أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات

ضوابط التشف 353 :)دوال التجزئة دوال التجزئة إلى طرق التش�تش أيضاً تحولات الاتجاه الواحد لماذا الرس نهتم بتقنية تشفير إذا كانت لا تسمح أبداً بقراءة البيانات مرة أخرى؟ كما اتضح أن هذه التقني لأجهزة الحاسب الآلي. دوال التجزئة تأخذ الرسائل مهما كان طولها وتقوم بتحويلها إلى أرقام ذات طول ثابت، أو(28ويك 4( كاملاً. وتُستخدم دوال التجزئة مع كلمات المرور، وسنرى كيف يكون ذلك في الفقرة التالية، وفي الوقت الحالي قد يكون تمريناً مناسباً لك أن تفكر كيف تكون دوال التجزئة مفيدة مع كلمات المرور. تحتفظ أجهزة الحاسب الآلي بكلمات المرور نتيجة لتحويل دوال التجزئة بدلاً من حفظ حال القيم الحقيقية لكلمات المرور. وبهذه الطريقة لا يمكن استرداد كلمات المرور حتى في سرقة جهاز الحاس جهاز الحاسب الآلي يحسب دالة التجزئة لكلمة المرور ويقارنها مع دالة التجزئة المحفوظة في جهاز الحاس المدخلة وإلا فإنه يرفضها. وبهذه الطريقة فإن دوال التجزئة تس بالتحقق من كلمات المرور دون حفظ نسخة من كلمات المرور نفسها. كلمات سر دوال التجزئة لا تزال عرضة لهجمات القوة الغاشمة dictionary attack( الممكن تخمينها بسهولة. وتقوم دوال التجزئة بحجب كلمات المرور لكنها لا يمكن أن تمنع أحداً من أن يقوم ر تلك. بتخمين كلمات المرو

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 354 ل ِ رس ُ والاس ل بشكل مستقل حساب دالة التجزئة ِ س ُ دالة التجزئة، يستطيع الم ً الرس ل يتأكد من ِ ستقب ُ ة. وعند تطابق الدالتين فإن الم َ س ُ الم للرس أن الرس ). والمجموع الاختياري هو قيمة checksums طل ُ ي يتم حسابها بناء على البيانات بهدف كشف الأخطاء أو كشف التلاعب في البيانات في أثناء الإرسال. ون ج الاختياري لتحميل برمجياتهم بهدف مس من موقع التحميل لخوادم تطبيقات ً مثالا ) 6 - 7 تم تحميله دون أخطاء. ويوضح الش ). IBM Application Servers شركة آي بي إم ): مثال على خاصية المجموع الاختياري 6 - 7 الشكل ). وتمثل دالة 2 - SHA ) ودالة MD5 هما دالة ً وشيوعا ً استخداما ودوال التجزئة الأكثر خدمت ُ ). وقد است message digest algorithms « ) MD5 ( هو ) (و Ron Rivest من قبل رون ريفس ( 99 ( منذ تطويرها في عام ً هذه الدالة عالميا ). لكن تم اكتشاف مجموعة من العيوب في RSA نفس 3 ( منذ ً رسميا ً الخوارزمية، ومن ثم فإن اس

ضوابط التشف 355 . ومع ذلك لا تزال هذه الدالة ش)9ديس المنخفضة المخاطر مثل التحقق من تحميل البرمجيات. أم algorithm الخوارزمية من قبل المعهد الوطني للمعايير والتقنية . وعلى الرغم من ع200(and Technology أمني . وكان الدافع لتطوي)(0( 20(2م حاجة واضحة لذلك هو البقاء على اس 2-SHA( �) خوارزمية مختلفة تماماً مقارنة بوتستخدم دالة SHAاق دالة�) أن يكون قادراً على اخ ج على 3 احتياجاتهم تفاصيل أنواع التشفير: قدّم القسم السابق لمحة عامة عن أنواع التشفير الثلاثة واستخداماتها. وفي هذا القسم سننظر بمزيد من التفصيل في التقنيات الأولية المستخدمة في كل نوع من أنواع التشفير. التشفير بالمفتاح السري يتك ة ذات الحجم غير المحدد موارد حاس�المجموعات. ويتطلب تش هائل تقسيم بيانات المستخدم إلى مجموعات ذات حجم ثابت بحيث يمكن إدارتها. ويتم تقسيم الرس )9( http://www.kb.cert.org/vuls/id/836068 )10( http://csrc.nist.gov/groups/ST/hash/sha-3/index.html

