ما هو تشفير المعرفة الصفرية؟ دليل بسيط
تشفير المعرفة الصفرية يعني أن المزوّد لا يستطيع الوصول إلى بياناتك.
تشفير المعرفة الصفرية عبارة عن بنية محددة بموفر الخدمة حيث لا تحتفظ الخدمة بالمفتاح اللازم لفك تشفير محتوى المستخدم المخزن. على عكس التشفير السحابي القياسي حيث يتحكم الموفر في مفتاح المحتوى، يمكن للتشفير من جانب العميل الاحتفاظ بهذه الإمكانية على أجهزة المستخدم. قد يستمر الطلب القانوني أو الخرق أو المطلع في كشف النص المشفر أو سجلات الحساب أو بيانات حركة المرور أو البيانات الوصفية الأخرى التي يحتفظ بها الموفر. إن إرشادات إدارة المفاتيح الخاصة بـ NIST تجعل حفظ المفاتيح أمرًا أساسيًا للوصول، لكن تطبيق العميل ونظام التشغيل والجهاز غير المؤمّن يظل جزءًا من حدود الثقة.
كيف يعمل تشفير المعرفة الصفرية
أبسط تشبيه: خزنة فندقية تضع أنت رمزها السري فقط، والفندق لا يعرفه أبدًا. إذا نسيت الرمز، لا يستطيع الفندق فتح الخزنة. هذا ليس عيبًا في التصميم. بل هو التصميم بالذات.
من الناحية التقنية، يعمل تشفير المعرفة الصفرية عبر ثلاث خطوات:
الاشتقاق الرئيسي على الجهاز. يقدم المستخدم بيانات اعتماد مثل كلمة المرور أو عبارة المرور أو النمط. تقوم وظيفة اشتقاق المفتاح المستندة إلى كلمة المرور بدمجها مع الملح لإنتاج مفتاح على جهاز المستخدم. يمكن للتصميم المنفصل جيدًا استخدام هذا المفتاح لفتح مفتاح تشفير المحتوى العشوائي بدلاً من تشفير كل ملف مباشرةً باستخدام بيانات الاعتماد البشرية.
التشفير قبل الإرسال. تُشفَّر جميع البيانات على الجهاز باستخدام المفتاح المشتق قبل أن تغادر الجهاز إلى التخزين السحابي أو النسخ الاحتياطي. النص المشفّر هو ما يتم رفعه.
لا يتلقى الموفر أي مفتاح محتوى نص عادي. توجد مفاتيح المحتوى بالضرورة في ذاكرة العميل أثناء الاستخدام ويمكن أيضًا تخزينها محليًا أو عن بعد داخل مظاريف مشفرة مصادق عليها. يمكن للموفر تخزين النص المشفر والمفاتيح المغلفة دون الاحتفاظ بسر المستخدم اللازم لفتحها. قد تظل البيانات التعريفية للحساب وحركة المرور وحجم السجل والتوقيت مرئية.
القيد الحاسم: إذا فقد المستخدم كل مسار صالح لبيانات الاعتماد والاسترداد، يصبح المحتوى المشفر غير قابل للوصول. لا يزال من الممكن أن يكون الاسترداد موجودًا، ولكن يجب شرح الوصاية الرئيسية الخاصة به. إذا أدت إعادة تعيين البريد الإلكتروني وحدها إلى استعادة المحتوى القابل للقراءة دون موافقة الجهاز القديم، أو عبارة الاسترداد، أو مفتاح الاسترداد، أو أي سر مكافئ يحتفظ به المستخدم، فقد احتفظ الموفر بمسار فعال للعودة إلى النص العادي.
