رمزگذاری داده ها عبارت است از تبدیل متن یا داده های ساده به فرمی رمزگذاری شده یا غیرقابل خواندن، که به عنوان متن رمزی شناخته می شود، تا از محرمانه بودن و یکپارچگی اطلاعات محافظت کند. این تضمین می‌کند که فقط اشخاص مجاز می‌توانند به اطلاعات دسترسی داشته باشند و آنها را درک کنند، حتی اگر توسط اشخاص غیرمجاز رهگیری یا به آن دسترسی پیدا کنند.
رمزگذاری از یک الگوریتم یا رمز برای تبدیل متن یا داده های ساده به متن رمز استفاده می کند. این الگوریتم از یک کلید، که مجموعه ای منحصر به فرد از کاراکترها یا کدها است، برای رمزگذاری داده ها استفاده می کند. این کلید همچنین برای رمزگشایی متن رمز و تبدیل آن به متن یا داده ساده استفاده می شود.
در برنامه های مختلف از جمله ایمیل، پیام رسانی، ذخیره سازی فایل و تراکنش های آنلاین استفاده می شود. همچنین برای ایمن سازی داده ها در حین انتقال از طریق شبکه ها، مانند اینترنت، برای محافظت در برابر شنود و شنود استفاده می شود. رمزگذاری برای محافظت از اطلاعات حساس و حفظ محرمانه بودن و حفظ حریم خصوصی مهم است. به طور کلی، نقش مهمی در امنیت رایانه ایفا می کند.
انواع رمزگذاری
دو نوع اصلی رمزگذاری وجود دارد: متقارن و نامتقارن. در رمزگذاری متقارن، از همین کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می شود. این بدان معناست که کلید باید مخفی نگه داشته شود و فقط بین طرف هایی که نیاز به دسترسی به اطلاعات دارند به اشتراک گذاشته شود. در رمزگذاری نامتقارن که به رمزگذاری کلید عمومی نیز معروف است، از دو کلید استفاده می شود: کلیدهای عمومی و خصوصی. کلید عمومی آزادانه به اشتراک گذاشته می شود و برای رمزگذاری داده ها استفاده می شود، در حالی که کلید خصوصی مخفی نگه داشته می شود و برای رمزگشایی داده ها استفاده می شود.
رمزگذاری متقارن
همچنین به عنوان رمزگذاری کلید مخفی شناخته می شود، نوعی رمزگذاری است که از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می کند. این بدان معناست که هم فرستنده و هم گیرنده داده باید به یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها دسترسی داشته باشند.
متن ساده با استفاده از یک الگوریتم ریاضی به نام رمز متقارن کلید در رمزگذاری متقارن به متن رمزی تبدیل می شود. این الگوریتم از کلید مخفی استفاده می کند تا متن ساده را به شکلی غیرقابل خواندن درهم کند و سپس به گیرنده منتقل شود. گیرنده از همان کلید برای رمزگشایی متن رمز شده و بازیابی متن اصلی استفاده می کند.
این یک روش سریع و کارآمد برای رمزگذاری است که آن را برای برنامه هایی که به انتقال داده با سرعت بالا نیاز دارند، مناسب می کند. همچنین اجرای آن نسبتاً ساده است و به قدرت پردازش کمتری نسبت به رمزگذاری نامتقارن نیاز دارد.
الگوریتم های رمزگذاری متقارن شامل استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES)، استاندارد رمزگذاری داده ها (DES) و DES سه گانه (۳DES) است. AES امروزه پرکاربردترین الگوریتم رمزگذاری متقارن است و از امنیت بالایی برخوردار است.
محدودیت های رمزگذاری متقارن
با این وجود، رمزگذاری متقارن با محدودیت‌هایی همراه است. یکی از محدودیت‌های اصلی آن نیاز به داشتن دسترسی هر دو طرف به یک کلید است. این موضوع می‌تواند در هنگام ارسال داده‌ها از طریق شبکه‌های عمومی مانند اینترنت چالش برانگیز باشد، زیرا کلید باید به طور ایمن به گیرنده منتقل شود تا اطمینان حاصل شود که داده‌ها محرمانه باقی می‌مانند. به علاوه، امنیت رمزگذاری به قدرت و محرمانی کلید بستگی دارد. اگر کلید در معرض خطر قرار گیرد، امنیت رمزگذاری نیز به خطر می‌افتد.
