ملخص تقنيات المعلومات للسلامة (1): التشفير — أولى ثانوي

مقدمة

الوحدة الثالثة: أمن المعلومات — الموضوع 3-4

عندما ترسل رسالة عبر الإنترنت فإنها تمر بأجهزة كثيرة قبل أن تصل. فكيف نضمن أن أحدًا في الطريق لا يستطيع قراءتها؟ الحل هو التشفير: تحويل الرسالة إلى رموز لا يفهمها إلا من يملك “المفتاح”.

أهداف التعلم

أن تعرّف التشفير وفك التشفير والنص العادي والنص المشفر والمفتاح.
أن تشرح طريقة عمل التشفير بالمفتاح المتماثل.
أن تشرح طريقة عمل التشفير بالمفتاح العام.
أن تقارن بين النوعين وتوضح فكرة طريقة المفتاح المؤقت.

شرح الدرس

مصطلحات أساسية

التشفير (Encryption): تحويل المعلومات عند إرسالها بحيث لا يفهمها أي شخص غير المستلم المقصود.
النص العادي (Plaintext): النص الأصلي قبل التشفير.
النص المشفر (Ciphertext): النص بعد التشفير.
فك التشفير (Decryption): إعادة النص المشفر إلى صورته الأصلية.
المفتاح (Key): البيانات أو القاعدة المستخدمة في التشفير وفك التشفير.

مثال توضيحي بسيط: لو كانت القاعدة “استبدل كل حرف إنجليزي بالحرف الذي يليه بثلاثة مواضع”، فإن الكلمة CAT تصبح FDW. هنا CAT نص عادي، وFDW نص مشفر، و”الإزاحة بمقدار 3” هي المفتاح. ومن يعرف المفتاح يفك التشفير بالإزاحة للخلف.

التشفير بالمفتاح المتماثل

في التشفير بالمفتاح المتماثل (Symmetric key encryption) يُستخدم المفتاح نفسه للتشفير وفك التشفير، ويسمى المفتاح المشترك:

يرسل المرسل المفتاح المشترك إلى المستلم مسبقًا.
يشفّر المرسل الرسالة بالمفتاح المشترك ويرسلها.
يفك المستلم التشفير بالمفتاح المشترك نفسه.

التشفير بالمفتاح العام

في التشفير بالمفتاح العام (Public key encryption) يملك المستلم مفتاحين مختلفين:

المفتاح العام (Public key): يُنشر للجميع، ويُستخدم للتشفير.
المفتاح الخاص (Private key): يحتفظ به المستلم وحده، ويُستخدم لفك التشفير.

فيشفّر المرسل الرسالة بالمفتاح العام للمستلم، ولا يستطيع أحد فكها إلا المستلم بمفتاحه الخاص. وهو يشبه قفلًا مفتوحًا وُزعت نسخ منه على الجميع: أي شخص يستطيع أن يغلق به صندوقًا، لكن وحده المستلم يملك المفتاح الذي يفتحه.

مقارنة بين النوعين

وجه المقارنة	المفتاح المتماثل	المفتاح العام
عدد المفاتيح	مفتاح واحد مشترك	مفتاحان: عام وخاص
السرعة	أسرع في التشفير وفك التشفير	أبطأ
إدارة المفاتيح	صعبة؛ يحتاج كل مرسل إلى مفتاح مشترك مختلف، ويجب نقل المفتاح بأمان	سهلة؛ المفتاح العام يُشارك بحرية

طريقة المفتاح المؤقت (مفتاح الجلسة)

طريقة المفتاح المؤقت (Session key method) تجمع مزايا النوعين: يُنقل مفتاح متماثل مؤقت بأمان باستخدام التشفير بالمفتاح العام، ثم تُشفر البيانات نفسها بهذا المفتاح المتماثل السريع. وهي الطريقة المستخدمة في المواقع الآمنة كما سترى في الدرس التالي.

أمثلة وتطبيقات

لو كان المفتاح “إزاحة 1”، فالكلمة HELLO تصبح IFMMP.
مدرسة تريد أن يرسل 1000 طالب واجباتهم مشفرة إلى المعلم؛ بالمفتاح المتماثل تحتاج 1000 مفتاح مشترك مختلف حتى لا يقرأ الطلاب واجبات بعضهم، أما بالمفتاح العام فيكفي أن ينشر المعلم مفتاحه العام ويحتفظ بمفتاحه الخاص.

ملاحظات مهمة

في التشفير بالمفتاح العام نستخدم مفاتيح المستلم: العام للتشفير والخاص لفك التشفير.
المفتاح الخاص لا يُرسل أبدًا ولا يُشارك.
المثال بالإزاحة للتوضيح فقط؛ فالتشفير الحقيقي يعتمد على عمليات رياضية أعقد بكثير.

المفاهيم الأساسية

التشفير يحول النص العادي إلى نص مشفر، وفك التشفير يعيده، والمفتاح يتحكم في العمليتين.
المفتاح المتماثل: مفتاح واحد مشترك، سريع، لكن إدارة المفاتيح صعبة.
المفتاح العام: مفتاح عام للتشفير وخاص لفك التشفير، إدارة سهلة لكنه أبطأ.
طريقة المفتاح المؤقت تجمع بين النوعين.

ملخص الدرس

التشفير يحمي سرية المعلومات أثناء نقلها بتحويلها إلى نص لا يُفهم دون مفتاح. وفي التشفير المتماثل يشترك الطرفان في مفتاح واحد، فيكون سريعًا مع صعوبة توزيع المفاتيح، وفي التشفير بالمفتاح العام يُنشر مفتاح للتشفير ويُحتفظ بآخر لفكه، فيسهل توزيع المفاتيح مع بطء أكبر؛ ولذلك تجمع طريقة المفتاح المؤقت بينهما.

أسئلة للتدريب

عرّف: النص العادي، النص المشفر، المفتاح.
شفّر الكلمة DOG بإزاحة كل حرف ثلاثة مواضع للأمام.
اشرح خطوات التشفير بالمفتاح المتماثل.
في التشفير بالمفتاح العام، أي مفتاح يُستخدم للتشفير؟ وأيهما لفك التشفير؟ ومن يملكهما؟
قارن بين التشفير المتماثل والتشفير بالمفتاح العام من حيث السرعة وإدارة المفاتيح.