كل ما تود معرفته عن خوارزمية التشفير المتماثل RC4
خوارزمية التشفير المتماثل RC4
يستمر البحث عن الخصوصية والأمان في عالم الإنترنت الرحب، وتظل الخوارزميات الموثوقة هي الحجر الأساس في الحفاظ على سرية وسلامة البيانات ضد أي هجوم سيبراني محتمل.
واحدة من تلك الخوارزميات هي RC4. بدأت هذه الخوارزمية التي تُعتبر من أخفّ الخوارزميات وأسهلها تنفيذًا، كأداة تشفير قادرة على تزويد مستخدمي الشبكة بالأمان اللازم لبياناتهم.
ومع ذلك، فإن المرور عبر الزمن قد كشف عن عدة جوانب قد لا تكون في صالح الاستمرارية العملية لهذه الأداة.
في هذا المقال، سنقوم برحلة استكشافية لفهم أعماق RC4، تاريخها الطويل، والعمليات التي تقوم بها عبر الفقرات التالية:
- ما هو تشفير RC4 وما هي أهميته؟
- ما هي تطبيقات خوارزمية تشفير RC4 وما هي أنواعه؟
- آلية عمل التشفير بواسطة RC4
- آلية فك التشفير باستخدام RC4
- ما هي مزايا وسلبيات خوارزمية تشفير RC4؟
- ما هي نقاط ضعف خوارزمية التشفير المتماثل RC4؟
ما هو تشفير RC4 وما هي أهميته؟
تشفير RC4، المعروف باسم Rivest Cipher 4، هو اختراع لرونالد ريفست في عام 1987، ابتكره لشركة RSA Security.
و هذا النوع من التشفير يتبع نمط التشفير التياري الذي يشفر البيانات بت لبت. تشفير RC4 يعد من شفرات الدفق التي تحظى بشعبية كبيرة نظرًا لبساطة تصميمه وكفاءته في التشغيل.
يتميز تشفير RC4 بتغير حجم التشفير الذي يتم بوحدات البايت ويستخدم مفاتيح تشفير يمكن أن تكون بأحجام 64 أو 128 بت.
و يشيع استخدامه في البروتوكولات مثل طبقة المقابس الآمنة (SSL)، وأمان طبقة النقل (TLS)، وكذلك في معيار الشبكات اللاسلكية IEEE 802.11.
التشفير أساسي لأنه يحمي البيانات من الوصول غير المرخص. عبر التشفير، تصبح البيانات التي نشاركها أو نستقبلها غير متاحة للأطراف الغير مصرح لها.
ويتم التشفير إما باستخدام مفتاح سري أو مزيج من مفتاح عام وآخر خاص، حيث يملك الطرفان – المرسل والمتلقي – كلا المفتاحين، ويستخدمانها لتشفير وفك تشفير النصوص.
رونالد ريفست طور خوارزمية RC4 أثناء عمله مع شركة RSA Security عام 1987. Rivest Cipher 4، الذي يشتهر أيضاً بـ Ron’s Code، ظل كسراً تجارياً حتى انتشر كوده في المجال العام ولم يُصنف بعد ذلك على أنه سر تجاري.
تفاصيل الخوارزمية لم تنشر صراحة من قِبل رونالد حتى عام 2014، حينما شرح تاريخ RC4 في صفحة الموسوعة ويكيبيديا باللغة الإنجليزية.
ما هي تطبيقات خوارزمية تشفير RC4 وما هي أنواعه؟
تطبيقات RC4 تشمل استخدامها في بروتوكولات الأمان مثل WEP الذي ظهر في عام 1997 وWPA الذي ظهر في عام 2003.
كما وجد أيضًا استخدامًا في SSL الذي بدأ في عام 1995 وله خليفة هو TLS الذي بدأ في عام 1999.
تنتشر تطبيقات RC4 على نطاق واسع نظرًا لسهولة استخدامه وتنفيذه في البرمجيات والعتاد الإلكتروني.
أنواع RC4
أما عن أنواع RC4، فتتنوع بين:
- Spritz
- RC4A
- VMPC
- و RC4A+.
- Spritz: يسمح بتوليد بيانات للتجزئة التشفيرية، ومولدات البتات العشوائية الحتمية (DRBG)، ويدعم التشفير ببيانات مرتبطة (AEAD).
- RC4A: الذي طرحه سوراديوتي بول وبارت برينيل، يعتبر أكثر قوة مقارنة مع RC4.
- VMPC: هو اختلاف لـ RC4 يُعرف باسم تكوين الخلط المتغير.
- RC4A+: هو إصدار معدل من RC4 يضم جدول مفاتيح ذو تصميم مطور ثلاثي الأطوار مع معالجة تستهلك وقتًا يقارب ثلاثة أضعاف الوقت الخاص بRC4 ووظيفة إخراج تجري عبر أربع عمليات بحث إضافية في مصفوفة S لإنتاج كل بايت، وهي تستغرق حوالي 1.7 مرة في الزمن المقارن بالنسخة الأساسية لـ RC4.
