تحليل مقارن لأنظمة التشفير: المتماثل وغير المتماثل

في مجال التشفير الحديث، يتم تمييز اتجاهين رئيسيين: التشفير المتماثل وغير المتماثل. يُستخدم التشفير المتماثل بشكل متكرر كمرادف للتشفير المتماثل، بينما يشمل التشفير غير المتماثل تطبيقين أساسيين: التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية.

يمكن تمثيل هذا التمييز بالطريقة التالية:

| التشفير المتماثل | التشفير غير المتماثل ( مفتاح عام ) | |------------------------|----------------------------------------------| | التشفير المتماثل | التشفير غير المتماثل (o المفتاح العام) | | | التوقيعات الرقمية ( مع أو بدون تشفير ) |

في هذه المقالة، سنركز على دراسة خوارزميات التشفير المتماثل وغير المتماثل.

الفروق بين التشفير المتماثل وغير المتماثل

تُصنَّف خوارزميات التشفير عمومًا إلى فئتين: التشفير المتماثل وغير المتماثل. تكمن الفروق الأساسية في أن الخوارزميات المتماثلة تستخدم مفتاحًا واحدًا، بينما تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة مفتاحين مختلفين لكن مرتبطين. هذه الاختلاف البسيط ظاهريًا يحمل تداعيات وظيفية واستخدامية هامة لكلا طريقتي التشفير.

العلاقة بين المفاتيح

في علم التشفير، تولد خوارزميات التشفير مفاتيح على شكل تسلسلات من البتات تُستخدم لترميز وفك ترميز المعلومات. الطريقة التي تُستخدم بها هذه المفاتيح تحدد الفرق بين الطرق المتماثلة وغير المتماثلة.

بينما تستخدم الخوارزميات المتماثلة نفس المفتاح لكلا العمليتين، تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة مفتاحًا واحدًا للتشفير وآخر لفك التشفير. في الأنظمة غير المتماثلة، يمكن مشاركة مفتاح التشفير، المعروف أيضًا بالمفتاح العام، بحرية، بينما يكون مفتاح فك التشفير خاصًا ويجب الحفاظ عليه سراً.

على سبيل المثال، إذا أرسلت آنا رسالة إلى كارلوس محمية بالتشفير المتماثل، يجب عليها تزويده بنفس المفتاح الذي استخدمته لتشفيرها حتى يتمكن من قراءتها. وهذا يعني أنه إذا اعترض مهاجم الاتصال، فقد يتمكن من الوصول إلى المعلومات المشفرة.

بدلاً من ذلك، إذا استخدمت آنا الطريقة غير المتماثلة، فإنها تشفر الرسالة باستخدام المفتاح العام لكارلوس، الذي سيتمكن من فك تشفيرها باستخدام مفتاحه الخاص. بهذه الطريقة، تقدم التشفير غير المتماثل مستوى أعلى من الأمان، حيث أنه حتى لو اعترض شخص ما الرسائل وحصل على المفتاح العام، فلن يتمكن من فعل أي شيء به.

طول المفاتيح

تتعلق الفرق الوظيفي الآخر بين التشفير المتماثل وغير المتماثل بطول المفاتيح، التي تقاس بالبتات وترتبط مباشرة بمستوى الأمان لكل خوارزمية.

في الأنظمة المتماثلة، يتم اختيار المفاتيح عشوائيًا وطولها المقبول عمومًا يتراوح بين 128 و256 بت، اعتمادًا على مستوى الأمان المطلوب. في التشفير غير المتماثل، يجب أن توجد علاقة رياضية بين المفاتيح العامة والخاصة، أي أنها مرتبطة بمعادلة رياضية محددة. لهذا السبب، يمكن للمهاجمين الاستفادة من هذا النمط لاختراق التشفير، لذلك يجب أن تكون المفاتيح غير المتماثلة أطول بكثير لتوفير مستوى أمان معادل. الفرق في طول المفاتيح كبير لدرجة أن مفتاح متماثل بطول 128 بت ومفتاح غير متماثل بطول 2048 بت يوفران تقريبًا نفس مستوى الأمان.

