الأسس الجوهرية للتشفير الحدّي والحوسبة متعددة الأطراف (MPC)

ما هو تشفير العتبة؟

يُعد تشفير العتبة أحد أهم فروع علم التشفير، ويعتمد على توزيع السر، غالباً المفتاح الخاص، إلى عدة أجزاء أو حصص منفصلة. ولا يمكن إعادة بناء أو استخدام هذا السر إلا إذا اجتمع عدد محدد مسبقاً من الحصص يُسمى "العتبة". وغالباً ما يوصف ذلك بنموذج (t,n)، حيث يتم تقسيم السر إلى n حصص، ويلزم توفر t حصص فقط لتنفيذ العملية التشفيرية، كإجراء توقيع لإحدى المعاملات. ويضمن هذا النظام أن لا يمتلك أي طرف منفرد كامل السر، ما يقلل مخاطر السرقة أو تلف الأجهزة أو التصرفات الخبيثة.

يرتبط تاريخ تشفير العتبة بأنظمة مشاركة الأسرار، وتحديداً بابتكار شامير لمشاركة الأسرار (Shamir’s Secret Sharing - SSS) عام 1979. أتاح أسلوب شامير تقسيم السر رياضياً إلى أجزاء، بحيث لا يمكن كشفه إلا إذا توفرت الحصص المطلوبة. أما اليوم، فقد تطور تشفير العتبة ليصبح أكثر ديناميكية؛ إذ أصبحت العمليات التشفيرية مثل التوقيع الرقمي أو فك التشفير تُنفذ بشكل تعاوني من قبل عدة جهات دون أن يُعاد تركيب السر كاملاً. هذا التطوير يعزز أمن حفظ الأصول الرقمية، حيث أن كشف المفتاح الخاص كاملاً حتى ولو للحظة قد يتسبب بخسارة كبيرة.

الحوسبة متعددة المشاركين (MPC)

تُعد الحوسبة متعددة المشاركين (MPC) إطاراً تشفيرياً شاملاً يتيح لعدة أطراف تنفيذ عمليات حسابية مشتركة على بياناتهم الخاصة دون أن يكشف أي طرف مدخلاته للآخرين. في عالم المحافظ الرقمية، يضمن نهج MPC أن مكونات المفتاح الخاص لا يتم تجميعها أبداً بالكامل، بل تبقى موزعة بين عدة أطراف. ويقوم كل طرف بالعمليات الجزئية على حصته، ثم تُدمج النتائج في نتيجة تشفيرية موحدة، مثل توقيع المعاملة، دون أن يصل أي طرف بمفرده إلى المفتاح الخاص كاملاً.

تكمن قوة MPC الحقيقية في القضاء على نقطة الفشل الوحيدة. ففي الأنظمة التقليدية، من يمتلك المفتاح الخاص يتحكم بالأصول. وإذا تم فقده أو سرقته أو إصابته بعطب، تكون النتيجة خسارة غير قابلة للاسترداد. يغير نهج MPC هذا الواقع عبر ضمان أن أي جهاز أو سيرفر أو فرد لا يمتلك بيانات كافية لخرق المحفظة. حتى في حال اختراق إحدى الحصص، يبقى الوصول إلى العتبة مستحيلاً دون تعاون بقية المشاركين. بهذا تتعزز مقاومة MPC للهجمات الإلكترونية الخارجية والمخاطر الداخلية مثل عمليات الاحتيال من داخل المؤسسة.

توقيعات العتبة

تُعد توقيعات العتبة من أكثر تطبيقات تشفير العتبة وMPC أهمية في مجال المحافظ الرقمية. في مخطط توقيع العتبة، تتعاون عدة أطراف لإنتاج توقيع رقمي صالح دون أن تكشف أي منها حصتها السرية. وتقوم كل جهة بحساب توقيع جزئي على حصتها، ثم تُدمج التوقيعات الجزئية لتكوين توقيع نهائي لا يمكن تمييزه عن التوقيع الرقمي العادي. يتيح ذلك لسلسلة الكتل والتطبيقات اللامركزية قبول توقيعات العتبة دون الحاجة لأي تعديلات على البروتوكولات الحالية.

