شيفرة

ما هي الخوارزمية التشفيرية؟

الخوارزمية التشفيرية هي طريقة رياضية محددة تُستخدم لتحويل البيانات أو التحقق منها بحيث يتمكن فقط الأطراف المصرح لهم من قراءتها، ويستطيع الآخرون التحقق من سلامتها ومصدرها من خلال إثباتات تشفيرية.

في الواقع، تدعم الخوارزميات التشفيرية ثلاث وظائف أمنية أساسية: السرية عبر التشفير، والسلامة عبر التجزئة، والمصادقة وعدم الإنكار عبر التشفير بالمفاتيح العامة والتوقيعات الرقمية. لا تعتمد التشفيريات الحديثة على سرية الخوارزمية نفسها، بل تعتمد على خوارزميات معروفة علنًا وخضعت لمراجعة الأقران، ويعتمد أمانها على صعوبة المشاكل الرياضية وإدارة المفاتيح بشكل سليم.

كيف تعمل الخوارزميات التشفيرية

تجمع الأنظمة التشفيرية بين عدة فئات من الخوارزميات، حيث صُممت كل فئة لغرض محدد. لا تقدم أي خوارزمية بمفردها أمانًا كاملًا.

يستخدم التشفير المتماثل مفتاحًا سريًا مشتركًا واحدًا لتشفير البيانات وفك تشفيرها. وبفضل كفاءته الحسابية، يُستخدم عادةً لحماية البيانات عالية السرعة، مثل التخزين المشفر أو جلسات الاتصال الآمن بعد تبادل المفاتيح.

يعتمد التشفير بالمفاتيح العامة على زوج من المفاتيح المرتبطة رياضيًا: مفتاح عام ومفتاح خاص. يمكن مشاركة المفتاح العام بحرية، بينما يجب الحفاظ على سرية المفتاح الخاص. يتيح هذا النموذج المصادقة على الهوية، وتبادل المفاتيح الآمن، والتوقيعات الرقمية في بيئات مفتوحة وغير موثوقة مثل البلوكشين.

خوارزميات التجزئة في التشفير

تقوم خوارزمية التجزئة بتحويل البيانات المدخلة بأي حجم إلى مخرجات بطول ثابت تُعرف باسم التجزئة أو الملخص. يُستخدم التجزئة للتحقق وليس للسرية.

التجزئة ليست تشفيرًا، وصُممت بحيث يكون من غير الممكن عكسها حسابيًا. كما تتميز دوال التجزئة التشفيرية بتأثير الانهيار، حيث يؤدي أي تغيير بسيط في المدخلات إلى مخرجات مختلفة كليًا، مما يمكّن من اكتشاف التعديل على البيانات بدقة.

تعتمد البلوكشين بشكل كبير على التجزئة. يستخدم Bitcoin خوارزمية SHA-256 لبناء الكتل ويجمعها مع RIPEMD-160 لتوليد العناوين. أما Ethereum فيستخدم Keccak-256 لتجزئة المعاملات والتحقق من الكتل وتنفيذ العقود الذكية. تؤمن التجزئات رؤوس الكتل ومعرفات المعاملات وأشجار Merkle، ما يسمح بالتحقق الفعال دون كشف البيانات الأصلية.

التوقيعات الرقمية والخوارزميات التشفيرية

توفر التوقيعات الرقمية إثباتًا تشفيريًا بأن الرسالة أو المعاملة تم إنشاؤها بواسطة حامل مفتاح خاص معين، وأن البيانات لم تتغير منذ توقيعها.

تجمع عملية التوقيع بين التجزئة والتشفير بالمفاتيح العامة. أولًا، يتم تجزئة البيانات لإنتاج ملخص بطول ثابت. ثانيًا، يتم توقيع الملخص باستخدام المفتاح الخاص. ويُستخدم المفتاح العام المقابل للتحقق من صحة التوقيع لهذا الملخص.

يستخدم كل من Bitcoin وEthereum خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) لمصادقة المعاملات. وفي طبقة الإجماع، يستخدم مدققو Ethereum توقيعات BLS التي تتيح تجميع عدة توقيعات في إثبات واحد، مما يقلل من حجم البيانات المطلوبة على السلسلة.

