عندما يتعلق الأمر أمن البيانات، الفن القديم التشفير أصبح حجر الزاوية الحاسم في العصر الرقمي اليوم. بدءًا من المعلومات الاستخبارية الحكومية السرية للغاية وحتى الرسائل الشخصية اليومية، يتيح التشفير إمكانية إخفاء معلوماتنا الأكثر حساسية عن المتفرجين غير المرغوب فيهم. سواء كنا نتسوق عبر الإنترنت أو نحفظ أسرارًا تجارية قيمة على القرص، يمكننا أن نشكر علم التشفير على أي مظهر من مظاهر الخصوصية قد يكون لدينا. 

ترسي المبادئ الأساسية للتشفير الثقة عند ممارسة الأعمال التجارية عبر الإنترنت. وهي تشمل ما يلي:

• سرية: معلومات مشفرة لا يمكن الوصول إليها إلا من قبل الشخص المقصود وليس أي شخص آخر. 
• النزاهة: لا يمكن تعديل المعلومات المشفرة أثناء التخزين أو أثناء النقل بين المرسل والمستقبل المقصود دون اكتشاف أي تعديلات.
• عدم التنصل: لا يمكن لمنشئ/مرسل المعلومات المشفرة أن ينكر نيته في إرسال المعلومات.
• المصادقة: ويتم تأكيد هوية المرسل والمتلقي، وكذلك مصدر المعلومات ووجهتها.
• ادارة المفاتيح: يتم الحفاظ على أمان المفاتيح المستخدمة في تشفير وفك تشفير البيانات والمهام المرتبطة بها مثل طول المفتاح، والتوزيع، والتوليد، والتدوير، وما إلى ذلك.

قبل الغوص في حالات الاستخدام العديدة للتشفير، دعونا نراجع أساسيات التشفير.

فهم أساسيات التشفير

على مر التاريخ، استخدم علماء التشفير طرقًا مختلفة لتشفير المعلومات الخاصة وإنشاء رسائل مشفرة. بينما الحديثة خوارزميات مجفرة أكثر تقدمًا بكثير، تظل الخطوات الأساسية متشابهة جدًا. 

يأخذ علم التشفير الأساسي المعلومات الأصلية غير المشفرة (المعروفة باسم النص العادي) ويقوم بتشفيرها في رمز مشفر (يُعرف باسم النص المشفر) بمساعدة مفتاح أو مفاتيح سرية، والتي يمكن استخدامها أيضًا لفك تشفير النص المشفر مرة أخرى إلى نص عادي. 

خوارزميات التشفير

خوارزميات التشفير هي الصيغ الرياضية المستخدمة لتشفير البيانات وفك تشفيرها. تقوم هذه الخوارزميات بإنشاء مفاتيح سرية لتحديد كيفية تحويل البيانات من النص العادي الأصلي إلى نص مشفر والعكس صحيح. تتضمن بعض خوارزميات التشفير المعروفة RSA (ريفست-شمير-أدلمان), معيار التشفير المتقدم (AES) و ECC (تشفير المنحنى الإهليلجي). 

على المستوى الأساسي، تقوم معظم خوارزميات التشفير بإنشاء مفاتيح عن طريق ضرب الأعداد الأولية الكبيرة. على الرغم من أن الضرب أمر سهل بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الحديثة، إلا أن تحليل الأعداد الكبيرة إلى عددين أوليين كبيرين يتطلب قدرًا كبيرًا من القوة الحاسوبية، وهو أمر مستحيل عمليًا. يمكن إجراء هندسة عكسية لأنظمة التشفير التي تستخدم مفاتيح أصغر بسهولة، ولكن حتى أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة قد تتطلب مئات إلى مئات الآلاف من السنين للهجوم العنيف على خوارزميات التشفير الأقوى الموجودة اليوم. يضيف التشفير المنحني الإهليلجي مستوى إضافيًا من الأمان باستخدام أرقام عشوائية لإنشاء مفاتيح أقوى بكثير لا تستطيع حتى أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الجيل التالي كسرها. 