تشفير المعرفة الصفرية مقابل أنواع التشفير الأخرى
تظهر كلمة "التشفير" في المواد التسويقية لكل خدمة سحابية تقريبًا. الاختلافات بين الأنواع جوهرية.
| النوع | من يحتفظ بالمفتاح | هل يمكن للمزوّد قراءة البيانات | يصمد أمام اختراق المزوّد | مثال |
|---|---|---|---|---|
| بدون تشفير | لا ينطبق | نعم | لا | Dropbox (الطبقة العادية) |
| تشفير أثناء النقل (TLS) | المزوّد | نعم (في حالة السكون على خوادمهم) | لا | Google Photos |
| التشفير من جانب الخادم في حالة السكون | المزوّد | نعم (يحتفظون بمفتاح فك التشفير) | جزئيًا (يعتمد على نطاق الاختراق) | iCloud (العادي) |
| التشفير الشامل للمنصة | أجهزة العميل ونظام استرداد الحساب | ليس من خلال مسار الخدمة العادي | يعتمد على العميل والاسترداد والتعرض للبيانات الوصفية | iCloud مع حماية البيانات المتقدمة |
| التشفير من جانب العميل والمزود أعمى | مسار الاسترداد الذي يتحكم فيه العميل والمستخدم | لا يوجد مفتاح محتوى نص عادي يحتفظ به الموفر | يمكن أن يظل المحتوى مشفرًا؛ قد يستمر تسرب البيانات الوصفية والنص المشفر | أنظمة الخزنة والنسخ الاحتياطي المشفرة |
الخلط الأكثر شيوعًا هو بين "التشفير في حالة السكون" و"تشفير المعرفة الصفرية". مع التشفير في حالة السكون، يشفّر المزوّد بياناتك على خوادمه باستخدام مفاتيح يتحكم فيها. هذا يحمي من السرقة المادية لأجهزة الخادم. لكنه لا يحمي من قراءة المزوّد لبياناتك، أو أمر قضائي للبيانات والمفاتيح، أو تهديد داخلي. المزوّد لديه قدرة فك التشفير.
مع التشفير من جانب العميل الذي لا يعرفه الموفر، لا يتم منح الخدمة مفتاح محتوى النص العادي من خلال البروتوكول الموثق. يمكن أن يظل النص المشفر المخزن غير شفاف بالنسبة لذلك المزود، بينما لا يزال برنامج العميل ومسار الاسترداد وبيانات تعريف الحساب وقناة تسليم البرامج بحاجة إلى الثقة والمراجعة.
لماذا يهمّ تشفير المعرفة الصفرية
اختراقات البيانات تكشف مليارات السجلات سنويًا
أبلغ مركز موارد سرقة الهوية عن 3,205 اختراقًا للبيانات في الولايات المتحدة في عام 2023، مما أثر على ما يقرب من 353 مليون فرد. عندما يحتفظ موفر الخدمة بمفاتيح المحتوى، قد يؤدي أي اختراق إلى الكشف عن البيانات المخزنة ومسار لفك تشفيرها. يقوم التشفير الأعمى للموفر بفصل هذه الأصول: قد يستمر خرق الخادم في كشف النص المشفر والبيانات التعريفية، ولكن ليس مفتاح محتوى النص العادي الذي يحتفظ به الموفر. ويظل تخمين بيانات الاعتماد وتسوية العميل مخاطر منفصلة.
الإلزام القانوني تهديد حقيقي
قد يُطلب من مقدمي الخدمات الكشف عن البيانات التي يحتفظون بها. يمكن أن يحد التصميم الذي لا يعميه الموفر من تلك الاستجابة للنص المشفر والحساب المتوفر أو حركة المرور أو الفوترة أو بيانات تعريف الخدمة لأن الموفر لا يحتفظ بمفتاح محتوى النص العادي. ما إذا كان بإمكان طرف آخر الحصول على بيانات اعتماد المستخدم، أو استغلال العميل، أو الإفصاح القسري هو سؤال منفصل. قدمت شركة Apple حماية البيانات المتقدمة في iOS 16.2 كتوسيع اختياري للتشفير الشامل لـ iCloud data.
"ثقوا بنا" ليست بنية أمنية
يعتمد التشفير من جانب الخادم على المفاتيح والسياسة التي يتحكم فيها الموفر. يؤدي التشفير الأعمى للموفر إلى تغيير حفظ المفتاح بحيث يفتقر مسار الخدمة الموثق إلى مفتاح محتوى نص عادي. يعد هذا حدًا معماريًا أقوى، لكن قوته لا تزال تعتمد على كود العميل الصحيح، وتسليم البرامج المعتمدة، واستعادة الصوت، والأجهزة الآمنة، والتنفيذ الذي يطابق المواصفات.
