بنية الأمان: المجموعة الفنية الكاملة

يستخدم فولتير AES-256-GCM للتشفير المعتمد عبر فهارس المخزن، والمفاتيح المغلفة، ورؤوس الملفات، والمحتوى، والصور المصغرة، وبيانات التعريف. PBKDF2-HMAC-SHA512 يستمد مفتاح قبو محلي من النمط وعلى مستوى الجهاز Keychain ملح. يحتوي مفتاح القبو هذا على مفتاح رئيسي عشوائي منفصل بطول 256 بت، والذي يقوم بتشفير الملف من خلاله CryptoKit في عملية التطبيق.

مكدس التشفير

يستخدم فولتير العديد من آليات التشفير التي تعمل بشكل متضافر، ويتم اختيار كل منها لوظيفة محددة. PBKDF2 يحول بيانات الاعتماد البشرية إلى قبو أو مفتاح استرداد. AES-256-GCM يحمي الفهارس والأغلفة والبيانات الوصفية والصور المصغرة ومحتوى الملف. يفصل المفتاح الرئيسي العشوائي تشفير الملفات طويلة الأمد عن النمط القابل للتغيير. Keychain و iOS تحمي حماية البيانات سجلات الملح والاسترداد المرتبطة بالجهاز أثناء قفل الجهاز. لا يوجد مفتاح فك تشفير يحمله الموفر يمنح المطور إمكانية الوصول الروتيني إلى النص العادي للمخزن.

وهذا ليس تعقيدا في حد ذاته. تعالج كل طبقة سطح هجوم مختلف. AES-256-GCM يجمع بين السرية والمصادقة، لذلك يفشل النص المشفر المعدل في التحقق. PBKDF2 يرفع تكلفة اختبار كل نمط أو عبارة. يعني المفتاح الرئيسي العشوائي أن تغيير النمط يمكن أن يعيد لف مفتاح واحد بدلاً من إعادة تشفير كل ملف. Keychain حماية البيانات يحمي سجلات الملح والاسترداد المحلية، بينما لا يزال التطبيق يعترف بحدوث التشفير المتماثل في ذاكرة العملية.

تشكل هذه الطبقات معًا بنية دفاعية متعمقة، لكنها ليست جميعها حواجز مستقلة. يمكن التحقق من النمط المُخمن مقابل اسم ملف الفهرس و AES-GCM المصادقة، ويمكن للجهاز غير المؤمن المخترق مراقبة المفاتيح أو النص العادي في عملية التطبيق. وبالتالي تعتمد الهندسة المعمارية على إنتروبيا الاعتماد، PBKDF2 التكلفة, iOS حماية الجهاز والتعامل مع التشفير المصادق عليه بالإضافة إلى قوة AES نفسها.

AES-256-GCM: تشفير الملفات

يتم تشفير كل صورة وفيديو ووثيقة مخزنة في Vaultaire باستخدام AES-256-GCM - معيار التشفير المتقدم مع مفتاح 256 بت وضع جالوا/العداد. يستخدم فولتير أيضًا AES-GCM لفهارس المخزن، ورؤوس الملفات، والصور المصغرة، والمغلفات الرئيسية. تم توحيد الخوارزمية وحجم المفتاح؛ لا يزال أمان Vaultaire يعتمد على عدم التعامل، وإدارة المفاتيح، وقوة الاعتماد، وصحة التنفيذ.

يشير “256” في AES-256 إلى طول المفتاح بالبت. يحتوي المفتاح 256 بت على 2²⁵⁶ القيم المحتملة. لوضع هذا الرقم في منظوره الصحيح: هناك ما يقرب من 10 ذرات⁸⁰ في الكون المرئي. لو كانت كل ذرة عبارة عن كمبيوتر عملاق يختبر مليار مفتاح في الثانية، ويعمل منذ الانفجار الكبير، لكانوا قد اكتشفوا أقل من تريليون من تريليون من واحد بالمائة من مساحة المفتاح. AES-256 تشفير بالقوة الغاشمة. ليس اليوم. ليس هذا القرن. ليس قبل أن تحترق النجوم

لماذا يعتبر وضع GCM مهمًا

AES عبارة عن كتلة تشفير، تقوم بتشفير البيانات في أجزاء 128 بت. يحدد “mode” كيفية دمج هذه القطع. يوفر GCM (وضع Galois/Counter) شيئين لا توفرهما الأوضاع الأبسط مثل CBC: التشفير المتوازي والمصادقة المضمنة.

