رمزنگاری به زبان ساده

کارت پستال یا نامه‌ی دربسته

مثلا فرض کنید می‌خواید برای یکی یه چیز خصوصی بنویسید و فقط دو تا راه دارید: کارت پستال یا نامه‌ی دربسته. کارت پستال رو هر کسی که توی راه دستش بهش برسه، از پستچی تا همسایه، می‌تونه بخونه. نامه‌ی دربسته رو نه. اینترنت، بی رمزنگاری، مثل کارت پستاله: پیام شما از ده‌ها دستگاه و شبکه رد می‌شه و هر کدومشون می‌تونن ببیننش.

رمزنگاری کاری می‌کنه که کارت پستال، نامه‌ی دربسته بشه؛ و حتی بیشتر، طوری که اگه کسی نامه رو باز کرد هم، نتونه بخونتش. توی درس‌های قبل بارها به رمزنگاری رسیدیم: قفل کنار نشانی سایت، مدیر رمز که گاوصندوقش رو قفل می‌کنه، پس‌کی که با قفل و کلید کار می‌کنه. این درس خود رمزنگاری رو، از اول، به زبون ساده می‌گه؛ تا درس بعد، رمزنگاری سرتاسری، و مقایسه‌ی پیام‌رسان‌ها، راحت فهمیده بشه.

کلمه‌ها

پیش از هر چیز، چند تا کلمه که توی این درس زیاد میاد. رمزنگاری یا رمزگذاری، به انگلیسی Encryption، یعنی به هم ریختن یه متن با یه کلید. متن اصلی رو به انگلیسی Plaintext، یعنی «متن ساده»، می‌گن، و نتیجه‌ی به هم ریخته رو Ciphertext، یعنی «متن رمزشده». برگردوندن متن رمزشده به متن اصلی با کلید درست، می‌شه رمزگشایی، به انگلیسی Decryption. کلید (Key) یه عدد خیلی بزرگه که بدون اون، برگردوندن ممکن نیست. و به روش یا دستور به هم ریختن، الگوریتم (Algorithm) می‌گن.

کلمه‌ی «رمز» توی فارسی دو تا معنی داره که این درس رو گیج‌کننده می‌کنه: رمز عبور، که درس رمز خوب گفت، و رمز به معنی «پیام رمزشده». این درس درباره‌ی دومیه، هر چند که گاهی رمز عبور شما، کلید یه رمزنگاری می‌شه.

دستور پخت و کلید

یه نکته‌ی خیلی مهم توی رمزنگاری امروزی، که برای خیلی‌ها عجیبه: روش رمزنگاری، یعنی الگوریتم، مخفی نیست. دستور کار رمزنگاری‌هایی که بانک‌ها، پیام‌رسان‌ها و گوشی‌ها استفاده می‌کنن، به‌طور عمومی منتشر شده و هر کسی می‌تونه بخونتش. تنها چیزی که مخفیه، کلیده.

این رو با یه قفل معمولی مقایسه کنید: همه می‌دونن قفل در خونه چطور کار می‌کنه، و نقشه‌ش توی هر کتاب قفل‌سازی هست؛ ولی بی کلید شما، بازش نمی‌کنن. به این ایده می‌گن اصل کرکهوفس (Kerckhoffs's Principle)، که یه رمزشناس هلندی بیش از صد سال پیش نوشت: یه سیستم رمزنگاری باید امن بمونه، حتی اگه همه‌چیزش جز کلید، لو رفته باشه. برای همین وقتی یه برنامه می‌گه «ما یه روش رمزنگاری مخفی و انحصاری داریم»، باید بیشتر شک کرد، نه کمتر. روش‌های خوب اون‌هایی‌ان که سال‌ها، هزاران متخصص، سعی کردن بشکننشون و نتونستن.

انیگما

قرن‌ها بعد، رمزها پیچیده‌تر شدن. معروف‌ترینشون انیگماست، ماشین رمزی که ارتش آلمان توی جنگ جهانی دوم استفاده می‌کرد: یه ماشین تحریر با چند چرخ که بعد از هر حرف می‌چرخیدن، طوری که یه حرف هر بار به یه حرف دیگه تبدیل می‌شد. تعداد تنظیم‌های ممکن، عددی با ده‌ها رقم بود، و آلمانی‌ها فکر می‌کردن شکست‌ناپذیره.

