می‌باشند.

تجزیه و تحلیل رمز

تجزیه و تحلیل رمز یا شکستن رمز، به کلیهٔ اقدامات مبتنی بر اصول ریاضی و علمی اطلاق می‌گردد که هدف آن از بین بردن امنیت رمزنگاری و در نهایت بازکردن رمز و دستیابی به اطلاعات اصلی باشد.
در تجزیه و تحلیل رمز، سعی می‌شود تا با بررسی جزئیات مربوط به الگوریتم رمز یا پروتکل رمزنگاری مورد استفاده و به کار گرفتن هرگونه اطلاعات جانبی موجود، ضعف‌های امنیتی احتمالی موجود در سیستم رمزنگاری یافته شود و از این طریق به نحوی کلید رمز به دست آمده یا محتوای اطلاعات رمز شده استخراج گردد.
تجزیه و تحلیل رمز، گاهی به منظور شکستن امنیت یک سیستم رمزنگاری و به عنوان خرابکاری و یک فعالیت ضد امنیتی انجام می‌شود و گاهی هم به منظور ارزیابی یک پروتکل یا الگوریتم رمزنگاری و برای کشف ضعف‌ها و آسیب‌پذیری‌های احتمالی آن صورت می‌پذیرد.
به همین دلیل، تجزیه و تحلیل رمز، ذاتاً یک فعالیت خصومت‌آمیز به حساب نمی‌آید؛ اما معمولاً قسمت ارزیابی و کشف آسیب‌پذیری را به عنوان جزئی از عملیات لازم و ضروری در هنگام طراحی الگوریتم‌ها و پروتکل‌های جدید به حساب می‌آورند و در نتیجه تجزیه و تحلیل رمز بیشتر فعالیت‌های خرابکارانه و ضد امنیتی را به ذهن متبادر می‌سازد. با توجه به همین مطلب از اصطلاح حملات تحلیل رمز برای اشاره به چنین فعالیت‌هایی استفاده می‌شود.
تحلیل رمز، در اصل اشاره به بررسی ریاضی الگوریتم (یا پروتکل) و کشف ضعف‌های احتمالی آن دارد؛ اما در خیلی از موارد فعالیت خرابکارانه، به جای اصول و مبنای ریاضی، به بررسی یک پیاده‌سازی خاص آن الگوریتم (یا پروتکل) در یک کاربرد خاص می‌پردازد و با استفاده از امکانات مختلف سعی در شکستن رمز و یافتن کلید رمز می‌نماید. به این دسته از اقدامات خرابکارانه، حملات جانبی گفته می‌شود.

رمزهای جانشینی

در رمز نگاری جانشینی هر حرف یا گروهی از حروف بایک حرف یا گروهی دیگراز حروف جابجا می‌شوند تا شکل پیام بهم بریزد. یکی از قدیمی‌ترین رمزهای شناخته شده روش رمز نگاری سزار است که ابداع آن به ژولیوس سزار نسبت داده می‌شود. در این روش حرف a به d تبدیل می‌شود bبه c, e به fوبه همین ترتیب تاz که با حروفc جایگزین می‌شوند.

افزونگی

اولین اصل آن است که تمام پیام‌های رمز شده باید شامل مقداری «افزونگی»[داده‌های زائد]باشندبه عبارت دیگر لزومی ندارد که اطلاعات واقعی به همان گونه که هستند رمز و ارسال شوند. یک مثال می‌تواند به فهم دلیل این نیاز کمک کند. فرض کنید یک شرکت به نام TCP با۶۰۰۰۰کالا از طریق سیستم پست الکترونیکی سفارش خرید می‌پذیرد. برنامه نویسان شرکت TCP به خیال آن که برنامه‌های مؤثر و کار آمدی می‌نویسند پیام‌های سفارش کالا را مشتمل بر ۱۶بایت نام مشتری و به دنبال آن سه بایت فیلد داده (شامل یک بایت برای تعداد کالا ودو بایت برای شمارهٔ کالا) در نظر می‌گیرد که سه بایت آخر توسط یک کلید بسیار طولانی رمزنگاری می‌شود و این کلید را فقط مشتری و شرکت TCP می‌داند.

تازگی پیامها

دومین اصل اساسی در رمزنگاری آن است که باید محاسباتی صورت بگیرد تا مطمئن شویم هر پیام دریافتی تازه و جدید است یا به عبارتی اخیراً فرستاده شده‌است این بررسی برای جلوگیری از ارسال مجدد پیام‌های قدیمی توسط یک اخلالگر فعّال الزامی است اگر چنین بررسی‌هایی انجام نشود کارمند اخراجی ما قادر است با ایجاد یک انشعاب مخفی از خط تلفن پیام‌های معتبری را که قبلاً ارسال شده مکرراً ارسال نماید، حتی اگر نداند محتوای ان چیست.

راهکاری برای ایجاد تازگی پیام

یک چنین محاسبه‌ای را می‌توان با قرار دادن یک مهر زمان در پیام‌ها پیش‌بینی کرد به نحوی که پیام‌ها مثلاً برای ده ثانیه معتبر باشد گیرندهٔ پیام می‌تواند آن را برای حدود ده ثانیه نگه دارد تا بتواند پیام‌های جدید را با آن مقایسه کرده و نسخه‌های تکراری را که دارای مهر زمان هستند به عنوان پیام‌های قدیمی شناخته و حذف خواهند شد.

