واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto: دليل شامل للعمليات التشفيرية

واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto هي واجهة برمجة تطبيقات JavaScript تسمح للمطورين بإجراء عمليات تشفير مباشرة في المتصفح. هذا يفتح إمكانيات لبناء تطبيقات ويب آمنة دون الاعتماد على معالجة جانب الخادم للمهام الحساسة. تقدم هذه المقالة نظرة عامة شاملة على واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto، وتغطي وظائفها الرئيسية وحالات الاستخدام وأفضل الممارسات.

مقدمة إلى التشفير في المتصفح

تقليديًا، كانت عمليات التشفير تتم معالجتها في المقام الأول على جانب الخادم بسبب المخاوف الأمنية وقيود JavaScript من جانب العميل. ومع ذلك، توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto طريقة آمنة وموحدة لأداء مهام التشفير مباشرة في المتصفح. يتيح هذا مجموعة من الميزات الجديدة، مثل التشفير من جانب العميل والمصادقة الآمنة والتوقيعات الرقمية، كل ذلك دون نقل البيانات الحساسة إلى الخادم بشكل غير ضروري.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للتشفير من جانب العميل في تقليل حمل الخادم. من خلال نقل عمليات حسابات التشفير إلى المتصفح، يمكن للخادم التركيز على المهام الأخرى، مما يحسن الأداء العام للتطبيق. علاوة على ذلك، يمكن للتشفير من جانب العميل أن يعزز خصوصية المستخدم من خلال التأكد من تشفير البيانات الحساسة قبل مغادرة جهاز المستخدم.

المفاهيم الأساسية لواجهة برمجة تطبيقات Web Crypto

تعتمد واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto على المفاهيم الأساسية التالية:

• خوارزميات التشفير: تدعم واجهة برمجة التطبيقات خوارزميات تشفير مختلفة، بما في ذلك التشفير المتماثل (مثل AES) والتشفير غير المتماثل (مثل RSA) وخوارزميات التجزئة (مثل SHA-256) وخوارزميات التوقيع الرقمي (مثل ECDSA).
• المفاتيح: غالبًا ما تتطلب العمليات التشفيرية مفاتيح. توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto آليات لتوليد المفاتيح واستيرادها وتصديرها وتخزينها بشكل آمن. يمكن أن تكون المفاتيح متماثلة (تستخدم لكل من التشفير وفك التشفير) أو غير متماثلة (تتكون من مفتاح عام ومفتاح خاص).
• واجهة SubtleCrypto: واجهة SubtleCrypto هي نقطة الدخول الرئيسية للوصول إلى الوظائف التشفيرية. يوفر طرقًا لإجراء التجزئة والتشفير وفك التشفير والتوقيع والتحقق.
• الوعود: جميع العمليات التشفيرية في واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto غير متزامنة وتُرجع وعودًا. يضمن هذا أن تظل واجهة مستخدم المتصفح مستجيبة أثناء أداء المهام التشفيرية التي يحتمل أن تستغرق وقتًا طويلاً.

خوارزميات التشفير المدعومة

تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto مجموعة واسعة من خوارزميات التشفير. فيما يلي بعض منها الأكثر استخدامًا:

التشفير المتماثل

• AES (معيار التشفير المتقدم): خوارزمية تشفير متماثلة مستخدمة على نطاق واسع. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto أوضاع AES-CBC و AES-CTR و AES-GCM و AES-KW.

التشفير غير المتماثل

• RSA (Rivest-Shamir-Adleman): خوارزمية تشفير غير متماثلة شائعة. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto مخططات الحشو RSA-OAEP و RSA-PSS.
• ECDSA (خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي): خوارزمية توقيع غير متماثلة تعتمد على تشفير المنحنى الإهليلجي.
• ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman): بروتوكول اتفاقية مفتاح يعتمد على تشفير المنحنى الإهليلجي.

خوارزميات التجزئة

• SHA-256 (خوارزمية التجزئة الآمنة 256 بت): خوارزمية تجزئة مستخدمة على نطاق واسع تنتج قيمة تجزئة 256 بت.
• SHA-384 (خوارزمية التجزئة الآمنة 384 بت): خوارزمية تجزئة تنتج قيمة تجزئة 384 بت.
• SHA-512 (خوارزمية التجزئة الآمنة 512 بت): خوارزمية تجزئة تنتج قيمة تجزئة 512 بت.

