Structural Analysis of Cryptographic Sequences using Stringology-Based Fingerprinting

تخيل أنك محقق تحاول معرفة ما إذا كان تسجيل صوتي قد تم تسجيله بواسطة إنسان حقيقي أم بواسطة روبوت متطور.

النهج التقليدي (اختبار "العشوائية")
عادةً، عندما يتحقق الخبراء مما إذا كان كود تم إنشاؤه بواسطة كمبيوتر (مثل تدفق الأرقام المستخدم لتشفير رسائلك) جيداً، فإنهم يجرون "اختبارات عشوائية". هذه الاختبارات تشبه قاضياً معصوب العينين يستمع إلى التسجيل. يسألون: "هل يبدو هذا فوضوياً؟ هل النغمات موزعة بالتساوي؟ هل هناك إيقاع يمكن التنبؤ به؟" إذا كانت الإجابة هي "نعم، يبدو فوضوياً تماماً"، فإن الكود يجتاز الاختبار.

تجادل الورقة البحثية بأن هذه ليست القصة كاملة. فحتى لو بدا الروبوت فوضوياً تماماً بالنسبة لقاضٍ أعمى، فقد يترك خلفه "بصمة" صغيرة غير مرئية ناتجة عن كيفية بنائه.

النهج الجديد: بصمة "علم السلاسل" (Stringology)
يقترح المؤلف، فيكتور كيباندي، طريقة جديدة للنظر إلى هذه الأكواد. فبدلاً من مجرد الاستماع إلى "الصوت" (الإحصاء)، يقترح النظر إلى الكود كـ سلسلة من الحروف (مثل جملة طويلة مكونة من 0 و1).

ويطلق على هذا الأسلوب اسم البصمة القائمة على علم السلاسل (SBF).

إليك كيف يعمل التشبيه:

1. الوصفة مقابل الكعكة:
   تخيل خبازين يصنعان كعكات.

• الخباز (أ) يستخدم آلة تخلط المكونات بشكل عشوائي تماماً.
• الخباز (ب) يستخدم روبوتاً يتبع وصفة صارمة وخطوة بخطوة (أضف الدقيق، حرك 3 مرات، أضف السكر).
• بالنسبة لمختبر التذوق (اختبار العشوائية التقليدي)، قد تبدو كلتا الكعكتين متطابقتين في الطعم. كلتاهما تبدوان كـ "كعكة".
• ومع ذلك، إذا نظرت عن كثب إلى بنية الفتات (الأنماط الصغيرة داخل الكعكة)، فقد يترك روبوت الخباز (ب) نمطاً متكرراً طفيفاً بسبب طريقة تحريكه للعجين. أما آلة الخباز (أ) فتترك بنية فتات عشوائية حقاً.

2. "البصمة":
   أسلوب الورقة البحثية يشبه استخدام مجهر لعدّ عدد مرات ظهور أنماط فتات صغيرة محددة بالضبط.

• هو يعد كم مرة تظهر "كلمة" مكونة من 8 أحرف محددة (مثل 01010101).
• يعد كم مرة تتكرر تلك الكلمات.
• يقيس "الاعتلاج" (Entropy - وهو مصطلح معقد لوصف مقدار المفاجأة أو الاضطراب في النمط).

ماذا وجدوا؟
أخذ الباحثون مجموعتين من البيانات:

1. التتابعات المولدة بالتشفير: أكواد مصنوعة بواسطة خوارزميات تشفير حقيقية (الخباز الروبوت).
2. التتابعات العشوائية المنتظمة: أكود مصنوعة بواسطة مصدر عشوائي مثالي (الخباز الآلي).

أجروا "المجهر" الخاص بهم (إطار عمل SBF) على كليهما.

• النتيجة: وجدوا أن كعكات الخباز الروبوت لديها بالفعل بنية فتات مختلفة قليلاً عن كعكات الخباز الآلي. فالأكواد التي صنعها الروبوت تحتوي على "تكتلات" صغيرة قابلة للقياس من الأنماط التي لم تكن موجودة في الأكواد العشوائية.
• العقبة: كانت هذه الاختلافات صغيرة جداً. تنص الورقة صراحة على أن العثور على هذه الأنماط الصغيرة لا يعني أن التشفير قد تم كسره أو أن المتسللين يمكنهم استخدام هذا لكسر الكود. الأمر يشبه العثُور على خدش صغير وفريد في سيارة يثبت أنها صُنعت في مصنع معين، لكن هذا الخدش لا يعني أن السيارة لن تعمل.

الخلاصة
تقدم هذه الورقة أداة جديدة لخبراء الأمن. إنها ليست سلاحاً لكسر الأكواد، بل هي عدسة مكبرة لفهم كيفية بناء الأكواد.

• الطريقة القديمة: "هل يبدو هذا عشوائياً؟" (نعم/لا).
• الطريقة الجديدة: "هل يبدو هذا عشوائياً، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي 'البصمة' الهيكلية المحددة التي تتركها الآلة التي صنعته خلفها؟"

يشير المؤلف إلى أنه باستخدام "علم السلاسل" (دراسة الأنماط في السلاسل)، يمكننا الحصول على فهم أعمق لكيفية سلوك مولدات التشفير، مما يضيف طبقة جديدة من التحليل إلى الاختبارات التقليدية. إنها طريقة لرؤية "الحمض النووي" للكود، وليس فقط "وجهه".