روش‌های رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری

در دنیایی که هر ۶۰ ثانیه بیش از ۶۶ هزار حمله سایبری ثبت می‌شود و بیش از ۴۵ درصد ترافیک اینترنت را ربات‌ها و مهاجمان خودکار تشکیل می‌دهند، امنیت داده‌ها دیگر یک گزینه اضافی نیست؛ بلکه یک نیاز حیاتی است. امروزه هر چیزی که به اینترنت وصل می‌شود، از گوشی و لپ‌تاپ گرفته تا سنسورهای خانه هوشمند و حتی دوربین‌ مداربسته، می‌تواند هدف حمله و نشت اطلاعات قرار بگیرد.

اگرچه نشت اطلاعات یک اتفاق اجتناب ناپذیر است، اما با استفاده از تکنیک‌ها و خدمات امنیت شبکه مانند رمزنگاری داده در شبکه های کامپیوتری، می‌توانید تا حد زیادی اثرات مخرب این نشت را خنثی کنید. رمزنگاری (Encryption) همان فناوریست که باعث می‌شود پیام‌های شما در واتس‌اپ قابل شنود نباشند، اطلاعات بانکی در هنگام خرید اینترنتی دزدیده نشود و هویت شما در شبکه‌ها محفوظ بماند.

در این مقاله قرار است به زبان ساده تمام روش‌های رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری را بررسی کنیم؛ از روش‌های متقارن و نامتقارن گرفته تا رمزنگاری سرتاسری و ترکیبی. با مطالعه این مقاله متوجه می‌شوید که چرا رمزنگاری قلب امنیت شبکه است و چگونه از اطلاعات شما در برابر بزرگ‌ترین تهدیدهای سایبری محافظت می‌کند؛ پس تا انتها با ما همراه باشید.

رمزنگاری داده در شبکه چیست و چرا اهمیت دارد؟

به زبان ساده رمزنگاری به معنی تبدیل اطلاعات قابل‌خواندن (Plaintext) به یک نسخه‌ غیرقابل‌خواندن و به‌هم‌ریخته (Ciphertext) است به‌طوری‌که فقط افراد یا سیستم‌هایی که «کلید مناسب» دارند بتوانند دوباره آن را به حالت اصلی برگردانند. رمزنگاری فقط «پنهان‌کردن داده» نیست؛ بلکه چندین نقش مهم در امنیت شبکه دارد که عبارتند از:

• حفظ محرمانگی داده‌ها (Confidentiality)
• تایید هویت طرفین (Authentication)
• جلوگیری از تغییر داده (Integrity Protection)
• جلوگیری از دسترسی غیرمجاز

با اجرای اصولی و صحیح رمزنگاری داده در شبکه های کامپیوتری، شبکه در برابر حملاتی نظیر حملات شنود (Eavesdropping / Sniffing)، حمله مرد میانی (MITM – Man-in-the-Middle)، دسترسی غیرمجاز داخلی، سرقت داده در زمان انتقال (Data Interception) و جعل هویت (Spoofing) به خوبی محافظت می‌شود. با توجه به گستردگی مبحث رمزنگاری، پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با مفاهیم پایه، مقاله encryption چیست را بخوانید.

انواع روش های رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری

در شبکه‌های مختلف، چهار رویکرد اصلی برای رمزنگاری داده وجود دارد که در عمل، اغلب با هم ترکیب می‌شوند. این چهار مورد عبارتند از: رمزنگاری متقارن، رمزنگاری نامتقارن، رمزنگاری ترکیبی، و رمزنگاری سرتاسری که در ادامه با هر یک از آن‌ها بیشتر آشنا خواهید شد.

رمزنگاری متقارن (Symmetric Encryption)

در رمزنگاری متقارن یک کلید واحد به طور همزمان هم برای رمزگذاری (Encryption) و هم برای بازکردن (Decryption) داده‌ها استفاده می‌شود. به زبان ساده‌تر، فرستنده و گیرنده باید آن کلید را از قبل داشته باشند یا آن را امن منتقل کنند تا اطلاعات رد و بدل شده بین آن‌ها قابل خواندن باشد. رمزنگاری ترافیک در کانال‌های Virtual Private Network پس از تبادل کلید، رمزنگاری فایل‌ها و دیسک‌ها (BitLocker، FileVault) و کانال‌های داخلی شبکه که نیاز به سرعت بالایی دارند؛ نمونه‌هایی از به کارگیری این روش رمزنگاری داده در شبکه های کامپیوتری با استفاده از الگوریتم هایی مانند AES و ChaCha20 هستند.

