مقدمه :
بیشتر مردم قبل از ارسال نامه، پاکت آنرا مهر و موم می کنند و در آن را چسب می زنند. اگر از آنها بپرسید که چرا این کار می کنند، احتمالاً بعضی سریعاً این چنین پاسخهایی می دهند که ک «واقعاً نمی دانم»، « از روی عادت چرا که نه؟» و یا «چون همه اینکار را می کنند» ولی بیشتر جوابها حول این محور خواهد بود که ؛ «برای اینکه نامه از پاکت بیرون نیفتد» و یا «برای اینکه بقیه نامه را نخوانند». حتی اگر نامه ها حاوی هیچ اطلاعات شخصی مهم و حساسی نباشد باز بیشتر ما دوست داریم که محتوای مکاتیات شخصی مان به صورت خصوصی حفظ شود و برای همین پاکت را چسب می زنیم تا کسی به غیر از آنکسی که ارتباط با او انجام شده آنرا باز نکند و محتوای آن را نفهمد. اگر ما پاکت را بدون چسب یا مم نفرستیم هرکسی که نامه به دستش برسد می تواند آنرا بخواند. در حقیقت آنها می خواهند که این نفوذ وجود داشته باشد و منعی هم برای آنچه می خواهد وجود ندارد. از این گذشته اگر آنها نامه را بعد از مطالعه درون پاکت قرار داده باشند ما متوجه نمی‌شویم که کسی آنرا خوانده.
برای بیشتر مردم ارسال Email یک جایگزین خوب برای استفاده از پست است. Email یک روش سریع ارتباطی است که مسلماً بدون پاکت ارتباط را انجام می دهد. در حقیقت اغلب گفته شده ارسال Email مثل ارسال یک نامه بدون پاکت است. واضح است که هر کسی بخواهد پیغام محرمانه یا شاید پیغام شخصی را به وسیله Email بفرستد باید روشهای دیگر محافظت آنرا بیابد یک راه حل عمومی، رمزنگاری و رمزگذاری پیغام است.
اگر پیغام رمز شده ای بدست شخصی غیر از طرف ارتباطی شما بیافتد، باید برایش به صورت نامفهوم پدیدار شود. استفاده از رمزگذاری برای محافظت Email ها هنوز به طور گسترده در نیامده است اما در حال افزایش است و این افزایش کماکان ادامه دارد. در ما می سال 2001 یک گروه اروپایی پیشنهاد کرد که تمام کاربران کامپیوتری باید تمام Email هایشان را رمز کنند تا مورد جاسوسی از طرف شبکه های استراق سمع آمریکایی و انگلیس قرار نگیرد.
بخش 1
مفاهیم رمز نگاری
مقدمه
در این درس ما به معرفی اصطلاحات فنی و علمی و مفاهیم رمزنگاری می پردازیم. سمت و سوی کار ما غیررسمی شدن و ارائه مطالب به صورت یک نمای عمومی و کلی است.
مفاهیم پایه
هدف سیستم رمز کننده، تغییر قیافه اطلاعات محرمانه به روشی است که برای یک شخص غیرمجاز نامفهوم باشد. دو تا از بیشترین استفاده ی آن به اینصورت است؛ برای ذخیره با امنیت داده ها در یک فایل کامپیوتری و یا برای انتقال آن از طریق یک کانال نا امن مثل اینترنت. در هر دو صورت این نکته را باید مورد توجه قرار داد که نمی خواهیم که شخص غیرمجاز بتواند به آن دسترسی داشته بلکه می خواهیم که بتواند آنرا بخواند ولی از آن چیزی متوجه نشود.
