ما هو تشفير المعرفة الصفرية؟ دليل بسيط
تشفير المعرفة الصفرية يعني أن المزوّد لا يستطيع الوصول إلى بياناتك.
التشفير عديم المعرفة بنية يحددها المزوّد لا تحتفظ فيها الخدمة بالمفتاح اللازم لفك تشفير محتوى المستخدم المخزن. بخلاف التشفير السحابي المعتاد الذي يتحكم فيه المزوّد بمفتاح المحتوى، يستطيع التشفير من جهة العميل إبقاء هذه القدرة على أجهزة المستخدم. قد يكشف طلب قانوني أو اختراق أو شخص من الداخل النص المشفر أو سجلات الحساب أو بيانات حركة المرور أو غيرها من البيانات الوصفية التي يحتفظ بها المزوّد. تجعل إرشادات NIST لإدارة المفاتيح حفظ المفاتيح أساس الوصول، لكن تطبيق العميل ونظام التشغيل والجهاز المفتوح تبقى 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:
اشتقاق المفتاح على الجهاز. يقدّم المستخدم بيانات اعتماد مثل كلمة مرور أو عبارة مرور أو نمط. تدمجها دالة اشتقاق مفتاح قائمة على كلمة المرور مع قيمة salt لإنتاج مفتاح على جهاز المستخدم. يستطيع التصميم المفصول جيدًا استخدام هذا المفتاح لفك تغليف مفتاح محتوى عشوائي بدل تشفير كل ملف مباشرة ببيانات 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 المزوّد أي مفتاح محتوى صريح. توجد مفاتيح المحتوى بالضرورة في ذاكرة العميل أثناء الاستخدام، ويمكن تخزينها محليًا أو عن بُعد داخل مغلّفات مشفرة موثّقة. يستطيع المزوّد تخزين النص المشفر والمفاتيح المغلّفة دون أن يحتفظ بسرّ المستخدم اللازم لفتحها. قد تبقى بيانات الحساب الوصفية وحركة المرور وأحجام السجلات والتوقيت مرئية.
القيد الحاسم: إذا فقد المستخدم كل مسار صالح لبيانات الاعتماد والاسترداد، يصبح المحتوى المشفر غير قابل للوصول. قد يوجد الاسترداد، لكن يجب شرح من يحفظ مفاتيحه. إذا استعادت إعادة ضبط عبر البريد الإلكتروني وحدها محتوى مقروءًا دون موافقة الجهاز القديم أو عبارة استرداد أو مفتاح استرداد أو سر مكافئ يحتفظ به المستخدم، فقد احتفظ المزوّد بمسار فعلي إلى النص الصريح.
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 |
| تشفير من جهة العميل لا يطّلع عليه المزوّد | مسار الاسترداد الذي يتحكم فيه العميل والمستخدم | لا يوجد مفتاح محتوى نص عادي يحتفظ به الموفر | قد يبقى المحتوى مشفرًا؛ وقد تتسرب 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 جهة العميل الذي لا يطّلع عليه المزوّد، لا تتلقى الخدمة مفتاح محتوى صريحًا عبر البروتوكول الموثّق. يمكن أن يبقى النص المشفر المخزن غير مقروء لذلك المزوّد، بينما ما زال برنامج العميل ومسار الاسترداد وبيانات الحساب الوصفية وقناة تسليم البرمجيات بحاجة إلى ثقة ومراجعة.
لماذا يهمّ تشفير المعرفة الصفرية
اختراقات البيانات تكشف مليارات السجلات سنويًا
أبلغ Identity Theft Resource Center عن 3,205 اختراقات بيانات في الولايات المتحدة عام 2023، أثّرت في نحو 353 مليون شخص. عندما يحتفظ المزوّد بمفاتيح المحتوى، قد يكشف الاختراق البيانات المخزنة ومسارًا لفك تشفيرها. يفصل التشفير الذي لا يطّلع عليه المزوّد بين هذين الأصلين: قد يكشف اختراق الخادم النص المشفر والبيانات الوصفية، لكن ليس مفتاح محتوى صريحًا يحتفظ به المزوّد. ويبقى تخمين بيانات الاعتماد واختراق العميل خطرين منفصلين.
