في العالم الرقمي، منذ ذلك الحين ترسل بريدًا إلكترونيًا، أو تشاهد مسلسلًا عبر الإنترنت، أو تستخدم حسابك المصرفي عبر الإنترنت.هناك بطلٌ خفيٌّ يعمل في الخفاء: التشفير المتقدم. فبدونه، ستنتشر كل تلك المعلومات عملياً على مرأى ومسمع من أي شخص لديه قدر ضئيل من الخبث والمعرفة التقنية.
في عالم التشفير، أصبح المعيار الذي يُعتبر المرجع المطلق هو معيار التشفير المتقدم (AES)يُستخدم في شبكات الواي فاي، وشبكات VPN، وبرامج إدارة كلمات المرور، والتخزين السحابي، والوصول عن بُعد، ومحركات الأقراص المشفرة، وحتى في الاتصالات الحكومية شديدة السرية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على ماهيته، ومصدره، وكيفية عمله داخليًا، ولماذا يُعتبر آمنًا للغاية.
ما هو التشفير المتقدم AES ومن أين أتى؟
عندما نتحدث عن AES فإننا نشير إلى خوارزمية تشفير الكتلة بالمفتاح المتناظر وقد أصبح هذا المعيار العالمي لحماية البيانات الحساسة. ويعني التشفير المتناظر استخدام نفس المفتاح للتشفير وفك التشفير، مما يجعله أسرع وأكثر كفاءة من العديد من أنظمة المفتاح العام.
تبدأ القصة في عام 1997، عندما NIST (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا) قررت الولايات المتحدة أن خوارزمية DES القديمة لم تعد كافية. فقد أصبحت خوارزمية DES، التي كانت المعيار منذ سبعينيات القرن الماضي، عاجزة عن مواجهة تزايد قوة الحوسبة وهجمات القوة الغاشمة، لذا أطلق المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) مسابقة دولية لاختيار خوارزمية جديدة تحمي المعلومات بكفاءة حتى القرن الحادي والعشرين.
في يناير 1997، أعلن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) رسميًا أنه سيحدد المستقبل معيار التشفير المتقدموفي سبتمبر، نشرت الشركة دعوة لتقديم المشاركات مع الشروط التي يجب على المرشحين استيفاؤها. وكانت الفكرة أن تكون الخوارزمية الفائزة مفتوحة المصدر وقابلة للاستخدام من قبل أي شخص، دون رسوم أو تبعيات سرية.
من بين الشروط الأساسية التي اشترطها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) أن تكون الخوارزمية المقترحة خارج نطاق الملكية العامة، متناظر الكتلةوهذا من شأنه أن يدعم كتلًا من 128 بت على الأقل، ومفاتيح 128 و192 و256 بت، ويمكن تنفيذه في كل من الأجهزة والبرامج دون أن يصبح كابوسًا للموارد.
بعد تلقي مقترحات من جميع أنحاء العالم، أعلن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في 20 أغسطس 1998 تم قبول 15 خوارزمية في الجولة الأولى من مسابقة AES. وكان المرشحون هم:
- CAST-256 (شركة Entrust Technologies)
- CRYPTON (شركة أنظمة المستقبل)
- عروض مميزة (ريتشارد أوتيربريدج، لارس كنودسن)
- شركة تمويل التنمية الدولية للولايات المتحدة (CNRS / المدرسة العليا للأساتذة)
- E2 (NTT، شركة نيبون للبرق والهاتف)
- FROG (شركة تيكابرو الدولية، ش.م.م.)
- (“HPC”)، (ريتش شرويبل)
- LOKI97 (لوري براون، جوزيف بيبرزيك، جينيفر سيبيري)
- MAGENTA (شركة دويتشه تيليكوم المساهمة)
- MARS (IBM)
- RC6 (مختبرات آر إس إيه)
- رينديل (جوان دايمين، فينسنت ريجمن)
- أكثر أمانًا+ (شركة سيلينك)
- الحزين (روس أندرسون، إيلي بيهام، لارس كنودسن)
- توو فيش (بروس شناير وزملاؤه)
في المؤتمر الثاني لـ AES، الذي عُقد في مارس 1999، تمت مراجعة التحليلات التشفيرية لهذه المرشحات. وبعد دراسة تعليقات المجتمع الدولي حتى أبريل من ذلك العام، قلّص المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) القائمة، وفي أغسطس 1999 أعلن عن المتأهلون للنهائيات الخمسة: MARS، RC6، Rijndael، Serpent و Twofish.
