ما هو تشفير AES؟ دليلك الأساسي

هل تساءلت يومًا كيف تبقى خدماتك المصرفية عبر الإنترنت آمنة؟ معيار التشفير المتقدم (AES) هو الحل. يحول معيار التشفير المتقدم (AES) بياناتك السرية القابلة للقراءة إلى رمز مشفر لا يمكن لغير المستلمين المصرح لهم فتحه.

تم تطوير AES من قِبل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، وقد أصبح AES ضروريًا لحماية البيانات في جميع أنحاء العالم. فهو يوفر حماية فائقة دون التضحية بالسرعة.

يحمي AES حياتك الرقمية يومياً، من تطبيقات المراسلة إلى الشبكات اللاسلكية. تحمي خوارزمية التشفير هذه بفعالية من هجمات التشفير مع الحفاظ على أمان البيانات في عالمنا المتصل.

دعنا نستكشف كيفية تشفير AES للبيانات وسبب أهميته بالنسبة لك.

---

جدول المحتويات

1. ما هو AES؟
2. تاريخ شركة AES وتطورها
3. كيف يعمل تشفير AES؟
4. أحجام مفاتيح AES ومستويات الأمان
5. أوضاع تشفير AES
6. تطبيقات تشفير AES
7. مزايا وقيود AES

---

ما هو AES؟

AES (معيار التشفير المتقدم) هي خوارزمية تشفير متماثل تؤمن البيانات عن طريق تحويل النص العادي إلى نص مشفر باستخدام نفس المفتاح لكل من التشفير وفك التشفير. وهي تعمل على كتل بيانات ذات حجم ثابت وتستخدم على نطاق واسع لسرعتها وكفاءتها وأمانها القوي في الاتصالات الرقمية.

تم تطوير AES لتحل محل معيار تشفير البيانات القديم (DES) ومعيار تشفير البيانات الثلاثي (3DES)، اللذان أصبحا عرضة للهجمات بسبب قصر طول مفتاحهما. بعد عملية اختيار واسعة النطاق، اختار المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا NIST خوارزمية Rijndael كأساس لمعيار التشفير المتقدم AES في عام 2001، مما جعله المعيار الفيدرالي الجديد لتأمين البيانات.

أساسيات تشفير AES

تقوم خوارزمية AES بتشفير بيانات الإدخال في كتل ذات حجم ثابت من 128 بت (16 بايت)، بغض النظر عن حجم المفتاح. يعني نهج الكتل هذا أن خوارزمية AES تعالج معلوماتك في أجزاء متناسقة، وتطبق جولات تحويل متعددة على كل كتلة. تتضمن معظم الجولات الاستبدال، وتبديل الصفوف، وخلط الأعمدة، وإضافة المفتاح الدائري؛ أما الجولة الأخيرة فتتجاهل خطوة خلط الأعمدة.

ما يميز AES هو مرونة طول المفتاح. يدعم AES أحجام المفاتيح 128 و192 و 256 بتويشار إليها عادةً باسم AES-128 و AES-192 و AES-256. كلما كان المفتاح أطول، يتم تطبيق عدد أكبر من جولات التحويل: 10 جولات لمفاتيح 128 بت، و12 جولة لمفاتيح 192 بت، و14 جولة لمفاتيح 256 بت.

توسيع المفتاح أمر بالغ الأهمية لأمان AES. من خلال خوارزمية جدول المفاتيح، يشتق AES مفاتيح دائرية متعددة من مفتاح التشفير الأولي، مما يزيد من تعقيد عملية التشفير وفك التشفير.

أنت تواجه AES يومياً عند استخدام أدوات الاتصالات الآمنة، أو الوصول إلى الشبكات اللاسلكية، أو تخزين المعلومات على الأجهزة الخارجية.

يوازن AES بين الكفاءة الحسابية والأمان القوي، مما يجعله الحل الأمثل لأنظمة حماية البيانات الحديثة.

---

تاريخ شركة AES وتطورها

بدأت قصة معيار التشفير المتقدم في أواخر التسعينيات عندما ظهرت ثغرات في معيار تشفير البيانات القديم. فمع تزايد قوة الحوسبة بشكل كبير، أصبح طول مفتاح DES المحدود البالغ 56 بت عرضة لهجمات القوة الغاشمة، مما دفع إلى اتخاذ إجراءات عاجلة.

في عام 1997، أطلق المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والابتكار التكنولوجي مسابقة عالمية لتطوير خوارزمية تشفير تخلفها. دعت هذه المسابقة المفتوحة مصممي التشفير في جميع أنحاء العالم إلى تقديم خوارزميات مرشحة لحماية البيانات الحساسة لعقود.