ولی شکسته شد؛ اول ریاضی‌دان‌های لهستانی و بعد گروهی در بریتانیا، که آلن تورینگ، از پدرهای علم کامپیوتر، توشون بود، با ساختن ماشین‌هایی که تنظیم‌ها رو سریع امتحان می‌کردن. نکته‌ی جالب اینه که بیشترش نه از ضعف خود ماشین، بلکه از اشتباه آدم‌ها بود: پیام‌هایی که هر روز با یه جمله‌ی تکراری، مثل گزارش هوا، شروع می‌شدن. این درس هنوز سر جاشه: رمزنگاری خوب معمولا از جای خودش شکسته نمی‌شه، از اشتباه آدم‌ها و کلیدهای ضعیف شکسته می‌شه.

مشکل رسوندن کلید

رمزنگاری متقارن یه مشکل بزرگ داره. اگه من و شما بخوایم با یه کلید پیام رمزشده بفرستیم، اول باید اون کلید رو به هم برسونیم. اگه کلید رو از همون اینترنتی بفرستم که پیام رو می‌فرستم، هر کی پیام رو ببینه، کلید رو هم دیده. اگه حضوری بدم، برای هر سایتی که توی دنیا بازش می‌کنید، باید پیش از اون، یکی رو حضوری دیده باشید!

قرن‌ها این مشکل حل‌نشدنی به نظر می‌رسید. ارتش‌ها و دولت‌ها کتاب‌های کلید رو با پیک دست‌به‌دست می‌کردن. تا اینکه دهه‌ی ۱۹۷۰، یه ایده‌ی کاملا تازه همه‌چیز رو عوض کرد.

هر دو با هم

رمزنگاری نامتقارن مشکل رسوندن کلید رو حل کرد، ولی خیلی کندتر از متقارنه. برای همین توی عمل، از هر دو با هم استفاده می‌شه: اول با رمزنگاری نامتقارن، یه کلید متقارن تازه و تصادفی، امن، به اون طرف می‌رسه؛ بعد بقیه‌ی کار، که حجم اصلیه، با همون کلید متقارن سریع، مثل AES، انجام می‌شه.

هر بار که یه سایت با HTTPS باز می‌کنید، همین اتفاق توی کسری از ثانیه میفته: مرورگر و سایت، با رمزنگاری نامتقارن، یه کلید مشترک تازه می‌سازن که هیچ‌کس توی راه نمی‌تونه بفهمه، و بعد همه‌ی صفحه با اون کلید رمزشده میاد. درس HTTPS و TLS توی مسیر شبکه، قدم‌به‌قدم این دست دادن رو نشون می‌ده.

امضای دیجیتال

جفت کلید یه کار دیگه هم می‌کنه که شاید از رمز کردن هم مهم‌تر باشه: امضا. این بار برعکس: صاحب کلید خصوصی، یه پیام رو با کلید خصوصیش «امضا» می‌کنه، و هر کسی با کلید عمومی اون آدم می‌تونه چک کنه که امضا درسته. چون کلید خصوصی فقط پیش صاحبشه، امضای درست یعنی دو چیز: پیام واقعا از همون آدم یا شرکت اومده، و از وقتی امضا شده، حتی یه حرفش هم عوض نشده. به این می‌گن امضای دیجیتال (Digital Signature).

پس جواب یه سوال رایج اینه: توی رمزنگاری نامتقارن، امضا با کلید خصوصی ساخته می‌شه و با کلید عمومی بررسی می‌شه. امضای دیجیتال همه‌جا هست: گواهی سایت‌ها که قفل کنار نشانی رو نشون می‌ده، به‌روزرسانی‌های گوشی که گوشی فقط اگه امضای درست سازنده رو داشته باشن نصبشون می‌کنه، و برنامه‌هایی که از فروشگاه رسمی می‌گیرید. درس برنامه‌ی جعلی گفت چرا برنامه‌ی بیرون از فروشگاه، این بررسی رو نداره.