ادارة المفاتيح

ادارة المفاتيح هو جزء لا يتجزأ من التشفير. يستخدم كل نظام تشفير مفاتيح لتشفير البيانات وفك تشفيرها. تتضمن إدارة المفاتيح إنشاء مفاتيح التشفير وتخزينها وتوزيعها بشكل آمن بين المستخدمين. تعد الإدارة الصحيحة للمفاتيح أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على أمان البيانات المشفرة، حيث يمكن للمفاتيح الضعيفة أو المسروقة أن تخلق نقاط ضعف خطيرة في أي نظام تشفير. تعد أحجام المفاتيح والعشوائية والتخزين كلها وظائف مهمة لإدارة المفاتيح. 

التشفير المتماثل

يُعرف أيضًا باسم تشفير المفتاح الخاص أو تشفير المفتاح السري، أنظمة التشفير المتناظرة استخدم مفتاحًا واحدًا فقط لكل من التشفير وفك التشفير. لكي تعمل هذه الأنواع من الأنظمة، يجب أن يكون لدى كل مستخدم حق الوصول إلى نفس المفتاح الخاص بالفعل. يمكن مشاركة المفاتيح الخاصة إما من خلال قناة اتصال موثوقة تم إنشاؤها مسبقًا (مثل البريد السريع الخاص أو الخط الآمن) أو، بشكل أكثر عملية، طريقة آمنة لتبادل المفاتيح (مثل اتفاقية مفتاح Diffie-Hellman). 

وعلى الرغم من الثغرات الأمنية التي تنشأ عن استخدام مفتاح واحد فقط، فإن هذا النوع من التشفير أسرع وأكثر كفاءة من الطرق البديلة. تشمل خوارزميات التشفير المتماثل الشائعة DES (معيار تشفير البيانات), 3DES (ثلاثي DES) و AES.

التشفير غير المتماثل

غير متماثل أونالتشفيريستخدم، المعروف أيضًا باسم تشفير المفتاح العام، زوجًا من المفاتيح - مفتاح عام ومفتاح خاص. يتم استخدام المفتاح العام للتشفير، ويتم استخدام المفتاح الخاص لفك التشفير، ولكل مستخدم زوج المفاتيح الخاص به. يضيف مفتاحا التشفير المستخدمان في تشفير المفتاح العام طبقة إضافية من الأمان، ولكن هذه الحماية الإضافية تأتي على حساب انخفاض الكفاءة. RSA وECC و بروتوكول القشرة الآمنة (SSH) هي خوارزميات التشفير غير المتماثلة الشائعة.

حالات استخدام التشفير

اتصال آمن 

إحدى حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا للتشفير هي توفير اتصال آمن عبر الإنترنت. أمن طبقة النقل (TLS) ويستخدم الإصدار السابق، طبقة المقابس الآمنة (SSL)، بروتوكولات التشفير لإنشاء اتصالات محمية بين متصفحات الويب والخوادم. تضمن هذه القناة الآمنة أن تظل البيانات المشتركة بين متصفح المستخدم وموقع الويب خاصة ولا يمكن اعتراضها من قبل الجهات الضارة. 

يُستخدم التشفير أيضًا في توفير تطبيقات المراسلة الشائعة مثل البريد الإلكتروني وWhatsApp التشفير من طرف إلى طرف (E2EE) والحفاظ على خصوصية محادثات المستخدمين. باستخدام E2EE، يمكن للمرسل والمستلم المقصود فقط فك تشفير رسائلهم وقراءتها، مما يجعل من المستحيل تقريبًا على الأطراف الثالثة - بما في ذلك موفري الخدمة الخاصين بالمستخدمين - الوصول إلى المحتوى.

تشفير البيانات

تشفير البيانات هو شكل من أشكال التشفير يستخدم على نطاق واسع لحماية المعلومات الحساسة المخزنة على أجهزة مختلفة، مثل محركات الأقراص الثابتة والهواتف الذكية وخدمات التخزين السحابية. تقوم خوارزميات التشفير القوية مثل AES بتحويل النص العادي إلى نص مشفر بشكل فعال، مما يضمن أنه حتى لو تمكن طرف غير مصرح له من الوصول، فلن يتمكن من فك تشفير البيانات الحساسة دون الوصول إلى مفتاح التشفير الخاص بالمستخدمين المعتمدين. 