خلال الأشهر التالية، خضعت هذه الخوارزميات الخمس لمزيد من التدقيق التقني الدقيق، مع هجمات نظرية جديدة، وتقييمات للأداء، وتحليلات لسهولة التنفيذ. وفي أبريل 2000، عُقد المؤتمر الثالث لخوارزمية التشفير المتقدمة (AES)، حيث دافع مصممو كل مقترح عن ابتكاراتهم وناقشوا أحدث النتائج.
انتهت فترة المراجعة العامة في 15 مايو 2000، وبعدها بدأ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بدراسة جميع الوثائق لاختيار الفائز. وفي 2 أكتوبر 2000، عقب التصويت، تم تطبيق الخوارزمية. فاز رينديل بـ 86 صوتًامقارنةً بـ 59 لـ Serpent، و31 لـ Twofish، و23 لـ RC6، و13 لـ MARS. في نوفمبر 2001، نُشر معيار FIPS 197، الذي اعتمد رسميًا معيار التشفير المتقدم (AES) القائم على Rijndael.
لم يأتِ تصميم رينديل من فراغ: بل كان تطورًا لشفرة سابقة تسمى مربعكان هذا أيضًا من عمل دايمين وريمن، اللذين اعتمدا بدورهما على أفكار من خوارزمية شارك. يفسر هذا التطور جزءًا من البنية الرياضية عالية التنظيم لخوارزمية AES.
رينديل وAES: أوجه التشابه والاختلاف بينهما
في اللغة اليومية، يُستخدم بشكل شائع رينديل وAES كما لو كانا مترادفينلكن بالمعنى الدقيق للكلمة، فهما ليسا متطابقين. فـ Rijndael عائلة أكثر مرونة إلى حد ما، بينما AES عبارة عن ملف تعريف محدد ضمن تلك العائلة تم تحديده بواسطة المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST).
يعمل معيار AES دائمًا مع حجم كتلة ثابت يبلغ 128 بت ويقبل مفاتيح بطول 128 أو 192 أو 256 بت. من ناحية أخرى، يسمح Rijndael بأحجام الكتل والمفاتيح التي تكون من مضاعفات 32 بت، بين 128 و256 بت، مما ينتج عنه المزيد من تركيبات المعلمات الممكنة (ليست جميعها موحدة لـ AES).
على عكس نظام DES، الذي كان يعتمد على شبكة فيستلتم تصميم AES/Rijndael كـ شبكة الاستبدال والتبديلوهذا يعني أنه بدلاً من تقسيم البيانات إلى نصفين يتم مزجهما بشكل متكرر مع المفتاح، فإن AES يطبق سلسلة من التحويلات الخطية وغير الخطية على مصفوفة بايت كاملة.
تم تصميم الخوارزمية لتكون يتميز بكفاءة عالية في كل من البرمجيات والأجهزةإنها تتطلب ذاكرة قليلة، ويسهل تنفيذها نسبياً، وتتوسع بشكل جيد للغاية على المعالجات الحديثة، والتي تتضمن حتى تعليمات محددة (AES-NI في Intel والامتدادات المكافئة في AMD) لتسريعها بشكل أكبر.
تُجرى معظم العمليات الحسابية الداخلية في الحقل المنتهي وبالتحديد (GF(2^8))، الذي يقدم وصفًا رياضيًا دقيقًا للغاية للخوارزمية. وقد أثار هذا الهيكل الواضح بعض المخاوف النظرية لدى خبراء التشفير، الذين يخشون أن يُسهّل هذا الانتظام هجمات أكثر قوة في المستقبل، على الرغم من أنه لم يتحول حتى الآن إلى ثغرات عملية ضد خوارزمية AES الكاملة.
