التشفير المتماثل وغير المتماثل: تحليل مقارن

تنقسم التشفير الحديث إلى فرعين رئيسيين: التشفير المتماثل والتشفير غير المتماثل. غالبًا ما يكون التشفير المتماثل مرادفًا للتشفير المتماثل، بينما يتضمن التشفير غير المتماثل تطبيقين أساسيين: التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية.

يمكن تمثيل هذا التصنيف على النحو التالي:

تشفير المفتاح المتماثل:

• التشفير المتماثل

التشفير غير المتماثل ( أو المفتاح العام ):

• التشفير غير المتماثل
• التوقيعات الرقمية ( مع أو بدون تشفير )

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

الفروق بين التشفير المتماثل وغير المتماثل

تُصنف خوارزميات التشفير عمومًا إلى نوعين: متماثل وغير متماثل. تكمن الفروق الأساسية في أن الخوارزميات المتماثلة تستخدم مفتاحًا واحدًا فقط، بينما تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة مفتاحين مرتبطين ولكن مختلفين. هذه الفروق الظاهرة بسيطة تترتب عليها اختلافات وظيفية مهمة بين الأسلوبين وتطبيقاتهما.

العلاقة بين المفاتيح

في علم التشفير، تولد خوارزميات التشفير مفاتيح كأ sequences من بتات سرية لتشفير وفك تشفير المعلومات. الطريقة التي تُستخدم بها هذه المفاتيح تميز بين الطرق المتماثلة وغير المتماثلة.

بينما تستخدم الخوارزميات المتماثلة نفس المفتاح لكلا العمليتين، فإن الخوارزميات غير المتماثلة تستخدم مفتاحًا للتشفير وآخر لفك التشفير. في الأنظمة غير المتماثلة، يمكن مشاركة مفتاح التشفير، المعروف بالمفتاح العام، بحرية. أما مفتاح فك التشفير فهو خاص ويجب الحفاظ عليه سراً.

على سبيل المثال، إذا أرسلت آنا رسالة إلى كارلوس محمية بتشفير متماثل، يجب عليها تزويده بنفس المفتاح الذي استخدمته لتشفيرها. هذا يعني أنه إذا اعترض مهاجم الاتصال، فقد يتمكن من الوصول إلى المعلومات المشفرة.

ومع ذلك، إذا استخدمت آنا الطريقة غير المتماثلة، فإنها تشفر الرسالة باستخدام المفتاح العام لكارلوس، الذي سيفك تشفيرها باستخدام مفتاحه الخاص. وبالتالي، يوفر التشفير غير المتماثل أمانًا أكبر، لأنه حتى لو اعترض شخص ما الرسائل وحصل على المفتاح العام، فلن يتمكن من فعل أي شيء به.

طول المفاتيح

فرق وظيفي آخر بين التشفير المتماثل وغير المتماثل يتعلق بطول المفاتيح، المقاس بالبتات، والمربوط مباشرة بمستوى الأمان لكل خوارزمية.

في الأنظمة المتماثلة، يتم اختيار المفاتيح بشكل عشوائي وطولها المقبول عمومًا يتراوح بين 128 و 256 بت، حسب مستوى الأمان المطلوب. في التشفير غير المتماثل، يجب أن توجد علاقة رياضية بين المفتاحين العام والخاص، أي أنهما مرتبطان بصيغة رياضية معينة. لهذا السبب، قد يستخدم المهاجمون هذا النمط لكسر التشفير، ويجب أن تكون المفاتيح غير المتماثلة أطول بكثير لتوفير مستوى أمان معادل. الفرق في طول المفاتيح كبير لدرجة أن مفتاحًا متماثلًا بطول 128 بت ومفتاحًا غير متماثل بطول 2048 بت يقدمان مستوى أمان متساوي تقريبًا.

المزايا والعيوب

تقدم هذان النوعان من التشفير مزايا وعيوب فيما بينهما. تعتبر الخوارزميات المتماثلة أسرع بكثير وتتطلب طاقة حوسبة أقل، لكن عيبها الرئيسي هو توزيع المفاتيح. نظرًا لأن نفس المفتاح يستخدم للتشفير وفك التشفير، يجب مشاركته مع جميع من يحتاجون إلى الوصول، مما يولد بشكل طبيعي بعض المخاطر (كما تم ذكره سابقًا).

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

التطبيقات العملية

التشفير المتماثل

بسبب سرعته، يُستخدم التشفير المتماثل على نطاق واسع لحماية المعلومات في العديد من الأنظمة الحاسوبية الحديثة. على سبيل المثال، تستخدم حكومة الولايات المتحدة معيار التشفير المتقدم (AES) لتشفير المعلومات السرية. 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 دمج التشفير المتماثل وغير المتماثل. مثال بارز على هذه الأنظمة الهجينة هو بروتوكولات تشفير طبقة النقل (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 تشفير كوسيلة لتقديم مستوى إضافي من الأمان للمستخدمين النهائيين. يتم استخدام خوارزميات التشفير عندما يقوم المستخدم بإعداد كلمة مرور لملف المحفظة الخاص به، والتي تُستخدم للوصول إلى البرنامج.

ومع ذلك، نظرًا لأن Gate وغيرها من منصات العملات المشفرة تستخدم زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة، توجد فكرة خاطئة بأن أنظمة البلوكشين تستخدم خوارزميات تشفير غير متماثلة. ومع ذلك، كما تم ذكره 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 رقمياً دون استخدام التشفير. RSA هو مثال على خوارزمية يمكن استخدامها لتوقيع الرسائل المشفرة، لكن خوارزمية التوقيع الرقمي المستخدمة في Gate ( المسماة ECDSA) لا تتضمن التشفير.

التأملات النهائية

تلعب كل من التشفير المتماثل وغير المتماثل دورًا حاسمًا في ضمان أمان المعلومات والاتصالات السرية في العالم الرقمي اليوم. كلا نوعي التشفير مفيدان، حيث أن لكل منهما مزاياه وعيوبه الخاصة، لذا يتم تطبيقهما في سيناريوهات مختلفة. مع استمرار تطور علم التشفير لحماية ضد التهديدات الأكثر تطوراً وخطورة، ستظل الأنظمة التشفيرية المتماثلة وغير المتماثلة ذات صلة بأمان المعلومات.