عمليات التشفير الأساسية

دعنا نستكشف بعض عمليات التشفير الأساسية باستخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto مع أمثلة التعليمات البرمجية.

التجزئة

التجزئة هي عملية تحويل البيانات إلى سلسلة أحرف ذات حجم ثابت (قيمة تجزئة). تُستخدم التجزئة للتحقق من سلامة البيانات وتخزين كلمات المرور والفهرسة.

            
async function hashData(data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);
 const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataBuffer);
 const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
 const hashHex = hashArray
 .map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0'))
 .join('');
 return hashHex;
}

// Example usage:
hashData('Hello, world!')
 .then((hash) => console.log('SHA-256 Hash:', hash))
 .catch((err) => console.error('Hashing error:', err));

            

              
                Copy
              
            
          

توليد المفاتيح المتماثلة

تُستخدم المفاتيح المتماثلة للتشفير وفك التشفير بنفس المفتاح. تسمح لك واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto بتوليد مفاتيح متماثلة باستخدام طريقة generateKey().

            
async function generateAESKey() {
 return await crypto.subtle.generateKey(
 {
 name: 'AES-GCM',
 length: 256,
 },
 true, // extractable
 ['encrypt', 'decrypt'] // usages
 );
}

// Example usage:
generateAESKey()
 .then((key) => {
 console.log('AES Key generated:', key);
 // Use the key for encryption/decryption
 })
 .catch((err) => console.error('Key generation error:', err));

            

              
                Copy
              
            
          

تشفير البيانات

التشفير هو عملية تحويل البيانات إلى تنسيق غير قابل للقراءة لحماية سريتها. إليك مثال على تشفير البيانات باستخدام AES-GCM:

            
async function encryptData(key, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);
 const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12)); // Initialization vector

 const encryptedData = await crypto.subtle.encrypt(
 {
 name: 'AES-GCM',
 iv: iv,
 },
 key,
 dataBuffer
 );

 // Combine IV and encrypted data for storage/transmission
 const combined = new Uint8Array(iv.length + encryptedData.byteLength);
 combined.set(iv, 0);
 combined.set(new Uint8Array(encryptedData), iv.length);
 return combined;
}

// Example usage (assuming you have an AES key):
generateAESKey().then(key => {
 encryptData(key, 'Sensitive data')
 .then((encrypted) => {
 console.log('Encrypted data:', encrypted);
 })
 .catch((err) => console.error('Encryption error:', err));
});

            

              
                Copy
              
            
          

فك تشفير البيانات

فك التشفير هو عملية تحويل البيانات المشفرة مرة أخرى إلى تنسيقها الأصلي القابل للقراءة. إليك مثال على فك تشفير البيانات المشفرة باستخدام AES-GCM:

            
async function decryptData(key, combined) {
 const iv = combined.slice(0, 12);
 const encryptedData = combined.slice(12);

 const decryptedData = await crypto.subtle.decrypt(
 {
 name: 'AES-GCM',
 iv: iv,
 },
 key,
 encryptedData
 );

 const decoder = new TextDecoder();
 return decoder.decode(decryptedData);
}

// Example usage (assuming you have the AES key and encrypted data):
generateAESKey().then(key => {
 encryptData(key, 'Sensitive data').then(encrypted => {
 decryptData(key, encrypted)
 .then((decrypted) => {
 console.log('Decrypted data:', decrypted);
 })
 .catch((err) => console.error('Decryption error:', err));
 });
});

            

              
                Copy
              
            
          

توليد المفاتيح غير المتماثلة

تتكون المفاتيح غير المتماثلة من مفتاح عام ومفتاح خاص. يمكن مشاركة المفتاح العام مع الآخرين، بينما يجب الحفاظ على سرية المفتاح الخاص. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto توليد مفاتيح غير متماثلة باستخدام طريقة generateKey().

            
async function generateRSAKey() {
 return await crypto.subtle.generateKey(
 {
 name: 'RSA-OAEP',
 modulusLength: 2048, // The length of the key in bits
 publicExponent: new Uint8Array([0x01, 0x00, 0x01]), // Commonly 65537
 hash: 'SHA-256',
 },
 true, // extractable
 ['encrypt', 'decrypt'] // usages
 );
}