تكامل البيانات

يستخدم التشفير أيضًا لضمان سلامة البيانات. وظائف التجزئة هي نوع من خوارزمية التشفير التي تولد تجزئات ذات حجم ثابت (تُعرف أيضًا باسم الملخصات) من البيانات - حيث تقوم بشكل أساسي بتحويل مجموعة من البيانات إلى رقم تجزئة رقمي فريد. تعتبر هذه التجزئات فريدة من نوعها لدرجة أن تغيير حرف واحد أو مسافة واحدة داخل النص العادي قد ينتج عنه قيمة رقمية مختلفة تمامًا. يمكن للمستلمين أو التطبيقات أو مواقع الويب التحقق من سلامة البيانات من خلال مقارنة تجزئة البيانات المستلمة بالتجزئة المتوقعة، ويمكنهم التأكد من عدم تغيير البيانات أثناء الإرسال. 

يتم أيضًا استخدام وظائف التجزئة بشكل متكرر للتحقق من كلمات مرور المستخدم دون الحاجة إلى إنشاء قاعدة بيانات ضعيفة من جانب العميل لكلمات المرور الخاصة. وبدلاً من ذلك، ستقوم خدمات مثل بوابات الخدمات المصرفية عبر الإنترنت بجمع وتخزين تجزئات كلمات مرور المستخدم فقط. وحتى لو تمت سرقة قاعدة البيانات هذه، فلن يتمكن أي جهة ضارة من استنتاج كلمة مرور أي مستخدم من التجزئة الخاصة به وحدها. 

التحقّق من المُستخدم

يعد التحقق من صحة المعلومات المرسلة والمستلمة وظيفة بالغة الأهمية للتشفير المستخدم في إجراء جميع أنواع الأعمال، وهو ما أصبح ممكنًا بفضل استخدام التوقيعات الرقمية. من خلال التشفير غير المتماثل، يمكن تعديل المستندات بالتوقيعات الرقمية، والتي لا يمكن إنشاؤها إلا باستخدام مفتاح خاص. يمكن لمستلمي المستندات الموقعة رقميًا استخدام المفتاح العام للمرسل للتحقق من صحة التوقيع والتأكد من عدم التلاعب بالوثيقة أثناء الإرسال. 

عدم التنصل

عدم التنصل هو مفهوم قانوني يضمن صحة الرسائل المستلمة ويمنع المرسل من احتمال إنكار صحة أي رسالة مرسلة معينة. تعد التوقيعات الرقمية عنصرا حاسما في عدم التنصل، لأنها تثبت أن المرسل، وليس أي شخص آخر، قام بالتوقيع على الرسالة أو الوثيقة. يوفر عدم الإنكار الممكّن بالتشفير، على النحو المنصوص عليه في بروتوكولات سلامة البيانات والتوقيعات الرقمية، إطارًا قابلاً للتطبيق للتحقق من المفاوضات والعقود الملزمة قانونًا وأنواع أخرى من المعاملات والأعمال القانونية.

تبادل المفاتيح 

يعتبر تبادل المفاتيح عنصرًا رئيسيًا في الاتصال الآمن، وهو جانب حاسم في إنشاء اتصال آمن، خاصة في أنظمة التشفير غير المتماثلة. يلعب التشفير دورًا مهمًا في هذه الخطوة الأولية أيضًا. تعتبر خوارزمية تبادل المفاتيح Diffie-Hellman علامة بارزة في تطوير تشفير المفتاح العام، حيث تسمح لطرفين بتبادل مفاتيح التشفير بشكل آمن عبر قناة غير آمنة. تضمن هذه الطريقة أنه حتى إذا اعترض المتنصت حوار تبادل المفاتيح، فلن يتمكن من فك رموز مفاتيح التشفير التي يتم تبادلها. من خلال التشفير، تسمح الخوارزميات مثل بروتوكول تبادل المفاتيح Diffie-Hellman للأطراف بإنشاء اتصالات آمنة من خلال تشفير المفتاح العام، دون الحاجة إلى تبادل مفاتيح بديل تم إنشاؤه مسبقًا ومن المحتمل أن يكون ضعيفًا. 

