رمزنگاری متقارن چیست؟

یکی از اولین روش های مورد استفاده برای رمزگذاری اطلاعات، رمزنگاری متقارن است.

همچنین به عنوان کلید مخفی رمزنگاری یا رمزنگاری کلید شناخته می شود.

نام آن به این دلیل است که این روش هم برای رمزگذاری و هم برای رمزگشایی یک پیام از یک کلید استفاده می کند و بنابراین فرستنده و گیرنده باید قبلاً توافق کرده و کلید استفاده را بدانند.

یک مثال خوب از این نوع سیستم رمزنگاری می تواند موارد زیر باشد:

فرض کنید ماریا می خواهد یک پیام رمزگذاری شده برای خوزه بفرستد.

هر دو باید از قبل با هم ارتباط برقرار کنند و در مورد کلیدی که استفاده خواهند کرد توافق کنند.

پس از این، ماریا می تواند پیام را رمزگذاری کند و آن را برای خوزه بفرستد، جایی که او با همان رمز عبوری که ماریا استفاده می کرد، می تواند پیام را رمزگشایی کند.

در رمزنگاری متقارن، تمام امنیت کلید محور است.

پس باید محرمانه باشد و حدس زدن آن برای شخص سوم آسان نباشد.

با این حال، با فناوری امروزی، فرآیند کلیدی ارتباط یا توزیع به نقطه ضعف این روش تبدیل شد.

از آنجایی که هنگام برقراری ارتباط (فرستنده و گیرنده) برای تعریف و توافق بر روی رمز عبور، شخص ثالثی می تواند ارتباط مذکور را رهگیری کند، رمز عبور را دریافت کند و به اطلاعات موجود در پیام دسترسی پیدا کند.

اما قبل از کاوش در این جزئیات، اجازه دهید کمی با تاریخچه رمزنگاری متقارن آشنا شویم.

چه کسی آن را توسعه داد؟

همانطور که در ابتدا اشاره کردیم، رمزنگاری سال ها پیش توسعه یافت.

تخمین زده می شود که از زمان مصر باستان و امپراتوری روم، رمزنگاری متقارن به روشی بسیار ابتدایی استفاده می شد.

با این حال، این توسعه یافت و به طور گسترده در طول مسابقات Segunda Guerra Mundial مورد استفاده قرار گرفت.

در طول این درگیری جنگی بود که ارتش ها سیستم های رمزنگاری متقارن قدرتمندی را به کار گرفتند و توسعه دادند.

همه به منظور رمزگذاری پیام ها و محافظت از آنها در برابر دشمنان.

پس از این اتفاقات، دوران رمزنگاری متقارن مدرن دستخوش یک انقلاب کامل شد تا اینکه به آنچه امروز می‌دانیم رسید.

همه اینها به لطف تلاش محققان و دانشمندانی است که به این حوزه اختصاص داده شده‌اند.

با این حال، یک نام بیش از دیگران برجسته است، نام کلود شانون. شانون به عنوان پدر رمزنگاری ریاضی شناخته می شود.

کار شانون از سال ۱۹۴۹ توسعه یافت، زمانی که او مقاله ای به نام تئوری ارتباطات سیستم های مخفیانه را منتشر کرد.

این مقاله مدرن‌سازی تکنیک‌های رمزگذاری شناخته‌شده تا آن زمان را با فرآیندهای ریاضی پیشرفته که به آن سطح بالاتری از پیچیدگی و امنیت می‌دهد، توضیح می‌دهد.

بعداً با دانشمند کامپیوتر، وارن ویور، کتابی نوشت. تمام این مجموعه کارهای انجام شده، پایه های رمزنگاری متقارن مدرن شد.

تاریخچه مختصری از توسعه و تکامل آن

اولین پیشرفت قابل توجه در رمزنگاری متقارن توسط سومین رئیس جمهور ایالات متحده، توماس جفرسون، بین سال های ۱۷۹۰ و ۱۷۸۰ توصیف شد.

این چرخ رمز یا استوانه جفرسون نامیده شد.

از محوری تشکیل شده بود که دارای ۲۶ استوانه چرخان بود که ۲۶ حرف الفبا به طور تصادفی حک شده بود.

با استفاده از این مصنوع عجیب، فرستنده می تواند پیام را در یک خط بنویسد و سپس هر خط دیگری را برای ارسال آن به گیرنده انتخاب کند. سپس گیرنده با استوانه ای دیگر با همان دنباله دیسک ها، دستور را منتقل کرد و به دنبال خطی که منطقی بود، پیام را رمزگشایی کرد.