تعتبر قطعة المصادقة بالغة الأهمية. يقوم GCM بإنشاء علامة تشفير لكل ملف مشفر. تعمل هذه العلامة كختم للعبث. إذا تم تعديل حتى بت واحد من النص المشفر، سواء بواسطة ممثل ضار أو قطاع قرص تالف، فلن تتطابق علامة المصادقة، وسيفشل فك التشفير. لا تحصل على بيانات تالفة. تحصل على إشارة واضحة بأن هناك خطأ ما. تسمى هذه الخاصية التشفير المصادق عليه، وهي تمنع فئة كاملة من الهجمات حيث يقوم الخصم بتعديل البيانات المشفرة لمعالجة المخرجات التي تم فك تشفيرها.

PBKDF2: اشتقاق المفتاح

يستمد فولتير مفاتيح مختلفة لوظائف مختلفة. النمط وعلى مستوى الجهاز Keychain تغذية الملح PBKDF2-HMAC-SHA512 لـ 600000 تكرار لإنتاج مفتاح المخزن المحلي. ينتج عن اشتقاق النمط الحتمي مفتاح النسخ الاحتياطي السحابي المنفصل. تمتد عبارة الاسترداد الطبيعية إلى 800000 PBKDF2 التكرارات لإنتاج المفتاح لمغلف الاسترداد. ولا تحول أي من هذه الاشتقاقات بيانات الاعتماد البشرية إلى 256 بت من الإنتروبيا لمجرد أن الناتج يبلغ طوله 256 بت.

كيف يحمي PBKDF2 النمط الخاص بك

الفكرة الأساسية وراء PBKDF2 هو عمل متعمد. يأخذ النمط المتسلسل أو العبارة الطبيعية ويدير مئات الآلاف من HMAC-SHA512 التكرارات. يدفع المستخدم الشرعي هذه التكلفة مرة واحدة أثناء محاولة إلغاء القفل أو الاسترداد. ويدفع المهاجم هذه الأموال مقابل كل مرشح، على الرغم من أن خيارات الأجهزة والتنفيذ الموازية تحدد معدل التخمين الحقيقي.

تكوين فولتير PBKDF2 مع 600000 تكرار للمفاتيح المشتقة من الأنماط. وهذا يجعل كل تخمين أكثر تكلفة، ولكن تقدير الهجوم المسؤول يجب أن يوضح الوقت المُقاس لكل مرشح وافتراضات الأجهزة. عند 1 مللي ثانية بالضبط لكل مرشح، يستغرق 1,000,000,000 تخمين تسلسلي حوالي 11.6 يومًا، وليس سنوات. لا تؤدي نتيجة 256 بت إلى توسيع إنتروبيا النمط الذي يمكن التنبؤ به.

يستخدم اشتقاق النمط المحلي ملحًا واحدًا عشوائيًا مشفرًا للجهاز، ويتم تخزينه كـ WhenUnlockedThisDeviceOnly Keychain البند. الملح ليس سرًا ويتم مشاركته بواسطة الخزائن الموجودة على هذا الجهاز. فهو يمنع جدولًا مصممًا لجهاز واحد من التطبيق مباشرة على جهاز آخر بملح مختلف، ولكنه لا يجبر المهاجم على البدء من جديد لكل قبو على نفس الجهاز.