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 356 بأن ). وعلى وجه الخصوص فإن bit بت ( 28 أو 64 التش ). bit بت ( 28 ) يستخدم مجموعات AES المعيار الحالي لتشفير المفتاح السري ): Block Encryption تشفير المجموعات من النش ً بش في هذا الفصل: شفرة قيصر والاستبدال ً س س على (الا ً والإحلال. لقد رأينا مثالا ). وفي سياق التشفير بالمفتاح السري، mono-alphabetic substitution الأحادي الأبجدي ) من المدخلات. k-bit ب ( 000 ) لكل k-bit بت ( 000 يحدد (الاس ت. ويعد (الإحلال) � خ بت من المد ( 000 أم ) محدد من bit ل بت ِ س َ ت ) من المدخلات bit ( حالة خاصة من الاس العملية العامة لتشفير المجموعات. ) ( ( ( ) 7 - 7 المخرجات. ويوضح الشكل )، DES technology )، والمس 7 - 7 ويمثل الش العملي ) في كلا القسمين. bits البيانات إلى قسمين. ويقوم إجراء (الاستبدال) بضغط جميع البتات ل والتي تقوم بخلط جميع البتات � ويتم تمرير كلا القس . ٍ رض ُ ) في المجموعة. وتتكرر هذه العملية حتى يتم تشفير المدخلات بشكل م bits ( ): النموذج العام لتشفير المجموعات 7 - 7 الشكل http://csrc.nist. , 99 / 25 / Data Encryption Standard ) DES ( , 10 , 3 - FIPS PUB 46 تم اقتباس الصورة من ) 1 1 ( .) 12 / 23 / pdf, ) accessed 10 . 3 - fips46 / 3 - gov/publications/fips/fips46

ضوابط التشف 357 لماذا الإحلال؟ قد يسأل قارئ مهتم السؤال التالي: إذا كان (الإحلال) شكلاً خاصاً من (الاستبدال) فقط، لماذا نستخدمه من الأساس؟ لماذا لا نكرر عمليات (الاستبدال) عوضاً عن (الإحلال)؟ ستجد السبب وراء استخدام (الإحلال)هو نشر تأثير (الاستبدال) إلى أبعد حد. إذا نظرت في الشكل أنه إذا تغيرت بت واحدة bits( - عملية (الاستبدال) تؤثر فقط في البتات في النصف الأيمن. وبإمكان الشخص المُخرب استخدام هذه الخاصية لصياغة مدخلات خاصة ومن ثم اختراق خوارزمية التشفير. لذا فإن عملية (الإحلال) تنشر تأثير التغيير في بت واحدة إلى المخرجات الإجمالية للمجموعة. يتم تكرار عملية الاس توزيعها على جميع البتات واح ا وهذا ليس مُرضياً. فللحصول على تش 64 �المدخلات على جميع ال الاختراق على المتس (6بأي تغيير في المدخلات حتى لو كان بس جولة اعتماداً على حجم المفتاح. (4-(0جولة. ومعيار التشفير المتقدم الخلط- النشر: تسلسل الاستبدال - الإحلال لخوارزمية تشفير المجموعة يُحقق أفكار الخلط والنشر. شانون، والذي يُعد على نطاق واسع والد نظرية المعلومات، وضع فكرة أن الخلط والنشر يوفران . الخلط هو جعل العلاقة بين النص العادي والنص المشفر معقدة قدر الإمكان. أما )(2(أساساً جيداً لسريّة الأنظمة النشر فهو توزيع تأثير التغيير في بت واحدة من النص العادي على جميع البتات في تشفير المجموعة، الاستبدال يوفر الخلط في حين أن الإحلال يوفر النشر. تسلسل تشفير المجموعات عندما يتم تش )12( Shannon, C. »Communication theory of secrecy systems, « 1946,http://netlab.cs.ucla.edu/wiki/ files/shannon1949.pdf )accessed 10/23/12(.

