خوارزمية تشفير قيصر

 كيف تعمل خوارزمية تشفير قيصر؟

في هذه المقالة نتطرق لأهم خوارزميات التشفير ، ونبد أ بخوارزمية تشفير قيصر التي تعد  نوعًا من تشفير الاستبدال حيث يتم إزاحة كل حرف في النص العادي لعدد معين من الأماكن في السلسلة الأبجدية الموالية. على سبيل المثال ، مع إزاحة 1 ، سيتم استبدال A بـ B ، B إلى C ، وهكذا. ومع إزاحة 2 ، سيتم إستبدال A بـ C و B بـ D وهكذا. لكنه يتم كسر تشفير قيصر بسهولة ولا يعتبر آمنًا لنقل الرسائل.

فيما يلي نعطي مثلا على  خوارزمية تشفير قيصر:

يفترض في المثال المذكور أعلاه ، أن النص العادي يتكون فقط من أحرف كبيرة وأن قيمة التحول أو الإزاحة هي عدد صحيح. تأخذ الدالة سلسلة نص عادي وقيمة إزاحة وتعيد النص المشفر المقابل. ترجع الدالة ord قيمة ASCII للحرف ، وتعيد الدالة chr الحرف المقابل لقيمة ASCII المعينة.

أنواع خوارزميات التشفير

هناك العديد من طرق التشفير الأخرى بالإضافة إلى تشفير قيصر. نذكر منها مابلي : 

1- تشفير المفتاح المتماثل: يستخدم هذا النوع من التشفير نفس المفتاح لكل من التشفير وفك التشفير. تتضمن أمثلة خوارزميات تشفير المفتاح المتماثل AES و DES.

2 - تشفير المفتاح غير المتماثل: يستخدم هذا النوع من التشفير مفتاحين مختلفين ، مفتاح عام ومفتاح خاص ، للتشفير وفك التشفير. يستخدم المفتاح العام لتشفير الرسالة ، ويستخدم المفتاح الخاص لفك تشفيرها. تتضمن أمثلة خوارزميات تشفير المفتاح غير المتماثل RSA و Elliptic Curve Cryptography (ECC).

3 - تشفيرالتجزئة: دالة التجزئة هي نوع من التشفير يأخذ إدخالاً (أو "رسالة") ويعيد سلسلة من الأحرف ذات حجم ثابت ، والتي تسمى "قيمة التجزئة". غالبًا ما تُستخدم خوارزمية التجزئة لتخزين كلمات المرور لأنها وظائف أحادية الاتجاه ، من السهل حساب قيمة التجزئة لكلمة المرور ، ولكن من غير المجدي حسابيًا تحديد كلمة المرور الأصلية من قيمة التجزئة. تتضمن أمثلة خوارزمية تشفيرالتجزئة MD5 و SHA-256.

4 - دفق الأصفار: التشفير الدفق هو نوع من تشفير المفتاح المتماثل الذي يقوم بتشفير بت واحد أو بايت واحد في كل مرة. يمكن أن تكون شفرات التدفق أكثر كفاءة من شفرات الكتلة لبعض التطبيقات. تتضمن أمثلة خوارزمية تشفيرالأصفار المتدفقة RC4 و Salsa20.

أمثلة عن أنواع هذه الخوارزميات الشائعة

فيما يلي ،  نعطي بعض الأمثلة لكل نوع من أنواع طرق التشفير:

1- تشفير المفتاح المتماثل: أحد الأمثلة على خوارزمية تشفير المفتاح المتماثل هو معيار التشفير المتقدم (AES). AES هي خوارزمية مستخدمة على نطاق واسع لتشفير البيانات وتعتبر آمنة للغاية.

2- تشفير المفتاح غير المتماثل: أحد الأمثلة على خوارزمية تشفير المفتاح غير المتماثل هو خوارزمية RSA (Rivest-Shamir-Adleman). تُستخدم خوارزمية RSA بشكل شائع لنقل البيانات بشكل آمن ، بما في ذلك الاتصالات الآمنة عبر الإنترنت والمعاملات المالية الإلكترونية الآمنة.

3- تشفيرالتجزئة: أحد الأمثلة على وظيفة التجزئة هو SHA-256 (خوارزمية التجزئة الآمنة 256 بت). SHA-256 هي وظيفة تجزئة تشفير مستخدمة على نطاق واسع تنتج قيمة تجزئة ذات حجم ثابت (256 بت) من رسالة إدخال.

4- خوارزمية أصفار الدفق: أحد الأمثلة على التشفير الدفق هو خوارزمية Salsa20 هو تشفير دفق سريع وآمن يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة ، بما في ذلك تشفير البيانات المنقولة عبر الإنترنت.

 كيفية إنشاء خوارزمية لكل طريقة ؟

لا يمكن كتابة  خوارزميات كاملة لطرق التشفير في مقالة ، لأنها معقدة للغاية. ومع ذلك ، يمكننيا تقديم نظرة عامة عالية المستوى حول كيفية عمل كل نوع من أنواع التشفير.

1- تشفير المفتاح المتماثل: في تشفير المفتاح المتماثل ، يتم استخدام نفس المفتاح لكل من التشفير وفك التشفير. المفتاح هو قيمة سرية لا يعرفها إلا مرسل الرسالة ومستلمها. لتشفير رسالة ، يطبق المرسل المفتاح على النص العادي باستخدام برنامج رياضي لإنتاج النص المشفر. لفك تشفير النص المشفر ، يطبق المستلم نفس المفتاح على النص المشفر باستخدام نفس البرنامج للحصول على النص العادي الأصلي.