چکیده، رمزنگاری، کدگذاری

سه تا چیز هستن که زیاد با هم قاطی می‌شن. رمزنگاری دوطرفه‌ست: با کلید درست، متن اصلی برمی‌گرده. چکیده (Hash)، که توی درس رمز خوب دیدیم، یه‌طرفه‌ست: از متن، یه اثر انگشت می‌سازه و هیچ کلیدی نیست که متن رو برگردونه؛ برای همین سایت‌ها رمز عبور رو چکیده می‌کنن، نه رمزگذاری. و کدگذاری (Encoding)، مثل Base64، اصلا امنیتی نیست: فقط شکل نوشتن رو عوض می‌کنه تا داده از جاهایی رد بشه که فقط حروف ساده قبول می‌کنن، و هر کسی بی کلید برش می‌گردونه.

اینو برای این می‌گیم که گاهی یه برنامه یا یه آدم، چیزی رو که فقط کدگذاری شده، «رمزشده» معرفی می‌کنه. مثلا متنی مثل c2liLWtvb2g= شبیه رمزه، ولی Base64‌ه و هر کسی با یه سایت ساده می‌خونتش. رمزنگاری واقعی بی کلید برنمی‌گرده.

توی راه و روی دستگاه

رمزنگاری دو جا کار می‌کنه، و فرقشون مهمه. اول، رمزنگاری توی راه (In Transit): داده وقتی از اینترنت رد می‌شه، رمزشده‌ست، مثل HTTPS یا وای‌فای با رمز. وقتی رسید به سرور، دوباره باز می‌شه. دوم، رمزنگاری روی دستگاه یا در حالت ذخیره (At Rest): داده وقتی روی گوشی، لپ‌تاپ یا سرور نشسته، رمزشده‌ست، تا اگه دستگاه دزدیده شد، بی کلید خونده نشه.

یه داده می‌تونه یکی رو داشته باشه و یکی رو نه. مثلا ایمیلی که با HTTPS به سرور ایمیل می‌رسه، توی راه امن بوده، ولی روی سرور، خود شرکت ایمیل می‌تونه بخونتش. رمزنگاری سرتاسری، که درس بعده، اینو هم می‌بنده: پیام فقط روی دستگاه فرستنده و گیرنده باز می‌شه، نه هیچ‌جای وسط.

رمزگذاری گوشی

گوشی‌های امروزی همه‌ی داده‌هاشون رو روی خود گوشی رمزگذاری می‌کنن. آیفون از وقتی رمز صفحه داشته باشه، این کار رو خودش می‌کنه، و اندرویدهای تازه هم به‌طور پیش‌فرض رمزگذاری‌شده‌ان. کلید این رمزگذاری، به رمز صفحه‌ی قفل گوشی شما گره خورده. یعنی اگه گوشی دزدیده بشه و حافظه‌ش رو هم دربیارن، بی رمز صفحه، داده‌ها بی‌معنی‌ان.

این دو تا نتیجه داره. یکی اینکه رمز صفحه‌ی گوشی، فقط یه قفل در نیست، کلید همه‌ی داده‌هاست؛ برای همین 1234 و تاریخ تولد نذارید. دوم، روی اندروید، کارت حافظه‌ی جانبی ممکنه جدا باشه و رمزگذاری نشده باشه؛ اگه عکس‌ها یا فایل‌های خصوصی روی کارت حافظه‌ست، توی تنظیمات امنیت دنبال گزینه‌ی رمزگذاری کارت حافظه بگردید، یا اونا رو توی حافظه‌ی خود گوشی نگه دارید. درس‌های اندروید و آیفون جزئیاتش رو می‌گن.

رمزگذاری لپ‌تاپ

لپ‌تاپ‌ها برخلاف گوشی، همیشه خودبه‌خود رمزگذاری‌شده نیستن. ویندوز یه ابزار به اسم BitLocker یا «رمزگذاری دستگاه» (Device Encryption) داره، و مک یه ابزار به اسم FileVault. وقتی روشن باشن، کل دیسک رمزگذاری می‌شه و بی رمز ورود، کسی که دیسک رو درآورده، چیزی نمی‌بینه. بی اون‌ها، کسی که لپ‌تاپ رو بدزده، می‌تونه دیسک رو به یه کامپیوتر دیگه وصل کنه و همه‌چیز رو بخونه، حتی اگه رمز ورود ویندوز رو نداشته باشه.

موقع روشن کردنش، یه «کلید بازیابی» (Recovery Key) می‌ده؛ اونو جای امن، جدا از لپ‌تاپ، نگه دارید، چون اگه رمز یادتون رفت یا قطعه‌ای از لپ‌تاپ عوض شد، بی اون کلید، داده‌ها برنمی‌گرده. درس‌های ویندوز و مک قدم‌به‌قدمش رو می‌گن.