الخوارزميات التشفيرية في أنظمة البلوكشين

تدعم الخوارزميات التشفيرية جميع عمليات البلوكشين تقريبًا، بما في ذلك إنشاء العناوين، والتحقق من المعاملات، والتحقق من الكتل، وفحوصات الاتساق بين السلاسل.

تُشتق العناوين من المفاتيح العامة الناتجة عن التشفير بالمفاتيح العامة. وتعتمد صحة المعاملات على التوقيعات الرقمية التي تثبت التحكم في المفتاح الخاص المقابل، والتي تتحقق منها العقد بشكل مستقل قبل قبول المعاملات في الكتل.

تولد المحافظ المفاتيح الخاصة باستخدام عشوائية عالية الجودة، وغالبًا ما يتم ترميز النسخ الاحتياطية على شكل عبارات ذهنية. وتؤمن خوارزميات التجزئة سجلات العقود الذكية، ومراجع الكتل، وهياكل التحقق عبر العقد الموزعة.

تعتمد سلاسل الكتل المختلفة معايير تشفيرية مختلفة. تعتمد Ethereum على تجزئة Keccak-256 وتوقيعات ECDSA، بينما تستخدم Solana توقيعات Ed25519 المصممة للتحقق السريع.

الخوارزميات التشفيرية على Gate

على Gate، تدعم الخوارزميات التشفيرية أمان المنصة عبر طبقات الاتصال والمصادقة والتفاعل مع البلوكشين.

قد تستخدم طلبات API مفاتيح API مع توقيعات مبنية على HMAC للتحقق من سلامة الطلب وأصالته. كما يقوم بروتوكول Transport Layer Security بتشفير البيانات المتبادلة بين أجهزة المستخدمين وخوادم Gate، ما يساعد في حماية بيانات الاعتماد وأوامر التداول أثناء النقل.

بالنسبة للسحب عبر البلوكشين، تفوض آليات التوقيع التشفيري المعاملات وفقًا لقواعد كل شبكة أساسية. وتقوم عقد الشبكة بالتحقق من هذه التوقيعات قبل تأكيد المعاملات على السلسلة. وتقلل أدوات مثل المصادقة متعددة العوامل وأنظمة إدارة المخاطر من احتمالية النشاط غير المصرح به على الحسابات.

كيفية اختيار الخوارزميات التشفيرية

يعتمد اختيار الخوارزميات التشفيرية على الهدف الأمني المقصود، وبيئة النظام، وقيود الأداء.

1. حدد الهدف بوضوح، فالسرية تتطلب التشفير المتماثل، والمصادقة وعدم الإنكار يتطلبان التشفير بالمفاتيح العامة والتوقيعات الرقمية، والتحقق من السلامة يعتمد على التجزئة.

2. طابق الخوارزميات مع السياق، فالتشفير المتماثل يناسب البيانات ذات الحجم الكبير، وأنظمة المفاتيح العامة تناسب الشبكات المفتوحة، والتجزئة تناسب التحقق فقط.

3. استخدم المعايير المدعومة جيدًا، ويفضل الخوارزميات ذات المكتبات الناضجة والاعتماد الواسع في النظام البيئي، مثل ECDSA أو Ed25519.

4. اتبع الإرشادات المدققة، والتزم بالمعايير التي تمت مراجعتها علنًا مثل تلك التي تصدر عن NIST، بما في ذلك تحديثات ما بعد الكم المعلنة في 2023.

5. تنفيذ آمن، بالاعتماد على المكتبات المعتمدة، وإجراء التدقيقات، وتجنب تنفيذ حلول تشفير مخصصة.

المخاطر والقيود في الخوارزميات التشفيرية

تعتمد الحماية التشفيرية على التنفيذ الصحيح، والإدارة السليمة للمفاتيح، واختيار الخوارزمية الملائمة.

يمكن أن يؤدي ضعف العشوائية أثناء توليد المفاتيح إلى إنتاج مفاتيح يمكن التنبؤ بها. لم تعد الخوارزميات القديمة مثل MD5 وSHA-1 تلبي متطلبات الأمان الحديثة. وقد تؤدي أخطاء التنفيذ إلى تعريض الأنظمة لهجمات القنوات الجانبية أو ثغرات في التحقق من التوقيع.

