اصل کرکهف: چرا امنیت یک سیستم رمزنگاری باید به پنهان بودن کلید متکی باشد، نه الگوریتم

با انتشار چارچوب انجمن پیشبرد هوش مصنوعی (AAAI) درباره هوش مصنوعی شفاف در سال ۲۰۲۵، بحث بر سر پنهان کردن یا نکردن معماری الگوریتمی، عملاً توسط قانونی که در سال ۱۸۸۳ برای تلگراف‌های نظامی نوشته شده بود، فیصله یافت. پژوهشگران AAAI به این نتیجه رسیدند که تلاش برای تأمین امنیت هوش مصنوعی از طریق پنهان کردن سازوکار زیربنایی آن، آسیب‌پذیری‌های فاجعه‌باری به بار می‌آورد. در عوض، آن‌ها استدلال کردند که سیستم‌های مدرن باید دقیقاً همان استانداردی را بپذیرند که از رمزنگاری قرن نوزدهمی انتظار می‌رفت: سیستم باید حتی در صورتی که دشمن نقشه‌های کامل آن را در اختیار داشته باشد، کاملاً امن بماند. این موضع‌گیری، تغییر رویکردی قطعی را در نحوه ارزیابی اعتماد در صنعت فناوری رسمیت بخشید و بار امنیت را از دوش پنهان‌کاری شرکتی برداشت و بر دوش تاب‌آوری ریاضیاتی گذاشت.[5]

این استدلال بر مفهومی استوار است که آگوست کرکهف، رمزنگار هلندی، در مقاله سال ۱۸۸۳ خود در مجله «رمزنگاری نظامی» آن را فرموله کرد. کرکهف شش قانون بنیادین برای رمزنگاری نظامی ترسیم کرد، اما قانون دوم به سنگ‌بنای مهندسی امنیت مدرن تبدیل شد: یک سیستم رمزنگاری نباید نیازی به پنهان نگه‌داشتن الگوریتم خود داشته باشد؛ تنها کلید است که باید مخفی بماند. اگر امنیت یک سیستم به این وابسته باشد که مهاجم نداند نرم‌افزار چگونه کار می‌کند، آن سیستم ذاتاً شکننده است. به محض اینکه سازوکار سیستم مهندسی معکوس شود، به بیرون درز کند یا به سرقت برود، کل ساختار دفاعی آن فرو می‌ریزد.[4][7]

در نقطه مقابل، سیستمی که بر پایه اصل کرکهف ساخته شده باشد، فرض را بر این می‌گذارد که دشمن از قبل دقیقاً می‌داند قفل چگونه کار می‌کند. امنیت نه با طراحی پنهان قفل، بلکه با غیرممکن بودن مطلقِ حدس زدن کلید خاصی که برای چرخاندن توپی قفل نیاز است، از نظر ریاضی تضمین می‌شود. برای درک اینکه چرا این تمایز تا این حد حیاتی است، باید به ریاضیات رمزنگاری مدرن نگاه کرد. «استاندارد رمزنگاری پیشرفته» (AES)، الگوریتمی که برای تأمین امنیت بانکداری جهانی و ارتباطات طبقه‌بندی‌شده دولتی استفاده می‌شود، یک استاندارد کاملاً عمومی است. هر کسی می‌تواند دقیقاً همان عملیات ریاضی را که این الگوریتم برای درهم‌ریزی داده‌ها استفاده می‌کند، دانلود کند.[4]

با این حال، از آنجا که استاندارد رمزنگاری پیشرفته به یک کلید ۲۵۶ بیتی متکی است، یک مهاجم باید یک عدد خاص را از میان ۱.۱ ضرب در ۱۰ به توان ۷۷ احتمال ممکن حدس بزند. الگوریتم عمومی است، اما فضای کلید آن‌قدر وسیع است که اگر تمام کامپیوترهای روی زمین به اندازه طول عمر کیهان کار کنند، باز هم نمی‌توانند با روش جستجوی فراگیر (بروت فورس) به جواب برسند. این نهایتِ تحقق چشم‌انداز کرکهف است. سیستم در برابر بررسی‌های مداوم و عمومی دوام می‌آورد، زیرا ریاضیات آن، مستقل از هرگونه پنهان‌کاری، مستحکم است.[4][6]