رمز گذاشتن روی یه فایل

گاهی لازمه یه فایل خاص رو رمزگذاری کنید، مثلا اسکن مدارک که می‌خواید برای کسی بفرستید یا روی فلش نگه دارید. یه راه رایگان و متن‌باز برای ویندوز، برنامه‌ی 7-Zip‌ه: فایل یا پوشه رو فشرده می‌کنه و موقع ساختن فایل فشرده، می‌تونید یه رمز بذارید و روش AES-256 رو انتخاب کنید. فایل‌های فشرده‌ی 7z یا zip با AES رو روی مک و لینوکس هم با برنامه‌های رایگان می‌شه باز کرد. روی مک، خود سیستم یه راه داخلی داره: با برنامه‌ی Disk Utility می‌شه یه «دیسک مجازی» رمزگذاری‌شده ساخت و فایل‌ها رو توش گذاشت.

برنامه‌های اداری هم، مثل ورد و اکسل، گزینه‌ی «رمزگذاری با رمز عبور» دارن، و PDFها هم می‌تونن رمز داشته باشن. سه تا نکته: رمز فایل، کلید رمزنگاریشه، پس باید بلند باشه؛ رمز رو هیچ‌وقت توی همون پیامی که فایل رو فرستادید ننویسید، از یه راه دیگه، مثلا تماس، بگید؛ و رمزهای قدیمی بعضی فرمت‌ها، مثل zip قدیمی، ضعیفن، برای همین AES رو انتخاب کنید.

پشتیبان رمزگذاری‌شده

گوشی رمزگذاری‌شده‌ست، ولی پشتیبانی که ازش می‌گیرید، شاید نه. وقتی از آیفون روی کامپیوتر پشتیبان می‌گیرید، یه گزینه برای رمزگذاری پشتیبان هست؛ روشنش کنید، چون بی اون، هر کسی به کامپیوتر برسه، به پشتیبان گوشی هم رسیده، و خیلی از رمزهای ذخیره‌شده و داده‌های سلامت فقط توی پشتیبان رمزگذاری‌شده ذخیره می‌شن. برای فلش و هارد اکسترنالی که پشتیبان‌ها رو روش نگه می‌دارید هم، BitLocker To Go ویندوز یا گزینه‌ی رمزگذاری دیسک مک رو استفاده کنید؛ فلش‌ها زودتر از هر چیزی گم می‌شن.

پشتیبان‌های ابری، مثل آی‌کلود یا گوگل درایو، هم روی سرور شرکت رمزگذاری می‌شن، ولی معمولا کلیدش دست خود شرکته، نه شما. بعضی سرویس‌ها یه حالت اضافه دارن که کلید فقط پیش شما بمونه؛ مثلا اپل یه گزینه به اسم Advanced Data Protection داره. درس آیفون می‌گه کجاست و چه چیزی رو باید پیش از روشن کردنش بدونید.

Encryption توی تنظیمات مودم

اگه یه بار تنظیمات مودم خونه رو باز کرده باشید، یه گزینه به اسم Encryption یا Security Mode دیدید، با گزینه‌هایی مثل WEP، WPA، WPA2 و WPA3. این همون رمزنگاری توی راهه، بین گوشی و مودم: کاری می‌کنه که همسایه یا هر کسی بیرون خونه، نتونه چیزهایی که توی هوا بین گوشی و مودم رد می‌شه رو بخونه.

• WPA3 جدیدترین و امن‌ترینه؛ اگه مودم و همه‌ی دستگاه‌ها پشتیبانی می‌کنن، همینو انتخاب کنید.
• WPA2 با AES (گاهی نوشته CCMP) هنوز خوبه؛ اگه WPA3 نیست، این.
• WPA قدیمی و WEP دیگه امن حساب نمی‌شن و توی چند دقیقه شکسته می‌شن؛ اگه مودم فقط اینا رو داره، وقت عوض کردنشه.
• «Open» یا «None» یعنی بی رمزنگاری؛ هر کسی وصل می‌شه و همه‌چیز رو توی هوا می‌بینه.