معيار NIST خلف التشفير
AES-GCM تم توحيدها من قبل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في ليرة سورية 800-38د (2007). تم اختيار AES نفسها بواسطة NIST من خلال مسابقة عامة في عام 2001. وقد تم اختيار "256" في AES-256 يشير إلى مفتاح 256 بت. البحث الشامل على مفتاح عشوائي موحد غير ممكن من الناحية الحسابية، ولكن كلمة المرور أو النمط البشري يمكن أن يوفر إنتروبيا أقل بكثير حتى عندما تنتج وظيفة اشتقاق المفتاح 256 بت.
يضيف GCM (وضع عداد Galois) التشفير المصادَق عليه، مما يعني أن عملية فك التشفير تكتشف أي تلاعب بالنص المشفّر. إذا تغيّر بت واحد من البيانات المشفّرة، يفشل فك التشفير بدلًا من إنتاج ناتج فاسد. هذا يمنع المهاجمين من التلاعب بالبيانات المشفّرة دون اكتشاف.
PBKDF2 (وظيفة اشتقاق المفتاح المعتمد على كلمة المرور 2)، المحددة في آر إف سي 8018، يحول بيانات الاعتماد المقدمة من الإنسان إلى مادة رئيسية ذات طول ثابت من خلال استدعاءات الوظائف العشوائية الزائفة المتكررة. المزيد من التكرارات ترفع تكلفة كل تخمين. فهي لا تضيف إنتروبيا إلى نمط أو كلمة مرور يمكن التنبؤ بها، لذا فإن اختيار بيانات الاعتماد والتحقق دون اتصال بالإنترنت لا يزال مهمًا.
كيف ينفذ Vaultaire فصل مفتاح الموفر
فولتير عبارة عن قبو مشفر من جانب العميل لـ iPhone. من حيث المنتج الذي يتم تسويقه غالبًا على أنه "صفر معرفة"، فإن ادعاءه الموثق الأضيق هو أن Wraxle لا يتلقى محتوى قبو النص العادي أو المفاتيح اللازمة لفك تشفيره. إليك كيفية عمل حدود التنفيذ والثقة المتبقية في كل طبقة.
الاشتقاق الرئيسي. يرسم المستخدم نمطًا على شبكة 5x5 مكونة من 25 نقطة. PBKDF2-HMAC-SHA512 يجمع هذا التسلسل مع جهاز واحد على مستوى الجهاز Keychain ملح لـ 600000 تكرار لاشتقاق مفتاح قبو 256 بت. يقوم مفتاح vault بتوثيق الفهرس المشفر ويغلف مفتاحًا رئيسيًا عشوائيًا منفصلاً بطول 256 بت. يتم تخزين معلومات الاسترداد، بما في ذلك النموذج، في ملف AES-GCM مشفرة Keychain قاعدة البيانات بدلاً من الملفات النصية العادية أو حساب Vaultaire.
تشفير الملفات. يتم تشفير كل ملف مستورد باستخدام AES-256-GCM تحت المفتاح الرئيسي العشوائي. CryptoKit ينشئ صناديق مختومة موثقة بأحرف ترقيم جديدة، ويشتق تنسيق البث حرفًا مميزًا لكل قطعة مرتبة.
تشفير البيانات الوصفية. أسماء الملفات، MIME تتم أيضًا حماية الأنواع والتواريخ وسجلات الفهرس وبيانات الصور المصغرة AES-256-GCM. لا يستخدم Vaultaire ChaCha20 للبيانات الوصفية للمخزن.
إدارة المفاتيح. يقوم Vaultaire بتخزين أملاح أجهزته وقاعدة بيانات الاسترداد المشفرة كالمعتاد iOS Keychain عناصر كلمة المرور العامة المحمية باستخدام WhenUnlockedThisDeviceOnly فئة إمكانية الوصول. تتم معالجة مفاتيح القبو المشتقة من الأنماط والمفاتيح الرئيسية العشوائية في ذاكرة التطبيق من خلال CryptoKit. يؤدي القفل إلى إسقاط حالة المفتاح النشطة، لكن Swift و iOS لا تدعم ضمان الكتابة فوق كل نسخة عابرة.