كيف يعمل تشفير AES من الداخل
في خوارزمية AES، تتم معالجة البيانات في كتل بحجم 128 بت يتم تمثيلها كـ مصفوفة بايت بحجم 4×4 تسمى الحالةكل عملية في الجولة تحول تلك المصفوفة، حيث تقوم بخلط واستبدال البايتات وفقًا لقواعد محددة جيدًا.
بعبارات مبسطة للغاية، تتكون عملية التشفير من ثلاث مراحل: التوسع الرئيسي، والجولات المتوسطة، والجولة النهائيةيعتمد العدد الإجمالي للجولات على طول المفتاح: 10 جولات لـ AES-128، و12 لـ AES-192، و14 لـ AES-256.
أولاً، يتم أخذ المفتاح الأصلي وتوليده، باستخدام مخطط مفاتيح رينديلسلسلة من المفاتيح الفرعية تُسمى مفاتيح الجولة، مفتاح لكل جولة. تُعرف هذه الخطوة بتوسيع المفاتيح، وهي بالغة الأهمية بحيث يؤثر أي تغيير طفيف في المفتاح الأولي على العملية بأكملها.
قبل بدء الجولات الفعلية، المرحلة الأولية إضافة مفتاح دائريهنا، يتم دمج كل بايت من الحالة (باستخدام XOR) مع البايت المقابل للمفتاح الفرعي الأول، مما يؤدي بالفعل إلى مزج النص العادي مع مادة المفتاح.
تتكون الجولات الوسيطة من أربع خطوات مترابطة: SubBytes و ShiftRows و MixColumns و AddRoundKeyتُدخل هذه الخطوات الارتباك والانتشار، وهما مفهومان أساسيان في علم التشفير، بحيث تبدو النتيجة النهائية عشوائية وأي تغيير طفيف في المدخلات يتسبب في تغييرات هائلة في المخرجات.
En بايتات فرعيةيتم استبدال كل بايت من الحالة بآخر وفقًا لجدول استبدال محدد مسبقًا، وهو الجدول الشهير صندوق رينديل إسيقدم هذا الجدول مفهوم اللاخطية القوية، وهو أمر أساسي لمقاومة هجمات التحليل التشفيري الخطي والتفاضلي.
ثم يأتي ShiftRowsحيث يتم إزاحة صفوف المصفوفة دوريًا إلى اليسار بعدد مختلف من المواضع لكل صف. هذه الخطوة لا تغير القيم، ولكن يعيد توزيع البايتات ويساعد ذلك على انتشار تأثير كل بايت في جميع أنحاء الكتلة.
الخطوة التالية هي MixColumnsعملية دمج الأعمدة: يتم تحويل كل عمود من أعمدة المصفوفة بواسطة توليفة خطية في الحقل المنتهي. تؤدي هذه العملية إلى مزج البايتات الأربعة لكل عمود معًا، مما يزيد من الانتشار.
وأخيرًا، يتم تطبيقه مرة أخرى AddRoundKeyيتم دمج الحالة مع المفتاح الفرعي من تلك الجولة. تضمن هذه الخطوة أن تعتمد النتيجة النهائية على المفتاح الموسع بالكامل وليس على النص الأصلي فقط.
La الجولة النهائية يوجد اختلاف طفيف: فهو يتضمن SubBytes و ShiftRows و AddRoundKey، ولكنه يحذف MixColumns. هذا يُكمل تشفير الكتلة ويُنتج النص المشفر المقابل.
أنواع AES: AES-128 و AES-192 و AES-256
على الرغم من أن مخطط التشغيل العام هو نفسه، إلا أن نظام AES يأتي بثلاثة أنواع مختلفة حسب طول المفتاح: 128، 192، و256 بتتتغير قوة التشفير وعدد الجولات، لكن البنية الأساسية تبقى متطابقة.
En AES‑128 يُستخدم مفتاح بطول 128 بت، وتُجري الخوارزمية 10 جولات من التشفير. مساحة المفاتيح هائلة، تصل إلى 3,4 × 10^38 تركيبة، ما يجعل الهجوم الشامل مستحيلاً تماماً باستخدام التقنيات الحالية.