و یادتون باشه، رمزنگاری وای‌فای به رمز وای‌فای بستگی داره؛ با رمز کوتاه، رمزنگاری قوی هم کمکی نمی‌کنه. درس وای‌فای عمومی می‌گه بیرون از خونه چی کار کنید.

در پشتی

گاهی پیشنهاد می‌شه که رمزنگاری یه «در پشتی» (Backdoor) داشته باشه، یه کلید اضافه که فقط برای یه گروه خاص، در موارد خاص، پیام‌ها رو باز کنه. متخصص‌های رمزنگاری تقریبا یک‌صدا می‌گن این از نظر فنی کار نمی‌کنه: ریاضی فرق «آدم خوب» و «آدم بد» رو نمی‌فهمه. کلیدی که برای یه نفر در رو باز می‌کنه، اگه دزدیده بشه، لو بره یا یه کارمند ازش سوءاستفاده کنه، برای هر کسی در رو باز می‌کنه، و یه کلید که میلیاردها پیام رو باز می‌کنه، باارزش‌ترین هدف دنیا برای هکرها می‌شه.

برای شما، نتیجه‌ی عملیش اینه: به برنامه‌هایی اعتماد کنید که روش رمزنگاریشون منتشر شده و متخصص‌های مستقل بررسیش کردن، و وقتی یه برنامه می‌گه «پیام‌هاتون رمزشده‌ست»، بپرسید کلیدش دست کیه.

کوانتوم و پساکوانتوم

شاید شنیده باشید کامپیوترهای کوانتومی (Quantum Computer) یه روز رمزنگاری رو می‌شکنن. نصفش درسته. کامپیوتر کوانتومی به اندازه‌ی کافی بزرگ، که هنوز ساخته نشده، می‌تونه همون مسئله‌ی «پیدا کردن دو عدد از حاصل‌ضربشون» رو حل کنه، یعنی رمزنگاری نامتقارن امروزی، مثل RSA، رو بشکنه. ولی رمزنگاری متقارن، مثل AES با کلید ۲۵۶ بیتی، حتی در برابر کامپیوتر کوانتومی هم امن حساب می‌شه.

برای همین، متخصص‌ها از چند سال پیش روش‌های تازه‌ای ساختن که بهشون رمزنگاری پساکوانتومی (Post-Quantum Cryptography) می‌گن: روش‌های نامتقارنی که روی مسئله‌هایی ساخته شدن که کامپیوتر کوانتومی هم حلشون نمی‌کنه. NIST اوت ۲۰۲۴ اولین استانداردهای نهایی این روش‌ها رو منتشر کرد، و مرورگرها و پیام‌رسان‌های بزرگ کم‌کم دارن ازشون استفاده می‌کنن. نگرانی اصلی امروز اینه که کسی پیام‌های رمزشده‌ی امروز رو ذخیره کنه تا سال‌ها بعد با کامپیوتر کوانتومی بازشون کنه؛ برای همینه که این تغییر از حالا شروع شده. برای شما کاری لازم نیست جز به‌روز نگه داشتن مرورگر و برنامه‌ها.

«رمزنگاری کوانتومی» هم یه چیز دیگه‌ست، که با خود فیزیک کوانتوم کلید رو جابه‌جا می‌کنه؛ فعلا بیشتر توی آزمایشگاه‌ها و چند شبکه‌ی خاصه، نه گوشی‌های ما.

اشتباه‌های رایج

• «روش رمزنگاری ما مخفیه، پس امنه.» رمزنگاری خوب منتشرشده و بررسی‌شده‌ست؛ فقط کلید مخفیه.
• «پیام‌هام رمزشده‌ست، پس هیچ‌کس هیچ‌چیز نمی‌دونه.» فراداده، یعنی کی با کی و کی، هنوز پیداست.
• «این متن عجیبه، پس رمزشده‌ست.» شاید فقط کدگذاری، مثل Base64، باشه.
• «گوشیم رمزگذاری‌شده‌ست، رمز صفحه مهم نیست.» رمز صفحه همون کلید رمزگذاریه.
• «کلید بازیابی BitLocker رو جایی ننوشتم.» روزی که لازم بشه، داده‌ها برنمی‌گرده.
• «مودمم روی WEP یا Open‌ه، ولی رمز وای‌فای دارم.» WEP شکسته شده و Open یعنی بی رمزنگاری.