اكتشاف قبو. لا تعرض الواجهة العادية قائمة قبو. يقوم التنسيق المحلي بتخزين ملف فهرس مشفر واحد بالضبط لكل مخزن، ويمكن لرمز الصيانة تعداد تلك الملفات. وبالتالي، يمكن لأي شخص لديه حق الوصول إلى حاوية التطبيق حساب الفهارس المشفرة، على الرغم من أن أسماء الملفات لا تكشف عن الأنماط أو الأسماء أو محتويات النص العادي. شاهد كاملا العمارة الأمنية و شرح تشفير الأنماط.
كيف تعرف ما إذا كان التطبيق يستخدم تشفير معرفة صفرية حقيقيًا
ابدأ بثلاثة اختبارات سريعة، ثم تحقق من البنية المنشورة:
اختبار نسيت كلمة المرور. إذا كانت إعادة تعيين البريد الإلكتروني وحدها تؤدي إلى استعادة البيانات القابلة للقراءة، فاسأل عن الآلية التي يملكها الموفر والتي استعادت مفتاح المحتوى الفعال. تعد عبارات الاسترداد التي يحتفظ بها المستخدم والموافقة على الجهاز القديم وعمليات إعادة التعيين التي يتحكم فيها الموفر تصميمات مختلفة.
اختبار الجهاز الجديد. إذا قام جهاز جديد باستعادة محتوى قابل للقراءة، فحدد الجهاز السري أو الموثوق به الذي سمح له بذلك. يشير تسجيل الدخول إلى الحساب وحده إلى مسار استرداد يتحكم فيه الموفر؛ يمكن لعبارة الاسترداد بالإضافة إلى سجلات النسخ الاحتياطي المشفرة الحفاظ على الفصل بين مفتاح الموفر.
اختبار الحساب. يربط عنوان البريد الإلكتروني أو رقم الهاتف الهوية ببيانات تعريف الخدمة، لكنه لا يثبت في حد ذاته قدرة الموفر على فك تشفير المحتوى. افحص التسلسل الهرمي للمفاتيح، وتصميم الاسترداد، ورمز العميل أو التدقيق، وسياسة البيانات التعريفية، وما إذا كان النص المشفر المصادق عليه يسمح بالتحقق من بيانات الاعتماد دون اتصال بالإنترنت.
هذه الاختبارات عبارة عن مرشحات وليست دليلاً أمنيًا. يجب أن تحدد المواصفات المتماسكة مفتاح المحتوى، ومفتاح إلغاء القفل، والأملاح، ومعلمات الاشتقاق، وتنسيق التشفير المصادق عليه، وقواعد nonce، ومظاريف الاسترداد، والتخزين السري المحلي، وبيانات التعريف السحابية، والنقطة التي توجد بها مفاتيح النص العادي. تعتبر المراجعة المستقلة دليلاً أقوى من ملصق المنتج.
الأسئلة الشائعة
هل تشفير المعرفة الصفرية هو نفسه التشفير من طرف إلى طرف؟
يتداخلان لكنهما ليسا متطابقَين. التشفير من طرف إلى طرف يعني أن البيانات تُشفَّر على جهاز المرسل ولا تُفكَّك إلا على جهاز المستلم. تشفير المعرفة الصفرية يعني أن المزوّد لا يستطيع الوصول إلى البيانات. يمكن لخدمة ما أن تستخدم التشفير من طرف إلى طرف دون أن تكون صفرية المعرفة إذا أنشأ المزوّد المفاتيح أو يصل إليها في وقت ما. تشفير المعرفة الصفرية هو المعيار الأكثر صرامة.
