علم التشفير

ما هو التشفير؟

التشفير هو مجال دراسة وممارسة يهدف إلى تأمين المعلومات عن طريق منع الأطراف الثالثة غير المصرح لها من الاطلاع عليها. ببساطة، يُعد التشفير علم إخفاء المعلومات.

يعتمد التشفير الحديث بشكل خاص على النظريات الرياضية والحوسبة لتشفير المعلومات وفك تشفيرها، أو لضمان سلامتها وموثوقيتها. إضافة إلى ذلك، ساهمت التطورات في تكنولوجيا المعلومات في تسهيل الوصول إلى البيانات، الأمر الذي كان له أثر إيجابي وسلبي في آن واحد.

تتعرض البيانات على الإنترنت لمجموعة متنوعة من المخاطر، منها السرقة والتلف. ويُعد التشفير (أو علم التعمية) أحد الأساليب التي جعلت من الممكن تأمين المعلومات من بعض المخاطر المرتبطة بتخزين البيانات وتوزيعها. والقول إن فكرة تشفير البيانات حديثة العهد وصف لا يفيها حقها.

لطالما أخفى الناس رسائلهم منذ ما قبل عصر الإنترنت لتجنب اطلاع جهات غير مرغوب فيها عليها. غير أن الاستخدام المتزايد للأجهزة الرقمية دفع علم التشفير إلى آفاق جديدة.

التشفير وفك التشفير

في عملية التشفير الأساسية للنصوص، يتم تشفير النص الصريح (المادة التي يمكن فهمها بوضوح) لينتج عنه نص مشفر (غير قابل للقراءة). ويضمن ذلك أن الشخص الذي يمتلك مفتاح فك التشفير المحدد هو وحده من يمكنه الاطلاع على المعلومات المقدمة.

يمكن نقل البيانات الحساسة عبر شبكات غير آمنة باستخدام خوارزميات تشفير متخصصة. ويُحدَّد مستوى التشفير وفقاً لدرجة الحماية المطلوبة للبيانات. فعلى سبيل المثال، يختلف نوع الحماية المستخدم للملفات الشخصية التقليدية (مثل جهات الاتصال) عن ذلك المستخدم في شبكات بيتكوين.

يتطلب فهم أهمية التشفير في أنظمة الكريبتو فهم آلية عمله. وتعتمد معظم أنظمة البلوكتشين، مثل نظام بيتكوين، على مجموعة محددة من بروتوكولات التشفير التي تتيح لها العمل كسجل عام لامركزي يمكن من خلاله إجراء المعاملات الرقمية بدرجة عالية من الأمان.

آلية عمل التشفير

يشمل التشفير الحديث عدة مجالات دراسية، لكن أهمها تلك المتعلقة بالتشفير المتماثل والتشفير غير المتماثل والتوقيعات الرقمية ودوال التجزئة. إضافة إلى ذلك، يستخدم بروتوكول بيتكوين البراهين التشفيرية لحماية الشبكة والتحقق من صحة كل معاملة.

تضمن التوقيعات الرقمية أن كل مستخدم لا يمكنه إنفاق الأموال من محفظته الخاصة إلا مرة واحدة، وأن هذه الأموال لا يمكن إنفاقها أكثر من مرة. فعلى سبيل المثال، لنفترض أن جين ترسل عملتي بيتكوين إلى بوب، فهي بذلك تبدأ معاملة تتمثل ببساطة في رسالة تؤكد إضافة عملتي بيتكوين إلى محفظة بوب مع سحبهما من محفظة جين.

ومع ذلك، لا يمكن لجين القيام بذلك إلا من خلال إنشاء توقيع رقمي. وتُعد دالة Hashcash، التي توفر آلية إجماع إثبات العمل وعملية التعدين، عنصراً أساسياً آخر في بروتوكول بيتكوين (المسؤول عن تأمين الشبكة والتحقق من صحة المعاملات وإصدار عملات جديدة).

وتستخدم Hashcash خوارزمية SHA-256 التشفيرية. ويُعد التشفير عنصراً أساسياً في تقنية البلوكتشين، وبالتالي فهو ضروري لأي عملة كريبتو. وقد ساهم استخدام البراهين التشفيرية في الشبكات الموزعة في تطوير أنظمة اقتصادية لا تتطلب الثقة، مما أدى إلى ظهور بيتكوين وغيرها من عملات الكريبتو اللامركزية.