التشفير المتماثل وغير المتماثل: تحليل مقارن

تنقسم التشفير الحديث إلى فرعين رئيسيين: المتماثل وغير المتماثل. غالبًا ما يعادل التشفير المتماثل تشفير المفتاح المتماثل، بينما يشمل غير المتماثل تطبيقين أساسيين: تشفير المفتاح العام والتوقيعات الرقمية.

يمكن هيكلة هذا التصنيف على النحو التالي:

تشفير المفتاح المتماثل:

• تشفير المفتاح المتماثل

التشفير غير المتماثل ( أو تشفير المفتاح العمومي ):

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

في هذه المقالة، سنركز على دراسة خوارزميات تشفير المفتاح المتماثل وغير المتماثل.

الفروقات بين تشفير المفتاح المتماثل والتشفير غير المتماثل

التمييز الرئيسي بين هذين الطريقتين يكمن في عدد المفاتيح المستخدمة. تستخدم الخوارزميات المتماثلة مفتاحًا واحدًا فقط، بينما تستخدم الخوارزميات غير المتماثلة زوجًا من المفاتيح المرتبطة ولكن المختلفة. هذه البساطة الظاهرة تحمل اختلافات وظيفية وتطبيقية مهمة.

العلاقة بين المفاتيح

في علم التشفير، تولد الخوارزميات مفاتيح كسلاسل من بتات لتشفير وفك تشفير المعلومات. الطريقة التي يتم بها استخدام هذه المفاتيح تميز بين الطرق المتماثلة وغير المتماثلة.

تشفير المفتاح المتماثلEmploys نفس المفتاح لكلا العمليتين، بينما يستخدم المفتاح غير المتماثل مفتاحًا للتشفير ومفتاحًا آخر لفك التشفير. في الأنظمة غير المتماثلة، يمكن مشاركة المفتاح (العام) بحرية، لكن المفتاح (الخاص) يجب أن يبقى سريًا.

على سبيل المثال، إذا أرسلت آنا رسالة مشفرة بالمفتاح المتماثل إلى كارلوس، يجب أن توفر له نفس المفتاح الذي استخدمته لتشفيرها. وهذا يعني أنه إذا اعترض طرف ثالث الاتصال، فيمكنه الوصول إلى المحتوى المشفر.

في المقابل، إذا استخدمت آنا الطريقة غير المتماثلة، فإنها تشفر الرسالة باستخدام المفتاح العام لكارلوس، الذي سيفك تشفيرها بمفتاحه الخاص. وهكذا، يوفر التشفير غير المتماثل أمانًا أكبر، لأنه على الرغم من أن شخصًا ما قد يعترض الرسائل ويحصل على المفتاح العام، إلا أنه لن يتمكن من فك تشفيرها.

طول المفاتيح

فرق كبير آخر بين نوعي التشفير هو طول المفاتيح، الذي يقاس بالبتات ويرتبط مباشرة بمستوى أمان كل خوارزمية.

في الأنظمة المتماثلة، يتم اختيار المفاتيح عشوائيًا وطولها عادة ما يتراوح بين 128 و 256 بت، وفقًا لمستوى الأمان المطلوب. في التشفير غير المتماثل، يجب أن تكون هناك علاقة رياضية بين المفاتيح العامة والخاصة، مما يعني أنها مرتبطة بصيغة معينة. بسبب ذلك، يمكن للمهاجمين استغلال هذا النمط لكسر التشفير، لذلك يجب أن تكون المفاتيح غير المتماثلة أطول بكثير لتوفير مستوى مكافئ من الأمان. الفرق في الطول ملحوظ للغاية لدرجة أن مفتاح متماثل بطول 128 بت ومفتاح غير متماثل بطول 2048 بت يوفران مستوى حماية تقريبًا مماثل.

