ما تشفير البيانات، ولماذا هو مهم؟

تشفير البيانات تقنية أساسية تضمن ألا يقرأ المعلومات إلا الأطراف المصرح لها. وهو يعمل بتحويل البيانات القابلة للقراءة إلى شكل مشفّر لا يمكن فك تشفيره إلا بمفتاح محدد. وما دامت البيانات مخزنة أو منقولة في شكل مشفّر، فهي محمية من الوصول غير المصرح به؛ ولا يلزم فك تشفيرها إلا عند استخدامها فعلًا.

وفضلًا عن ذلك، تستخدم أنظمة تشفير كثيرة مزيجًا من التشفير المتماثل وغير المتماثل لتحسين الأمان والأداء: فالتشفير المتماثل يستخدم المفتاح نفسه للتشفير وفك التشفير، ما يجعله سريعًا وفعالًا، بينما يستخدم التشفير غير المتماثل زوجًا من المفاتيح (مفتاحًا عامًا ومفتاحًا خاصًا) لضمان ألا يستطيع فك تشفير البيانات إلا المستلم المقصود. وهذا يتيح نقل البيانات بأمان عبر شبكات غير آمنة.

ومقارنة بالبيانات غير المشفرة، المعرضة للتنصت والتلاعب، توفر البيانات المشفرة درجة أعلى بكثير من الأمان، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنه لا يمكن فك تشفيرها إلا من قبل من يملكون المفتاح الصحيح، ما يجعل التشفير مكونًا أساسيًا في حماية البيانات الحديثة. وحيث يلزم مجرد إخفاء البيانات عن مستخدمين معينين، على سبيل المثال في ملفات السجل أو بيئات الاختبار، كثيرًا ما يُستخدم إخفاء البيانات كمكمّل.

التشفير المتماثل طريقة يُستخدم فيها المفتاح نفسه لتشفير البيانات وفك تشفيرها. ويُعرف هذا النوع من التشفير بسرعته وكفاءته، إذ يتطلب قدرة حوسبة أقل من التشفير غير المتماثل. والتشفير المتماثل مثالي للحالات التي يلزم فيها معالجة كميات كبيرة من البيانات بسرعة، لكنه يتطلب مشاركة المفتاح بأمان بين الأطراف المعنية. فإذا اختُرق المفتاح، قد تصبح البيانات متاحة لأطراف غير مصرح لها.

أما التشفير غير المتماثل، فيستخدم زوجًا من المفاتيح: مفتاحًا عامًا للتشفير ومفتاحًا خاصًا لفك التشفير. وميزته أن المفتاح الخاص لا يلزم مشاركته أبدًا، ما يحل مشكلة تبادل المفاتيح بأمان، لكنه أيضًا أكثر استهلاكًا للموارد وأبطأ من التشفير المتماثل. وكثيرًا ما يُستخدم التشفير غير المتماثل لتبادل المفاتيح والتحقق من هوية الأطراف، على سبيل المثال في التوقيعات الرقمية وبروتوكول TLS، خليفة SSL.

عمليًا، كثيرًا ما يُستخدم مزيج من الطريقتين، يُستخدم فيه التشفير غير المتماثل لتأمين تبادل المفتاح المتماثل، الذي يُستخدم بعد ذلك لتشفير البيانات نفسها. ويستفيد هذا النهج الهجين من التقنيتين معًا: سهولة التعامل مع المفاتيح في التشفير غير المتماثل وسرعة التشفير المتماثل.

التشفير من طرف إلى طرف (E2EE) تقنية أمان تضمن ألا يستطيع قراءة محتوى الرسالة إلا مرسلها ومستلمها. وتُستخدم هذه التقنية بشكل متزايد في التطبيقات لحماية خصوصية المستخدمين وبياناتهم. ومن أبرز مزايا استخدام التشفير من طرف إلى طرف في التطبيقات وعيوبه:

• تحسين الخصوصية: يضمن التشفير من طرف إلى طرف ألا تستطيع الوصول إلى محتوى الرسالة إلا الأطراف المعنية. فحتى مزود التطبيق لا يستطيع فك تشفير الرسائل، ما يحمي خصوصية المستخدمين من جمع البيانات والمراقبة. غير أن البيانات الوصفية، مثل من يتواصل مع من ومتى، قد تظل مرئية للمزود.
• الحماية من التنصت: لأن البيانات مشفرة من المرسل إلى المستلم، يصبح من الصعب للغاية على المخترقين أو الأشخاص غير المصرح لهم اعتراض الرسائل وقراءتها. وهذا يجعل E2EE حماية فعالة من التنصت وسرقة البيانات أثناء النقل، وإن كان لا يستطيع حماية الرسائل على جهاز مخترق بحد ذاته.
• السلامة والمصادقة: يضمن E2EE أنه لا يمكن تعديل الرسائل أثناء النقل دون اكتشاف ذلك. وهذا يعني أن المستلم يتلقى الرسالة الأصلية، وإذا تحقق الطرفان من مفاتيح بعضهما، على سبيل المثال بأرقام الأمان، يمكنهما أيضًا الوثوق بهوية بعضهما، ما يعزز الثقة بينهما.