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 358 الآلية لتش بشكل ً الواقع العملي لتحقيق هذا الهدف هي جمع كل المجموعات المشفرة وتجميعها معا مناسب للحصول على نسخة مشفرة لإدخالات المستخدم. والطريقة الأساسية لتحقيق ذلك ً ). وهذه الطريقة سهلة جدا 8 - 7 قد تكون مجرد جمع المجموعات كما هو مبين في الشكل للأهمية ً للفهم لكنها غير مستخدمة في الواقع العملي لأسباب سنذكرها بعد قليل. لكن نظرا electronic عطيت هذه الطريقة اس ُ لطريقة، أ النظرية لهذه ا ). وكتاب الرمز الإلكتروني هو عملية تقس code book تشفير كل مجموعة على حدة ): كتاب الرمز الإلكتروني 8 - 7 الشكل ) يوضح 8 - 7 لماذا لا يتم اس للخلط في هذه الطريقة. إذا كانت المجموعة الأولى والمجموعة ٍ غير كاف ً أن هناك انتش ، فإن المجموعة المش � الثالث في المخرجات المشفرة النهائية. وهذا يمكن أن يعطي ً ، وهذا سيكون واضحا ً متطابقتين أيضا المهاج الواقع العملي لنشر المخرجات بشكل كاف. ومن هذه الطرق، والتي يمكن فهمها بسهولة، ) والتي تس cipher block chaining دعى تسلس ُ طريقة ت في معلومات من المجموعة المشفرة السابقة أثناء تشفير مجموعة ما. وهذا الآلية موضحة ). 9 - 7 الشكل

ضوابط التشف 359 الفرق بين (كتاب الرمز الإلكتروني) و(تسلس مجموعة ما، يتم ضغط تلك المجموعة بمخرجات من المجموعة الس القطرية في الش بين المُدخلَين تسجت المجموع�مدخ ). +XOexclusive OR( XOوتقوم عملية ) إذا كانت قيمة البت لكلٍ من المُدخلَين مختلفة. (المُدخلَين متس ونتيجة لتسلس تكونا متطابقتين وإن كانت المجموعة الأولى والمجموعة الثالثة متطابقتين. يتم اختيار (ناقل التهيئة) عش مرة أخرى فإن المخرجات س (تسلسل تشفير المجموعات) عن طريق تجميع المجموعات المشفرة معاً كما هو �النهائية ل موضح في الجزء السفلي من الشكل وكما يتضح من هذا القسم يعتمد (التشفير بالمفتاح السري) يعتمد على عمليات بسيطة مُتحفظة حسابياً للغاية. لكن كما إلى حد ما، لذلك يُعد (التش ناقش تبادل المفاتيح حيث يجب أن يكون كل من المُرسل والمُستقبل قادراً على تبادل المفتاح قبل الشروع في عملية التشفير. (التشفير بالمفتاح العام)، والذي سنناقشه في القسم التالي، يحقق هذا الهدف. وعلى الرغم من أن (التشفير بالمفتاح العام) يستنزف الموارد الحاسوبية للجهاز القنوات غير الآمنة. ولذلك يعد مثالياً � ميزة له هي إتاحة التواصل السري ع �إلا أن أك للاستخدام في تبادل المفاتيح. التشفير بالمفتاح العام يستخدم (التشفير بالمفتاح العام) مفتاحين: الأول للتشفير والآخر لفك التشفير. ويوزَّع مفتاح التش