تأمين اتصالات API

السمة المميزة للويب 2.0 (وما بعده)، تسمح إمكانية التشغيل التعاوني بين التطبيقات لمختلف التطبيقات وخدمات الويب بسحب البيانات من داخل أنظمتها البيئية الافتراضية المسورة، مما يتيح وظائف موسعة بشكل كبير لجميع أنواع التطبيقات - بدءًا من تضمين منشورات الوسائط الاجتماعية في الأخبار مقالات لمشاركة تحليلات الأنظمة الهامة في لوحات المعلومات التشغيلية المتقدمة.

المعروفة باسم واجهات برمجة التطبيقات (APIs)، تم تصميم هذه الأنظمة لتسهيل الاتصال عبر البرامج، ويضمن التشفير بقاء هذه البيانات الحساسة محمية من التنصت أو التلاعب، مما يضمن أن الأطراف المصرح لها فقط هي التي يمكنها الوصول إلى المعلومات. غالبًا ما تُستخدم مفاتيح واجهة برمجة التطبيقات (API) والرموز المميزة جنبًا إلى جنب مع التشفير لحماية البيانات الحساسة المتبادلة بين التطبيقات، خاصة في المواقف التي يكون فيها الأمان أكثر أهمية، مثل الأشغال العامة والبنية التحتية. 

الأمن السيبراني للحوسبة الكمومية

صعود الاحصاء الكمية يشكل تهديدًا كبيرًا لمنهجيات التشفير الحالية و الأمن السيبراني أنظمة. تم تصميم معظم أنظمة التشفير الحديثة لتحمل القوة الحاسوبية المحتملة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية، والتي قد تتطلب ببساطة مئات إلى مئات الآلاف من السنين للهجوم الناجح على خوارزميات التشفير الحالية. ومع ذلك، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تزيد من قوة أجهزة الكمبيوتر اليوم بأضعاف مضاعفة، مما يقلل الوقت الذي يستغرقه فك حتى أقوى مفاتيح التشفير من آلاف السنين إلى مجرد ثوانٍ.

في حين أن معظم خوارزميات التشفير الحديثة لن تكون قادرة على الصمود في وجه الهجمات الحاسوبية الكمومية النظرية، فإن علماء التشفير يستجيبون لهذه الثغرات الأمنية من خلال تطوير التشفير المقاوم للكم التقنيات. حالات استخدام التشفير المقاوم للكم وما بعد الكم عديدة مثل حالات استخدام التشفير بشكل عام. على الرغم من أن الحوسبة الكمومية لا تزال تعتبر في مراحل النماذج الأولية في أحسن الأحوال، إلا أن معظم علماء الكمبيوتر يتفقون على أن الإنجازات الكبرى خلال السنوات العشر إلى الخمسين القادمة ستجعل تطوير التشفير المقاوم للكم أمرًا بالغ الأهمية مثل الحوسبة الكمومية نفسها.

أمان blockchain

بلوكشين التكنولوجيا تعتمد بشكل كبير على التشفير لضمان أمان وثبات جميع المعاملات والتحديثات الموجودة على السلسلة. تستخدم العملات المشفرة مثل البيتكوين خوارزميات التشفير لاستخراج العملات المعدنية الجديدة وسكها، بينما تعمل وظائف التجزئة المشفرة على تأمين سلامة الكتل في السلسلة. عند إجراء المعاملات، يتم استخدام تشفير المفتاح العام لإنشاء التوقيعات الرقمية والتحقق منها. تشمل تقنية blockchain معظم المبادئ الأساسية للتشفير، وتستخدم التشفير لإنشاء نظام بيئي غير موثوق به حيث يمكن المصادقة على جميع الإجراءات والتحقق منها بسهولة.

تعرف على كيف تساعد حلول التشفير من IBM الشركات على حماية البيانات الهامة

تجمع حلول التشفير من IBM بين التكنولوجيا المتطورة والاستشارات وتكامل الأنظمة وخدمات الأمان المدارة للمساعدة في ضمان سرعة التشفير والسلامة الكمية والحوكمة القوية وسياسات المخاطر. بدءًا من التشفير المتماثل إلى التشفير غير المتماثل، وحتى وظائف التجزئة وما بعدها، تأكد من أمان البيانات والحاسب المركزي من خلال تشفير شامل مصمم خصيصًا لتلبية احتياجات أعمالك.

اكتشف حلول التشفير من IBM