البديل AES‑192 يستخدم هذا النظام مفتاحًا بطول 192 بت، ويجري 12 جولة. وهذا يزيد عدد المفاتيح الممكنة إلى حوالي 6,2 × 10^57 تركيبة، مما يوفر هامش أمان إضافيًا على حساب زيادة طفيفة في التكلفة الحسابية.
في الطرف الأعلى AES‑256باستخدام مفتاح 256 بت و14 جولة، ينتج عن ذلك ما يقارب 1,1 × 10^77 تركيبة ممكنة، وهو عدد هائل. هذه هي النسخة المستخدمة عادةً في البيئات التي تُعد فيها السرية على المدى الطويل أمراً بالغ الأهميةمثل الوثائق السرية للغاية، والبيانات المالية شديدة الحساسية، أو النسخ الاحتياطية طويلة الأجل.
يُعد الاختيار بين الخيارات الثلاثة حلاً وسطاً بين مستوى الأداء والأمانعلى سبيل المثال، لحماية الاتصالات على الهواتف الذكية أو تطبيقات المراسلة ذات الموارد المحدودة، يوفر معيار AES-128 توازناً ممتازاً. أما لتشفير المعلومات الحكومية السرية أو أنظمة الوصول عن بُعد للشركات، فيُعدّ معيار AES-256 الخيار الأمثل.
أمان AES الحقيقي وأنواع الهجمات
منذ توحيد معاييرها وحتى أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، لم تكن هناك هجمات عملية معروفة يمكنها اختراق معيار التشفير المتقدم (AES) بشكل كامل.وحتى يومنا هذا، لا يزال يُعتبر قوياً جداً ضد الأنواع الرئيسية لتحليل الشفرات.
تميل الهجمات المنشورة الأكثر فعالية إلى التركيز على نسخ مُصغّرة بعدد جولات أقلتصل مدة العملية إلى 7 جولات للمفاتيح ذات 128 بت، و8 جولات للمفاتيح ذات 192 بت، و9 جولات للمفاتيح ذات 256 بت، وفقًا لدراسات مثل دراسة فيرغسون وآخرون (FSE 2000). مع ذلك، فإن هذه النسخ المختصرة ليست هي المستخدمة عمليًا، حيث يتم تطبيق العدد الكامل من الجولات دائمًا.
قامت وكالة الأمن القومي بمراجعة جميع المرشحين النهائيين في مسابقة AES، بما في ذلك شركة Rijndael، وخلصت إلى أن كانت آمنة بما يكفي لحماية المعلومات الحكومية غير المصنفةفي عام 2003، ذهبت حكومة الولايات المتحدة إلى أبعد من ذلك وأجازت رسميًا استخدام AES للمعلومات السرية: مع أي من أطوال المفاتيح الثلاثة، يمكن حماية البيانات حتى مستوى SECRET، وبالنسبة لمستوى TOP SECRET، يلزم 192 أو 256 بت.
أشار بعض الخبراء إلى أن هامش بين جولات محددة من المعيار وأفضل تقنيات التشفير المنشورة إنها ليست ضخمة، مما يفتح الباب أمام إمكانية أنه إذا ظهر تقدم نظري كبير، على سبيل المثال مع المعالجات الكموميةقد يصل هذا إلى نقطة الانهيار. في علم التشفير، تُعتبر الخوارزمية "معطلة" عندما يكون هناك هجوم أسرع من الهجوم الشامل، حتى لو ظل هذا الهجوم غير عملي في الواقع (على سبيل المثال، يتطلب 2^120 عملية).
يدور خط آخر من النقاش حول مثل هذا الهيكل الرياضي المنظم لـ AESتعتمد العديد من خوارزميات التشفير الكتلي على تصميمات مخصصة، بينما يتم وصف خوارزمية AES بدقة عالية باستخدام الجبر على الحقول المنتهية. وقد حفز هذا الأمر مقترحات مثل ما يسمى بـ هجوم XSL، والتي قدمها نيكولاس كورتوا وجوزيف بيبرزيك في عام 2002، والتي تهدف إلى استغلال أنظمة المعادلات المحددة بشكل مفرط.