الإلزام القانوني تهديد حقيقي
قد يُطلب من المزوّدين الكشف عن البيانات التي يحتفظون بها. يستطيع التصميم الذي لا يطّلع فيه المزوّد على المحتوى حصر تلك الاستجابة في النص المشفر وما يتوفر من بيانات الحساب أو حركة المرور أو الفوترة أو الخدمة الوصفية، لأن المزوّد لا يحتفظ بمفتاح محتوى صريح. أما حصول طرف آخر على بيانات اعتماد المستخدم أو استغلاله العميل أو فرضه الكشف فمسألة منفصلة. قدّمت Apple حماية البيانات المتقدمة في iOS 16.2 بوصفها توسيعًا اختياريًا للتشفير من طرف إلى طرف لبيانات iCloud.
"ثقوا بنا" ليست بنية أمنية
يعتمد التشفير من جهة الخادم على مفاتيح وسياسة يتحكم فيها المزوّد. يغيّر التشفير الذي لا يطّلع عليه المزوّد حفظ المفاتيح بحيث يفتقر مسار الخدمة الموثّق إلى مفتاح محتوى صريح. هذا حدّ معماري أقوى، لكن قوته ما زالت تعتمد على صحة كود العميل، وتسليم برمجيات موثوق، وتصميم استرداد سليم، وأجهزة آمنة، وتنفيذ يطابق المواصفات.
معيار NIST خلف التشفير
وحّد NIST خوارزمية AES-GCM في SP 800-38D (2007). واختار NIST خوارزمية AES نفسها عبر مسابقة علنية عام 2001. يشير "256" في AES-256 إلى مفتاح بطول 256 بت. البحث الشامل عن مفتاح عشوائي موحّد غير ممكن حسابيًا، لكن كلمة مرور أو نمطًا بشريًا قد يوفر إنتروبيا أقل بكثير حتى عندما تُخرج دالة 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.
تحوّل PBKDF2 (دالة اشتقاق المفتاح القائمة على كلمة المرور 2)، المحددة في RFC 8018، بيانات الاعتماد البشرية إلى مادة مفتاح بطول ثابت عبر استدعاءات متكررة لدالة شبه عشوائية. تزيد التكرارات الإضافية تكلفة كل تخمين. لكنها لا تضيف إنتروبيا إلى نمط أو كلمة مرور متوقعة، لذا يبقى اختيار بيانات الاعتماد والتحقق دون اتصال مهمين.
كيف ينفذ Vaultaire فصل مفتاح الموفر
Vaultaire خزنة مشفرة من جهة العميل لـ iPhone. بمصطلحات المنتجات التي تُسوَّق غالبًا بوصفها "عديمة المعرفة"، ادعاؤه الموثّق الأضيق هو أن Wraxle لا يتلقى محتوى الخزنة الصريح ولا المفاتيح اللازمة لفك تشفيره. إليك طريقة التنفيذ وحدود الثقة المتبقية في كل طبقة.
اشتقاق المفتاح. يرسم المستخدم نمطًا على شبكة 5x5 من 25 نقطة. تجمع PBKDF2-HMAC-SHA512 هذا التسلسل مع قيمة salt واحدة على مستوى الجهاز في Keychain بـ 600,000 تكرار لاشتقاق مفتاح خزنة بطول 256 بت. يوثّق مفتاح الخزنة الفهرس المشفر ويفك تغليف مفتاح رئيسي عشوائي منفصل بطول 256 بت. تُخزَّن معلومات الاسترداد، ومنها النمط، في قاعدة بيانات Keychain مشفرة بـ AES-GCM بدل ملفات نص صريح أو حساب لدى Vaultaire.