اطلاعات پنهان سازی شده اغلب توسط عمل تغییر شکل بدست می آید که به آن رمزگذاری (encryption) گفته می شود. متن ساده ای که رمز شده، متن رمز شده (chiphertext) یا پیغام پنهان (cryptogram) نامیده می شود و مجموعه قواعد استفاده شده برای رمزگذاری متن ساده را الگوریتم رمزگذاری (encryption Algorithm) می نامند. معمولاً عملکرد این الگوریتم وابسته به یک کلید رمز است (encryption key) که توسط یک پیغام به الگوریتم وارد می شود. گیرنده می تواند پیغام را توسط یک الگوریتم رمزگشایی که، وقتی با یک کلید رمزگشایی مناسب استفاده می شود، متن اصلی را از متن رمز شده تولید می کند، از پیغام پنهان بدست بیاورد.
به طور کلی مجموعه قواعدی که این الگوریتم های رمزنگاری را تشکیل می دهند خیلی پیچیده هستند و نیاز به طراحی دقیق دارند.
شکل زیر بیان تصویری است از استفاده از سیستم رمزکننده برای محافظت یک پیغام انتقالی.
به هر شخصی که پیغام را در جریان انتقال قطع کند، جداسازنده (interceptor) می گویند. بعضی کلمات کلیدی دیگری نیز در نظر گرفته شده و استفاده می شود مثل ؛ استراق سمع کننده (earesdropper)، دشمن (enemy)، رقیب (adversay) و یا آدم بد (bad guy). اگر هم جدا سازنده الگوریتم رمزگشایی را بداند، کلید رمز را نمی داند. این ندانستن که ارزوی دانستنش را دارد باعث می شود که نتواند متن اصلی را بدست آورد. رمزنگاری (cryptography) علم طراحی سیستمهای رمز کننده است. در حالی که کشف رمز (cryptanalysis) نامی است که برای فرآیند کشف اطلاعات متن اصلی به وسیله متن رمزشده، بدون داشتن کلیدی خاص اطلاق می‌شود.
Cryptology مجموعه ایست حاوی رمزنگاری و کشف رمز.
برای مثال فرض کنید که اشخاصی اطلاعات رمز شده ای را روی لپ تاپشان ذخیره می کنند. واضح است که آنها نیاز به روشهایی برای حفظ کلید رمزگشایی نزد خودشان دارند. اگر کلید روی تکه کاغذی یادداشت شود و روی لپ تاپ چسبانده شود واضح است که اگر لپ تاپ به سرقت برود، خودبخود کلید رمزگشایی هم به دست سارق افتاده است و او دیگر نیازی به استفاده از روشهای کشف رمز ندارد. این فقط یک نمایش ساده از این نکته است که؛ امنیت اطلاعات چیزی فراتر از استفاده از یک الگوریتم رمزکننده ی خوب است.
دقیقاً همانطور که بارها تاکید شده، حفاظت کلیدها برای سیستمهای امنیتی موضوعی حیاتی و مهم است.
بیشتری کاری که حمله کنندگان انجام می دهند تلاش برای تعیین و بدست آوردن کلید رمزگشایی است. اگر موفق شود، از آن پس دارای اطلاعاتی است که تا هنگام تغییر مجدد کلید رمز می تواند تمام پیغامها را رمزگشایی کند. با این حال امکان دارد مواردی وجود داشته باشد که هدف اصلی یک حمله کننده فقط خواندن یک پیغام خاص باشد. معهذا وقتی نویسندگان عنوان شکسته شده را به یک الگوریتم می دهند معمولاً به این معنی است که حمله کننده یک راه عملی برای تعیین کلید رمزگشایی پیدا کرده است.