ماذا يحدث إذا فقدت كلمة مروري مع تشفير المعرفة الصفرية؟
يصبح من غير الممكن الوصول إلى بياناتك بشكل دائم في حالة فقدان كل بيانات الاعتماد ومظروف الاسترداد الصالح. من شأن إعادة التعيين أو المفتاح الرئيسي الذي يتحكم فيه الموفر أن يضعف حدود الموفر، لذا يجب تصميم الاسترداد بشكل منفصل. فولتير ينشئ عبارة مخصصة تحتوي على 9 كلمات منفصلة يفتح مفتاح الاسترداد المشتق منها مظروف مفتاح قبو مشفر. لا تقوم العبارة بإعادة إنشاء المفتاح أو تشفيره، وتتطلب استعادة الجهاز الجديد أيضًا التشفير المطابق CloudKit السجلات.
هل يمكن لجهات إنفاذ القانون الوصول إلى البيانات المشفرة بالمعرفة الصفرية؟
قد يتعين على مقدم الخدمة الكشف عن النص المشفر المخزن والحساب أو حركة المرور أو الفوترة أو بيانات تعريف الخدمة التي يحتفظ بها. بدون مفتاح محتوى نص عادي يحتفظ به الموفر، لا يمكن لهذا الموفر استخدام مسار الخدمة العادي الخاص به لفك تشفير المحتوى. يعد استغلال الجهاز، واكتشاف بيانات الاعتماد، ونسخ الاسترداد، والكشف القسري طرقًا منفصلة تختلف شرعيتها وفعاليتها حسب الاختصاص القضائي والحقائق.
هل تشفير المعرفة الصفرية أبطأ من التشفير العادي؟
AES-256-GCM الأداء لا يعتمد على من يملك المفتاح. يضيف الاشتقاق المعتمد على كلمة المرور العمل أثناء إلغاء القفل، وتعتمد مدته على الخوارزمية وعدد التكرارات والجهاز والتنفيذ. يجب أن تقوم التطبيقات بقياس تلك التكلفة على الأجهزة المدعومة وموازنة الاستجابة مقابل التكلفة المفروضة على كل تخمين دون اتصال بالإنترنت.
هل المعرفة الصفرية تعني أن التطبيق لا يجمع أي بيانات على الإطلاق؟
ليس بالضرورة. يتناول المصطلح حدود مفتاح المحتوى الخاص بالموفر، وليس كل تدفق للبيانات. قد يستمر التطبيق في معالجة بيانات الحساب أو التحليلات أو تقارير الأعطال أو عناوين IP أو أحجام السجلات أو التوقيت أو بيانات تعريف الخدمة الأخرى. لا يتطلب Vaultaire أي حساب هوية ويقول إن تحليلاته القائمة على الموافقة تستبعد محتويات المخزن والأنماط والعبارات ومفاتيح فك التشفير؛ لها سياسة الخصوصية يصف قواعد التجميع والاحتفاظ الحالية.
كيف يقارن تشفير المعرفة الصفرية بحماية البيانات المتقدمة من Apple؟
حماية البيانات المتقدمة (ADP) من Apple، والتي تم تقديمها في iOS 16.2، يوسع التشفير الشامل إلى المزيد iCloud الفئات ويستخدم نموذج استرداد حساب Apple. يحتفظ Vaultaire بمحتويات المخزن محليًا بشكل افتراضي ولا يتطلب أي حساب هوية Vaultaire؛ يستخدم النسخ الاحتياطي والمزامنة والمشاركة الاختياري التشفير من جانب العميل CloudKit السجلات في حساب Apple الخاص بالمستخدم. يوفر Vaultaire أيضًا إمكانية الوصول إلى قبو مفصول بالأنماط و وضع الإكراه، مع حدود التخزين والاسترداد الموضحة في وثائق الإنكار المعقول.
ملخّص
من الأفضل التعامل مع تشفير المعرفة الصفرية باعتباره مطالبة بفصل مفتاح الموفر: لا تحتفظ الخدمة بمفتاح النص العادي اللازم لفك تشفير المحتوى المخزن. وهذا أقوى من التشفير من جانب الخادم بموجب المفاتيح التي يتحكم فيها الموفر، ولكنه ليس ادعاءً بأن المفاتيح موجودة فقط في الذاكرة، أو أن البيانات الوصفية تختفي، أو أن كل عميل وجهاز قد تم هزيمته. قم بالحكم على المنتج من خلال التسلسل الهرمي الرئيسي وتصميم الاسترداد والتنفيذ والمراجعة المستقلة.