تشفير الملفات. يُشفَّر كل ملف مستورد بـ AES-256-GCM تحت المفتاح الرئيسي العشوائي. تنشئ CryptoKit صناديق مختومة موثّقة بقيم nonce جديدة، ويشتق تنسيق البث قيمة nonce مميزة لكل جزء مرتّب.
تشفير البيانات الوصفية. تحمي AES-256-GCM أيضًا أسماء الملفات وأنواع MIME والتواريخ وسجلات الفهرس وبيانات الصور المصغّرة. لا يستخدم Vaultaire ChaCha20 لبيانات الخزنة الوصفية.
إدارة المفاتيح. يخزّن Vaultaire قيم salt الخاصة بالجهاز وقاعدة بيانات الاسترداد المشفرة بوصفها عناصر كلمات مرور عامة عادية في iOS Keychain، محمية بفئة الوصول WhenUnlockedThisDeviceOnly. تُعالَج مفاتيح الخزنة المشتقة من الأنماط والمفاتيح الرئيسية العشوائية في ذاكرة التطبيق عبر CryptoKit. يُسقط القفل حالة المفاتيح النشطة، لكن Swift وiOS لا يضمنان الكتابة فوق كل نسخة عابرة.
اكتشاف الخزائن. لا تعرض الواجهة العادية قائمة خزائن. يحتفظ تنسيق التخزين بمجلد تخزين واحد لكل خزنة، لذا يستطيع أي شخص يصل إلى حاوية التطبيق عدّ الخزائن، مع أن أسماء المجلدات لا تكشف الأنماط أو الأسماء أو المحتويات الصريحة. راجع البنية الأمنية الكاملة وشرح تشفير الأنماط.
كيف تعرف ما إذا كان التطبيق يستخدم تشفير معرفة صفرية حقيقيًا
ابدأ بثلاثة اختبارات سريعة، ثم تحقق من البنية المنشورة:
اختبار نسيان كلمة المرور. إذا استعادت إعادة ضبط عبر البريد الإلكتروني وحدها بيانات مقروءة، فاسأل عن الآلية التي يملكها المزوّد واستعادت مفتاح المحتوى الفعلي. عبارات الاسترداد التي يحتفظ بها المستخدم وموافقة الجهاز القديم وإعادات الضبط التي يتحكم فيها المزوّد تصاميم مختلفة.
اختبار الجهاز الجديد. إذا استعاد جهاز جديد محتوى مقروءًا، فحدّد السرّ أو الجهاز الموثوق الذي سمح بذلك. يشير تسجيل الدخول إلى الحساب وحده إلى مسار استرداد يتحكم فيه المزوّد؛ أما عبارة الاسترداد مع سجلات النسخ الاحتياطي المشفرة فتستطيع الحفاظ على فصل مفاتيح المزوّد.
اختبار الحساب. يربط البريد الإلكتروني أو رقم الهاتف الهوية ببيانات الخدمة الوصفية، لكنه لا يثبت وحده أن المزوّد يستطيع فك تشفير المحتوى. افحص تسلسل المفاتيح وتصميم الاسترداد وكود العميل أو التدقيق وسياسة البيانات الوصفية، وما إذا كان النص المشفر الموثّق يسمح بالتحقق من بيانات الاعتماد دون اتصال.
هذه الاختبارات مرشّحات، لا دليل أمان. يجب أن تحدد المواصفات المتماسكة مفتاح المحتوى، ومفتاح فتح القفل، وقيم salt، ومعاملات الاشتقاق، وتنسيق التشفير الموثّق، وقواعد nonce، ومغلّفات الاسترداد، وتخزين الأسرار المحلي، والبيانات الوصفية السحابية، والمواضع التي توجد فيها المفاتيح الصريحة. المراجعة المستقلة دليل أقوى من وسم 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؟
تصبح بياناتك غير قابلة للوصول نهائيًا إذا فُقدت كل بيانات الاعتماد وكل مغلّف استرداد صالح. تُضعف إعادة الضبط أو المفتاح الرئيسي الذي يتحكم فيه المزوّد حدّ المزوّد، لذا يجب تصميم الاسترداد بشكل منفصل. ينشئ Vaultaire عبارة مخصصة منفصلة من 9 كلمات يفتح مفتاح الاسترداد المشتق منها مغلّفًا مشفرًا لمفتاح الخزنة. لا تعيد العبارة إنشاء المفتاح ولا تشفّره، وتتطلب الاستعادة على جهاز جديد أيضًا سجلات CloudKit المشفرة المطابقة.