// Example usage:
generateRSAKey()
 .then((keyPair) => {
 console.log('RSA Public Key:', keyPair.publicKey);
 console.log('RSA Private Key:', keyPair.privateKey);
 // Use the keys for encryption/decryption
 })
 .catch((err) => console.error('Key generation error:', err));

            

              
                Copy
              
            
          

توقيع البيانات

تُستخدم التوقيعات الرقمية للتحقق من صحة وسلامة البيانات. يوقع المرسل البيانات بمفتاحه الخاص، ويتحقق المستلم من التوقيع باستخدام المفتاح العام للمرسل.

            
async function signData(privateKey, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);

 const signature = await crypto.subtle.sign(
 {
 name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
 hash: { name: 'SHA-256' },
 },
 privateKey,
 dataBuffer
 );

 return signature;
}

// Example usage (assuming you have an RSA key pair):
generateRSAKey().then(keyPair => {
 signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign')
 .then((signature) => {
 console.log('Signature:', signature);
 })
 .catch((err) => console.error('Signing error:', err));
});

            

              
                Copy
              
            
          

التحقق من التوقيعات

يؤكد التحقق من التوقيع الرقمي أنه لم يتم العبث بالبيانات وأنه تم توقيعها بالفعل من قبل المرسل المطالب به.

            
async function verifySignature(publicKey, signature, data) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const dataBuffer = encoder.encode(data);

 const isValid = await crypto.subtle.verify(
 {
 name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
 hash: { name: 'SHA-256' },
 },
 publicKey,
 signature,
 dataBuffer
 );

 return isValid;
}

// Example usage (assuming you have the RSA key pair and the signature):
generateRSAKey().then(keyPair => {
 signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign').then(signature => {
 verifySignature(keyPair.publicKey, signature, 'Data to sign')
 .then((isValid) => {
 console.log('Signature is valid:', isValid);
 })
 .catch((err) => console.error('Verification error:', err));
 });
});

            

              
                Copy
              
            
          

إدارة المفاتيح

تعد إدارة المفاتيح المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لأمان أي نظام تشفير. توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto آليات لتوليد المفاتيح واستيرادها وتصديرها وتخزينها بشكل آمن. ومع ذلك، قد يكون تخزين المفاتيح بشكل آمن في المتصفح أمرًا صعبًا.

اعتبارات تخزين المفاتيح

• IndexedDB: أحد الخيارات هو تخزين المفاتيح في IndexedDB، وهي قاعدة بيانات NoSQL قائمة على المتصفح. ومع ذلك، لم يتم تصميم IndexedDB خصيصًا لتخزين المفاتيح بشكل آمن، لذا من المهم تنفيذ إجراءات أمان إضافية، مثل تشفير المفاتيح قبل تخزينها.
• LocalStorage/Cookies: لا يُنصح بها بشكل عام لتخزين المفاتيح التشفيرية نظرًا لميزات الأمان المحدودة وإمكانية حدوث هجمات عبر المواقع (XSS).
• وحدات أمان الأجهزة (HSMs): في السيناريوهات الأكثر تقدمًا، يمكنك استخدام ملحقات المتصفح أو التطبيقات الأصلية للاتصال بوحدات أمان الأجهزة (HSMs) لتخزين المفاتيح بشكل آمن والعمليات التشفيرية.

استيراد المفاتيح وتصديرها

تتيح لك واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto استيراد المفاتيح وتصديرها بتنسيقات مختلفة، مثل:

• JWK (مفتاح ويب JSON): تنسيق يعتمد على JSON لتمثيل المفاتيح التشفيرية.
• PKCS#8: تنسيق قياسي لتخزين المفاتيح الخاصة.
• SPKI (معلومات المفتاح العام للموضوع): تنسيق قياسي لتخزين المفاتيح العامة.

قد يكون استيراد المفاتيح وتصديرها مفيدًا لنقل المفاتيح بين الأنظمة المختلفة أو لعمل نسخة احتياطية من المفاتيح.

تغليف المفاتيح وإلغاء تغليفها

تغليف المفاتيح هو عملية تشفير مفتاح بمفتاح آخر (مفتاح التغليف). يمكن استخدام هذا لحماية المفاتيح أثناء تخزينها أو نقلها. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto تغليف المفاتيح وإلغاء تغليفها باستخدام خوارزميات مثل AES-KW و RSA-OAEP.

