تحليل مقارن بين التشفير المتماثل وغير المتماثل

في مجال التشفير الحديث، تبرز فئتان رئيسيتان: التشفير المتماثل وغير المتماثل. يُعتبر التشفير المتماثل مرادفًا للتشفير المتماثل، بينما يشمل التشفير غير المتماثل تطبيقين أساسيين: التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية.

يمكن هيكلة هذا التصنيف على النحو التالي:

| التشفير المتماثل | التشفير غير المتماثل ( أو المفتاح العام ) | |------------------------|----------------------------------------------| | التشفير المتماثل | التشفير غير المتماثل | | | التوقيعات الرقمية |

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

الاختلافات الرئيسية بين التشفير المتماثل وغير المتماثل

التمييز الأساسي بين هذين المنهجين يكمن في عدد المفاتيح المستخدمة. بينما يستخدم التشفير المتماثل مفتاحًا واحدًا فقط، يستخدم التشفير غير المتماثل مفتاحين مرتبطين ولكن مختلفين. هذه الفروق البسيطة ظاهريًا تحمل تداعيات وظيفية هامة وتحدد استخداماتهما المختلفة.

إدارة المفاتيح

في علم التشفير، تولد خوارزميات التشفير مفاتيح على شكل تسلسلات من البتات لتشفير وفك تشفير المعلومات. الطريقة التي تُستخدم بها هذه المفاتيح تُميز بين الأساليب المتماثلة وغير المتماثلة.

التشفير المتماثل يستخدم نفس المفتاح للتشفير وفك التشفير. بينما التشفير غير المتماثل يستخدم مفتاحًا للتشفير ( يُعرف بالمفتاح العام ) ومفتاحًا آخر لفك التشفير ( المفتاح الخاص ). في الأنظمة غير المتماثلة، يمكن مشاركة المفتاح العام بحرية، بينما يجب الحفاظ على سرية المفتاح الخاص.

على سبيل المثال، إذا أرسلت آنا رسالة إلى كارلوس باستخدام التشفير المتماثل، فسيتعين عليها تزويده بنفس المفتاح الذي استخدمته لتشفيرها. وهذا يعني أنه إذا اعترض طرف ثالث الاتصال، فقد يتمكن من الوصول إلى المعلومات المشفرة.

على النقيض من ذلك، إذا استخدمت آنا الطريقة غير المتماثلة، فسوف تقوم بتشفير الرسالة باستخدام المفتاح العام لكارلوس، الذي سيتمكن من فك تشفيرها باستخدام مفتاحه الخاص. بهذه الطريقة، يوفر التشفير غير المتماثل مستوى أعلى من الأمان، لأنه حتى إذا اعترض شخص ما الرسائل وحصل على المفتاح العام، فلن يتمكن من فك تشفير المعلومات.

طول المفاتيح

تتعلق الفرق significant الآخر بين كلا النوعين من التشفير بطول المفاتيح، والذي يُقاس بالبتات ويرتبط مباشرة بمستوى الأمان لكل خوارزمية.

في الأنظمة المتماثلة، يتم اختيار المفاتيح عشوائيًا وطولها المقبول عادة يتراوح بين 128 و 256 بت، اعتمادًا على مستوى الأمان المطلوب. في التشفير غير المتماثل، يجب أن يكون هناك علاقة رياضية بين المفاتيح العامة والخاصة، مما يعني أنها مرتبطة بمعادلة رياضية معينة. بسبب ذلك، يجب أن تكون المفاتيح غير المتماثلة أطول بكثير لتوفير مستوى أمان مكافئ. الفرق في طول المفاتيح ملحوظ لدرجة أن مفتاح متماثل بطول 128 بت ومفتاح غير متماثل بطول 2048 بت يوفران تقريبًا نفس مستوى الحماية.

المزايا والعيوب النسبية

كل نوع من التشفير له قوته وضعفه. تبرز خوارزميات التشفير المتماثل بسرعتها وكفاءتها الحاسوبية، لكن عيبها الرئيسي يكمن في توزيع المفاتيح. نظرًا لأنه يتم استخدام نفس المفتاح لتشفير وفك تشفير البيانات، يجب مشاركته مع جميع من يحتاجون إلى الوصول، مما ينطوي على بعض المخاطر الكامنة.

من جانبها، تحل التشفير غير المتماثل مشكلة توزيع المفاتيح من خلال استخدام مفاتيح عامة للتشفير ومفاتيح خاصة لفك التشفير. ومع ذلك، فإن الأنظمة غير المتماثلة أبطأ بشكل ملحوظ مقارنة بالأنظمة المتماثلة وتطلب قدرة معالجة أكبر بسبب طول المفاتيح.

التطبيقات العملية

التشفير المتماثل

نظرًا لسرعته، يُستخدم التشفير المتماثل على نطاق واسع لحماية المعلومات في العديد من الأنظمة الحاسوبية المعاصرة. على سبيل المثال، يتم استخدام معيار التشفير المتقدم (AES) من قبل العديد من الكيانات الحكومية لتشفير المعلومات السرية. وقد حل AES محل معيار تشفير البيانات القديم (DES)، الذي تم تطويره في السبعينيات كمعيار للتشفير المتماثل.

تشفير غير متماثل

يستخدم التشفير غير المتماثل في أنظمة حيث يحتاج العديد من المستخدمين إلى تشفير وفك تشفير الرسائل أو حزم البيانات، خاصة عندما لا تكون السرعة وقوة المعالجة أولوية. مثال بسيط 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 هي بروتوكولات التشفير Security Sockets Layer (SSL) و Transport Layer Security (TLS)، التي تم تطويرها لضمان اتصالات آمنة على الإنترنت. حاليا، تعتبر بروتوكولات SSL غير آمنة ولا يُوصى باستخدامها، بينما تعتبر بروتوكولات TLS آمنة وتستخدم على نطاق واسع من قبل المتصفحات الحديثة.

التشفير في سياق العملات المشفرة

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

ومع ذلك، توجد فكرة خاطئة مفادها أن أنظمة البلوكشين تستخدم خوارزميات تشفير غير متماثلة بسبب استخدام أزواج من المفاتيح العامة والخاصة في البيتكوين والعملات المشفرة الأخرى. من المهم توضيح أن التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية هما تطبيقان مختلفان للتشفير غير المتماثل ( أو تشفير المفتاح العام ).

في الواقع، لا تستخدم جميع أنظمة التوقيع الرقمي التشفير، على الرغم من أنها تستخدم مفاتيح عامة وخاصة. يمكن توقيع رسالة رقميًا دون الحاجة إلى التشفير. يعد RSA مثالًا على خوارزمية يمكن استخدامها لتوقيع الرسائل المشفرة، لكن خوارزمية التوقيع الرقمي المستخدمة في Bitcoin ( المسماة ECDSA) لا تتضمن التشفير.