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 360 ستخدم لفك التشفير، ومن الواضح أن صاحب المفتاح يحافظ ع ُ أما مفتاح فك التشفير في سمى المفتاح العام، في حين أن مفتاح ُ مفتاحه بعناية. ولهذا الس قدر الإمكان في ً ومبسطا ً سمى بالمفتاح الخاص. وللحفاظ على النقاش مختصرا ُ فك التشفير ي ) الذي يقف modular arithmetic للحساب المعياري ً بسطا ُ م ً مثالا هذا القسم، س وراء أكثر خوارزميات (التش ). RSA وهي خوارزمية ً بالمفتاح العام) الأكثر شيوعا ): تسلسل تشفير المجموعات 9 - 7 الشكل ستخدم في (التشفير بالمفتاح العام): ُ ) الم modular arithmetic الحساب المعياري ) عملية باقي القس modulus operation �� ِ عام ُ عملي � ع طلق ُ ي ً أحيان ). لذا فإن: remainder ( )، وهكذا mod 10 = 7 ( ، ) 94 mod 10 = 4 17 ( عملية اس ) ( 3 ( ) 3 - 7 ويوضح الجدول العام. ويوضح الجدول كيف تتم عملية تشفير الأرقام العشرية. Kaufman, C. Perlman. R. and Speciner, M. هذا الجدول يعتمد على المثال الموجود في الدراسة التالية ) ( 3 ( ) 2002. Network Security: Private Communication in a Public World. Prentice-Hall

ضوابط التشف أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات36( ومنولاس . على س(0ثم يجري اس كما يلي: (0نضرب )6*3 mod 10 = 18 mod 10 = 8(. ومن ثم فإن العدد هذا الجدول النص المشفر المحسوب بهذه الطريقة لجميع الأرقام ذات الخانة الواحدة. . على (0ولفك التش سبيل المثال، )8*7 mod 10 = 56 mod 10 = 6(. جلاحظ أن النتيجة تس لجميع الأرقام الأخرى في الصف الثاني المظلل من الجدول. ) على (0) على أنها مفتاح التش(0وفي ه أنها مفتاح فك التش باستخدام معامل باقي القسمة: البيانات المشأولاً، التشفير. على سبيل المثال، )8*3 mod 10 = 24 mod 10 = 4(. و بالمفت ورية لفك التشفير. ضرالخاص سيعمل بالإمكان استخدام أي من المفتاحين في التشفير ومن ثم فإن المفتاح الآخر ثانياً، 6 = (0 mod 3*2 = (0 mod 7*مفتاحاً لفك التشفير. على سبيل المثال، (فك التش ذكرنا سابقاً في هذا الفصل.

الفصل السابع 362 لتوضيح أساسيات التشفير بالمفتاح العام3-7 الجدول الرقم المطلوب تشفيره (نص عادي) ↓n( 0(23456789 المفتاح (المضاعف↓ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ↓ (0 mod )m(*)n((0(23456789 ↓ (0 mod )m(*)n(20246802468 النص=(0 mod )3(*)n( ↓المشفر 30369258(47 40482604826 50505050505 60628406284 10 mod 7*)c( ↓العادي 7074(852963 80864208642 9098765432( ويوضح المثال في جدول ) إذا كان على عِلم بالمفتاح العام (0لن يس ة للغاية وذلك لمنع �). وم(03( المتسللين من تخمين المفتاح الخاص في أي مدة زمنية معقولة خوارزمية (التشفير �وذج مبسط لتوضيح الخصائص المميزة لنميعتمد المثال في القسم السابق على بالمفتاح العام). وتُعد خوارزمية مية في الواقع العملي. وتعتمد خوارزمية .)(4مشروحة باختصار في هذا المرجع )14( A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems. Rivest, R.L., Shamir, A. and Adleman. L. Communications of the ACM, 1978,21)2(: 120-126 ↓