حالات استخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto

تفتح واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto مجموعة واسعة من الإمكانيات لبناء تطبيقات ويب آمنة. إليك بعض حالات الاستخدام الشائعة:

• التشفير من جانب العميل: تشفير البيانات الحساسة في المتصفح قبل إرسالها إلى الخادم. يمكن لهذا حماية البيانات من التنصت والوصول غير المصرح به.
• المصادقة الآمنة: تنفيذ آليات مصادقة آمنة باستخدام التوقيعات الرقمية وبروتوكولات تبادل المفاتيح.
• فحوصات سلامة البيانات: استخدم خوارزميات التجزئة للتحقق من سلامة البيانات التي تم تنزيلها من الخادم.
• الاتصال الآمن: إنشاء قنوات اتصال آمنة باستخدام التشفير وبروتوكولات تبادل المفاتيح.
• إدارة الحقوق الرقمية (DRM): تنفيذ مخططات DRM لحماية المحتوى المحمي بحقوق الطبع والنشر.
• إدارة كلمات المرور: تنفيذ آليات تخزين واسترجاع كلمات المرور بشكل آمن. استخدام PBKDF2 لتجزئة كلمات المرور من جانب العميل قبل إرسالها إلى الخادم.

اعتبارات الأمان

بينما توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto أداة قوية لبناء تطبيقات ويب آمنة، من المهم أن تكون على دراية بمخاطر الأمان المحتملة واتباع أفضل الممارسات:

• البرمجة النصية عبر المواقع (XSS): يمكن لهجمات XSS أن تعرض أمان تطبيقك للخطر وتسمح للمهاجمين بسرقة البيانات الحساسة، بما في ذلك المفاتيح التشفيرية. قم بحماية تطبيقك من هجمات XSS عن طريق تنظيف إدخال المستخدم بشكل صحيح واستخدام سياسات أمان المحتوى (CSPs).
• هجمات رجل في المنتصف (MITM): يمكن لهجمات MITM اعتراض حركة مرور الشبكة وتعديلها، مما قد يعرض سرية البيانات وسلامتها للخطر. قم بحماية تطبيقك من هجمات MITM باستخدام HTTPS والتحقق من صحة شهادات الخادم.
• هجمات القنوات الجانبية: تستغل هجمات القنوات الجانبية المعلومات المتسربة أثناء العمليات التشفيرية، مثل اختلافات التوقيت أو استهلاك الطاقة، لاستعادة المفاتيح السرية. تم تصميم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto للتخفيف من هجمات القنوات الجانبية، ولكن من المهم أن تكون على دراية بهذا الخطر واستخدام أفضل الممارسات لتنفيذ التشفير.
• إدارة المفاتيح: تعد إدارة المفاتيح الآمنة أمرًا بالغ الأهمية لأمان أي نظام تشفير. قم بحماية مفاتيحك من الوصول غير المصرح به وتأكد من تخزينها والتعامل معها بشكل آمن.
• اختيار الخوارزمية: اختر خوارزميات تشفير وأحجام مفاتيح مناسبة لمتطلبات الأمان الخاصة بك. تجنب استخدام الخوارزميات الضعيفة أو القديمة. استشر خبراء الأمن لتحديد أفضل الخوارزميات لتطبيقك.
• تحديثات منتظمة: حافظ على تحديث المتصفح ومكتبات JavaScript بأحدث تصحيحات الأمان. يمكن أن تعرض نقاط الضعف في هذه المكونات أمان تطبيقك للخطر.

أفضل الممارسات لاستخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto

فيما يلي بعض أفضل الممارسات لاستخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto:

• استخدم HTTPS: استخدم دائمًا HTTPS لحماية تطبيقك من هجمات MITM.
• تنظيف مدخلات المستخدم: قم بتنظيف مدخلات المستخدم بشكل صحيح لمنع هجمات XSS.
• استخدم سياسات أمان المحتوى (CSPs): استخدم CSPs لتقييد الموارد التي يمكن لتطبيقك تحميلها، مما يقلل من مخاطر هجمات XSS.
• اختر خوارزميات قوية: حدد خوارزميات تشفير قوية وأحجام مفاتيح مناسبة لمتطلبات الأمان الخاصة بك.
• نفذ إدارة مفاتيح آمنة: قم بتنفيذ ممارسات إدارة المفاتيح الآمنة لحماية مفاتيحك من الوصول غير المصرح به.
• حافظ على تحديث برنامجك: حافظ على تحديث المتصفح ومكتبات JavaScript بأحدث تصحيحات الأمان.
• اختبر تطبيقك بدقة: اختبر تطبيقك بدقة لتحديد وإصلاح نقاط الضعف الأمنية المحتملة.
• ضع في اعتبارك مكتبة التشفير: في حين أن واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto قوية، فإن استخدام مكتبة تشفير جيدة الفحص (مثل TweetNaCl.js أو CryptoJS) يمكن أن يوفر أمانًا وراحة إضافية. غالبًا ما تتعامل هذه المكتبات مع التفاصيل منخفضة المستوى وحالات الحواف، مما يقلل من خطر الأخطاء.