إن عدم قابلية توقيعات العتبة للتمييز عن التوقيعات التقليدية عامل بالغ الأهمية؛ فهذا يضمن توافق المحافظ المعتمدة على MPC والأنظمة الحدّيّة مع سلسلة الكتل، التي تتطلب صيغ توقيع محددة مثل ECDSA أو EdDSA. ونتيجة لذلك، يمكن اعتماد تشفير العتبة فوراً دون أي تغييرات على البروتوكول ودمجه بسهولة مع مختلف أنواع الأصول الرقمية.

أهمية تشفير العتبة للمحافظ الرقمية

يعالج تشفير العتبة وMPC أهم الثغرات في المحافظ الرقمية التقليدية. فالمحافظ الكلاسيكية تعتمد على مفتاح خاص واحد أو عبارة استرجاع واحدة، ما يجعل النظام هشاً؛ إذ يمكن لأي اختراق أو فقد لأي عنصر أن يُسفر عن تعريض كامل المحفظة للخطر. بالنسبة للمؤسسات الحافظة والمنصات وحتى الأفراد الذين يديرون أرصدة ضخمة، يشكل هذا النمط من الحماية مخاطرة غير مقبولة.

تلغي المحافظ الحدّيّة نقطة الفشل الوحيدة عبر توزيع المكونات السرية بين أطراف وأجهزة متعددة. وقد يشمل ذلك سيرفرات في مواقع جغرافية مختلفة، أو تعاوناً بين أجهزة المستخدم والموقّعين المؤسسيين، أو أنظمة هجينة تحتوي على وحدات أجهزة حماية خاصة. وعلى الرغم من أن المستخدم يواجه واجهة موحدة للمحفظة، إلا أن عملية التوقيع الفعلية تتطلب تعاون عدة جهات بشكل آمن ومخفي. يتحقق بذلك مستوى أمان أعلى ضد الاختراقات والمخاطر الداخلية وحتى فقدان الأجهزة المادية.

علاوة على ذلك، يقدم تشفير العتبة مرونة في الحوكمة؛ إذ تستطيع المؤسسات تصميم سياسات توقيع تتطلب موافقة مجموعة معينة من الأطراف على كل عملية. مثلاً، قد تفرض إدارة الخزينة موافقة ثلاثة من أصل خمسة مدراء على التحويلات الكبرى، بينما تسمح بالتحويلات الصغيرة بعدد أقل من الموافقات. هذه الآليات تدمج مباشرة ضمن الطبقة التشفيرية، ما يجعلها أكثر أماناً وأقل عرضة للتحايل مقارنة بالسياسات الإجرائية التقليدية.

تشفير العتبة مقابل النماذج التقليدية

تتضح قيمة تشفير العتبة عند مقارنته بأنظمة حماية المحافظ الرقمية القديمة. النسخ الاحتياطي عبر عبارات الاسترجاع يبقي آلية الاستعادة رهينة سلسلة كلمات، إذ تمنح من يحصل عليها سيطرة تامة على المحفظة. توفر المحافظ المادية حماية إضافية بعزل المفاتيح الخاصة عن الأجهزة العامة، لكنها تعتمد على مفتاح وحيد يجب الاحتفاظ بنسخته الاحتياطية في مكان آمن. أما المحافظ متعددة التوقيع فتوزع التحكم عبر عدة مفاتيح لكن ذلك يتم بشكل ظاهر على سلسلة الكتل، مما يؤدي إلى رفع تكلفة المعاملات وتقليل الخصوصية إذ يمكن لأي طرف دراسة البنية التوقيعية علناً.

وبالمقابل، يجمع تشفير العتبة بين ميزة توزع الحصص مع الحفاظ على الخصوصية وكفاءة التكلفة؛ إذ ينتج توقيعاً تقليدياً واحداً من عملية تعاونية، ما يحمي خصوصية المستخدم ويخفض رسوم المعاملات بالنسبة للمحافظ متعددة التوقيع. ويوفر توزيع الحصص الأمنية مستوى أعلى من الحماية بالمقارنة مع العبارات الاحتياطية أو حلول الأجهزة المنفردة. هذا التوازن بين الأمان والخصوصية وسهولة الاستخدام يفسر انتشار التقنية بسرعة بين مزودي المحافظ المؤسسية والفردية في الأسواق الرقمية.