التشفير المتماثل مقابل التشفير غير المتماثل: تحليل شامل

في مجال التشفير الحديث، ظهرت منطقتان رئيسيتان للبحث: التشفير المتماثل والتشفير غير المتماثل. غالبًا ما يكون التشفير المتماثل مرادفًا للتشفير المتماثل، بينما يشمل التشفير غير المتماثل حالتين رئيسيتين: التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية.

يمكننا تصنيف هذه المفاهيم على النحو التالي:

• تشفير المفتاح المتماثل
  • التشفير المتماثل
• التشفير غير المتماثل ( أو التشفير بالمفتاح العام )
  • التشفير غير المتماثل (أو التشفير باستخدام المفتاح العام)
  • التوقيعات الرقمية ( التي قد تتضمن أو لا تتضمن التشفير)

ستركز هذه المقالة على خوارزميات التشفير المتماثلة وغير المتماثلة.

التشفير المتماثل مقابل التشفير غير المتماثل: الاختلافات الرئيسية

التمييز الأساسي بين خوارزميات التشفير المتماثلة وغير المتماثلة يكمن في استخدام المفاتيح. تستخدم الخوارزميات المتماثلة مفتاحًا واحدًا، بينما تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة مفتاحين متميزين ولكن مرتبطين. توضح هذه الوصف البسيط بفعالية الفروق الوظيفية والعملية بين هذين النوعين من تقنيات التشفير.

فهم مفاتيح التشفير

في التشفير، تولد خوارزميات التشفير مفاتيح أحرف متعددة البت تُستخدم لتشفير وفك تشفير المعلومات. يبرز تطبيق هذه المفاتيح المزيد من الفجوة بين التشفير المتماثل وغير المتماثل.

تستخدم الخوارزميات المتماثلة نفس المفتاح لعمليات التشفير وفك التشفير. في المقابل، تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة مفتاحًا واحدًا للتشفير ومفتاحًا آخر لفك التشفير. في نظام غير متماثل، يُشار إلى مفتاح التشفير باسم المفتاح العام ويمكن مشاركته، بينما يكون مفتاح فك التشفير خاصًا ويجب الحفاظ عليه سريًا.

على سبيل المثال، إذا أرسلت أليس رسالة إلى بوب مشفرة باستخدام خوارزمية تماثلية، يجب عليها مشاركة مفتاح التشفير مع بوب لتمكينه من فك التشفير. وهذا يعني أنه إذا اعترض جهة فاعلة خبيثة المفتاح، يمكنهم بسهولة الوصول إلى المعلومات المشفرة.

ومع ذلك، إذا استخدمت أليس خوارزمية غير متماثلة، فسوف تقوم بتشفير الرسالة باستخدام المفتاح العام لبوب، وسيقوم بوب بفك تشفيرها باستخدام مفتاحه الخاص. وبالتالي، يوفر التشفير غير المتماثل أمانًا معززًا، لأنه حتى إذا اعترض شخص ما الرسالة وحصل على المفتاح العام لبوب، فلن يتمكن من فك تشفير الرسالة.

اعتبارات طول المفتاح

فرق وظيفي آخر بين التشفير المتماثل والتشفير غير المتماثل يتعلق بطول المفتاح، الذي يقاس بالبتات ويرتبط مباشرة بمستوى الأمان الذي توفره كل خوارزمية تشفير.

في التشفير المتماثل، يتم اختيار المفتاح بشكل عشوائي، وعادة ما يكون طوله 128 أو 256 بت، حسب مستوى الأمان المطلوب. ومع ذلك، في التشفير غير المتماثل، تكون المفاتيح العامة والخاصة مرتبطة رياضيًا، مما يشير إلى وجود علاقة حسابية بين الاثنين. يمكن للمهاجم استغلال هذه النمط لكسر النص المشفر، مما يتطلب أطوال مفاتيح أطول لمفاتيح التشفير غير المتماثلة لتوفير مستوى أمان مكافئ. إن تباين طول المفتاح كبير جدًا لدرجة أن مفتاح متماثل طوله 128 بت ومفتاح غير متماثل طوله 2,048 بت يوفران مستوى أمان مماثل تقريبًا.

مقارنة المزايا والعيوب

تقدم هذان النوعان من خوارزميات التشفير مزايا وعيوب مميزة. تعمل خوارزميات التشفير المتماثلة بسرعة وتتطلب موارد حسابية أقل، ولكن عيبها الرئيسي هو توزيع المفاتيح. نظرًا لأن نفس المفتاح يُستخدم للتشفير وفك التشفير، يجب توزيعه على أولئك الذين يحتاجون إلى الوصول إلى البيانات، مما يخلق خطرًا أمنيًا (كما ذُكر سابقًا).