ورغم المزايا الكثيرة، هناك أيضًا بعض العيوب في تطبيق التشفير من طرف إلى طرف في التطبيقات:

• تعقيد التطبيق: قد يكون دمج E2EE في تطبيق أمرًا صعبًا تقنيًا ويتطلب موارد وخبرة كبيرة، ولهذا تُستخدم عادةً بروتوكولات راسخة مثل Signal Protocol. وقد يشكل ذلك عائقًا أمام فرق التطوير الأصغر أو الشركات الناشئة.
• محدودية الوظائف: قد يصعب تطبيق بعض الميزات، مثل البحث في الرسائل على الخادم أو النسخ الاحتياطي، مع E2EE، إذ تكون البيانات مشفرة وغير متاحة للخوادم.
• التحديات التنظيمية: في بعض الدول، قد توجد متطلبات قانونية للوصول إلى بيانات الاتصالات لأغراض إنفاذ القانون. ويمكن أن يجعل E2EE تلبية هذه المتطلبات صعبة، ما قد يؤدي إلى تحديات قانونية لمزودي التطبيقات.

إجمالًا، يوفر التشفير من طرف إلى طرف حماية قوية لبيانات المستخدمين وخصوصيتهم، لكنه يأتي مع تحديات تقنية وقانونية يتعين على المطورين التعامل معها. غير أن فوائد زيادة الأمان والخصوصية تستحق الاستثمار بالنسبة إلى كثير من المستخدمين والشركات، ما يجعل E2EE حلًا شائعًا في التطبيقات الحديثة.

لضمان أن يكون التشفير آمنًا وموثوقًا، من المهم اختيار طرق مختبرة جيدًا وتطبيق عدة طبقات أمان تحمي من التهديدات ونقاط الضعف المحتملة:

• خوارزمية قوية: ينبغي اختيار خوارزمية تشفير معترف بها ومختبرة من قبل خبراء التشفير، مثل AES (معيار التشفير المتقدم) أو RSA، ويُفضَّل في وضع موثَّق مثل AES-GCM. فقد خضعت هذه الخوارزميات لتقييم مكثف وهي معروفة بمتانتها، ولا ينبغي أبدًا استخدام خوارزميات مصنوعة ذاتيًا.
• طول المفتاح: ينبغي استخدام مفتاح طويل بما يكفي لمنع هجمات القوة الغاشمة. ويُعد AES بمفاتيح 128 بت آمنًا اليوم، وكثيرًا ما يُوصى بمفاتيح 256 بت للأمان العالي والحماية طويلة الأمد، بينما ينبغي ألا تقل مفاتيح RSA عن 2048 بت، ويُفضَّل أن تكون 3072 بت.
• التحديثات المنتظمة: ينبغي الحفاظ على مكتبات التشفير والبرمجيات محدّثة للحماية من نقاط الضعف وتقنيات الهجوم الجديدة. ويشمل ذلك تطبيق التحديثات الأمنية والتصحيحات فور توفرها والتخلص التدريجي من الخوارزميات التي لم تعد تُعد آمنة.
• أمان التطبيق: يجب تطبيق التشفير بشكل صحيح في البرمجيات والأجهزة، ويُفضَّل باستخدام مكتبات راسخة وواجهات API الخاصة بالتشفير في المنصات نفسها. فأخطاء التطبيق قد تؤدي إلى ثغرات أمنية، حتى مع الخوارزميات القوية.
• استخدام الملح ومتجهات التهيئة (IVs): ينبغي استخدام متجهات تهيئة أو قيم nonce عشوائية في التشفير بحيث ينتج عن البيانات المتطابقة مخرجات مشفرة مختلفة، ما يصعّب على المهاجمين العثور على أنماط، بينما يُستخدم الملح عند تجزئة كلمات المرور واشتقاق المفاتيح من كلمات المرور.
• التحكم في الوصول والمصادقة: ينبغي تطبيق آليات قوية للتحكم في الوصول وبروتوكولات مصادقة لضمان ألا يصل إلى البيانات المشفرة إلا المستخدمون المصرح لهم، وينبغي تخزين المفاتيح بأمان، على سبيل المثال في مخزن المفاتيح المدعوم بالعتاد في الجهاز.
• عمليات التدقيق والاختبار المنتظمة: تساعد عمليات التدقيق الأمني واختبارات الاختراق المنتظمة على تحديد نقاط الضعف المحتملة في نظام التشفير ومعالجتها.