قوی‌ترین شواهد مدرن برای اثبات این رویکرد را می‌توان در جنبش نرم‌افزارهای متن‌باز (اپن سورس) یافت. فروشندگان نرم‌افزارهای انحصاری از نظر تاریخی استدلال می‌کردند که انتشار کد منبع، نقشه راهی برای یافتن آسیب‌پذیری‌ها به دست مهاجمان می‌دهد. با این حال، پژوهشگران «مرکز آموزش و پژوهش در تضمین اطلاعات و امنیت» در دانشگاه پردو نشان دادند که سیستم‌های متن‌باز صرفاً به دلیل عمومی بودن کدهایشان، با خطرات بیشتری مواجه نیستند. در واقع، این شفافیت به هزاران پژوهشگر امنیتی مستقل اجازه می‌دهد تا کدها را بررسی کنند، نقص‌ها را بیابند و پیش از آنکه مورد سوءاستفاده قرار گیرند، آن‌ها را برطرف کنند.[3]

در مقابل، تاریخ پر از شکست‌های فاجعه‌بار سیستم‌هایی است که این قانون ۱۵۰ ساله را نادیده گرفتند. وقتی شرکت‌ها به جای استفاده از استانداردهای عمومی، تلاش می‌کنند الگوریتم‌های رمزنگاری انحصاری خود را اختراع کنند، تقریباً همیشه نقص‌های ریاضی ظریفی را وارد سیستم می‌کنند. از آنجا که این الگوریتم‌های انحصاری مخفی نگه داشته می‌شوند، هرگز تحت بررسی دقیق همتایان در جامعه جهانی رمزنگاری قرار نمی‌گیرند. وقتی الگوریتم به ناچار به بیرون درز می‌کند یا توسط عوامل مخرب مهندسی معکوس می‌شود، نقص‌های پنهان فوراً مورد سوءاستفاده قرار می‌گیرند و کاربران را کاملاً بی‌دفاع رها می‌کنند.[2][6]

قوی‌ترین استدلال متقابل در برابر این الزام به شفافیت، این است که پنهان‌کاری، اگرچه به تنهایی کافی نیست، اما همچنان می‌تواند به عنوان یک لایه معتبر در استراتژی «دفاع در عمق» عمل کند. همان‌طور که شرکت ارائه‌دهنده مدیریت هویت «اوکتا» در تحلیل ۳۰ اوت ۲۰۲۴ خود از این رویه اشاره کرد، پنهان کردن آدرس‌های آی‌پی سرور، تغییر نام حساب‌های کاربری پیش‌فرض مدیران، یا مبهم‌سازی کدها می‌تواند هزینه و زمان لازم برای نقشه‌برداری مهاجم از شبکه را افزایش دهد. اگر یک دشمن مجبور باشد هفته‌ها وقت صرف کند تا فقط بفهمد هدفش از چه نرم‌افزاری استفاده می‌کند، ممکن است از حمله منصرف شود. خطر تنها زمانی به وجود می‌آید که پنهان‌کاری به عنوان اقدام دفاعی اصلی یا تنها اقدام دفاعی در نظر گرفته شود.[1]

مهندسان امنیت به طور فزاینده‌ای این تمایز را به عنوان یک قانون عملی برای طراحی سیستم تدوین کرده‌اند. هنگام ساخت سیلیکون‌های امن یا نرم‌افزارهای سازمانی، فرض همیشه باید بر این باشد که مهاجم سخت‌افزار را خریده، فرم‌ور (میان‌افزار) را دیکامپایل کرده و نقشه کاملی از برد مدار چاپی در اختیار دارد. اگر سیستم در چنین شرایطی قابل نفوذ باشد، امن نیست. این اصل، توسعه‌دهندگان را مجبور می‌کند تا به جای امید بستن به اینکه طراحی‌های انحصاری‌شان هرگز به بیرون درز نخواهد کرد، مرزهای رمزنگاری مستحکمی بسازند.[2][6]

این موضوع، بحث را به مرزهای مدرن هوش مصنوعی بازمی‌گرداند. با ادغام مدل‌های هوش مصنوعی در زیرساخت‌های حیاتی، غریزه توسعه‌دهندگان تجاری این بوده است که برای جلوگیری از حملات خصمانه، به شدت از وزن‌های مدل و معماری‌های آموزشی محافظت کنند. با این حال، یافته‌های AAAI نشان می‌دهد که این کار تکرار همان خطای تاریخی است. اگر نرده‌های محافظ ایمنی یک سیستم هوش مصنوعی صرفاً به این دلیل قابل دور زدن باشند که مهاجم یاد می‌گیرد این نرده‌ها چگونه برنامه‌نویسی شده‌اند، آن سیستم ذاتاً ناامن است. آزمون واقعی تاب‌آوری یک الگوریتم این است که آیا می‌تواند در برابر مهاجمی که دقیقاً می‌داند این الگوریتم چگونه فکر می‌کند، مقاومت کند یا خیر.[5][8]