از این روش به عنوان یک ابزار قدرتمند برای ایمن سازی داده‌ها استفاده می‌شود، به خصوص زمانی که سرعت و کارایی اهمیت دارد. این روش به طور گسترده در برنامه‌هایی مانند ارتباطات امن، ذخیره‌سازی داده‌ها و تراکنش‌های آنلاین مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، نیاز هر دو طرف به دسترسی به کلید یکسان و احتمال خطرناک شدن کلید، مواردی است که باید در نظر گرفته شوند هنگام استفاده از رمزگذاری متقارن. بنابراین، استفاده از الگوریتم‌های رمزگذاری قوی و حفظ محرمانی کلیدهای رمزگذاری برای اطمینان از حفظ محرمانگی و یکپارچگی اطلاعات حساس بسیار اهمیت دارد.
رمزگذاری نامتقارن
علاوه براین، به عنوان رمزگذاری کلید عمومی معروف است، که از دو کلید مجزا برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کند. این امکان برقراری ارتباط امن بین دو طرف را از طریق یک شبکه ناامن مانند اینترنت بدون نیاز به کلید مخفی مشترک فراهم می‌کند.
در رمزگذاری نامتقارن، هر کاربر دارای یک جفت کلید است: یک کلید عمومی و یک کلید خصوصی. کلید عمومی به طور گسترده‌ای توزیع شده است و می‌تواند آزادانه با هر کسی که نیاز به رمزگذاری داده‌ها برای ارسال به کاربر دارد، به اشتراک گذاشته شود. کلید خصوصی مخفی نگه داشته می‌شود و برای رمزگشایی داده‌هایی که با استفاده از کلید عمومی رمزگذاری شده اند، استفاده می‌شود.
هنگامی که یک فرستنده می‌خواهد پیامی را برای گیرنده ارسال کند، از کلید عمومی گیرنده برای رمزگذاری پیام استفاده می‌کند. سپس گیرنده از کلید خصوصی خود برای رمزگشایی پیام استفاده می‌کند. فقط گیرنده مورد نظر می‌تواند پیام را بخواند. هیچ کس دیگری نمی‌تواند به کلید خصوصی خود دسترسی داشته باشد.
این نوع از رمزگذاری کندتر و پیچیده‌تر از روش متقارن است و به قدرت پردازش بیشتر و اندازه کلید بزرگتر نیاز دارد. با این حال، از رمزگذاری متقارن ایمن‌تر است، زیرا نیاز به یک کلید مخفی مشترک که ممکن است به خطر بیفتد را از بین می‌برد. معمولاً برای ارتباطات امن، امضای دیجیتال و احراز هویت آنلاین استفاده می‌شود.
محدودیت های رمزگذاری نامتقارن
یک محدودیت این است که به طور کلی کندتر و از نظر محاسباتی فشرده تر از رمزگذاری متقارن است. این می تواند آن را برای برنامه هایی که نیاز به انتقال داده با سرعت بالا دارند، کمتر مناسب کند. علاوه بر این، پیاده سازی و مدیریت آن می تواند پیچیده تر از متقارن باشد، زیرا به مدیریت کلیدهای عمومی و خصوصی نیاز دارد.
محدودیت دیگر احتمال به خطر افتادن کلید است. در حالی که کلید خصوصی مخفی نگه داشته می شود، همچنان در برابر سرقت یا دسترسی غیرمجاز آسیب پذیر است. اگر کلید خصوصی به خطر بیفتد، مهاجم می تواند هر پیامی را که با کلید عمومی مربوطه رمزگذاری شده است رمزگشایی کند.
به طور کلی، این ابزار قدرتمندی برای ایمن سازی داده ها است و به طور گسترده در ارتباطات امن، امضای دیجیتال و برنامه های احراز هویت آنلاین استفاده می شود. با این حال، محدودیت‌های آن، مانند عملکرد کندتر و احتمال به خطر افتادن کلید، باید هنگام انتخاب روشی برای یک مورد خاص در نظر گرفته شود. رمزگذاری متقارن و نامتقارن هر دو ابزار مهم در امنیت داده ها هستند و انتخاب روش رمزگذاری به نیازهای خاص برنامه و سطح امنیت مورد نیاز بستگی دارد.