كانت معايير الاختيار صارمة: كان على المرشحين إثبات الأمان ضد هجمات التشفير المعروفة والنظرية، والأداء الفعال عبر مختلف تطبيقات الأجهزة والبرمجيات، وأن تظل مدمجة بما يكفي للأنظمة المدمجة والبيئات محدودة الموارد.

ظهرت خمسة مرشحين نهائيين من بين 15 طلبًا أوليًا بعد تحليل تشفير مكثف واختبار الأداء. في نهاية المطاف، فازت خوارزمية Rijndael، التي ابتكرها خبيرا التشفير البلجيكيان فينسنت ريجمين وجوان دايمين، بسبب توازنها بين الأمان والأداء والمرونة.

قام المعهد الوطني للمعايير والاختراعات والتكنولوجيا (NIST) بتوحيد Rijndael رسميًا باسم AES في نوفمبر 2001 بموجب FIPS PUB 197. على عكس سابقه، الذي واجه مخاوف أمنية متزايدة، قدم AES أحجام مفاتيح متغيرة وبنية أنيقة رياضيًا مقاومة للاختصارات التحليلية.

كان الانتقال من DES إلى AES بمثابة تحول نحو تطوير معايير أمنية مفتوحة وتعاونية. ومنذ اعتماده، صمد AES أمام التدقيق الشديد من مجتمع التشفير بينما أصبح العمود الفقري للاتصالات الآمنة في مختلف القطاعات.

---

كيف يعمل تشفير AES؟

يعتمد AES على سلسلة من العمليات الرياضية. دعنا نقسم عملية التشفير المعقدة هذه إلى خطوات مفهومة.

قبل بدء التشفير، يقوم AES بتوسيع المفتاح. من خلال خوارزمية جدول المفاتيح، ينشئ مفتاح التشفير الأصلي سلسلة من مفاتيح التشفير الدائرية، مفتاح لكل جولة، بالإضافة إلى مفتاح إضافي.

على سبيل المثال، يولد مفتاح 128 بت أحد عشر مفتاحًا دائريًا من 128 بت، مما يضمن أن كل جولة تشفير تستخدم مادة مفتاح فريدة. تضيف عملية توسيع المفتاح هذه تعقيدًا كبيرًا، مما يجعل من المستحيل تقريبًا على المهاجمين العمل بشكل عكسي من البيانات المشفرة.

يحدث التشفير الفعلي في جولات، ويعتمد العدد على حجم المفتاح:

• مفتاح 128 بت: 10 جولات
• مفتاح 192 بت: 12 جولة
• طول المفتاح 256 بت: 14 جولة

تبدأ العملية بعملية AddRoundKey الأولية، حيث يتم XOR كل بايت مع مفتاح الجولة الأولى. بعد ذلك، تأتي بعد ذلك الجولات الرئيسية، حيث تقوم كل جولة بأربع تحويلات:

1. البايتات الفرعية: يتم استبدال كل بايت بآخر وفقًا لجدول بحث (S-box)، على غرار الطريقة التي قد تستبدل بها شيفرة الاستبدال البسيطة كل حرف بحرف آخر محدد مسبقًا.
2. صفوف التحويل: تتحرك البايتات في كل صف بشكل دوري إلى اليسار؛ الصف الأول يبقى في مكانه، والصف الثاني يتحرك موضعًا واحدًا، وهكذا.
3. الأعمدة المختلطة: يخضع كل عمود لتحويل رياضي يمزج بين البايتات الأربعة الخاصة به.
4. AddRoundKey: يتم دمج البايت المقابل من مفتاح تلك الجولة مع الحالة الحالية.

تخيل إرسال الرسالة ”TRANSFER 1000“ من خلال AES. بعد جولة واحدة فقط، قد تصبح الرسالة رطانة لا يمكن التعرف عليها مثل ”F83#ZQ@*7BL !2K“.

تُغفل الجولة الأخيرة خطوة MixColumns ولكنها تتضمن التحويلات الثلاثة الأخرى، مما ينتج عنه بيانات مشفرة بالكامل.

تقوم عملية فك التشفير بعكس هذه الخطوات، حيث يتم تطبيق العمليات العكسية بالترتيب المعاكس. عند استخدام AES-256، فإن النص المشفر الناتج لا يحمل أي علاقة يمكن التعرف عليها بالرسالة الأصلية.