• مزایا: سرعت بسیار بالا (مناسب برای حجم‌های بزرگ داده)، نیاز به محاسبات کمتر و مصرف CPU پایین‌تر نسبت به رمزنگاری نامتقارن.
• معایب: ناامن شدن تمام داده‌ها در صورت افشای کلید، مشکل در توزیع و مدیریت کلیدها.

رمزنگاری نامتقارن (Asymmetric Encryption)

در رمزنگاری نامتقارن هر کاربر یک جفت کلید شامل کلید عمومی (Public Key) یا قابل توزیع آزادانه و کلید خصوصی (Private Key) که فقط در اختیار صاحب کلید است، دارد. در این روش رمزنگاری، پیام با کلید عمومی طرف مقابل رمز می‌شود و فقط با کلید خصوصی همان طرف قابل باز شدن است. همچنین برای امضای دیجیتال، برعکس عمل می‌شود: پیام با کلید خصوصی امضا و با کلید عمومی تأیید می‌شود. RSA و ECC و Diffie–Hellman از جمله الگوریتم‌های رایج در این روش هستند که در کارهایی مانند امضای دیجیتال، رمزنگاری ایمیل و تایید هویت و احراز هویت سرویس‌ها به کار گرفته می‌شوند.

• مزایا: امکان انتشار کلید عمومی، فراهم کردن امکان امضای دیجیتال و احراز هویت.
• معایب: عملکرد کندتر نسبت به رمزنگاری متقارن (مناسب داده‌های کوچک یا برای تبادل کلید)، نیاز به مدیریت جفت کلید (خصوصاً نگهداری امن کلید خصوصی).

رمزنگاری ترکیبی (Hybrid Encryption)

این روش رمزنگاری داده در شبکه های کامپیوتری ترکیبِ سرعت رمزنگاری متقارن و امنیت در توزیع کلیدِ رمزنگاری نامتقارن است و به عنوان یک روش غالب در شبکه‌های امروزی به کار گرفته می‌شود.

• مزایا: سرعت بالا برای جریان داده ی اصلی، امکان به‌روزرسانی کلید جلسه برای حفظ Forward Secrecy (اگر کلید‌های طولانی مدت فاش شوند، کلید‌های جلسات قبلی امن بمانند).
• معایب: پروتکل ترکیبی پیچیده است و باید با دقت پیاده‌سازی شود، نیاز به مکانیزم‌های PKI یا تبادل کلید امن برای آغاز جلسه.

رمزنگاری سرتاسری (End-to-End Encryption — E2EE)

در E2EE، پیام‌ها طوری رمز می‌شوند که تنها فرستنده و گیرنده ی نهایی قادر به باز کردن‌شان باشند و حتی سرورهای سرویس‌دهنده (برای مثال پیام‌رسان) قادر به دیدن محتوای پیام نیستند. در این حالت اگر سرویس‌دهنده هک شود یا تحت فشار قانونی قرار گیرد، داده‌های کاربران در دسترس نخواهند بود؛ زیرا سرور کلید خصوصی را ندارد.

• مزایا: حداکثر حریم خصوصی (مناسب برای اطلاعات حساس)، محافظت حتی در صورت نفوذ به سرور سرویس‌دهنده.
• معایب: پیاده‌سازی پیچیده (برای مثال مدیریت کلیدها، منتقل کردن کلیدها بین دستگاه‌های متعدد کاربر)، قابلیت جستجو و فیلتر روی سرور را محدود می‌کند (برای سرویس‌هایی که نیاز به اسکن محتوا دارند، مشکل‌ساز است)، بازیابی پیام‌ها در صورت از دست رفتن کلید خصوصی دشوار یا غیرممکن است.

چه الگوریتم رمزنگاری برای شبکه مناسب‌تر است؟

هر یک از الگوریتم های رمزنگاری داده در شبکه های کامپیوتری دارای مزایا و معایب مشخصی هستند. از این رو، همیشه یک الگوریتم به عنوان بهترین گزینه انتخاب نمی‌شود و اینکه کدام الگوریتم برای شبکه‌ی شما مناسب است، به کاربردی که در نظر دارید، بستگی دارد. برای مثال، برای ارتباطات امن (HTTPS، تونل‌ها) در شبکه، الگوریتم AES (به‌ویژه AES-256) از زیر مجموعه رمزنگاری متقارن، بهتر از سایرین است. در مقابل، برای امضای دیجیتال و احراز هویت بهتر است به سراغ الگوریتم های ECDSA یا RSA-SHA256 بروید.