ومع ذلك، فقد وجد العديد من خبراء التشفير أخطاء أو تقديرات متفائلة للغاية في الحسابات الأصلية لهجوم XSL، يُعتبر الآن نهجًا نظريًا لا توجد له تطبيقات عملية معروفة ضد خوارزمية AES الكاملة. لم يُثبت أحد حتى الآن وجود هجوم فعال يتفوق فعليًا على الهجوم الشامل في سيناريو واقعي.
وقد ظهرت نتائج مثيرة للاهتمام في مجال هجمات القناة الجانبيةلا تستهدف هذه الهجمات الرياضيات الخاصة بالخوارزمية، بل تستهدف تنفيذها المادي: أوقات التنفيذ، واستهلاك الطاقة، والانبعاثات الكهرومغناطيسية، واستخدام ذاكرة التخزين المؤقت، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تسرب معلومات حول المفتاح بشكل خفي.
في عام 2005، نشر دانيال ج. بيرنشتاين هجوم وقت التخزين المؤقت في مواجهة تطبيق AES على خادم OpenSSL مصمم لزيادة انكشاف المقاييس الزمنية. تطلب الأمر حوالي 200 مليون طلب نص عادي، ولم يُعتبر قابلاً للتطبيق ضد خدمات العالم الحقيقي، ولكنه أثبت أن التنفيذ لا يقل أهمية عن الخوارزمية نفسها.
في العام نفسه، قدم آدي شامير وباحثون آخرون نتائج جديدة هجمات وقت التخزين المؤقت والذي، في سيناريوهات معينة حيث يمكن للمهاجم تنفيذ التعليمات البرمجية على نفس الجهاز الذي يقوم بالتشفير، سمح باستعادة مفتاح AES كامل في عدد قليل جدًا من عمليات الوصول (في حدود مئات عمليات الكتابة وأجزاء من الثانية).
للتخفيف من هذه المخاطر، يجب تطبيق معايير التشفير المتقدمة (AES) بشكل قوي يتجنبون جداول البحث المعتمدة على المفاتيحيستخدمون عمليات زمنية ثابتة، ويضيفون في الأجهزة تدابير مضادة مادية. تبقى خوارزمية AES سليمة؛ تكمن المعركة الحقيقية في تطبيق ممارسات التنفيذ الجيدة. إدارة المفاتيح.
المزايا الرئيسية لتشفير AES
من بين جميع خوارزميات التشفير المتاحة اليوم، تبرز خوارزمية AES لأنها تجمع بين مستوى عالٍ جدًا من الأمان والسرعة وسهولة التنفيذوهو أمر ليس شائعاً جداً.
من حيث الأمان المطلق، حتى AES-128 يُعدّ وحشًا: مع القوة الغاشمة سيستغرق الأمر وقتاً أطول من عمر الكون في اختبار جميع المفاتيح الممكنة باستخدام التقنية الحالية. إذا انتقلنا إلى AES-256، يصبح هامش الأمان هائلاً للغاية.
ومن المزايا الكبيرة الأخرى أن لا توجد رسوم ترخيصلقد تم تصميمه خصيصًا ليكون في المجال العام، بدون براءات اختراع أو رسوم ملكية، مما سهّل دمجه في المعايير والبروتوكولات والأجهزة من جميع الأنواع دون عوائق قانونية.
من وجهة نظر التطوير، فإن الخوارزمية هي بسيط وأنيق نسبياًلا يتطلب الأمر هياكل بيانات غريبة أو كميات كبيرة من الذاكرة، ويمكن تنفيذه في أي لغة ومنصة تقريبًا، بدءًا من وحدات التحكم الدقيقة المتواضعة وحتى الخوادم الكبيرة.
أما من حيث الأداء، فإن شركة AES مشهورة بـ سرعة التشفير وفك التشفيرفي معالج بنتيوم برو القديم، كان عرض نطاق وحدة المعالجة المركزية حوالي 18 دورة لكل بايت (ما يقارب 11 ميجابايت/ثانية عند 200 ميجاهرتز). أما المعالجات الحديثة المزودة بتعليمات AES مخصصة، مثل معالجات إنتل كور أو AMD رايزن، فتصل بسهولة إلى عدة جيجابايت/ثانية، وتتجاوز 15 جيجابايت/ثانية في الطرازات القوية مثل i7-12700K.