ضوابط التشف أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 363 ( . ). وتكون هذه الأرقام q ) و p ( � ابدأ باثنين من الأعداد الأولية الكبيرة، ولنرمز لهم ب خانة عشرية لكل منهما). 76 ) لكل منهما (أي أكثر من bit بت 256 عادة أكبر من 2 . ) n = p * q احسب 3 . )   ) ( - q ( * ) ( - p ( = احسب 4 . ). مع ملاحظة أنه يجب ألا يوجد عوامل ɸ ( � بالنس ً ) يكون أوليا e ( ً اختر عددا - encryption يعني تش e ). (الحرف ( كة بين الرقمين باس � مش وهذا الرقم سيستخدم في التشفير). 5 . ) بحيث أن أي رقم من هذا القبيل e mod ( � ) يكون النظير الضربي ل d ( ً ع � اخ -وهذا decryption يعني فك التشف d ).(الحرف ɸ ) يقبل القس d * e-1 ( الرقم سيستخدم في فك التشف 6 . ستخدم في التشف ُ يمثل المفتاح العام وي > e,n > الزوج 7 . ستخدم في فك التشف ُ يمثل المفتاح الخاص وي > d,n > الزوج 8 . المفاتيح تستخدم كالتا ). c = m e mod n )، احسب النص المشفر m - لتشفير الرسالة ). m = c d mod n )، احسب c - لفك شفرة النص المشفر في الأرقام ً نا ِ ط َ ف ويمكن أن نطبق ذلك على مثال مبس قام الت . وباختيار هذه الأرقام سيكون لدينا: ) ( 5 ( ) q = 11 ( ) p = 3 التالية ستعمل بشكل جيد 1 . .) n = 3 * 11 = 33 ( 2 . .)   ( = 10 * 2 = ) 1 - 11 ( * ) 1 - 3 ( = 20 ( Tannenbaum, A.S. and Steen, M.v. Distributed Systems: هذه الأرقام تم اختيارها في الكتاب التالي، ) ( 5 ( Principles and Paradigms. 2002. Upper Saddle River, NJ, Prentice-Hall, Inc

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 364 3 . ) 20 ) والعدد 3 كة بين الع � مش لأن 3 = ) e لنف ). ( باستثناء العدد ( 4 . . 20 = )   يقسم 20 ) والعدد 20 = 1 - 7 * 3 لأن 7 = ) d وبإمكاننا اختيار العدد 5 . وبهذه الخيارات فإن ). c = m3 mod 33 ( - .) m = c7 mod 33 ( - ) RSA ): مثال على خوارزمية 4 - 7 الجدول النص العادي النص المشفر النص العادي ل ِ ستقب ُ عملية الم ل ِ س ر ُ عملية الم مز الر c 7 mod 33 c 7 m3 mod 33 m 3 التمثيل ) m الرقمي الرمز H 8 410338673 17 512 8 H E 5 8031810176 26 125 5 E L 12 35831808 12 1728 12 L O 14 78125 5 2744 14 O I 9 2187 3 729 9 I S 19 13492928512 28 6859 19 S M 13 893871739 19 2197 13 M ). ويبدأ المثال RSA ) استخدام هذه الخيارات في مثال على خوارزمية 4 - 7 ويوضح جدول بتحويل النص العادي إلى ش ، وهكذا. ويمك 2 = ) b ، ( = ) a ( ً � مث لتحدي التشفير وفك التشفير من الجدول.

ضوابط التشف 365 ) والتيب العددضر��بم ت RSA( تحليل الأعداد الكبيرة إلى عواملها الأولية ة من الأرقام الأولية �) بشأيض جميع الكبيرة. وإذا لم يكن كذلك، فإن المتس ب هذه الأعداد حتى يتمكن ضرالأعداد الأولي من الحصول على العدد غير عملي. وبناءً على ذلك إذا تم اس ٌالأع فإن خوارزمية نظرية العدد الأولي عي. وهذا أيضاً مساوٍ �) اللوغاريتم الطبي حيث تمثل ) يكون أولياً هو تقريباً احتمال أن العدد خانات. وبما أن (0. ولنفرض أن( 0حيث تمثل1 2.3log(n) �ل (001/2.3 * 10=lo g)1010(=10( .230 في (خانة فإن احتمال أن العدد أولي يصبح خانة فمن المرجح جداً أن نعثر على عدد (00وبعبارة أخرى إذا قمنا باختيار خانة. ويصل حجم تخزين الأجهزة (00230/(0(00( (0أولي. وبالتعاقب يوجد تقريباً بايت، ولذلك فمن غير العملي تخزين جميع الأعداد الأولية لاختراق خوارزمية (0الحاسوبية في العالم إلى قرابة RSA( دوال التجزئة تُستخدم دوال التجزئة لتحويل المدخلات إلى مخرجات ذات طول ثابت. ولهذا التحويل 2 فريد من المخرج� م�) كل عن(خاصيت المس ). ويمكن ملاحظة أن جميع المدخلات لها مخرجات فريدة (وهذا هو سبب تسمية هذا (0 إ(. لكن المدخلات من )(6التح الدالة: قاعدة توافق بين مجموعتين بحيث يتم إسناد كل عنصر فريد من المجموعة الثانية إلى عنصر محدد في )(6( .)Houghton-Mifflالمجموعة الأو