المزايا والعيوب

تقدم هذان النوعان من التشفير مزايا وعيوب مقارنة ببعضهما البعض. خوارزميات التشفير المتماثل أسرع بكثير وتتطلب طاقة حسابية أقل، لكن العيب الرئيسي لها هو توزيع المفاتيح. نظرًا لأنه يتم استخدام نفس المفتاح لتشفير وفك تشفير المعلومات، يجب مشاركة هذا المفتاح مع جميع من يحتاجون إلى الوصول، مما يولد بطبيعة الحال بعض المخاطر (كما ذُكر سابقًا).

من ناحية أخرى، يحل التشفير غير المتماثل مشكلة توزيع المفاتيح من خلال استخدام المفاتيح العامة للتشفير والمفاتيح الخاصة لفك التشفير. العيب هو أن الأنظمة غير المتماثلة أبطأ بكثير مقارنة بالأنظمة المتماثلة وتتطلب طاقة معالجة أكبر بكثير بسبب طول المفاتيح.

تطبيقات عملية

التشفير المتماثل

نظرًا لسرعته، يُستخدم التشفير المتماثل على نطاق واسع لحماية المعلومات في العديد من الأنظمة الحاسوبية الحديثة. على سبيل المثال، تستخدم Gate معيار التشفير المتقدم (AES) لحماية المعلومات الحساسة لمستخدميها. وقد حل AES محل معيار تشفير البيانات القديم (DES)، الذي تم تطويره في السبعينيات كمعيار للتشفير المتماثل.

تشفير غير متماثل

يمكن تطبيق التشفير غير المتماثل في الأنظمة حيث يحتاج العديد من المستخدمين إلى تشفير وفك تشفير الرسائل أو حزم البيانات، خاصة عندما لا تكون السرعة وقوة المعالجة من الأولويات. مثال بسيط على هذا النوع من النظام هو البريد الإلكتروني المشفر، حيث يمكن استخدام مفتاح عام لتشفير الرسائل ومفتاح خاص لفك تشفيرها.

أنظمة هجينة

في العديد من التطبيقات، يتم استخدام التشفير المتماثل وغير المتماثل معًا. مثال جيد على هذه الأنظمة الهجينة هو بروتوكولات التشفير Transport Layer Security (TLS)، التي تم تطويرها لتوفير اتصالات آمنة على الإنترنت. حاليًا، تعتبر بروتوكولات TLS آمنة وتستخدم على نطاق واسع من قبل جميع متصفحات الويب الحديثة.

استخدام التشفير في العملات المشفرة

تقوم العديد من محافظ العملات المشفرة بتنفيذ طرق التشفير كوسيلة لتوفير مستوى إضافي من الأمان للمستخدمين النهائيين. يتم استخدام خوارزميات التشفير عندما يقوم المستخدم بإنشاء كلمة مرور لملف المحفظة الخاص به، والتي تُستخدم للوصول إلى البرنامج.

ومع ذلك، بسبب حقيقة أن البيتكوين والعملات المشفرة الأخرى تستخدم زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة، توجد فكرة خاطئة مفادها أن أنظمة البلوكشين تستخدم خوارزميات تشفير غير متماثلة. ومع ذلك، كما ذُكر سابقًا، فإن التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية هما التطبيقان الرئيسيان للتشفير غير المتماثل (تشفير المفتاح العام).

نتيجة لذلك، لا تستخدم جميع أنظمة التوقيع الرقمي التشفير، حتى لو كانت توفر مفاتيح عامة وخاصة. في الواقع، يمكن توقيع رسالة رقميًا دون استخدام التشفير. RSA هو مثال على خوارزمية يمكن استخدامها لتوقيع الرسائل المشفرة، لكن خوارزمية التوقيع الرقمي المستخدمة في Bitcoin (المعروفة باسم ECDSA) لا تتضمن التشفير.

تأملات نهائية

تؤدي كل من التشفير المتماثل وغير المتماثل دورًا حاسمًا في ضمان أمان المعلومات والاتصالات السرية في العالم الرقمي اليوم. كلا النوعين من التشفير مفيدان، حيث أن لكل منهما مزايا وعيوب خاصة به، لذا يتم تطبيقهما في سيناريوهات مختلفة. مع استمرار تطور علم التشفير لحماية نفسه من التهديدات الجديدة والأكثر تطورًا، ستظل أنظمة التشفير المتماثلة وغير المتماثلة ذات صلة بأمان المعلومات.