إجمالًا، يساعد الجمع بين الخوارزميات القوية وطول المفتاح الكافي والتحديثات المنتظمة والتطبيق الصحيح واستخدام الملح ومتجهات التهيئة والتحكم في الوصول وعمليات التدقيق المنتظمة على إبقاء التشفير آمنًا وموثوقًا بمرور الوقت.

تشفير البيانات مكون بالغ الأهمية في حماية المعلومات الحساسة، وهناك عدة متطلبات ومعايير قانونية ينبغي أن تكون المؤسسات على دراية بها عند تطبيق تقنيات التشفير. وتختلف هذه المتطلبات حسب المنطقة والقطاع، لكن من أكثرها شيوعًا:

GDPR (اللائحة العامة لحماية البيانات): لائحة GDPR تشريع شامل لحماية البيانات ينطبق على المؤسسات التي تعالج بيانات شخصية عن أشخاص في الاتحاد الأوروبي. وبموجب لائحة GDPR، يُعترف بالتشفير كتدبير تقني مناسب لحماية البيانات الشخصية. ويجب على المؤسسات ضمان أن تكون تدابيرها كافية لحماية البيانات من الوصول غير المصرح به وخروقات البيانات، وإذا كانت البيانات المفقودة مشفرة بشكل صحيح، فقد لا يكون من الضروري إخطار الأفراد المتأثرين.

HIPAA (قانون قابلية نقل التأمين الصحي والمساءلة): بالنسبة إلى المؤسسات التي تتعامل مع المعلومات الصحية في الولايات المتحدة، يُعد HIPAA تشريعًا حاسمًا. وبموجب HIPAA، يُعد تشفير المعلومات الصحية المحمية (PHI) أثناء التخزين والنقل متطلبًا «قابلًا للمعالجة»: فهو ليس إلزاميًا في جميع الحالات، لكن إذا لم يُستخدم، يجب على المؤسسة توثيق السبب وتدابير الأمان المكافئة المستخدمة بدلًا منه.

PCI DSS (معيار أمان بيانات قطاع بطاقات الدفع): PCI DSS معيار قطاعي عالمي، وليس تشريعًا، ينطبق على جميع المؤسسات التي تتعامل مع بيانات بطاقات الدفع. ويشترط المعيار تشفير بيانات البطاقات عند نقلها عبر شبكات عامة مفتوحة وجعل أرقام البطاقات المخزنة غير قابلة للقراءة، على سبيل المثال بالتشفير. ويساعد ذلك على حماية معلومات الدفع من الاعتراض وإساءة الاستخدام.

FISMA (القانون الاتحادي لإدارة أمن المعلومات): ينطبق FISMA على الوكالات الاتحادية الأمريكية ويشترط عليها حماية أنظمة المعلومات الاتحادية من التهديدات. والتشفير إحدى التقنيات التي يمكن استخدامها لتلبية متطلبات أمن المعلومات في FISMA.

يتطلب تطبيق تشفير البيانات فهمًا شاملًا للمتطلبات والمعايير القانونية ذات الصلة. ويجب على المؤسسات ضمان ألا تلبي حلول التشفير لديها المتطلبات التقنية فحسب، بل أن تمتثل أيضًا للتشريعات المعمول بها لتجنب العقوبات وحماية بيانات مستخدميها بفعالية.

القائمة أعلاه ليست شاملة، والمتطلبات المنطبقة تعتمد على الدولة والقطاع ونوع البيانات، ولذلك يُنصح بالحصول على استشارة قانونية قبل إطلاق تطبيق يتعامل مع بيانات حساسة.

لا يلاحظ المستخدم التشفير عادةً، إذ يجري تلقائيًا في الخلفية. فالأجهزة والخوادم الحديثة مزودة بعتاد يجعل التشفير سريعًا، ولذلك لا يسبب HTTPS والتخزين المشفر عادةً تأخيرًا ملحوظًا.

غير أن التشفير قد يؤثر في التجربة بطرق أخرى. فمع التشفير من طرف إلى طرف، لا تستطيع الخدمة نفسها قراءة البيانات، ولذلك قد تكون ميزات مثل البحث على الخادم واستعادة كلمات المرور المنسية محدودة. وقد يُطلب من المستخدم الاحتفاظ بمفتاح استرداد. وفي المقابل، يوفر التشفير راحة البال، ويقدّر كثير من المستخدمين قدرتهم على رؤية أن بياناتهم محمية.