رمزنگاری به صورت سخت‌افزاری

الگوریتم‌های رمزنگاری رامی توان هم به صورت سخت‌افزاری (به منظور سرعت بالاتر) وهم به صورت نرم‌افزاری (برای انعطاف‌پذیری بیشتر) پیاده‌سازی کرد روش‌های جانشینی و جایگشتی می‌توانند با یک مدار سادهٔ الکترونیکی پیاده‌سازی شوند.
p-box ابزاری است که برای جایگشت بیتهای یک ورودی هشت بیتی کاربرد دارد. بود با سیم بندی و برنامه‌ریزی درونی این p-box قادراست هر گونه جایگشت بیتی را به‌طور حقیقتً با سرعتی نزدیک به سرعت نور انجام بدهد چرا که هیچ گونه محاسبه‌ای لازم نیست و فقط تأخیر انتشار سیگنال وجود دارد. این طراحی از اصل کرشهف تبعیت می‌کند یعنی:حمله‌کننده از روش عمومی جایگشت بیت‌ها مطلّع است آنچه که او از آن خبر ندارد آن است که کدام بیت به کدام بیت نگاشته می‌شود کلید رمز همین است.

برخی اصطلاحات

در لیست زیر با توجه به ارتباط مستقیم علم رمزنگاری یا همان Cryptography به برخی از اصطلاحات که در بحث امنیت شبکه و کامپیوتر وجود دارند اشاره شده‌است.

نهان‌نگاری

در علم رمزنگاری، به عمل پنهان‌سازی فایل، پیام، عکس یا ویدئو درون فایل، پیام، عکس یا ویدئویی دیگر نهان‌نگاری یا Steganography گفته می‌شود. مزیت نهان‌نگاری نسبت به رمزنگاری این است که نهان‌نگاری بر خلاف رمزنگاری جلب توجه نمی‌کند. پیام‌های رمزنگاری شده که آشکار هستند جلب توجه کرده و هر چقدر هم رمزگشایی‌ناپذیر باشند علاقه برمی‌انگیزند؛ بنابراین، در حالی که تمرکز رمزنگاری یا Cryptography تنها روی محافظت از پیام است، نهان‌نگاری یا Steganography روی پنهان کردن وجود پیام رمزنگاری شده‌است.
نهان‌نگاری شامل پنهان کردن اطلاعات درون فایل‌های کامپیوتری است. در نهان‌نگاری دیجیتال، ارتباطات الکترونیکی ممکن است شامل رمزگذاری نهان‌نگارانه درون یک لایهٔ انتقال مانند فایل سند، عکس، ویدئو، برنامه یا پروتکل باشد. فایل‌های رسانه‌ای به علت داشتن حجم بالا برای انتقال نهان‌نگارانه گزینه‌ای ایده‌آل هستند.

رمزگشایی

معکوس Encryption است و در Cryptography به رمزگشایی، استخراج و آشکارسازی اطلاعات پنهان شده گفته می‌شود.

متن آشکار

متن اولیه که رمزنگاری نشده یا متن نهایی رمزگشایی شده را plain text یا متن آشکار می‌گویند.

سایفر

سایفر یک الگوریتم برای قفل‌گذاری یا قفل‌شکنی به عنوان یک سری مراحل تعریف شده به کار می‌رود. سایفر از آن جهت مورد استفاده قرار می‌گیرد که زمان کمتری صرف رمز نگاری می‌شود. شیوه رمز نگاری به روش سایفر به این صورت است که اطلاعات متن آشکار را به رمز یا کد تبدیل می‌کند.

تحلیل رمز

به روش‌های رمزگشایی متون سایفر بدون آگاهی از کلید آن‌ها گفته می‌شود.

اخلال‌گر

در لغت به معنای مزاحم یا مخل است و در رمزنگاری به معنای کسی است که یک کپی از پیام رمزنگاری شده دارد و قصد رمزگشایی آن را دارد. منظور از شکستن رمز Decrypt کردن آن متن که خود دو نوع است. active intruder که می‌تواند اطلاعات را روی خط عوض کند و تغییر دهد و passive intruder که فقط می‌تواند اطلاعات روی خط را داشته باشد و قابلیت تغییر آن‌ها را ندارد.

پروتکل

به روش یا قرار دادی که بین دو یا چند نفر برای تبادل اطلاعات گذاشته می‌شود گفته می‌شود.

نقاط نفوذ

نقاطی که یک نفوذگر بتواند به اطلاعات با ارزش دست پیدا کند.

نقطهٔ دسترسی داخلی

به سیستم‌هایی گویند که در اتاق یا در شبکه داخلی مستقرند و هیچ امنیتی (LocalSecurity) روی آن‌ها تنظیم نشده باشد و احتمال حمله به آن‌ها وجود دارد.

نقطهٔ دسترسی خارجی

تجهیزاتی که ما را به شبکه خارجی مانند اینترنت متصل می‌کنند یا Applicationهایی که از طریق اینترنت کار می‌کنند و احتمال حمله به آن‌ها وجود دارد.

کلید

به اطلاعاتی گفته می‌شود که با استفاده از آن بتوان cipher text (متنی که cipher شده) را به plain text تبدیل کرد. (یا برعکس) به عبارت ساده یک متن رمز شده توسط یک Key با الگوریتم مناسب، به متن ساده تبدیل می‌شود.