AES-256-GCM: حماية البيانات الوصفية

تشفير محتويات الملف ليس كافيًا. أسماء الملفات وتواريخ الإنشاء وأبعاد الصور المصغرة وبنية المخزن كلها بيانات تعريف، ويمكن أن تكون بيانات التعريف كاشفة تمامًا مثل البيانات نفسها. يخبر الملف المسمى “tax-return-2025.pdf” المهاجم بما بداخله بالضبط حتى لو كانت المحتويات مشفرة. يظهر الطابع الزمني عندما استخدمت المخزن. يكشف حجم الصورة المصغرة ما إذا كان الشيء عبارة عن صورة أم مقطع فيديو. يقوم

يحمي Vaultaire هذه البيانات الوصفية باستخدام AES-256-GCM وليس ChaCha20. أسماء الملفات و MIME يتم ترميز الأنواع في رؤوس الملفات المشفرة. يحتوي فهرس القبو المشفر على سجلات الملفات والتواريخ ومعلومات الحجم وتخطيط التخزين والمفتاح الرئيسي المغلف. يتم أيضًا تشفير بيانات الصور المصغرة تحت المفتاح الرئيسي العشوائي.

لماذا التشفير المصادق عليه للبيانات الوصفية؟

تحتاج البيانات الوصفية إلى النزاهة والسرية. AES-GCM ينتج علامة مصادقة لكل قيمة مشفرة، بحيث يمكن لـ Vaultaire رفض رأس أو فهرس أو صورة مصغرة أو مظروف معدل بدلاً من قبول نص عادي يتحكم فيه المهاجم. يستخدم التصميم عمدًا بنية تشفير موثقة واحدة عبر تنسيقات التخزين هذه بدلاً من المطالبة بتنوع التشفير الذي لا يوفره التنفيذ.

نفس التشفير لا يعني إعادة استخدام نفس المفتاح أو عدم استخدامه بشكل أعمى. يحمي مفتاح القبو الفهرس ويغلف المفتاح الرئيسي العشوائي؛ المفتاح الرئيسي يحمي مادة الملف. CryptoKit ينشئ صناديق مختومة موثقة بعلامات ترقيم جديدة، بينما يستمد تنسيق البث الخاص بـ Vaultaire حرفًا مميزًا لكل قطعة مرتبة. تأتي الضمانات ذات الصلة من فصل المفاتيح، وعدم الانضباط، والمصادقة، وليس من تشفير بيانات التعريف الثانية.

بنية المعرفة الصفرية

هنا سؤال يستحق طرحه حول أي تطبيق أمان: ماذا يحدث إذا تم اختراق الشركة التي تقف وراءه، أو تم استدعاؤها، أو ببساطة تحولت إلى شركة ضارة؟

مع معظم التطبيقات، تكون الإجابة غير مريحة. فهي تحتفظ ببياناتك أو مفاتيحك أو كليهما. أمر من المحكمة يجبرها على تسليمها. يكشف خرق البيانات ذلك. وقد يصل إليها موظف مارق. أمن التطبيق لا يزيد قوةً على الأمن التشغيلي للشركة، والتاريخ يوضح أن الشركات تتعرض للاختراق بانتظام.

لا يقوم Vaultaire بتشغيل حساب أو خدمة تخزين تتلقى النمط أو العبارة السرية أو مفاتيح فك التشفير أو محتويات المخزن القابلة للقراءة. يحدث التشفير وفك التشفير أثناء عملية التطبيق على جهازك. متى iCloud تم تمكين النسخ الاحتياطي، يرسل التطبيق نصًا مشفرًا مصادقًا عليه إلى حسابك الخاص CloudKit قاعدة بيانات بدلاً من خدمة قبو يتحكم فيها Vaultaire.