فكّر في العملية بأكملها وكأنها خزنة متخصصة ذات غرف دوارة متعددة. تمر رسالتك الأصلية من خلال كل غرفة (مستديرة)، حيث يتم تدويرها بشكل متزايد. تتطلب كل غرفة مفتاحاً محدداً (مفتاح دائري) لتشغيلها.

لاسترداد الرسالة، يجب أن يكون لديك المفتاح نفسه لفتح وعكس تأثير كل غرفة بترتيب عكسي دقيق. وبدون المفتاح الكامل، تظل الخزنة غير قابلة للاختراق، مما يحافظ على أمان بياناتك الحساسة.

---

أحجام مفاتيح AES ومستويات الأمان

عند تنفيذ تشفير AES، يمكنك الاختيار من بين ثلاثة خيارات لحجم المفتاح، يقدم كل منها مستويات أمان وخصائص أداء مختلفة.

يدعم AES أحجام المفاتيح 128 و192 و256 بت، مما يؤدي إلى إنشاء ثلاثة متغيرات مختلفة من الخوارزمية:

• يعالج AES-128 البيانات من خلال 10 جولات تحويل. مع مفاتيح 128-بت، ينشئ هذا الإصدار 2^128 (حوالي 340 ديسيليون) تركيبة مفاتيح ممكنة. على الرغم من كونه تطبيق AES ”للمبتدئين“، يظل هذا الإصدار آمنًا للغاية ضد هجمات القوة الغاشمة التقليدية. تشمل معظم التطبيقات العملية الشبكات اللاسلكية وحماية الاتصالات اليومية.
• يزيد AES-192 من الأمان باستخدام 12 جولة ومفتاح تشفير 192 بت. يوفر هذا الخيار من المستوى المتوسط عددًا أكبر بكثير من مجموعات المفاتيح (2^192)، مما يجعل الهجمات النظرية أكثر صعوبة بشكل كبير. غالباً ما تختار الوكالات الحكومية والمؤسسات التي تتعامل مع سجلات مالية قيّمة هذا الخيار لتوازنه بين الأمان والأداء.
• يوفر AES-256 أعلى مستوى أمان نظري، مع 14 جولة تحويل وطول مفتاح 256 بت. مع عدد 2^256 من التركيبات الممكنة، يفي هذا المتغير بمتطلبات حماية المعلومات السرية للغاية عند استخدامه مع أوضاع التشفير المعتمدة. تستخدم المؤسسات التي تدير بيانات حساسة للغاية مثل الاتصالات الاستخباراتية أو البنية التحتية الحيوية أو الملكية الفكرية القيّمة AES-256.

متغير AES	طول المفتاح	عدد الجولات	التوليفات النظرية	مستوى الأمان	التطبيقات الشائعة
AES-128	128 بت	10	2^128	قوي	الأمان اللاسلكي وتطبيقات المستهلكين
AES-192	192 بت	12	2^192	قوي جداً	المؤسسات المالية والحكومية
AES-256	256 بت	14	2^256	الحد الأقصى	البنية التحتية العسكرية وإدارة المفاتيح والبنية التحتية العسكرية

في حين أن المفاتيح الأكبر حجمًا توفر نظريًا حماية محسنة، إلا أنها تتطلب المزيد من الموارد الحاسوبية. وتصبح متطلبات المعالجة الإضافية ذات صلة بالأنظمة المدمجة ذات القدرات المحدودة أو التطبيقات التي تكون فيها الإنتاجية العالية أمرًا بالغ الأهمية.

تذكّر: لا يعتمد أمانك على حجم المفتاح فحسب، بل يعتمد أيضًا على ممارسات إدارة المفتاح المناسبة. حتى AES-256 يصبح ضعيفًا إذا قمت بتخزين مفتاح التشفير الخاص بك بشكل غير آمن أو استخدمت كلمات مرور ضعيفة لإنشائه.

---

أوضاع تشفير AES

تحدد أوضاع التشفير كيفية تعامل AES مع الكتل المتعددة وتضيف خصائص أمان فريدة لحماية البيانات الحساسة. فكّر في الوضع على أنه الاستراتيجية التي تحكم كيفية ارتباط كل كتلة بالكتل الأخرى، مما يحول الكتل الآمنة الفردية إلى رسالة متماسكة ومحمية.

دفتر الرموز الإلكترونية (ECB)

في وضع الترميز الإلكتروني، يتم تشفير كل كتلة من بيانات النص العادي بشكل مستقل باستخدام نفس المفتاح. تخيل ترجمة كتاب حيث يتم تحويل كل كلمة على حدة دون سياق.