الگوریتم های رمزگذاری رایج
بسیاری از الگوریتم های رمزگذاری امروزه مورد استفاده قرار می گیرند که هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف هستند. در اینجا برخی از الگوریتم های رمزگذاری رایج وجود دارد:
۱- استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES)
این یک الگوریتم رمزگذاری متقارن است که به طور گسترده برای رمزگذاری داده ها و اطمینان از محرمانه بودن آنها استفاده می شود. AES بسیار امن در نظر گرفته می شود و در برنامه های مختلف از جمله تراکنش های آنلاین، پیام رسانی و ذخیره سازی داده ها استفاده می شود.
AES از رمز بلوکی با اندازه بلوک ثابت ۱۲۸ بیت و اندازه کلید ۱۲۸، ۱۹۲ یا ۲۵۶ بیت استفاده می کند. این الگوریتم مبتنی بر رمز Rijndael است که توسط رمزنگاران بلژیکی Joan Daemen و Vincent Rijmen در اواخر دهه ۱۹۹۰ توسعه یافت. AES به عنوان الگوریتم رمزگذاری استاندارد توسط موسسه ملی استانداردها و فناوری ایالات متحده (NIST) در سال ۲۰۰۱، پس از رقابت عمومی برای انتخاب یک استاندارد رمزگذاری جدید انتخاب شد.
AES با تقسیم متن ساده به بلوک‌های با اندازه ثابت و سپس اعمال یک سری عملیات ریاضی، به نام دور، برای هر بلوک کار می‌کند. هر دور شامل جایگزینی مقادیر در بلوک، جابجایی سطرها، مخلوط کردن ستون‌ها و افزودن یک کلید گرد است. کلید گرد از کلید رمزگذاری مشتق شده است و برای هر دور منحصر به فرد است.
قدرت AES در پیچیدگی عملیات ریاضی مورد استفاده و اندازه کلید نهفته است. هرچه اندازه کلید بزرگتر باشد، شکستن رمزگذاری دشوارتر است. AES-128، که از یک کلید ۱۲۸ بیتی استفاده می کند، در برابر تمام حملات شناخته شده ایمن در نظر گرفته می شود، در حالی که AES-192 و AES-256 سطوح امنیتی بیشتری را ارائه می دهند.
۲- Rivest-Shamir-Adleman (RSA)
Rivest-Shamir-Adleman (RSA) یک الگوریتم رمزگذاری نامتقارن است که به طور گسترده برای ارتباطات امن و امضاهای دیجیتال استفاده می شود. برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها از دو کلید، یک کلید عمومی و یک کلید خصوصی استفاده می کند. کلید عمومی را می توان آزادانه با هر کسی که نیاز به ارسال داده های رمزگذاری شده دارد به اشتراک گذاشت، در حالی که کلید خصوصی مخفی نگه داشته می شود و برای رمزگشایی داده ها استفاده می شود. RSA بر اساس دشواری فاکتورگیری اعداد اول بزرگ است و بسیار امن در نظر گرفته می شود. این به طور گسترده در ارتباطات ایمن، امضای دیجیتال و برنامه های احراز هویت آنلاین استفاده می شود.
۳- استاندارد رمزگذاری داده ها (DES)
استاندارد رمزگذاری داده ها (DES) یک الگوریتم رمزگذاری متقارن است که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت اما دیگر ایمن در نظر گرفته نمی شود. از یک رمز بلوک با اندازه بلوک ثابت ۶۴ بیت و اندازه کلید ۵۶ بیت استفاده می کند. DES با تقسیم متن ساده به بلوک های ۶۴ بیتی و اعمال یک سری عملیات ریاضی، معروف به دور، برای هر بلوک کار می کند. قدرت DES در پیچیدگی عملیات ریاضی مورد استفاده و اندازه کلید نهفته است.