با این حال، این روش در زمان ایجاد آن هرگز مورد استفاده قرار نگرفت.

اما مفهوم آن به قدری پیشرفته بود که به عنوان مبنایی برای رمزنگاری نظامی آمریکا در طول جنگ جهانی اول عمل کرد.

از سوی دیگر، در طول جنگ جهانی دوم، آلمان همچنین پیشرفت دیگری در رمزنگاری متقارن داشت:

ایجاد ماشین انیگما. از نظر عملکرد بسیار شبیه به سیلندر جفرسون بود زیرا از چرخ های چرخان برای رمزگذاری پیام استفاده می کرد.

بنابراین خواندن آنها تقریبا غیرممکن بود، اما از یک دستگاه انیگما دیگر استفاده شد.

اگرچه بعداً متفقین توانستند رمزگذاری دستگاه را با استفاده از اولین رایانه های جهان باز کنند و بشکنند.

این واقعیت به متفقین برتری قطعی نسبت به نازیسم منجر شد.

عصر محاسبات فرا می رسد

سپس، با پیشرفت و توسعه فناوری های محاسباتی، رایانه ها به ابزارهای کلیدی در رمزنگاری تبدیل شدند.

اما رمزگذاری و رمزگشایی پیام ها به عنوان چیزی مخفی و مرتبط با جاسوسی در نظر گرفته شد.

بنابراین آژانس امنیت ملی (NSA) ایالات متحده همه انواع تحقیقات و مطالعات در مورد رمزنگاری را در انحصار، پنهان و مسدود کرد.

این آغاز چیزی بود که بسیاری با عنوان Cryptowars می شناسند.

این رویداد در چندین کشور رخ داده است. بنابراین توسعه کریپتو از دهه ۵۰ تا ۷۰ سانسور شد.

هنگامی که IBM در سال ۱۹۷۵ الگوریتم رمزگذاری استاندارد رمزگذاری داده ها (DES) را توسعه داد، جهان دوباره تغییر کرد.

این اولین پیشرفت عمومی در کریپتو بود که به NSA وابسته نبود و انگیزه مفهوم و تحقیق در مورد تحلیل رمز و رمزگذاری بلوک بود.

بعدها با الگوریتم Advanced Encryption Standard (AES) جایگزین شد که پس از ۵ سال بررسی و تجزیه و تحلیل، به یک استاندارد تبدیل شد.

در واقع، AES آنقدر امن است که داده‌های رمزگذاری شده با این الگوریتم میلیاردها سال طول می‌کشد تا بدون استفاده از این الگوریتم شکسته شوند.

همه این مراجع سیستم رمزنگاری مبتنی بر رمزنگاری متقارن هستند.

به عبارت دیگر، هم فرستنده و هم گیرنده از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات استفاده می کنند.

بنابراین می توانیم به نقش مهمی که رمزنگاری در تاریخ بشریت ایفا کرده است پی ببریم.

و مهم ترین تحول آن ارتباط نزدیکی با رایانه ها و عصر دیجیتال جدید داشت.

امروزه پیشرفت و توسعه ای که رمزنگاری داشته است، به ما این امکان را می دهد که بارها بدون اینکه بدانیم یا ناخودآگاه از آن استفاده کنیم، با افزایش حجم اطلاعاتی که تولید و مبادله می کنیم، از آن استفاده کنیم.

روش ها: الگوریتم های رمزگذاری متقارن

از زمان تولد رایانه ها، رمزارزها دستخوش تغییرات عمده ای شده است.

که در آن از انجام به روش کلاسیک و دستی به ادغام مسائل پیچیده ریاضی تبدیل شد.

امروزه الگوریتم های رمزگذاری زیادی وجود دارد که در ایمیل ها، پایگاه های داده و حتی هارد دیسک ها استفاده می شود.

بیایید به برخی از شناخته شده ترین و پرکاربردترین آنها نگاه کنیم.

استاندارد رمزگذاری داده ها (DES)

این اولین روش رمزگذاری کامپیوتری بود که توسط شرکت IBM در سال ۱۹۷۵ توسعه یافت.

این الگوریتم در بلوک ها کار می کند و از یک کلید متقارن طولانی ۶۴ بیتی استفاده می کند که تحت ۱۶ تعامل قرار می گیرد.

از ۶۴ بیت، ۵۶ بیت برای رمزگذاری استفاده می شود.

و ۸ بیت باقی مانده برای برابری و برای تشخیص خطا استفاده می شود و سپس دور ریخته می شود.

بنابراین طول واقعی کلید ۵۶ بیت است.