بالمقابل، يستخدم التشفير غير المتماثل المفتاح العام للتشفير والمفتاح الخاص لفك التشفير، مما يحل مشكلة توزيع المفاتيح. ومع ذلك، فإن العيب هو أن أنظمة التشفير غير المتماثل تعمل بشكل أبطأ بكثير مقارنة بالتشفير المتماثل وتتطلب موارد حاسوبية أكبر بسبب أطوال المفاتيح الأطول بكثير.

تطبيقات طرق التشفير

التشفير المتماثل

يستخدم التشفير المتماثل على نطاق واسع في أنظمة الكمبيوتر الحديثة لحماية المعلومات بسبب سرعته العالية في الحساب. على سبيل المثال، تستخدم الحكومة الأمريكية معيار التشفير المتقدم (AES) لتشفير وتصنيف المعلومات الأمنية. وقد حل معيار AES محل معيار تشفير البيانات السابق (DES)، الذي تم تطويره في السبعينيات وكان يعتبر لفترة طويلة المعيار للتشفير المتماثل.

التشفير غير المتماثل

يتم استخدام التشفير غير المتماثل بشكل متكرر في الأنظمة حيث يحتاج عدد كبير من المستخدمين إلى تشفير وفك تشفير الرسائل أو البيانات في وقت واحد، خاصة إذا كانت السرعة والموارد الحاسوبية كافية. إحدى الحالات الشائعة لاستخدام هذا النظام هي البريد الإلكتروني المشفر، حيث يمكن استخدام المفتاح العام لتشفير الرسالة والمفتاح الخاص لفك تشفيرها.

أنظمة التشفير الهجينة

تستخدم العديد من التطبيقات كل من التشفير المتماثل وغير المتماثل معًا. تشمل الأمثلة النموذجية لمثل هذه الأنظمة الهجينة بروتوكولات التشفير Secure Sockets Layer (SSL) و Transport Layer Security (TLS)، المستخدمة لتوفير اتصالات آمنة عبر الإنترنت. يُعتبر بروتوكول SSL الآن غير آمن ويجب التخلص منه. في المقابل، يُعتبر بروتوكول TLS حاليًا آمنًا ويستخدم على نطاق واسع من قبل المتصفحات الرئيسية.

التشفير في العملات المشفرة

تقدم تقنية التشفير المستخدمة في العديد من العملات الرقمية مستوى أعلى من الأمان للمستخدمين النهائيين. على سبيل المثال، عندما يقوم المستخدم بتعيين كلمة مرور لمحفظته المشفرة، يتم استخدام خوارزمية التشفير لتشفير الملفات المستخدمة للوصول إلى البرنامج.

ومع ذلك، نظرًا لأن العملات المشفرة مثل البيتكوين تستخدم مفاتيح عامة وخاصة، هناك مفهوم خاطئ شائع بأن أنظمة blockchain تستخدم خوارزميات التشفير غير المتماثلة. كما ذكرنا سابقًا، فإن التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية هما الاستخدامان الرئيسيان للتشفير غير المتماثل (التشفير بالمفتاح العام).

لذلك، ليست جميع أنظمة التوقيع الرقمي تستخدم التشفير، حتى لو كانت تستخدم المفاتيح العامة والخاصة. في الواقع، من الممكن التوقيع رقمياً على رسالة دون تشفيرها. RSA هو مثال على خوارزمية لتوقيع الرسائل المشفرة، لكن خوارزمية التوقيع الرقمي المستخدمة من قبل بيتكوين ( والتي تسمى ECDSA) لا تستخدم أي تشفير على الإطلاق.

الأفكار الختامية

في عصر الرقمية اليوم، تلعب التشفير المتماثل وغير المتماثل أدواراً حاسمة في حماية المعلومات الحساسة والاتصالات الشبكية. بينما كلاهما مفيد، لكل منهما مزايا وعيوب، مما يجعلهما مناسبين لحالات استخدام مختلفة. مع استمرار تطور علم التشفير، يمكن استخدام التشفير لمقاومة التهديدات الجديدة والمعقدة بشكل أفضل. كما أن التشفير المتماثل وغير المتماثل مرتبطان ارتباطاً وثيقاً بأمان الكمبيوتر، مما يضمن سلامة وسرية المعلومات الرقمية في عالم متصل بشكل متزايد.