إذا نظرنا إلى البنى الدقيقة مثل Intel Westmere، فإن تشفير AES مع ملحقات الأجهزة يمكن أن ينخفض إلى ما يقارب 1,3 دورة لكل بايت لـ AES-128 و 1,8 لـ AES-256هذا أمرٌ مذهل من حيث الكفاءة. علاوة على ذلك، تدمج العديد من الرقاقات خوارزمية التشفير المتقدم (AES) مباشرةً في السيليكون، مما يتيح تشفيرًا شبه شفاف وسريعًا للغاية.
التطبيقات العملية للتشفير المتقدم AES
أحد أسباب شعبية AES هو أنها اندمجت بشكل كبير في بروتوكولات، الأنظمة والأجهزة المستخدمة يوميًا، لدرجة أنك تستخدمها دون أن تدرك ذلك عمليًا طوال الوقت.
في مجال ال VPNيُعدّ AES المحرك الذي يحمي نفق البيانات بين جهازك والخادم البعيد. عند الاتصال بشبكة VPN لتصفح الإنترنت بخصوصية أكبر أو لتجاوز القيود الجغرافية، يضمن AES (عادةً بإصداره AES-256) عدم إمكانية قراءة البيانات المتبادلة بين الطرفين من قِبل أي طرف ثالث.
الكثير مديري كلمات المرور كما يستخدمون عادةً خوارزمية AES لتشفير جميع بيانات اعتمادك باستخدام مفتاح رئيسي واحد. إذا تمكن شخص ما من الوصول إلى ملف قاعدة بيانات كلمات المرور، فلن يرى سوى نص مشفر لا معنى له ما لم يكن على دراية بهذا المفتاح الرئيسي.
على الشبكات شبكة واي فاي حديثة (WPA2، WPA3)التشفير الافتراضي هو AES. هذا يعني أن كل ما ترسله عبر شبكتك اللاسلكية (من صورة على هاتفك إلى بيانات الشراء عبر الإنترنت) يتم تغليفه وحمايته بهذا المعيار.
ال تطبيقات المحمول تعتمد التطبيقات التي تتعامل مع البيانات الشخصية والرسائل والصور الخاصة على خوارزمية التشفير المتقدمة (AES) لتشفير كل من التخزين المحلي والاتصالات مع الخادم. وتعتمد تطبيقات المراسلة وشبكات التواصل الاجتماعي والخدمات المصرفية عبر الإنترنت وغيرها الكثير على خوارزمية AES كركيزة أساسية لأمنها.
في مجال ال الوصول عن بعدتدمج الحلول الاحترافية تقنية AES-256 لحماية الجلسات. تقوم منصات مثل خدمات الوصول عن بُعد للمؤسسات بتشفير جميع مدخلات الشاشة وضغطات المفاتيح والملفات المنقولة باستخدام AES-256، مما يضمن عدم إمكانية التنصت على هذه الجلسات بسهولة عبر الشبكة.
En HTTPSيُستخدم بروتوكول AES، الذي يؤمّن تصفح الإنترنت، ضمن مجموعات تشفير TLS لحماية قناة الاتصال بين متصفحك والخادم. ورغم أن عملية تبادل المفاتيح الأولية تتم عادةً باستخدام خوارزميات غير متماثلة مثل RSA أو ECDHE، إلا أن الجزء الأكبر من الاتصال يُشفّر باستخدام AES لأسباب تتعلق بالأداء.
خدمات التخزين السحابي تقوم خدمات مثل (Google Drive و Dropbox وما إلى ذلك) بتشفير الملفات المخزنة باستخدام AES، بحيث حتى لو قام شخص ما بالوصول فعليًا إلى أقراص المزود، فإن ما يراه هو بيانات غير قابلة للقراءة بدون المفاتيح المقابلة.
