دراسة تحليلية لخوارزميات التشفير خفيفة الوزن في تعزيز أمان تطبيقات انترنت الأشياء

الملخص

في السنوات الأخيرة، كان هناك زيادة في نشر أجهزة الحوسبة الصغيرة ذات الموارد المحدودة، مثل علامات تحديد هوية التردد اللاسلكي (RFID)، ووحدات التحكم الصناعية وعقد المستشعر والبطاقات الذكية وهذا التحول من أجهزة الحاسوب المكتبية إلى الأجهزة الصغيرة يجلب مجموعة واسعة من مخاوف الأمان والخصوصية الجديدة.

في العديد من معايير التشفير التقليدية، تم تحسين المقايضة بين متطلبات الأمان والأداء والموارد لبيئات سطح المكتب والخادم، مما يجعل من الصعب أو المستحيل تنفيذها في أجهزة انترنت الأشياء (Internet of Things) محدودة الموارد ، وحتى عند إمكانية تنفيذها، قد لا يكون أداؤها مقبولاً. لذا حظي التشفير الخفيف الوزنLightweight Cryptography) ) باهتمام العديد من الباحثين في العقدين الماضيين.

في تصميم خوارزميات التشفير، تستخدم كل من خوارزميتي تشفير التدفق (Stream Cipher) وتشفير الكتلة (Block Cipher ) دوال غير خطية، حيث تعتبر هذه الدوال المنطقية (البوليانية) غير الخطية مكوناً أساسياً من أساسيات التشفير، وهي أدوات أساسية في خوارزميات التشفير المتماثل، حيث تلعب خصائص التشفير لهذه الدوال دوراً كبيراً في التخفيف من هجمات التشفير.

قمنا في هذه الورقة بتحليل أمان خوارزميات التشفير خفيفة الوزن بناءً على الدوال المنطقية Boolean Functions) المستخدمة بواسطة برنامج  SageMathالقائم على لغة بايثون، مركزين على الخوارزميات االمضمنة في الإصدار الموحد لخواروميات التشفير خفيفة الوزن التابعة للمعهد الوطني للمعايير و التكنولوجيا (NIST) وقمنا بفحص بعض الهجمات على هذه الخوارزميات من خلال دراسة خصائص دوال التشفير المنطقية التي تستخدمها.

يوضح تحليلنا أنه لا توجد دالة منطقية للتشفير تلبي جميع خصائص التشفير، وبالتالي، هناك حاجة إلى مزيد من البحث من أجل تقييم ما إذا كان يمكن بالفعل استغلال نقاط الضعف هذه من أجل شن هجوم تحليلي معين.