تشكل الحوسبة الكمومية خطرًا طويل الأمد على الأنظمة التشفيرية المبنية على RSA والمنحنيات الإهليلجية. وقد دفع هذا الخطر الأبحاث نحو التشفير بعد الكم، المصمم ليبقى آمنًا في مواجهة هجمات الحوسبة الكمومية.

إثباتات عدم المعرفة والخوارزميات التشفيرية

إثباتات عدم المعرفة تتيح لطرف إثبات صحة عبارة دون كشف البيانات الأصلية.

تعتمد هذه الأنظمة على بدائيات تشفيرية متقدمة مثل التزامات التجزئة وعمليات المنحنيات الإهليلجية والتزامات كثيرات الحدود. وتتيح التحقق مع الحفاظ على الخصوصية في تطبيقات مثل المعاملات السرية وفحوصات الهوية على السلسلة.

الاتجاهات المستقبلية في الخوارزميات التشفيرية

تشمل التطورات الرئيسية التشفير بعد الكم، وتجميع التوقيعات، وهياكل التوقيع الموزعة.

أعلنت NIST عن أول مجموعة من معايير التشفير بعد الكم في 2023، بما في ذلك Kyber وDilithium. ومن المتوقع استمرار الاختبارات الصناعية والتبني التدريجي حتى 2025 وما بعدها.

توزع المحافظ متعددة التوقيع والحوسبة متعددة الأطراف سلطة التوقيع عبر عدة مفاتيح، مما يقلل من مخاطر نقطة الفشل الواحدة. وتعمل آليات تجميع التوقيعات مثل BLS على تحسين قابلية التوسع من خلال تقليل عبء التحقق على السلسلة.

الملخص: النقاط الرئيسية في الخوارزميات التشفيرية

الخوارزميات التشفيرية هي الأساس لأمان البلوكشين وWeb3. يدعم التشفير المتماثل السرية، ويدعم التشفير بالمفاتيح العامة والتوقيعات الرقمية المصادقة وإثبات التحكم، وتضمن التجزئة سلامة البيانات. يتطلب الأمان الفعال اختيار الخوارزمية المناسبة، وجودة عشوائية عالية، وتنفيذًا آمنًا.

على منصات مثل Gate، تسهم التشفيريات في تأمين الاتصال، وعمليات الحساب، والتفاعلات مع البلوكشين. وتهدف التطورات المستمرة في التشفير بعد الكم والتوقيع الموزع إلى تعزيز المرونة على المدى الطويل.

الأسئلة الشائعة

ما هي الخوارزمية التشفيرية؟ ولماذا تحتاجها البلوكشين؟

الخوارزمية التشفيرية هي طريقة رياضية تُستخدم لتأمين البيانات والتحقق من صحتها. تعتمد البلوكشين على الخوارزميات التشفيرية للتحقق من المعاملات، وإدارة الهويات، والحفاظ على السلامة دون الحاجة إلى ثقة مركزية.

هل التوقيعات الرقمية هي نفسها التشفير؟

لا. التوقيعات الرقمية تصادق على البيانات وتثبت سلامتها، لكنها لا تشفر المحتوى. التشفير يحمي السرية، بينما التوقيعات تثبت المصدر والتحكم.

ماذا يحدث إذا أصبحت الخوارزمية التشفيرية غير آمنة؟

إذا ثبت أن الخوارزمية غير آمنة، تنتقل الأنظمة إلى بدائل أقوى. وقد حدث ذلك تاريخيًا، مثل التحول بعيدًا عن SHA-1، ولا يزال هذا جزءًا مستمرًا من صيانة أمان البلوكشين.

هل يقضي التشفير على جميع مخاطر الأمان؟

لا. التشفير يقلل المخاطر لكنه لا يقضي عليها بالكامل. يمكن أن تؤدي إدارة المفاتيح السيئة، أو ضعف العشوائية، أو أخطاء التنفيذ إلى تقويض أقوى الخوارزميات.

لماذا لا تزال كلمات المرور تُستخدم إلى جانب التشفير؟

تتحكم كلمات المرور في الوصول إلى الحساب، بينما تؤمن الآليات التشفيرية التحقق وصلاحية المعاملات. كل طبقة تخدم غرضًا مختلفًا، وكلاهما ضروري لتحقيق الأمان الشامل.