على الرغم من وضوحها، إلا أن ECB لديها عيب خطير: كتل النصوص العادية المتطابقة تنتج كتل نصوص مشفرة متطابقة. يمكن أن يكشف هذا النمط المحفوظ عن معلومات حول بنية البيانات الخاصة بك، تمامًا كما فيصورة ”بطريق ECB“ الشهيرة. لا يزال بإمكانك رؤية مخطط البطريق في النسخة المشفرة.

CBC (تسلسل كتلة التشفير)

يربط وضع CBC بذكاءٍ بين الكتل معًا عن طريق XOR (الجمع بين قيمتين ثنائيتين باستخدام عملية XOR، والتي تُخرج واحدًا فقط عندما تختلف البتات) كل كتلة نص عادي مع كتلة النص المشفر السابقة قبل التشفير.

تبدأ الكتلة الأولى السلسلة بـ ”ناقل تهيئة“ (IV). تضمن آلية التسلسل هذه أن يتم تشفير كتل النصوص العادية المتطابقة بشكل مختلف، مما يخفي الأنماط في بياناتك المشفرة.

يوفر CBC سرية بيانات قوية لتشفير الملفات وتطبيقات تخزين البيانات الآمنة. تم استخدامه على نطاق واسع في TLS 1.0-1.2، على الرغم من أن البروتوكولات الأحدث تفضل أوضاع المصادقة مثل GCM.

CTR (العداد)

يجعل وضع العداد AES يتصرف مثل تشفير الدفق عن طريق تشفير قيم العداد بدلاً من كتل النص العادي. ثم تتحد العدادات المشفرة مع بيانات النص العادي من خلال عمليات XOR.

يسمح CTR بالتشفير/فك التشفير المتوازي ويزيل متطلبات الحشو. إنه مثالي لتشفير وفك تشفير البيانات المتدفقة عالية الإنتاجية والتطبيقات في الوقت الحقيقي مثل تشفير الصوت في الاتصالات الآمنة.

GCM (وضع غالوا/وضع العداد)

يجمع GCM بين وضع CTR والمصادقة. بالإضافة إلى الحفاظ على سرية بياناتك، فإنه يتحقق من عدم تلاعب أي شخص برسالتك المشفرة.

يحمي GCM البيانات المرسلة عبر الشبكات اللاسلكية والشبكات الخاصة الافتراضية واتصالات HTTPS . إن قدرته على معالجة البيانات بالتوازي مع توفير عمليات التحقق من المصداقية يجعله مثاليًا لتأمين الشبكات اللاسلكية والاتصالات السحابية.

---

تطبيقات تشفير AES

يحمي تشفير AES حياتك الرقمية عبر العديد من التطبيقات. إليك كيفية حماية هذه الخوارزمية لبياناتك في سيناريوهات الحياة اليومية:

• أمان Wi-Fi (WPA2/WPA3): تستخدم شبكتك المنزلية تشفير AES لمنع المتسللين من اعتراض حركة المرور على الإنترنت. تستخدم أجهزة توجيه Wi-Fi 7 من العلامات التجارية مثل Asus وTP-Link تقنية WPA3، التي تتضمن تشفير AES لاتصالات أسرع وأكثر أماناً.
• تصفح الويب الآمن (HTTPS/SSL/TLS): عندما تتحقق من بريدك الإلكتروني على Gmail أو تتسوق على Amazon، يقوم AES بتشفير اتصالك لحماية البيانات المنقولة بين متصفحك والموقع الإلكتروني. اليوم، يتم تشفير أكثر من 95% من حركة مرور البيانات على الويب باستخدام HTTPS، ويضع متصفح كروم علامة ”غير آمن“ على المواقع التي لا تستخدم HTTPS.
• الشبكات الخاصة الافتراضية: يجمع بعض مزوّدي الشبكات الخاصة الافتراضية الآن بين AES-256 وأساليب تبادل المفاتيح الهجينة المقاومة للكمّ، استعداداً لمستقبل تهديدات ما بعد الكم.
• تشفير الملفات والأقراص: يحمي BitLocker وVeraCrypt أجهزة التخزين الخارجية ومحركات أقراص الكمبيوتر المحمول. تتميز رقاقات M4 من Apple بتسريع أجهزة AES، مما يؤدي إلى تشفير التخزين بأقل خسارة في الأداء.
• المعاملات المالية: يستخدم PayPal وVisa وتطبيقاتك المصرفية AES لتأمين المعاملات. أكملت شبكة سويفت ترقية AES-256 في عام 2024 للتحويلات الدولية.
• الاتصالات الحكومية: توافق وكالة الأمن القومي على AES (باستخدام أوضاع محددة مثل GCM) لحماية المعلومات السرية حتى مستوى TOP SECRET.
• التخزين السحابي: يستخدم Dropbox وOneDrive تقنية AES لتخزين البيانات بشكل آمن، مما يحمي ملفاتك قبل وصولها إلى السحابة.
• تطبيقات المراسلة: يستخدم تطبيق Signal وواتساب AES لضمان أن المستلمين المقصودين فقط هم من يمكنهم قراءة محادثاتك.

يُعد اعتماد AES على نطاق واسع شهادة على فعاليته في تحقيق التوازن بين الحماية القوية والأداء العملي.

---

مزايا وقيود AES

يساعدك فهم نقاط القوة والضعف في AES على تطبيقه بفعالية. راجع المزايا والقيود أدناه:

المزايا

• أمان قوي: لقد صمد AES أمام عقود من تحليل الشفرات ولا يزال منيعاً ضد هجمات التشفير العملية. فحتى أقوى الحواسيب الخارقة تحتاج إلى مليارات السنين لفك تشفير مفتاح AES-256 المنفذ بشكل صحيح.
• الكفاءة: تشتمل المعالجات الحديثة على تعليمات AES مخصصة، مما يجعل التشفير وفك التشفير سريعًا بشكل ملحوظ. تعمل تعليمات AES-NI من Intel على تسريع التشفير بشكل كبير، مما يجعل AES عالي الكفاءة حتى على الأنظمة محدودة الموارد.
• أحجام مفاتيح مرنة: مع تطور الاحتياجات الأمنية للمؤسسات، يمكنها اختيار أطوال المفاتيح المناسبة دون تغيير الخوارزميات. تضمن قابلية التوسع هذه أن يدعم AES أحجام المفاتيح المناسبة لكل شيء بدءًا من تطبيقات إنترنت الأشياء خفيفة الوزن إلى الوثائق الحكومية السرية.
• اعتماد واسع النطاق: يُعد معيار AES معيارًا عالميًا معتمدًا في مختلف القطاعات، بدءًا من الرعاية الصحية والتمويل إلى الحكومة والبنية التحتية السحابية.

القيود

• نقاط الضعف في التنفيذ: على الرغم من أن الخوارزمية آمنة، إلا أن سوء التنفيذ يمكن أن يؤدي إلى ظهور نقاط ضعف. وقد نجحت هجمات القنوات الجانبية التي تستهدف التوقيت أو استهلاك الطاقة أو الانبعاثات الكهرومغناطيسية في استخراج مفاتيح من أنظمة مصممة بشكل غير صحيح.
• تهديدات الحوسبة الكمية: من المحتمل أن تقلل الحواسيب الكمية النظرية من أمان AES-128 من خلال خوارزمية غروفر. على الرغم من أن AES-256 لا يزال مقاومًا للكمومية، إلا أن المؤسسات التي تخطط لعقود من الزمن تنظر في بدائل ما بعد الحوسبة الكمية.
• تحديات إدارة المفاتيح: يعتمد أمان AES بالكامل على الإدارة السليمة للمفاتيح. فبدون ممارسات إدارة مفاتيح قوية، يصبح حتى أقوى التشفير عرضة للسرقة أو الضياع أو سوء التعامل مع المفتاح السري.

من خلال التعرف على هذه العيوب، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تطبيق AES لتحقيق الحماية المثلى للبيانات بما يتناسب مع متطلباتك الأمنية المحددة.

---

قم بتأمين موقعك الإلكتروني باستخدام تشفير AES

قم بحماية موقعك الإلكتروني وبناء الثقة مع كل نقرة. تقدمSSL Dragon مجموعة كبيرة من شهادات SSL مدعومة بتشفير قوي مثل AES، مما يحافظ على أمان بياناتك وثقة زوارك. سواء كنت تدير مدونة أو متجرًا على الإنترنت، لم يعد تأمين موقعك اختياريًا؛ بل أصبح أمرًا متوقعًا.

اتخذ الخطوة الأولى نحو تواجد أكثر أمانًا واحترافية على الويب. استكشف شهادات SSL Dragon، وقارن بين العلامات التجارية الموثوقة، واعثر على الحل المناسب. فريق الدعم لدينا جاهز للمساعدة إذا كانت لديك أسئلة. قم بالتبديل اليوم واستمتع براحة البال مع كل اتصال آمن.