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 366 ً معينا ً نفس من المدخلات قد أدى إلى المخرجات المحددة. ) Hash function ): دالة التجزئة 10 - 7 الشكل لحفظ كلمات المرور. فإذا كانت ً س ُ فإن دالة التجزئة ت ً وكما ناقش كلمة المرور محفوظة كنص واضح فإن سرقة البيانات تؤدي إلى الحصول على كلمات المرور. ومن ثم فإن حفظ كلمة المرور كدالة تجزئة يساعد على حمايتها من السرقة. بإمكانك أن تختبر هل يحفظ الموقع الإلكتروني كلمة المرور كنص واضح أو كدالة تجزئة من خلال طلب كلمة المرور. فإذا قام الموقع بإرسال كلمة المرور ستعرف حينها أن الموقع يحفظ كلمة المرور كنص واضح. أما إذا كان على إرسال كلمة المرور. ً ن قادرا يحفظ كلمة المرور كدالة تجزئة فإنه لن يكو التشفير قيد الاستخدام: التحدي المتبقي في اس رس ُ الم وادعى أن ذلك المفتاح ً عاما ً مفتاحا تسلل ُ الخاص. لكن ما الذي س ). كيف ستكتش Bank of America هو المفتاح العام للبنك الأمري لذلك البن ً لي

ضوابط التشف 367 ). وبعد ذلك(التش سنناقش الإجراءات المستخدمة لبناء الثقة في المفاتيح العامة. تقنيات طبقة المنافذ الآمنة وبروتوكول أمن طبقة النقل الخاصة التقنيات الأكثر ش الآمن ) وتقنيLayer Security( )SSL/TLS SSL/TLS( في .)Network( )VPN VPN( في والس (التش ويتطلب (التش ك بشكل آمن قبل البدء بالتواصل السري. أما (التشفير بالمفتاح العام) �تبادل المفتاح المش فيس خصوصاً في الأجهزة الصغيرة. ومع ذلك حتى أبسط الأجهزة يمكنها باستخدام المفتاح العام استخدام (التشفير بالمفتاح العام) لفترة وجيزة بهدف تبادل المفتاح السري. لذل سرياً محلياً ويقوم بتشفيره باستخدام بالمفتاح العام. بعد ذلك يستحدث المستخدم مفتاحاً المفتاح العام للخادم. وهذا ينهي اس تشفير جميع التعاملات اللاحقة باستخدام المفتاح السري المشترك. التصديق عملياً التش وه

الفصل السابع أمن المعلومات وإدارة مخاطر تقنية المعلومات 368 ل التأكد من أن الرخصة صادرة � الع � دعى ب ُ بالفعل من إدارة تس ) والتي تعمل بش certificate authorities « المركب ). (( - 7 العام كما هو موضح في الشكل وتحص ). certificate authority « � من أح ) وذلك باستخدام IP ( � وتقوم هيئة التصديق بتشفير المفتاح العام لخادم الشبكة وعنوان ال ستخدم كشهادة تصديق. ُ مفتاحها الخاص والذي ي ): عملية تصديق المفتاح العام 11 - 7 الشكل التوثي تحتوي على التعريف بمزود المفتاح. وتقوم الخوادم بإرس بمفاتيح عامة ً � � ّ حم ُ م بأنفس لجميع هيئات التصديق المعروفة. وإذا كانت هيئة التصديق معروفة فإنه يتم فك ش التصديق باس