یقیناً، یک حمله کننده فقط زمانی قادر به شکست یک الگوریتم است که اطلاعات کافی برای شناخت کلید صحیح یا تشخیص کلید نادرست را داشته باشد. اما رسیدن این اطلاعات اضافی به حمله کننده خودش امر بسیار مهمی است. برای مثال فرض کنید که حمله کننده می داند که متن اصلی به زبان انگلیسی است و رمزگشایی با یک کلید حدسی، متنی را به ما می دهد که بی معنی می‌باشد. در این حالت کلیدی که حدس زده شده اشتباه بوده است یک واقعیت مهم که باید از مقدمه ما تمیز داده شود این است که؛ برای بدست آوردن پیغام از روی متن رمز شده، لازم به داشتن کلید رمز نیست. این نظر ساده پایه ی مقاله ی Diffie-Hellman است. این مقاله تاثیر شدیدی روی رمزنگاری مدرن داشته است و منجر به این شد که یک بخشبندی طبیعی به 2 نوع از سیستمهای رمزکننده ایجاد شود؛ متقارن (Symmetric) و نا متقارن (Asymmetric).
سیستم رمز کننده ای را متقارن یا موسوم (Conventional) گویند که استنباط کلید رمزگشایی از کلید رمز کننده ساده باشد. در عمل در سیستمهای متقارن اغلب این دو کلید یکسان هستند. بنابراین اینگونه سیستمها اغلب سیستمهای تک کلید (One-key) یا کلید- مخفی (Secret-Key) نامیده می شوند. در واقع اگر فهمیدن کلید رمزگشایی از روی کلید رمزکننده غیرممکن باشد، در آنصورت سیستم نامتقارن یا کلید عمومی نامیده می شود. باید یک دلیل برای مجزا کردن این دو نوع وجود داشته باشد. برای پیشگیری از یک جدا سازنده که، الگوریتم را هم در اختیار دارد، از بدست آوردن متن اصلی از متن رمزشده ی جدا شده، لازم است که کلید رمزگشایی مخفی باشد. لزومی به مخفی بودن کلید رمز نیست و دانستن این کلید به کار حمله کننده نمی آید. در حقیقت این کلید می تواند عمومی باشد و معمولاً هم اینگونه است. یک نتیجه این است که برای دریافت کننده و ارسال کننده یک متن نیازی به اشتراک گذاری هر رمز مشترکی بین دو طرف وجود ندارد. در اصل نیازی نیست که دو طرف به هم اطمینان داشته باشند.
با وجود اینکه گفته های پاراگراف آخری واضح است، ولی نتایج آنها بسیار وسیع است. دیاگرام بالای ما تحت این قضیه است که فرستنده و دریافت کننده یک جفت از کلیدهای منطبق را دارند ولی در عمل رسیدن به این وضع بسیار سخت و مشکل است. برای مثال در یک سیستم متقارن ممکن است نیاز به توزیع تعدادی کلید مخفی قبل از اینکه پیغام مخفی بتواند رد و بدل شود، باشد. موضوع ایجاد محافظت کافی برای این کلیدها نباید دست کم گرفته شود. در یکی از مشکلترین جنبه های بدست آوردن یک سیستم امن است. اگر سیستم متقارن است، همانطور که قبلاً دیده شد، ممکن است نیاز به قابلیت پخش کلیدها و مخفی سازی آنها اجتناب شود، فقط کلید رمزکننده پخش می شود و نیازی به مخفی سازی آن نیست. با این وجود این مشکل یا مشکل دیگری جایگزین می شود که این مشکل عبارتست از: تضمین اعتبار هر طرف دارای کلید رمز کننده.
هنگام شرح تفاوت بیت سیستمهای متقارن و نامتقارن ما فرض کردیم که حمله کنده از الگوریتم اطلاع دارد. در حقیقت این موضوع همیشه صحیح نیست. با این وجود برای طراحی یک سیستم خوب بهتر است که این فرض را که، حمله کننده دارای دانش بالا و اطلاعات هوشمندانه ی عمومی است، منظور کرد. یک قاعده ی کلی معروف برای رمزنگاری وجود دارد که ادعا می کند، امنیت سیستم رمزنگاری نباید وابسته به مخفی سازی الگوریتم رمزنگاری باشد. امنیت باید تنها وابسته به مخفی سازی کلید رمزگشایی باشد.