آلية عمل التشفير بواسطة RC4
كما أن عملية التشفير باستخدام RC4 تبدأ بقيام المستخدم بإدخال النص الأساسي ومفتاح تشفير سري.
بعدها يقوم محرك التشفير بعد ذلك بتوليد تدفق المفاتيح عبر استخدام الخوارزميات KSA و PRGA.
يجري بعد ذلك عملية XOR بين تدفق المفاتيح والنص الأصلي، وتتم هذه العملية بايت بعد بايت لإنتاج نص مشفر.
وفي الختام يرسل المستخدم النص المشفر إلى المستلم الذي يُجري عندها فك التشفير؛ ونتيجة لذلك يستعيد النص الأصلي.
آلية عمل فك التشفير بواسطة RC4
فيما يتعلق بفك التشفير، يتم استخدام نفس عملية XOR البايتية التي يتم استخدامها في التشفير على النص المشفر.
على سبيل المثال، إذا كان A هو النص الأساسي و B هو تدفق المفاتيح، فإن العملية (A XOR B) XOR B ستعيد النص الأساسي A.
ما هي مزايا وسلبيات خوارزمية تشفير RC4؟
من مزايا تشفير RC4:
- سهولة الاستعمال
- سرعة التنفيذ مقارنةً بتشفيرات أخرى.
- ميزة قوة التشفير وسهولة التطبيق.
- عدم حاجة إلى كميات كبيرة من الذاكرة.
- القدرة على التنفيذ على تدفقات بيانات كبيرة.
ومع ذلك، لدى تشفير RC4 عدة سلبيات مثل:
- قابليته لهجمات تقليب البتات إذا لم يتم استخدامه مع MAC قوي.
- عدم توفيره لتقنيات المصادقة.
- الحاجة لتحليل إضافي قبل الدمج في الأنظمة الجديدة.
- لا يتناسب تشفير RC4 مع تدفقات البيانات الصغيرة وقد يواجه مشاكل إذا لم يتم التعامل بحذر مع بداية تدفق المفاتيح أو مع المفاتيح التي ليست عشوائية أو ذات صلة بالخوارزمية.
ما هي نقاط ضعف خوارزمية التشفير RC4؟
يفرض RC4 مشكلات أمنية تجعل من استخدامه في تطبيقات التشفير الجديدة أمرًا غير منصوح به بسبب عدة نقاط ضعف:
- أولًا، يظهر RC4 تحيزات أساسية في خوارزمية جدولة المفاتيح، مما يؤدي إلى تحيزات إحصائية في تدفق المفاتيح المولد. وهذه التحيزات تفتح الباب أمام المهاجمين لاستنتاج معلومات حول المفتاح السري مما قد يسمح باسترجاع أجزاء من النص الأساسي.
- ثانيًا، تعتبر البايتات الأولى التي ينشئها RC4 ضعيفة جدًا، وتظهر تحيزات يمكن استغلالها في التنبؤ بأجزاء من النص الأساسي أو تخمينها.
- ثالثًا، يشكل هجوم فلوهرر ومانتين وشامير (FMS) خطرًا خاصًا على RC4 ويستهدف الاستفادة من خلل أمني في البايتات الأولية لتدفق المفاتيح، حيث يُمكن لهذا الهجوم استرداد أجزاء من المفتاح بتحليل التحيزات في تدفق المفاتيح المنتج.
- رابعًا، هجوم بار ميتزفه يداهم الثغرات الأمنية لخوارزمية RC4، ما يتيح للمهاجمين فرصة لاستعادة أجزاء من النص الأساسي، خاصةً عند استخدام RC4 في بروتوكولات معينة تبدي تحيزات في تدفق المفاتيح.
- خامسًا وأخيرًا، RC4 يواجه خطر التعرض لمختلف تقنيات تحليل التشفير، ومع مرور الزمن وكشف المزيد من الضعفات الأمنية، يزداد خطر الهجمات الناجحة ضده بشكل ملحوظ مع تطور تقنيات تحليل الشفرات.
ختامًا:
على الرغم من أن خوارزمية RC4 كانت في يوم من الأيام رائدة في عالم التشفير التقني بسبب سرعتها وبساطتها، إلا أن الزمن قد كشف عن النقاب لنقاط الضعف التي تحملها.
وقد سلطت الضوء على أهمية التطوير المستمر والاختبار الدقيق للخوارزميات من أجل تأمين البيانات في ظل تهديدات أمنية متطورة.
بينما تتقادم RC4 وتتراجع في الاستخدام العملي، تظل دراسة تراثها في ميدان التشفير مهمة؛ فهي توفر دروسًا قيمة في التصميم والتحليل الأمني.
ومن الضروري أن يسعى المتخصصون في مجال الأمان السيبراني إلى استخدام بدائل أكثر أمانًا والانخراط في تطوير وتنفيذ بروتوكولات تشفير تتمتع بمقاومة أعلى للتهديدات.
وذلك من أجل ضمان حماية المعلومات في عالمنا الذي يزداد اتصالاً وتقنية يومًا بعد يوم.
اقرأ أيضًا: