رمزنگاری/5-الگوریتم های Caesar و Enigma (سِزار و اِنیگما)

قسمت قبلی: معیارهای امنیت

در پست قبل یک سناریو تعریف کردیم که در آن "باب" و "آلیس"، پادشاه و فرمانده‌ی زبده اش، در شرایطی قرار گرفته اند که باید مدام از طریق نامه تصیمات مهم جنگی خود را مبادله کنند؛ آنگاه آمدیم و معیارهایی را که از نظر ما، باید در مورد نامه‌های خود در نظر می‌گرفتند را بیان کردیم. حال می‌پردازیم به آنچه که واقعا گذشت ...

الگوریتم سزار:

"باب" جلسه ای دو نفره و محرمانه با "آلیس" تشکیل داد و با او در مورد نحوه‌ی ارسال نامه ها مشورت کرد. چیزی که در ابتدا باب می‌خواست این بود که هیچ کسی جز آلیس قادر به فهمیدن محتوای نامه و دستورات نباشد. در این جلسه تصمیم باب و آلیس بر این شد که در متن نامه به جای هر حرف، حرف سه جایگاه قبل تر را جایگزین کنند. به این صورت که به جای A حرف X، به جای B حرف Y و ... 

با روند فوق که در اصل یک نوع انکدینگ به حساب می‌آید (زیرا به نوعی فرمت حروف عوض شده است، و در صورتی که الگوریتم فاش شود، چیزی به عنوان کلید لازم نداریم و هر کسی می‌تواند داده ها را به حالت اولیه بازگرداند) به ظاهر محرمانگی نامه‌های تبادلی تضمین می‌شود، اما چیزی که بعدها باب و آلیس کشف کردند این بود که در نامه هایی نهایی درصد تکرار حروف می‌تواند باعث فاش شدن متن اصلی شود. یعنی از آنجا که پر تکرار ترین حرف انگلیسی E است، در نامه های رمز شده، پرتکرارترین حرف را اگر با E جایگزین کنیم، به متن اصلی نزدیک می‌شویم. به همین ترتیب تک حروف های منفرد، به احتمال زیاد یا I هستند یا A.  این قبیل نتیجه گیری ها که همگی به علت یکسان نبودن احتمال ظاهر شدن حروف مختلف در خروجی نهایی نامه هاست، به سادگی می‌توانست موجب رمزگشایی نامه‌ها شود و بنابرین آلیس و باب باید به دنبال راهکار دیگری می‌بودند ...

[پایان داستان باب و آلیس!!!/به علت زیاد بودن مطالب]

شکل: نسبت تکرار حروف مختلف در یک متن انگلیسی

نکته: در دنیای رمزنگاری، الگوریتم فوق به نام الگوریتم سزار معروف است، زیرا برای اولین بار ژولیوس سزار پادشاه رومی برای ارتباط با فرماندهانش استفاده شد. از نام های دیگر آن می‌توان به Shift Cipher، Caesar Code و Caesar shift اشاره کرد.

ماشین Enigma:

 پس از الگوریتم سزار، دومین روش مشهوری که در روند توسعه‌ی رمزنگاری وجود دارد، ماشین انیگما است. این وسیله‌ی سخت افزاری توسط‌ آلمان‌ها در جنگ جهانی دوم ابداع و استفاده شد.

جهت اطلاع دقیق از نحوه ی عملکرد این دستگاه می‌توانید به این بخش از ویکی‌پدیا مراجعه کنید. ولی در نهایت خروجی های این دستگاه نیز توسط دانشمندان وابسته به متفقین رمزشکنی شد و رفته رفته گام‌هایی به سوی الگوریتم هایی مبتنی بر عملیات های ریاضی قوی‌تر برداشته شد.

قسمت بعدی: بررسی تقسیم بندی الگوریتم‌های رمزنگاری

---

دیدار تو گر صبح ابد هم دَهَدَم دست

من سرخوشم از لذتِِ این چشم به راهی ...

#فریدون_مشیری

رمزنگاری/4-معیارهای امنیت

قسمت قبلی: مشکلات مربوط به Encoding

تا پیش از این با Hash کردن و Encoding و Decoding آشنا شدیم و دانستیم که Hashing استفاده از تابعی است که یک طرفه می‌باشد و پس از Hash کردن داده ها قابلیت بازیابی مجدد آن‌ها را نداریم، و در مقابل دانستیم که Encoding و Decoding تابع هایی دو طرفه برای تغییر Form داده ها هستند؛ که برای استفاده از آن‌ها نیاز به چیزی تحت عنوان کلید یا رمز نیست و هر فردی که از الگوریتم مطلع باشد می‌تواند داده های Encode شده را با استفاده از تابع Decode به داده های اصلی تبدیل کند.(لازم به ذکر است که ماهیت Public بودن قریب به اتفاق الگوریتم های Encoding/Decoding باعث می‌شود همه بتوانند از آن‌ها استفاده کنند).

معیارهای امنیت:

 در این قسمت ابتدا یک سناریو تعریف می‌کنیم و سپس بر اساس آن، علت نیاز به الگوریتم‌هایی فراتر از الگوریتم‌های Hash و Encoding/Decoding را متوجه خواهیم شد و در خلال قسمت های بعدی روند توسعه‌ی این الگوریتم‌های مورد نیاز را توضیح می‌دهیم.

در این سناریو شما فرمانده ی یک سپاه جنگی هستید و به سبب لزوم نظارت بر اتفاقات خط نبردِ نیروهایتان و نیز مدیریت کارهای مملکتی، ناچارید که مدام بین میدان کارزار و مقرّ فرماندهی آمد و شد کنید(بگذارید حداقل در این داستان سناریو را طوری تعریف کنیم که گویا نعلین فرماندهان نیز گَرد خطوط نبرد را به شیارهای خود دیده است!). بنابرین شما نیاز دارید که گاهی از این مقر، به یکی از سربازان عالی‌رتبه‌ی خود که وِی را به عنوان جانشین بر مسند فرماندهی گمارده‌اید نامه ای ارسال کنید و او را در جریان کارهایی که باید انجام دهد قرار دهید. همچنین، فرمانده ی مذکور، باید گزارشاتی از عملکرد خودش و اوضاع به شما ارسال کند. پیش از این که ادامه‌ی داستان را تعریف کنیم، یک نام برای شما، و یک نام برای آن افسر عالی‌رتبه انتخاب می‌کنیم. نام شما Bob است، و نام آن افسر Alice (چرا تعجب کردید؟ یک افسر عالی‌رتبه نمی‌تواند خانم باشد؟).

سوال: چرا Bob و چرا Alice؟ 

پاسخ: آلیس و باب در واقع دو عضو از یک خانواده‌ی بزرگ هستند تحت عنوان خانواده‌ی کاراکترهای رمزنگاری! به صورت واضح تر، در سال 1978 یکی از اساتید دانشگاه MIT به نام رونالد ریوست، در مقاله ای که برای ارائه‌ی الگوریتم رمزنگاری RSA آماده کرده بود، از این اسامی برای مثال‌های خود به عنوان فرستنده و گیرنده‌ی پیام استفاده کرد. بعدها در دیگر سناریوهایی که طراحی شد، این اسامی شهرت یافتند و کم کم کاراکترهای دیگری هم به جمع آن‌ها پیوستند. برای رعایت این رسم، ما نیز در سناریوی خود همین کاراکترها را به کار می‌بریم. به عنوان یک مطلب اضافه، حرف R در الگوریتم RSA، از فامیل آقای Rivest گرفته شده است. دو حرف دیگر هم از نام دو طرِاح دیگر الگوریتم آمده اند.

دکتر ریوست (نفر وسط)

خب، تصمیم باب بر این شده است که در یک نامه، دستورات خود را به آلیس عزیزش در میدان نبرد ابلاغ کند.

اما بیایید پیش از آنکه اتفاقات و راهکارهایی که "باب" و "آلیس" استفاده کردند را بیان کنیم، خودمان بررسی کنیم و ببینیم که چه مسائلی باید در نظر می‌گرفتند؟ [بعدها خواهیم دید این مسائل مبنای امنیت یک خط ارتباطی را تشکیل می‌دهند]:

1. "باب" و "آلیس" باید به نحوی در نامه هایشان، خود را به گونه‌ای به یکدیگر معرفی کنند که هر کدام هنگام دریافت نامه‌ی دیگری بتواند مطمئن شود که نامه از جانب همان شخصی آمده است که باید بیاید. حتی در صورتی که نیروهای دشمن رونوشتی را که هفته‌ی پیش در کاروان‌سرای بین راه از نامه‌ی قاصد تهیه کردند جایگزین نامه‌ی امروز قاصد کنند، دریافت کننده باید متوجه معتبر نبودن آن بشود. [بعد ها این بند را با نام Authenticity خواهید شناخت]
2. در صورتی که نیروهای دشمن در میانه‌ی مسیر قاصد را تطمیع کردند یا به قتل رساندند و به دستوراتِ "باب" یا گزارشِ "آلیس" دست یافتند، نباید از آن چیزی متوجه شوند! [بعد ها این بند را با نام Confidentiality خواهید شناخت]
3. در صورتی که نیروهای دشمن در کاروان سراهای میان راه کمین کردند و نامه‌ اصلیِ قاصد را دزدیدند و محتوای آن را عوض کردند یا نامه‌ی جدیدی که خودشان نوشته اند جایگزین آن کردند، دریافت کننده‌ی نامه‌ی جدید باید متوجه جعلی بودن آن بشود. [بعد ها این بند را با نام Integrity خواهید شناخت]
4. چنانچه "باب" دستوری به آلیس فرستاد و مثلا به وی فرمانِ "حمله" داد و آلیس بعد از خواندن دستور، به خاطر ترس یا ... به آن عمل نکرد، بعدها نباید بتواند ادعا کند که نامه را دریافت نکرده است! همینطور اگر "باب" در موقیعت مشابهی، مثلا در حالت مستی، تصمیم اشتباهی گرفت و فرمانی صادر کرد و به آلیس فرستاد و اجرای آن تصمیمِ اشتباه منجر به اتفاق بدی شد که آبروی "باب" را به خطر می‌انداخت، وی نباید قادر به این باشد که ارسال آن دستور را انکار کند. [بعد ها این بند را با نام Non-Repdiation خواهید شناخت]
5. قاصد و اسب پر انرژی اش همیشه باید در دسترس "باب" و آلیس باشد. [بعد ها این بند را با نام Availability خواهید شناخت]

لازم به ذکر است که پیاده سازی کردن بعضی الزامات بالا ممکن است به پیاده سازی مورد دیگر نیز منجر شود. یعنی این که، موارد بالا ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. در پست های بعدی با تفاوت آن‌ها آشنا خواهیم شد.

قسمت بعدی: الگوریتم‌های سزار/Caesar و اِنیگما/Enigma

---

To be yourself in a world that is constantly trying to make you something else is the greatest accomplishment.

Ralph Waldo Emerson

رمزنگاری-مقدمه/3-حل مشکلات مرتبط با Encoding

قسمت قبلی: انکدینگ و دیکدینگ

طبق قرار پیشین، به عنوانِ ادامه‌ی مبحث اِنکدینگ و دیکدینگ (پیش زمینه ای بر مباحث رمزنگاری)، در این پست دو مشکلی را بررسی می‌کنیم که با احتمال زیاد تابحال حداقل یکبار با آن‌ها مواجه شده اید و با Encoding ارتباط مستقیم دارند:

مشکل اول: زیرنویس های خرچنگ قورباغه و ناخوانا

 گاها، بعد از دانلود کردن زیرنویس فارسی یک فیلم و افزودن آن به Player، به جای حروف فارسی، با تصویری مشابه زیر مواجه می‌شویم:

علت مواجه شدن با این خطوط ناخوانا، تنظیم نبودن Encoding محتوای فایل زیرنویس روی Encoding مناسب حروف فارسی است. برای رفع این مشکل چند راهکار ساده وجود دارد که در این پست با سه مورد آنها آشنا می‌شوید. 

راهکار اول: (موقتی)

نرم افزار Microsoft Office Word را باز کنید و از منوی File و سپس Open فایل زیرنویس دانلود شده را داخل آن Import کنید. بلافاصله بعد از کلیک کردن روی دکمه ی Open برای باز شدن فایل در نرم افزار Word پنجره ای مشابه زیر باز خواهد شد که باید از منوی سمت راست گزینه ی Unicode  UTF-8 را انتخاب کنید (معمولا به صورت اتوماتیک این کار انجام شده است و شما در کادر بزرگ پایین، متن فارسی را به صورت درست مشاهده می‌کنید؛ در ایصورت حتی اگر Encoding چیزی مغایر با آنچه که گفتیم بود، به آن دست نزنید) و کلید OK را بزنید:

پس از کلیک روی OK محتوای زیرنویس به صورت خوانا داخل Microsoft Word باز می‌شود. کاری که لازم است در این مرحله انجام دهید این است که از منوی File گزینه‌ی Save As را انتخاب کنید و سپس این محتوا را به صورت یک فایل با پسوند txt. ذخیره کنید. در نهایت، فایل جدید را با موس به داخل Player بکشید تا تصویری مشابه زیر داشته باشید:

راهکار دوم: (موقتی)

در این روش که مشابه روش پیشین است، به جای استفاده از نرم افزار Microsoft Word از نرم افزاری به نام ++Notepad [دانلود کنید] استفاده میکنیم.

برای این منظور، ابتدا زیرنویس را در این محیط باز می‌کنیم. در این مرحله محتویات آن را به همان صورت ناخوانا می‌بینیم. از منوی Encoding به صورت زیر، Windows-256 را انتخاب می‌کنیم تا متن فارسی به صورت خوانا ظاهر شود:

و سپس، باز از منوی File گزینه‌س Save As را انتخاب کرده و محتویات را به صورت یک فایل txt. ذخیره می‌کنیم و فایل جدید را به عنوان زیرنویس استفاده می‌کنیم.

راهکار سوم: (دائمی)

اگر دقت کرده باشید، چنانچه بخواهیم از راهکارهای بالا استفاده کنیم، برای هر زیرنویس باید یکبار مراحل را تکرار کنیم. برای این که مجبور به این روال تکراری نباشیم، می‌توان از راهکار زیر استفاده کرد. 

از منوی Start روی Control Panel کلیک کنید و سپس در پنجره ی باز شده روی  Clock, Language and Region (در ویندوز XP روی Region and Language) انتخاب کنید. در پنجره ی باز شده، ابتدا در تَبِ Format، از قسمت کشویی، Persian را انتخاب کنید و سپس به تَبِ Administrative رفته و با کلیک روی Change System Locale مجددا مشابه تصویر زیر Persian را انتخاب کرده و با زدن OK سیستم خود را Restart کنید:

از این به بعد، زیرنویس های دانلود شده، بدون مشکل ناخوانا شدن داخل Player باز می‌شوند. 

مشکل دوم: صفحات وب و ایمیل های خرچنگ قورباغه و ناخوانا

خوشبختانه منشاء این مشکل نیز همان مسئله‌ی انکدینگ است. برای رفع این مسئله چنانچه با یک ایمیل فارسی ناخانوا مواجه هستیم، می‌توانیم با Copy & Paste کردن محتوای آن در یک فایل متنی و انجام مراحل ذکر شده در راهکار اول و راهکار دوم برای زیرنویس ها، متن آن را بخوانیم؛ و چنانچه یا با یک صفحه ی وب فارسی مواجه هستیم، یا تمایلی به Copy & Paste کردن محتوای ایمیل نداریم، می‌توانیم تنظیمات Encoding مرورگر وب خود را به صورت زیر تغییر دهیم (هر بار یکی از گزینه های مشخص شده انتخاب می‌کنیم) تا نتیجه‌ی مطلوب را مشاهده کنیم:

برای مرورگر Google Chrome:

برای مرورگر Fire Fox:

Sorry, I don't like it :D use dear Google Chrome, or Google "How to change encoding in fire fox?" and follow the above steps!

قسمت بعدی: معیارهای امنیت

---

Well you only need the light when it's burning low

Only miss the sun when it starts to snow

Only know you love her when you let her go ...