هل يمكن لجهات إنفاذ القانون الوصول إلى البيانات المشفرة بالمعرفة الصفرية؟
قد يُلزَم المزوّد بالكشف عن النص المشفر المخزن وبيانات الحساب أو حركة المرور أو الفوترة أو الخدمة الوصفية التي يحتفظ بها. ودون مفتاح محتوى صريح يحتفظ به المزوّد، لا يستطيع هذا المزوّد استخدام مسار خدمته العادي لفك تشفير المحتوى. استغلال الجهاز واكتشاف بيانات الاعتماد ونسخ الاسترداد والكشف القسري مسارات منفصلة تختلف مشروعيتها وفعاليتها باختلاف الولاية القضائية والوقائع.
هل تشفير المعرفة الصفرية أبطأ من التشفير العادي؟
لا يعتمد أداء AES-256-GCM على من يملك المفتاح. يضيف الاشتقاق القائم على كلمة المرور عملًا عند فتح القفل، وتعتمد مدته على الخوارزمية وعدد التكرارات والجهاز والتنفيذ. يجب أن تقيس التطبيقات هذه التكلفة على الأجهزة المدعومة وتوازن سرعة الاستجابة مقابل التكلفة المفروضة على كل تخمين دون اتصال.
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. يتم تمكين تحليلات التطبيق وتشخيص الأعطال بشكل افتراضي ويمكن إيقاف تشغيلها باستخدام "مشاركة الأخطاء بشكل مجهول" في الإعدادات. تستبعد سياسة الحدث الموثقة محتويات المخزن والأنماط والعبارات ومفاتيح فك التشفير؛ تصف سياسة الخصوصية قواعد التجميع والاحتفاظ الحالية.
كيف يقارن تشفير المعرفة الصفرية بحماية البيانات المتقدمة من Apple؟
توسّع حماية البيانات المتقدمة (ADP) من Apple، التي قُدّمت في iOS 16.2، التشفير من طرف إلى طرف ليشمل فئات أخرى من iCloud، وتستخدم نموذج استرداد حساب Apple. يشفّر Vaultaire محتويات الخزنة على الجهاز ولا يتطلب حساب هوية لدى Vaultaire؛ ويستخدم النسخ الاحتياطي على iCloud (المفعّل افتراضيًا) والمزامنة والمشاركة سجلات CloudKit مشفرة من جهة العميل في حساب Apple الخاص بالمستخدم. يوفر Vaultaire أيضًا وصولًا إلى الخزائن مفصولًا بالأنماط، مع حدود التخزين والاسترداد الموضحة في وثائق الإنكار المعقول، إضافة إلى وضع الإكراه.
ملخّص
الأفضل أن يُفهم التشفير عديم المعرفة بوصفه ادعاءً بفصل مفاتيح المزوّد: لا تحتفظ الخدمة بالمفتاح الصريح اللازم لفك تشفير المحتوى المخزن. هذا أقوى من التشفير من جهة الخادم بمفاتيح يتحكم فيها المزوّد، لكنه ليس ادعاءً بأن المفاتيح موجودة في الذاكرة فقط، أو أن البيانات الوصفية تختفي، أو أن كل عميل وجهاز منيع. احكم على المنتج بتسلسل مفاتيحه وتصميم استرداده وتنفيذه ومراجعته المستقلة.