في أنظمة التشغيل، وظائف مثل BitLocker على نظام التشغيل Windows أو FileVault على نظام التشغيل macOS يستخدمون خوارزمية التشفير المتقدمة (AES) لتشفير الأقراص أو وحدات التخزين بالكامل، مما يحمي أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمكتبية من الفقدان أو السرقة. إذا وقع الجهاز في الأيدي الخطأ، تبقى البيانات مقفلة دون كلمة المرور أو وحدة الأمان المناسبة.
وهو أمر قياسي أيضاً في الاتصالات الحكومية والعسكريةبفضل الضمانات الرسمية وتأييد المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ووكالة الأمن القومي، يتم استخدام معيار التشفير المتقدم (AES) لحماية المعلومات السرية في مجموعة واسعة من الوكالات العامة.
التشفير المتقدم مقارنة بالخوارزميات الأخرى: DES و RSA
لفهم سبب تحول خوارزمية AES إلى المعيار الفعلي، من المفيد مقارنتها بخوارزميات أخرى معروفة مثل DES و RSAلكل منهم نهج مختلف.
كان معيار تشفير البيانات (DES) السلف المباشر لمعيار التشفير المتقدم (AES) في عالم تشفير الكتل. وقد استخدم مفتاح فعال مكون من 56 بت فقطكان هذا معقولاً في ذلك الوقت، ولكنه غير كافٍ تماماً اليوم: فقد ثبت أنه يمكن اختراقه بالقوة الغاشمة باستخدام أجهزة يسهل الوصول إليها نسبياً.
علاوة على ذلك، عملت خوارزمية DES مع كتل 64 بت، وعلى الرغم من أن بنية شبكة Feistel الخاصة بها كانت مؤثرة للغاية، إلا أن الجمع بين طول مفتاح قصير وحجم كتلة أصغر لقد أصبح قديماً. تم استبدال جميع الاستخدامات الجادة لـ DES تقريباً بمتغيرات AES أو DES الثلاثية خلال فترة الانتقال.
فيما يتعلق RSAنحن نتعامل مع طريقة تشفير بالمفتاح العام (غير متماثلة)، وهي تختلف من حيث المفهوم اختلافًا كبيرًا عن AES. يستخدم RSA أزواجًا من المفاتيح: مفتاح عام، يمكن مشاركته لتشفير البيانات أو التحقق من التوقيعات، ومفتاح خاص، يُحفظ سرًا لفك التشفير أو التوقيع.
لتحقيق مستوى أمان مماثل لمستوى أمان AES-128، تحتاج RSA مفاتيح أطول بكثير (في حدود 2048 أو 4096 بت). وهذا يجعل عملياتها أكثر كثافة حسابية، لذلك لا يتم استخدامها لتشفير كميات كبيرة من البيانات.
في الممارسة العملية، يُستخدم RSA بشكل أساسي لـ تبادل مفتاح متماثل بشكل آمن (غالباً ما يكون مفتاح جلسة AES) أثناء إنشاء اتصالات آمنة مثل TLS/SSL. بعد ذلك، يتم تشفير جميع البيانات باستخدام AES، وهو أسرع بكثير لكميات كبيرة من البيانات.
باختصار، تتميز AES بكونها متناظر، سريع للغاية، ومتين للغايةلقد دخل معيار DES التاريخ كمعيار قديم، و RSA ضروري لتبادل المفاتيح والتوقيعات الرقمية، ولكنه لا ينافس AES بشكل مباشر عندما يتعلق الأمر بتشفير كميات هائلة من البيانات بشكل يومي.
مع كل هذه الخلفية التاريخية والتقنية والعملية، يصبح من المفهوم لماذا أصبح معيار التشفير المتقدم حجر الزاوية للأمن الحديث: بفضل تصميمه العلني، وتحليله المكثف على مدى عقود، وأحجام مفاتيحه الثلاثة القابلة للتكيف، وأدائه. يُعدّ نظام التشفير المتقدم (AES) اليوم الخيار الأمثل لحماية كل شيء بدءًا من الملفات الشخصية وحتى البنية التحتية الحيوية.وسيستمر الأمر على هذا النحو طالما استمرت التشفير الكلاسيكي في وضع قواعد اللعبة.