برای انجام رمزگذاری، این الگوریتم یک سری جایگشت و جایگزینی را اعمال می کند.

که با آن ابتدا توالی بیت ها را اصلاح می کند و نتیجه را در بلوک های مختلف با اندازه معین می نویسد.

که سپس به طور مستقل رمزگذاری می شوند.

این فرآیند از ۱۶ دور رمزگذاری تشکیل شده است و پس از تکمیل، نتایج در یک بلوک اندازه ۶۴ بیتی گروه بندی می شوند که همچنین در معرض تغییر دیگری قرار می گیرد.

متن نهایی که از کل این فرآیند حاصل می شود، پیام رمزگذاری شده است.

DES دارای ۴ حالت کار است:

حالت کتاب کد الکترونیکی (ECB) که برای پیام های کوتاه با طول کمتر از ۶۴ بیت استفاده می شود.

حالت زنجیره ای بلوک رمز (CBC) برای پیام های طولانی استفاده می شود.

بازخورد بلوک رمز (CFB)) برای رمزگذاری بیت به بیت یا بایت به بایت استفاده می شود.

و در نهایت حالت بازخورد خروجی (OFB) که کاربرد مشابهی دارد، اما از گسترش خطاها نیز جلوگیری می کند.

با این حال، اگرچه این الگوریتم در زمان ایجاد خود پیشرفتی بود و پایه و اساس رمزنگاری مدرنی را که امروزه می شناسیم، گذاشت.

امروزه دیگر از آن استفاده نمی شود زیرا رمز عبور آن بسیار کوتاه است و دیگر در برابر حملات brute force ایمن نیست.

همانطور که در سال ۱۹۹۹ هنگامی که شکسته شد نشان داد.

استاندارد رمزگذاری داده های سه گانه (۳DES)

الگوریتم ۳DES همان الگوریتم DES است، فقط همانطور که از نام آن مشخص است ۳ بار اعمال می شود.

بسته به کلیدهای مورد استفاده، می توان سیستم قوی تری تولید کرد. به عنوان مثال، اگر از ۳ کلید استفاده شود، می توان یک کلید ۱۶۸ بیتی تولید کرد.

اگر فقط از ۲ کلید استفاده شود، می توان یک کلید ۱۱۲ بیتی تولید کرد.

استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES)

این الگوریتم جدید جایگزین DES بود و در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا روش رمزگذاری آن بهتر با نیازهای قرن ۱۲۸ سازگار است.

رمزگذاری AES هم در نرم افزار و هم در سخت افزار قابل استفاده است و اندازه بلوک ثابت ۱۲۸ بیت است.

در حالی که کلیدها را می توان به دلخواه بین ۱۹۲، ۲۵۶ و ۱۲۸ بیت انتخاب کرد.

طول XNUMX بیت یک استاندارد است. و مانند سلف خود، رمزگذاری بلوک را اعمال می کند.

نتیجه رمزگذاری با این روش آرایه ای از ۴ ردیف در ۴ ستون ایجاد می کند.

سپس یک سری از دورهای رمزگذاری اعمال می شود که بر اساس عملیات ریاضی با توجه به طول کلیدهایشان است.

برای یک کلید ۱۲۸ بیتی ۱۰ دور رمزگذاری اعمال می شود، برای یک کلید ۱۹۲ بیتی ۱۲ دور اعمال می شود و برای یک کلید ۲۵۶ بیتی ۱۴ دور مورد نیاز است.

نزدیک به تعداد دورهای لازم برای رمزگذاری ثبت شده است.

رمزنگاری متقارن چقدر امن است؟

از نظر امنیت، رمزگذاری متقارن به دلیل اینکه کلید خصوصی برای رمزگشایی باید به اشتراک گذاشته شود، چندان قابل اعتماد نیست.

در این نوع رمزگذاری، تمام امنیت در کلید منعکس می شود.

بنابراین، به اشتراک گذاری آن در صورت عدم استفاده از سیستم های ارتباطی مناسب، آسیب پذیری بزرگی را نشان می دهد.

با این حال، زمانی که از این روش استفاده می شود، دو پارامتر ضروری برای ایمن در نظر گرفتن آن باید رعایت شود که عبارتند از:

پس از رمزگذاری اطلاعات، کلید مورد استفاده برای رمزگذاری و رمزگشایی قابل دستیابی نیست.

نه اطلاعات موجود در پیام رمزگذاری شده.

هزینه رمزگشایی اطلاعات باید بیشتر از همان اطلاعات موجود در پیام رمزگذاری شده باشد.