ماذا تعني المعرفة الصفرية في الممارسة العملية

إذا قدمت وكالة إنفاذ القانون إلى Vaultaire أمر استدعاء يطالب بنص عادي للمخزن، فإن الشركة لا تحتفظ بالنمط أو عبارة الاسترداد أو مفتاح المخزن أو المفتاح الاحتياطي أو المفتاح الرئيسي اللازم لفك تشفيره. مشفرة iCloud السجلات تعيش في المستخدم CloudKit قاعدة بيانات خاصة. ومع ذلك، يتم الاحتفاظ بمواد الاسترداد على الجهاز بطريقة مشفرة Keychain قاعدة البيانات، والمفاتيح المتماثلة موجودة في ذاكرة التطبيق أثناء CryptoKit تشفير أو فك تشفير قبو مفتوح.

تعد حدود الموفر هذه خاصية معمارية، وليست وعدًا بأن كل جزء من بيئة العميل يقع خارج نموذج الثقة. لا يمتلك Vaultaire مفتاح فك التشفير من جانب الخادم الذي يمكنه تسليمه لاسترداد المخزن الروتيني. التطبيق الذي تم شحنه، iOS والجهاز غير المؤمن وتنفيذ التشفير لا يزال بإمكانهما معالجة البيانات القابلة للقراءة ويجب الوثوق بهما وفقًا لذلك.

Keychain وحدود عملية التطبيق

أبل Secure Enclave يمكنها حماية المفاتيح الخاصة المدعومة والمشاركة في أجزاء من بنية أمان النظام الأساسي، لكن واجهات برمجة التطبيقات العامة الخاصة بها لا تقبل التعسفي PBKDF2-مفتاح متماثل مشتق وأداء Vaultaire AES-GCM عمليات الملف داخل المعالج المساعد. لذلك لا يصف فولتير تشفير خزنته بأنه Secure Enclave الخدمات المعمارية والهندسية.

يستخدم فولتير العادي iOS Keychain عناصر كلمة المرور العامة لملح الجهاز العشوائي وقاعدة بيانات الاسترداد المشفرة والمفتاح العشوائي الذي يحمي قاعدة البيانات هذه. تستخدم هذه العناصر فئة إمكانية الوصول WhenUnlockedThisDeviceOnly. Keychain وحماية البيانات تنشئ حدودًا ذات معنى للجهاز، خاصة عندما يكون الهاتف مقفلاً، ولكن هذه البنية تختلف عن البنية غير القابلة للتصدير Secure Enclave مفتاح.

عندما ترسم النمط، CommonCrypto يستمد مفتاح القبو في عملية التطبيق. CryptoKit ثم يستخدم CryptoEngine الخاص بـ Vaultaire بايتات المفاتيح المتماثلة في تلك العملية لمصادقة الفهرس وفك تشفيره، وإلغاء تغليف المفتاح الرئيسي، ومعالجة الملفات. يقوم التطبيق بمسح الحالة النشطة عند قفله، لكن المهاجم الذي يتمتع بامتيازات كافية ويراقب جلسة غير مقفلة لديه فرصة مختلفة عن الفاحص الذي يحتفظ فقط بالنص المشفر للجهاز المقفل.

يمكن لنظام التشغيل الذي تم كسر حمايته أو الذي تم اختراقه أن يستهدف إدخال النمط أو ذاكرة التطبيق أو المعاينات التي تم فك تشفيرها أو الصادرات أو الشاشة. يوصي Vaultaire بإصدار حديث وغير مكسور الحماية iPhone لأن التصميم يعتمد على iOS عزل العملية, Keychain وحماية البيانات. ولا تدعي أن تسوية الجذر تجعل المفاتيح المتماثلة للقبو المفتوح غير قابلة للوصول.

متجهات التهيئة لكل ملف

عندما تقوم بتشفير ملفين متطابقين بنفس المفتاح، فإن التنفيذ الساذج قد ينتج نصًا مشفرًا متطابقًا. هذه مشكلة. المهاجم الذي يرى نقطتين متماثلتين مشفرتين يعرف، دون فك تشفير أي شيء، أن الملفين الأصليين متماثلان. في قبو مليء بالصور، يمكن لهذا النوع من تحليل الأنماط الكشف عن المعلومات حتى من خلال التشفير.

