چگونه یک راز را به اشتراک بگذاریم: شکستن روش آدی شامیر برای امنیت داده ها

مقدمه

در این پست تحلیلی از سند ارائه می کنم “چگونه یک راز را به اشتراک بگذاریم” توسط آدی شامیر، پیشگام در زمینه رمزنگاری و مخترع الگوریتم معروف RSA. Shamir یک تکنیک ابتکاری به نام طرح آستانه را پیشنهاد می کند که به یک راز اجازه می دهد تا با خیال راحت و کارآمد به بخش ها تقسیم شود.

تاریخچه و زمینه

روش شامیر که در سال 1979 منتشر شد، به عنوان راه حلی برای مشکلات حیاتی در مدیریت مخفی ظاهر شد: نحوه تقسیم یک قطعه داده (به عنوان مثال، یک کلید رمزنگاری) به چند قطعه به طوری که فقط یک گروه مجاز بتواند آن را بازسازی کند. این امر به ویژه در زمینه هایی که از دست دادن یک کلید یا قرار گرفتن آن در معرض اشخاص غیرمجاز می تواند امنیت کل سیستم را به خطر بیندازد، مرتبط بود.

چرا مهم است؟

این تکنیک نه تنها از داده های حیاتی در یک محیط تجاری محافظت می کند، بلکه راه حلی عملی برای مدیریت مشترک کلیدها و اسرار ارائه می دهد و از خطرات مرتبط با از دست دادن یا قرار گرفتن در معرض اطلاعات جلوگیری می کند.

در طول این مقاله، ایده‌های کلیدی شامیر را شرح می‌دهم و به شما نشان می‌دهم که چگونه روش او را می‌توان در عمل برای محافظت از اطلاعات حساس در شرکت شما به کار برد.

مقدمه و مشکل:

مشکلی که شامیر به آن می پردازد بر چگونگی تقسیم یک اطلاعات مخفی به قسمت های قطعات کاملاً فاش نمی شود. این رویکرد برای مدیریت ایمن و قابل اعتماد کلیدهای رمزنگاری مفید است.

تکنیک مورد استفاده:

تکنیک اصلی یک طرح آستانه (𝑘،𝑛) است که بر اساس درون یابی چند جمله ای است:

1. چند جمله ای ها: یک چند جمله ای تصادفی با درجه 𝑘−1 ایجاد می شود که در آن جمله ثابت (𝑎0) داده مخفی 𝐷 باشد.
2. بخش: چند جمله ای را در 𝑛 نقاط مختلف ارزیابی می کنیم تا قسمت های 𝑛 1،…،𝐷𝑛 را بدست آوریم.
3. بازسازی: هر ترکیبی از 𝑘 یا چند نقطه به ما امکان می دهد چند جمله ای کامل را از طریق درون یابی بازسازی کنیم و بنابراین، 𝐷 را بازیابی کنیم.
4. امنیت: قسمت‌های کمتر از 𝑘 اطلاعات مفیدی را نشان نمی‌دهند، زیرا همه درونیابی‌های ممکن چند جمله‌ای که با داده‌های شناخته شده مطابقت دارند به یک اندازه محتمل هستند.

چرا کار می کند:

استفاده از چند جمله ای ها تضمین می کند که با نقاط 𝑘، چند جمله ای را می توان به طور منحصر به فرد تعیین کرد، اما با نقاط 1-1، راز کاملا نامشخص باقی می ماند. نکته کلیدی این است که ضرایب چند جمله ای، به جز جمله ثابت، تصادفی هستند، و در صورت از دست دادن یک نقطه بحرانی، مقادیر ممکن راز به همان اندازه محتمل است.

موارد عملی:

• مدیریت کلید: برای محافظت از داده‌های رمزگذاری‌شده، این طرح اجازه می‌دهد یک کلید رمزگذاری تقسیم شده و در مکان‌های مختلف ذخیره شود، بدون اینکه امنیت را به خطر بیندازد.
• شرکت دیجیتال شرکتی: در سیستم‌های امضای دیجیتال، این طرح به هر ترکیبی از سه مدیر اجرایی، یا دو نفر با معاون رئیس‌جمهور یا رئیس‌جمهور به تنهایی اجازه می‌دهد تا به صورت دیجیتالی امضا کنند و امنیت و راحتی را حفظ کنند.
• برنامه های کاربردی در گروه های دارای منافع متضاد: طرح‌های آستانه برای موقعیت‌هایی ایده‌آل هستند که گروهی از مردم نیاز به همکاری بدون دادن قدرت مطلق به هیچ حزبی دارند.

خواص و مزایا:

• اندازه قطعات: هر قسمت بزرگتر از اندازه راز اصلی نیست.
• پویایی: قطعات را می توان بدون تأثیر بر بقیه اضافه یا حذف کرد.
• امنیت اضافی: قطعات را می‌توان به‌طور مکرر بدون تغییر راز اصلی به‌روزرسانی کرد و در صورت رخنه امنیتی، جمع‌آوری اطلاعات را دشوار می‌کند.
• سلسله مراتب: با استفاده از چندین مقدار چند جمله ای برای هر فرد، می توان یک سیستم سلسله مراتبی ایجاد کرد که در آن تعداد قطعات مورد نیاز بسته به اهمیت موقعیت ها متفاوت است.

کاربردهای مدرن: از تئوری تا عمل با HashiCorp Vault

امروزه مفاهیم معرفی شده توسط شامیر همچنان در مدیریت مخفی اساسی باقی مانده است و کاربرد آنها در ابزارهای مدرنی مانند HashiCorp Vault. Vault از اصول مشابهی برای محافظت و مدیریت اسرار استفاده می کند، که اجازه می دهد:

• بخش کلید اصلی: Vault از روشی الهام گرفته از طرح آستانه Shamir استفاده می کند تا کلید اصلی شما را به چند قسمت تقسیم کند که به “اشتراک های کلیدی” معروف است. این تضمین می کند که فقط یک گروه مجاز از مدیران می توانند کلید را بازسازی کنند و به سیستم دسترسی داشته باشند.

• باز کردن قفل امن: در سناریوهای با امنیت بالا، مانند باز کردن خزانه‌های دیجیتال حاوی داده‌های حساس، همکاری چندین طرف برای باز کردن قفل دسترسی لازم است، که استحکام و امنیت طرح Shamir را تکرار می‌کند.

• حفاظت مشارکتی: مشابه نمونه امضای شرکتی توصیف شده توسط Shamir، Vault اجازه می‌دهد تا تنظیماتی را انجام دهد که در آن چندین “اشتراک” (بخش‌هایی از کلید) برای انجام اقدامات حیاتی مورد نیاز است، و تضمین می‌کند که هیچ فردی کنترل کامل را ندارد.

کار Shamir همچنان بر نحوه مدیریت امنیت داده ها تأثیر می گذارد و تعادل ایده آلی بین دسترسی، امنیت و همکاری فراهم می کند.

نتیجه گیری

روش شامیر نه تنها یک کنجکاوی تاریخی است، بلکه مبنایی عملی برای سیستم های امنیتی امروزی است. با تمرکز بر تقسیم امن اسرار، همچنان در فناوری هایی که اطلاعات حیاتی سازمان ها را در سراسر جهان ایمن می کند، استفاده می شود. دانستن این تکنیک و تکامل آن به ما کمک می کند تا مدیریت امنیت را در محیط خودمان درک کرده و بهبود دهیم.