2- تشفير المفتاح غير المتماثل: في تشفير المفتاح غير المتماثل ، يتم استخدام مفتاحين مختلفين للتشفير وفك التشفير: مفتاح عام ومفتاح خاص. يتم توفير المفتاح العام لأي شخص يريد إرسال رسالة مشفرة ، بينما يحتفظ المستلم بالمفتاح الخاص سريًا. لتشفير رسالة ، يحصل المرسل على المفتاح العام للمستلم ويطبقه على النص العادي باستخدام البرنامج الرياضي لإنتاج النص المشفر. لفك تشفير النص المشفر ، يطبق المستلم مفتاحه الخاص على النص المشفر باستخدام نفس البرنامج للحصول على النص العادي الأصلي.

3- خوارزمية التجزئة: دالة التجزئة هي نوع من التشفير يأخذ إدخالاً (أو "رسالة") ويعيد سلسلة من الأحرف ذات حجم ثابت ، والتي تسمى "قيمة التجزئة". يمكن أن تكون رسالة الإدخال بأي طول ، وتكون قيمة التجزئة دائمًا بنفس الحجم. وبرنامج التجزئة هوبرنامج  أحادي الاتجاه ، مما يعني أنه من السهل حساب قيمة التجزئة لرسالة الإدخال ، ولكن من غير المجدي حسابيًا تحديد الرسالة الأصلية من قيمة التجزئة.

4- خوارزمية دفق الأصفار: التشفير الدفق هو نوع من تشفير المفتاح المتماثل الذي يقوم بتشفير بت واحد أو بايت واحد في كل مرة. تتضمن عملية التشفير الجمع بين النص العادي وسيل من البتات العشوائية (تسمى "تدفق المفاتيح") باستخدام برنامج منطقي (مثل "حصري" أو ") لإنتاج نص مشفر. يتم إنشاء تدفق المفاتيح باستخدام مولد رقم عشوائي كاذب (PRNG) ومفتاح سري. لفك تشفير النص المشفر ، يطبق المستلم نفس المفتاح على PRNG لإنشاء تدفق المفاتيح ، ثم يدمج النص المشفر مع تدفق المفاتيح باستخدام نفس الوظيفة المنطقية للحصول على النص العادي الأصلي.

كيفية إختيار خوارزمية التشفير؟ 

من الصعب تحديد طريقة التشفير "الأفضل" حيث تعتمد ملاءمة طريقة التشفير على الاحتياجات المحددة للتطبيق. وهذه بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند الاختيار:

- الأمان: الهدف الأساسي من التشفير هو حماية سرية البيانات التي يتم إرسالها أو تخزينها. لذلك ، يجب أن تكون طريقة التشفير آمنة ومقاومة للهجمات.

- السرعة: إذا كانت طريقة التشفير بطيئة جدًا ، فقد لا يكون من العملي استخدامها في تطبيقات معينة.

- سهولة الاستخدام: يجب أن تكون طريقة التشفير سهلة الاستخدام ولا تتطلب الكثير من المعرفة التقنية.

- إدارة المفاتيح: يجب أن يكون للطريقة نظام آمن وفعال لإدارة المفاتيح وتبادلها.

بناءً على هذه العوامل ، قد تكون بعض طرق التشفير أكثر ملاءمة لتطبيقات معينة من غيرها. على سبيل المثال ، تعد خوارزميات المفاتيح المتماثلة أسرع عمومًا من خوارزميات المفاتيح غير المتماثلة ، لذلك قد تكون خيارًا أفضل للتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا. من ناحية أخرى ، تعد خوارزميات المفاتيح غير المتماثلة أكثر أمانًا وهي خيار جيد للتطبيقات التي تتطلب مستوى عالٍ من الأمان ، كما هو الحال في المعاملات المالية عبر الإنترنت.

مجالات إستخدام خوارزميات التشفير

يستخدم التشفير لحماية سرية البيانات التي يتم إرسالها أو تخزينها. تتضمن بعض الاستخدامات الشائعة للتشفير ما يلي:

- الاتصال الآمن: غالبًا ما يستخدم التشفير لحماية سرية الاتصالات عبر الإنترنت ، مثل الرسائل عبر الإنترنت والبريد الإلكتروني والمكالمات الصوتية ومكالمات الفيديو.

- تخزين البيانات: يمكن استخدام التشفير لحماية سرية البيانات المخزنة على الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ومحركات الأقراص الصلبة الخارجية. هذا مهم بشكل خاص للبيانات الحساسة مثل السجلات المالية والمعلومات الشخصية.

- أمان الشبكة: يستخدم التشفير لتأمين البيانات المنقولة عبر شبكة ، كما هو الحال في حالة شبكة افتراضية خاصة (VPN) أو شبكة لاسلكية آمنة.

- حماية البرامج: يمكن استخدام التشفير لحماية الملكية الفكرية للبرنامج عن طريق جعل من الصعب على المستخدمين غير المصرح لهم الوصول إلى التعليمات البرمجية وعكس هندستها.

- المعاملات الإلكترونية: يستخدم التشفير لتأمين سرية المعاملات المالية الإلكترونية ، مثل الخدمات المصرفية عبر الإنترنت والتسوق عبر الإنترنت.