مراحل رمزنگاری داده در شبکه

رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری فارغ از اینکه از کدام روش برای پیاده سازی آن استفاده شود، طی مراحل زیر پیش می‌رود:

• تولید یا انتخاب کلید رمزنگاری: اولین مرحله، همیشه ساخت کلید است که بسته به نوع رمزنگاری می‌تواند شامل یک کلید مشترک یا یک جفت کلید باشد.
• تبادل امن کلید (Key Exchange): در این مرحله کلید به صورت امن بین دو طرف رد و بدل می‌شود.
• تبدیل داده به فرمت قابل رمزنگاری: داده‌ خام به بلاک‌های ثابت  (مثلا 128 بیتی در AES) یا استریم (در الگوریتم ChaCha20) تبدیل می‌شود.
• اعمال الگوریتم رمزنگاری روی داده: در این مرحله، داده واقعا رمزنگاری می‌شود. خروجی این مرحله داده‌ رمز‌شده غیرقابل فهم است.
• انتقال داده‌ی رمز‌شده در شبکه: این داده از LAN یا وای‌فای عبور می‌کند، از ISP رد می‌شود و به مقصد می‌رسد و هیچ‌کس نمی‌تواند محتوای پیام را بخواند.
• دریافت داده و رمزگشایی (Decryption): مقصد با استفاده از کلید مخصوص خودش داده را رمزگشایی می‌کند و داده‌ اصلی (Plaintext) بازیابی می‌شود.
• بررسی صحت و اعتبار داده (Integrity Check): سیستم با استفاده از الگوریتم‌های HMAC-SHA256 یا AEAD بررسی می‌کند که داده در طول مسیر تغییری نکرده باشد و اگر تایید نشود، بسته Reject می‌شود.
• پایان جلسه یا تمدید کلید (Re-Keying): بعد از گذشت زمان، کلید باید تعویض شود تا امنیت پایدار بماند. این مرحله برای جلوگیری از حملات Long-term Key Exposure است.

چالش‌های رایج رمزنگاری در شبکه‌ها

رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری روشی بسیار امن برای حفاظت از داده‌ها است، اما فارغ از امنیت بالایی که دارد، تیم‌های فنی را درگیر چالش‌های مختلفی می‌کند؛ مواردی از قبیل:

• مشکلات تبادل کلید (نگهداری امن کلیدها، بی‌ارزش شدن کل رمزنگاری در صورت افشای کلید و…)
• ضعف در پیاده‌سازی (اشتباه در تولید IV، عدم استفاده از پدینگ درست، اشتباه در مدیریت حافظه، استفاده نادرست از کتابخانه‌های رمزنگاری و…)
• استفاده از الگوریتم‌ها و پروتکل‌های قدیمی
• عملکرد و سربار پردازشی (افزایش مصرف CPU در سرورها، تأخیر (Latency) بیشتر در ارتباطات و…)
• ذخیره‌سازی امن کلیدها (ذخیره کلید در فایل ساده روی هارد، ذخیره کلید در کد برنامه و…)
• خطاهای انسانی و تنظیمات اشتباه (استفاده از رمز پیش‌فرض در دستگاه، عدم فعال‌سازی TLS در سرویس‌ها، آپدیت نکردن سرورها، انتخاب الگوریتم اشتباه و…)
• عدم سازگاری الگوریتم‌ها با دستگاه‌ها (به دلیل قدیمی بودن دستگاه‌ها)

رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری در یک نگاه

رمزنگاری یکی از ستون‌های امنیت شبکه است و بدون آن، داده‌ها در معرض حملاتی مثل شنود، دستکاری و سرقت قرار می‌گیرند. در این مقاله با مفهوم رمزنگاری داده در شبکه‌های کامپیوتری، انواع روش‌های رمزنگاری (متقارن، نامتقارن، ترکیبی، سرتاسری)، کاربردهای هر کدام، الگوریتم‌های مناسب برای شبکه و مراحل کامل رمزگذاری داده و همچنین، چالش‌های رایج این حوزه آشنا شدید. در نهایت به یاد داشته باشید که بهترین و مطمئن‌ترین روش رمزنگاری داده‌ها در شبکه، نه فقط یک نوع رمزنگاری، بلکه رمزنگاری ترکیبی است؛ زیرا امنیت و سرعت را به طور همزمان به دنبال دارد. اگر برای پیاده سازی و رمز نگاری داده‌ها نیاز به مشاوره دارید می‌توانید با شماره 0218363 تماس بگیرید یا روی لینک زیر بزنید و سفارش‌تان را ثبت کنید.

با مشاوران شبکه فالنیک، کسب‌وکارتان را متحول کنید

با دریافت مشاوره شبکه از متخصصین کاربلد، شبکه‌ای می‌سازید که تا سال‌ها کسب‌و‌کارتان را بیمه می‌کند. در این مسیر سه دهه تجربه متخصصان فالنیک، همراه شماست. با کلیک روی لینک، اولین قدم برای ایجاد و رشد کسب و کارتان را بردارید.

درخواست مشاوره شبکهمشاوره رایگان