با این حال، پیشرفت در قدرت محاسباتی و تکنیک های شکستن رمزگذاری، DES را ناامن کرده است و دیگر برای استفاده در برنامه های جدید توصیه نمی شود. استاندارد رمزگذاری داده های سه گانه (۳DES) گونه ای از DES است که برای ایمن تر بودن طراحی شده و همچنان در برخی از برنامه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
۴- استاندارد رمزگذاری سه گانه داده (۳DES)
این یک الگوریتم رمزگذاری متقارن است که به گونه ای طراحی شده است که از الگوریتم اصلی استاندارد رمزگذاری داده ها (DES) ایمن تر باشد. ۳DES از سه پاس از الگوریتم DES برای رمزگذاری داده ها با استفاده از دو یا سه کلید استفاده می کند. این باعث می شود ۳DES ایمن تر از DES باشد، زیرا اندازه کلید و تعداد دورهای انجام شده روی داده ها را افزایش می دهد. با این حال، ۳DES کندتر و کارآمدتر از DES است و الگوریتم های رمزگذاری جدیدتر و ایمن تر مانند استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES) اکنون برای اکثر برنامه ها ترجیح داده می شوند.
۵- Blowfish
Blowfish یک الگوریتم رمزگذاری متقارن است که برای سریع و ایمن بودن طراحی شده است. از یک رمز بلوک با اندازه بلوک متغیر تا ۴۴۸ بیت و اندازه کلید تا ۴۴۸ بیت استفاده می کند. Blowfish متن ساده را به بلوک‌ها تقسیم می‌کند و سپس یک سری عملیات ریاضی که به نام دور شناخته می‌شوند را برای هر بلوک اعمال می‌کند. قدرت از Blowfish در اندازه بلوک متغیر و اندازه کلید آن نهفته است. Blowfish بسیار امن در نظر گرفته می شود و هنوز هم امروزه در برخی از برنامه ها استفاده می شود. با این حال، الگوریتم‌های رمزگذاری جدیدتر مانند استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES) اکنون برای اکثر برنامه‌ها ترجیح داده می‌شوند.
۶- Twofish
Twofish یک الگوریتم رمزگذاری متقارن است که بسیار امن طراحی شده است و نسخه پیشرفته Blowfish محسوب می شود. از یک رمز بلوک با اندازه بلوک ثابت ۱۲۸ بیت و اندازه کلید تا ۲۵۶ بیت استفاده می کند. Twofish با تقسیم متن ساده به بلوک‌ها و سپس اعمال یک سری عملیات ریاضی، معروف به دور، برای هر بلوک کار می‌کند. قدرت Twofish در پیچیدگی عملیات ریاضی و اندازه کلید آن نهفته است. Twofish بسیار ایمن در نظر گرفته می شود و در برنامه هایی که به سطوح بالایی از امنیت نیاز دارند، مانند ارتباطات نظامی و دولتی استفاده می شود. با این حال، نسبت به سایر الگوریتم‌های رمزگذاری، مانند استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES) کندتر و کارآمدتر است.
۷- الگوریتم SHA
الگوریتم SHA خانواده ای از توابع هش رمزنگاری است که برای تولید خلاصه پیام با طول ثابت داده های ورودی با طول متغیر استفاده می شود. خانواده SHA شامل چندین نسخه از جمله SHA-1، SHA-2 و SHA-3 با اندازه های هش و سطوح مختلف امنیتی است. SHA-1 نسخه اصلی SHA است، در حالی که SHA-2 و SHA-3 نسخه های جدیدتر و ایمن تر هستند. نقطه قوت SHA در توانایی آن برای تولید خلاصه پیام با طول ثابت منحصر به فرد برای هر داده ورودی است، که آن را به ابزاری مفید برای تأیید صحت و صحت داده ها تبدیل می کند.
SHA به طور گسترده در امضای دیجیتال، ذخیره سازی رمز عبور و برنامه های کاربردی بررسی یکپارچگی داده ها استفاده می شود. با این حال، برخی از نسخه‌های SHA در برابر حملات آسیب‌پذیر هستند و نسخه‌های جدیدتر با ویژگی‌های امنیتی قوی‌تر اکنون برای اکثر برنامه‌ها توصیه می‌شود.
سخن آخر
اینها تنها چند نمونه از بسیاری از الگوریتم های رمزگذاری مورد استفاده امروزه هستند. انتخاب الگوریتم رمزگذاری به سطح امنیت مورد نیاز، کاربرد یا مورد استفاده و عوامل دیگری مانند عملکرد و سازگاری بستگی دارد. استفاده از الگوریتم های رمزگذاری قوی و ایمن نگه داشتن کلیدهای رمزگذاری برای اطمینان از محرمانه بودن و یکپارچگی اطلاعات حساس مهم است.