أمثلة على واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto قيد التشغيل

دعنا نفكر في مثالين من العالم الحقيقي حيث يمكن استخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto لتعزيز الأمان والخصوصية:

تطبيق المراسلة الآمنة

يمكن لتطبيق المراسلة الآمنة استخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto لتشفير الرسائل من جانب العميل قبل إرسالها إلى الخادم. يضمن هذا أنه لا يمكن للقارئ المقصود فقط قراءة الرسائل، حتى لو تم اختراق الخادم. يمكن للمستخدمين إنشاء أزواج مفاتيح وتشفير الرسائل بالمفتاح العام للمستلم وتوقيع الرسائل بمفتاحهم الخاص. بعد ذلك، يستخدم المستلم مفتاحه الخاص لفك تشفير الرسالة والتحقق من توقيع المرسل باستخدام مفتاحه العام.

تخزين الملفات الآمنة

يمكن لتطبيق تخزين الملفات الآمن استخدام واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto لتشفير الملفات من جانب العميل قبل تحميلها على الخادم. يحمي هذا الملفات من الوصول غير المصرح به، حتى لو تم اختراق الخادم. يمكن للمستخدمين إنشاء مفاتيح تشفير وتشفير الملفات بهذه المفاتيح، ثم تخزين الملفات المشفرة بشكل آمن مع المفاتيح (ربما تغليف المفاتيح لمزيد من الحماية). عندما يريد المستخدم الوصول إلى ملف، يسترجع التطبيق الملف المشفر والمفتاح المقابل له، ويفك تشفير الملف من جانب العميل، ثم يعرضه للمستخدم.

الموضوعات المتقدمة

بالإضافة إلى الأساسيات، توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto العديد من الميزات المتقدمة لحالات الاستخدام المتخصصة:

• وظائف اشتقاق المفاتيح (KDFs): تُستخدم KDFs لاشتقاق المفاتيح التشفيرية من كلمات المرور أو القيم السرية الأخرى. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto PBKDF2 (دالة اشتقاق المفاتيح المستندة إلى كلمة المرور 2)، وهي KDF مستخدمة على نطاق واسع لاشتقاق المفاتيح المستندة إلى كلمة المرور.
• التشفير المصادق عليه: توفر خوارزميات التشفير المصادق عليها، مثل AES-GCM و ChaCha20-Poly1305، كلاً من السرية والنزاهة. يقومون بتشفير البيانات وأيضًا بإنشاء علامة مصادقة يمكن استخدامها للتحقق من سلامة البيانات.
• تشفير المنحنى الإهليلجي (ECC): ECC هو نوع من التشفير غير المتماثل يعتمد على المنحنيات الإهليلجية. تدعم واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto ECDSA (خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي) و ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman)، والتي تُستخدم عادةً للتوقيعات الرقمية وتبادل المفاتيح.

الخاتمة

توفر واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto طريقة قوية وموحدة لأداء العمليات التشفيرية مباشرة في المتصفح. يتيح هذا للمطورين بناء تطبيقات ويب آمنة دون الاعتماد على معالجة جانب الخادم للمهام الحساسة. من خلال فهم المفاهيم الأساسية لواجهة برمجة تطبيقات Web Crypto، واتباع أفضل الممارسات، والوعي بمخاطر الأمان المحتملة، يمكنك الاستفادة من هذه الأداة القوية لتعزيز أمان وخصوصية تطبيقات الويب الخاصة بك. مع تطور تطبيقات الويب بشكل متزايد والتعامل مع المزيد من البيانات الحساسة، ستلعب واجهة برمجة تطبيقات Web Crypto دورًا متزايد الأهمية في ضمان أمان وخصوصية الويب.