يمنع Vaultaire النص المشفر الحتمي عن طريق إنشاء رقم تشفير جديد لكل منهما AES-256-GCM عملية الختم. يتم إغلاق رؤوس الملفات ومحتوى الملف بشكل منفصل، وتستخدم الملفات الكبيرة تنسيق دفق معتمد مع رقم أساسي عشوائي ورقم مميز لكل قطعة مرتبة. وبالتالي فإن نسختين من نفس الصورة لا تنتج نفس التمثيل المشفر.

يتم تخزين الحروف مع النص المشفر وليست سرية؛ متطلبات الأمان الخاصة بهم هي التفرد تحت مفتاح معين. يطلب Vaultaire أرقام 96 بت من المولد العشوائي للتشفير من Apple لتشفير طلقة واحدة ويسجل الرقم الأساسي في رأس البث. يتم التحكم في مخاطر التصادم بعدد عمليات التشفير الموجودة ضمن مفتاح واحد، وبالتالي فإن التنفيذ يولد قيمة جديدة بدلاً من تقديم حجم 96 بت كقيمة ثابتة واحدة في 2⁹⁶ ضمان مدى الحياة.

إدارة الذاكرة: مسح حالة المفتاح النشط

من الأخطاء الشائعة في برامج الأمان ترك البيانات الحساسة في الذاكرة بعد عدم الحاجة إليها. يمكن أن تستمر مفاتيح التشفير وكلمات المرور المشتقة والبيانات التي تم فك تشفيرها في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لفترة طويلة بعد انتهاء التطبيق من استخدامها. يمكن لأدوات الطب الشرعي تفريغ ذاكرة الجهاز والبحث عن هذه البقايا (، ) وهي تقنية تُعرف باسم هجوم التمهيد البارد أو تحليل تفريغ الذاكرة.

يحد Vaultaire من مدة بقاء حالة المفتاح النشط وبيانات واجهة المستخدم التي تم فك تشفيرها متاحة. عندما يتم قفل التطبيق أو تمزيق الجلسة، يتبع الكود الخاص به عدة مسارات تنظيف:

• تم إسقاط حالة المخزن النشطة. يقوم التطبيق بإزالة جلسة مفتاح المخزن الحالية الخاصة به ويتطلب إلغاء قفل آخر قبل تقديم محتوى المخزن.
• تعمل أغلفة المفاتيح على مسح المخازن المؤقتة المملوكة. تقوم حاويات البايت الآمنة في Vaultaire بالكتابة فوق المخازن المؤقتة التي تمتلكها عندما يتم إلغاء تخصيص تلك الحاويات.
• تم إبطال حالة المفتاح الرئيسي المخزنة مؤقتًا. يتم تجاهل المفتاح الرئيسي الذي تم فك تشفيره والمحتفظ به للفهرس المفتوح على مسارات القفل وإعادة تعيين ذاكرة التخزين المؤقت ذات الصلة.
• يتم مسح ذاكرة التخزين المؤقت لواجهة المستخدم التي تم فك تشفيرها حيث يتم التحكم فيها بواسطة Vaultaire. تعمل عملية تنظيف الصور المصغرة والمعاينة على تقليل حالة التطبيق المتبقية، دون المطالبة بالتحكم في كل نسخة يتم إجراؤها بواسطة Swift، iOS، أو عملية أخرى.

في المرة التالية التي يفتح فيها Vaultaire في حالة القفل، تقوم برسم النموذج ويستمد التطبيق مفتاح المخزن مرة أخرى قبل أن يتمكن من مصادقة الفهرس وإلغاء تغليف المفتاح الرئيسي. هذا هو تنظيف الجلسة، وليس ادعاءً بأن كل نسخة ذاكرة عابرة قد تلقت مسحًا متعدد التمريرات يمكن إثباته أو أن Secure Enclave تم تدمير المرجع الرئيسي. يتسبب الحادث iOS لاستعادة العملية، ولكن لا يمكن تشغيل تعليمات التنظيف البرمجية بعد كل إنهاء مفاجئ.