المزايا والعيوب

كل نوع من التشفير له نقاط قوته وضعفه. تعتبر الخوارزميات المتماثلة أسرع بشكل ملحوظ وتتطلب موارد حسابية أقل، ولكن العيب الرئيسي هو توزيع المفاتيح. عند استخدام نفس المفتاح للتشفير وفك التشفير، يجب مشاركته مع جميع من يحتاجون إلى الوصول، مما يولد بطبيعة الحال بعض المخاطر (كما ذُكر سابقًا).

من ناحية أخرى، فإن التشفير غير المتماثل يحل مشكلة توزيع المفاتيح من خلال استخدام المفاتيح العامة للتشفير والمفاتيح الخاصة لفك التشفير. ومع ذلك، فإن الأنظمة غير المتماثلة أبطأ بشكل ملحوظ مقارنة بالأنظمة المتماثلة وتتطلب طاقة معالجة أكبر بكثير بسبب طول المفاتيح.

التطبيقات العملية

تشفير المفتاح المتماثل

بفضل سرعته، يتم استخدام تشفير المفتاح المتماثل على نطاق واسع لحماية المعلومات في العديد من الأنظمة الحاسوبية الحالية. على سبيل المثال، تستخدم الحكومة الأمريكية معيار التشفير المتقدم (AES) لتشفير المعلومات المصنفة. وقد حل AES محل معيار التشفير القديم (DES)، الذي تم تطويره في السبعينيات كمعيار للتشفير المتماثل.

تشفير غير متماثل

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

أنظمة هجينة

في العديد من التطبيقات، يتم دمج التشفير المفتاح المتماثل وغير المتماثل. مثال بارز هو بروتوكولات طبقة مقابس الأمان (SSL) وطبقة النقل الأمنية (TLS)، التي تم تطويرها لتوفير اتصالات آمنة على الإنترنت. حاليًا، تعتبر بروتوكولات SSL غير آمنة ولا يُوصى باستخدامها، بينما تعتبر بروتوكولات TLS آمنة وتستخدم على نطاق واسع من قبل المتصفحات الحديثة.

استخدام التشفير في العملات المشفرة

تقوم العديد من محافظ العملات المشفرة بتنفيذ طرق تشفير لتقديم مستوى أمان أعلى للمستخدمين النهائيين. يتم تطبيق خوارزميات التشفير عندما يقوم المستخدم بإعداد كلمة مرور لملف محفظته، المستخدمة للوصول إلى البرنامج.

ومع ذلك، نظرًا لأن البيتكوين والعملات المشفرة الأخرى تستخدم زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة، فهناك فكرة خاطئة مفادها أن أنظمة البلوك تشين تستخدم خوارزميات التشفير غير المتماثل. كما ذكرنا سابقًا، فإن التشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية هما التطبيقان الرئيسيان للتشفير غير المتماثل

من المهم أن نلاحظ أن ليس كل أنظمة التوقيع الرقمي تستخدم تشفير المفتاح المتماثل، حتى لو كانت تقدم مفاتيح عامة وخاصة. في الواقع، يمكن توقيع رسالة رقمياً دون اللجوء إلى التشفير. RSA هو مثال على خوارزمية يمكن استخدامها لتوقيع الرسائل المشفرة، لكن خوارزمية التوقيع الرقمي المستخدمة في Bitcoin (المعروفة باسم ECDSA) لا تتضمن التشفير.

التأملات النهائية

يلعب كل من التشفير المتماثل وغير المتماثل دورًا حاسمًا في حماية المعلومات والاتصالات السرية في البيئة الرقمية الحالية. كلا النهجين لهما قيمتهما الخاصة، حيث يقدم كل منهما مزايا وعيوب خاصة به، مما يحدد تطبيقه في سيناريوهات مختلفة. مع تطور التشفير لمواجهة التهديدات الأكثر تطورًا، ستظل أنظمة التشفير المتماثلة وغير المتماثلة أساسية لأمن المعلومات.