ما هو تشفير One-Time Pad؟ الفرق بينه وبين رموز OTP

يُشفّر One-Time Pad، أو نظام المفتاح المستخدم مرة واحدة، الرسالة بمفتاح عشوائي سري يساويها في الطول. ويُستخدم جزء جديد من المفتاح في كل عملية تشفير. عند استيفاء شروط صارمة، لا تمنح مشاهدة النص المشفّر المهاجم أي معلومات إضافية عن الرسالة.

قد يشير الاختصار OTP أيضًا إلى كلمة مرور أو رمز دخول يُستخدم مرة واحدة. لكن One-Time Pad ورمز الدخول OTP والرابط الذي يُفتح مرة واحدة تعالج مشكلات مختلفة.

شروط One-Time Pad الحقيقي

لتشفير رسالة طولها n بت، يتطلب البناء الثنائي n بت سرية جديدة من المفتاح:

• اختيار المفتاح وفق توزيع منتظم: يجب أن تكون فرصة اختيار كل مفتاح من n بت متساوية.
• توليده بصورة مستقلة عن الرسالة وعن بقية أجزاء المفتاح.
• إبقاؤه سريًا عن المراقب.
• استخدام كل جزء لتشفير رسالة واحدة فقط. لا تُعد استخدام أجزاء متداخلة في عملية تشفير أخرى.

تقوم على هذه الافتراضات حجة الأمان في فصل Mike Rosulek عن One-Time Pad. ولا تحققها عبارة سهلة التذكر أو مفتاح تتكرر أجزاؤه.

مثال XOR من أربعة بتات

تُكتب عملية XOR بالرمز ⊕. وتنتج 0 إذا تطابق البتان و1 إذا اختلفا. تجمع عملية التشفير بين الرسالة والمفتاح، ثم يُطبَّق المفتاح نفسه مرة أخرى لفك التشفير.

في هذا المثال، الرسالة هي 1010، والمفتاح 0110، والنص المشفّر 1100. يؤدي تكرار XOR بالمفتاح نفسه إلى إلغاء أثره. يوضح المثال الجانب الرياضي؛ أما المراسلة الفعلية فتحتاج أيضًا إلى إدارة آمنة للمفاتيح والتحقق من الهوية.

ماذا تعني السرية التامة فعلًا؟

في القسم 10 من بحث Claude Shannon الأصلي، تعني السرية التامة أن معرفة النص المشفّر لا تغيّر الاحتمالات التي ينسبها المراقب إلى الرسائل المحتملة.

وهذا لا يتطلب أن تكون جميع الرسائل متساوية الاحتمال. إذا كانت رسالة بطول معين أرجح من غيرها قبل رؤية النص المشفّر، فقد تظل أرجح بعد رؤيته. فالنص المشفّر لا يضيف دليلًا جديدًا. كما أن النموذج المعتاد ذا الطول الثابت لا يخفي توقيت التواصل أو أطرافه أو طول الرسالة.

لماذا تُبطل إعادة استخدام المفتاح هذا الضمان؟

إذا استخدمت رسالتان متساويتان في الطول المفتاح K نفسه، فإن C1 = M1 ⊕ K وC2 = M2 ⊕ K. وعند جمع النصين المشفّرين بعملية XOR يُلغى K:

C1 ⊕ C2 = M1 ⊕ M2

يعرف المهاجم عندئذ علاقة بين الرسالتين. ولا يعني ذلك انكشاف النصين كاملين تلقائيًا. لكن معرفة جزء من النص الأصلي تكشف الجزء المقابل من المفتاح، ثم الجزء الموافق له من الرسالة الأخرى. وقد يساعد التركيب المتوقع للرسالة أيضًا على اختبار التخمينات.

قيود عملية لا تحلّها المعادلة

يجب أن يكون الطرفان قد تشاركا مسبقًا كمية كافية من المفتاح السري. وعليهما حماية تخزينه، ومزامنة مواضع الاستخدام، ومنع تطبيق الأجزاء المستهلكة مرة أخرى. تزداد كمية المفاتيح الواجب توزيعها بزيادة المعلومات المرسلة؛ وعملية XOR لا تحل مشكلة التوزيع هذه.

لا يوفّر المفتاح وحده سلامة الرسالة ولا التحقق من هوية المرسل. فتغيير بت في النص المشفّر يغيّر البت المقابل بعد فك التشفير، من دون تحذير مدمج. ولا تكفي السرية وحدها لإثبات مَن أرسل الرسالة أو ما إذا عُدّلت.

One-Time Pad ورمز الدخول OTP ورابط العرض لمرة واحدة

يصف القسم 3.1.4 من إرشادات NIST لأدوات المصادقة رموز الدخول OTP التي تُنشأ باستخدام سر أداة المصادقة وقيمة زمنية أو عدّاد. وظيفتها التحقق من الهوية، وليست مفاتيح One-Time Pad لتشفير الرسائل.

ما علاقة LOCK.PUB بذلك؟

تطبّق أداة One-Time Secret من LOCK.PUB سياسة للوصول. وهي لا تنفّذ نظام One-Time Pad، ولا توفّر تشفيرًا من طرف إلى طرف أو نموذجًا عديم المعرفة: فالخادم يعالج النص الصريح للمذكرة. بعد عرض المحتوى بنجاح باستخدام كلمة المرور الصحيحة، تُمنع عمليات فتح جديدة. ولا يعني ذلك حذف المحتوى المخزّن فورًا، ولا استرجاع الملفات المنزّلة أو لقطات الشاشة أو النسخ الأخرى.

للمشاركة العملية، راجع دليل المذكرات السرية. ويوضّح دليل تشفير النصوص ما ينبغي مراعاته عند حماية النص.

أسئلة شائعة

هل يستحيل كسر تشفير One-Time Pad؟

يوفّر النظام المثالي السرية التامة عند تحقق افتراضاته. أما انكشاف المفتاح، وإعادة استخدام أجزائه، واختراق الأجهزة الطرفية، والتلاعب بالرسائل، فتحتاج إلى معالجة منفصلة.

هل يمكن لبذرة قصيرة أن تنتج مفتاحًا حقيقيًا من هذا النوع؟

يمكن لمولّد شبه عشوائي آمن توسيع بذرة قصيرة إلى قناع أطول، وتقديم أمان حسابي وفق افتراضات معينة. لكن مخرجاته ليست موزّعة بانتظام على جميع السلاسل الثنائية الأطول، ولذلك لا توفّر السرية التامة لنظام One-Time Pad.

هل تعني «مرة واحدة» أن الرسالة تختفي؟

في نظام One-Time Pad تصف العبارة استخدام المفتاح، وفي الرابط تصف الوصول. ولا تثبت أي منهما وحدها حذف المحتوى، ولا تزيل النسخ التي أُنشئت بالفعل.