الشفرات

ما هي الخوارزمية التشفيرية؟

الخوارزمية التشفيرية هي مجموعة رياضية محددة رسميًا تُستخدم لحماية المعلومات من خلال ضمان السرية، السلامة، المصادقة، وقابلية التحقق. في أنظمة الحوسبة والبلوكشين الحديثة، توفر هذه الخوارزميات طبقة الثقة التي تمكّن الأطراف غير الموثوقة من تبادل البيانات والقيمة بأمان عبر الشبكات العامة.

تُصنف الخوارزميات التشفيرية عمومًا إلى ثلاث فئات رئيسية: التشفير المتماثل، التشفير غير المتماثل، ودوال التجزئة. لكل فئة وظيفة محددة في الاتصالات الآمنة والأنظمة الموزعة.

يعتمد التشفير المتماثل على مفتاح سري مشترك واحد يُستخدم في التشفير وفك التشفير معًا. بفضل كفاءته الحسابية، يُستخدم هذا النوع على نطاق واسع لتأمين كميات كبيرة من البيانات والاتصالات الفورية.

أما التشفير غير المتماثل، فيعتمد على زوج من المفاتيح مرتبطين رياضيًا: مفتاح عام ومفتاح خاص. الرسالة المشفرة بالمفتاح العام لا يمكن فكها إلا بالمفتاح الخاص المقابل. بنفس الطريقة، يمكن لأي شخص التحقق من البيانات الموقعة بالمفتاح الخاص باستخدام المفتاح العام المرتبط.

دوال التجزئة تختلف عن التشفير؛ فهي لا تخفي البيانات، بل تنتج ناتجًا محدد الطول وحتميًا يُسمى غالبًا "بصمة" من أي مدخل. حتى التغيير البسيط في المدخل يغيّر التجزئة بالكامل، ما يجعلها مثالية لاكتشاف التلاعب والتحقق من سلامة البيانات.

لماذا تعتبر الخوارزميات التشفيرية مهمة في البلوكشين؟

تعتمد أنظمة البلوكشين على الخوارزميات التشفيرية للإجابة على ثلاثة أسئلة رئيسية: من الذي وافق على المعاملة، هل تم تعديل بيانات المعاملة، وهل يمكن لأي شخص التحقق من النتيجة بشكل مستقل.

في Bitcoin، يتم تفويض المعاملات عبر توقيعات رقمية تُنشأ بالمفاتيح الخاصة وتُتحقق بالمفاتيح العامة. كل كتلة ترتبط بالكتلة السابقة عبر تجزئة تشفيرية، لتشكيل سلسلة سجلات غير قابلة للتغيير كما ورد في الورقة البيضاء لـ Bitcoin (2008).

تتبع Ethereum نفس المبادئ، لكنها تعتمد Keccak-256 كدالة التجزئة الأساسية لسلامة الكتل، وتحديد المعاملات، وتوليد العناوين، كما هو موضح في الورقة الصفراء لـ Ethereum (2015).

بحلول عام 2025، تواصل جميع شبكات البلوكشين العامة الكبرى الاعتماد على التوقيعات التشفيرية لضمان عدم الإنكار، وعلى التجزئة التشفيرية لضمان عدم قابلية التغيير، ما يجعل علم التشفير هو أساس الأمان في الأنظمة اللامركزية.

كيف تعمل الخوارزميات التشفيرية؟

تعتمد الخوارزميات التشفيرية على الاستخدام المنسق للمفاتيح الخاصة، والمفاتيح العامة، ودوال التجزئة. تتيح هذه العناصر المصادقة، والتفويض، ومقاومة التلاعب عبر الشبكات الموزعة.

المفتاح الخاص هو سر تشفيري لا يعرفه إلا مالكه ويُستخدم لإنشاء التوقيعات الرقمية. المفتاح العام يُشتق رياضيًا من المفتاح الخاص ويعمل كمعرّف يمكن مشاركته للتحقق من التوقيعات.

عند إنشاء توقيع رقمي، يربط المفتاح الخاص هوية الموقّع ببيانات المعاملة رياضيًا. أي تعديل في البيانات الموقعة يؤدي إلى إبطال التوقيع فورًا، ما يجعل أي تغيير غير مصرح به قابلًا للكشف.

دوال التجزئة تنتج مخرجات ثابتة الطول من بيانات مدخلة عشوائية. إذا تم تجزئة المعاملات والكتل، فإن أي تغيير ولو بسيط ينتج تجزئة مختلفة بالكامل، ما يدفع عقد الشبكة إلى رفض البيانات المعدلة.

يتبع سير العمل القياسي في البلوكشين هذا التسلسل: المستخدم يوقع المعاملة بمفتاح خاص، يرسلها إلى الشبكة، تتحقق العقد من التوقيع باستخدام المفتاح العام، وتحتسب التجزئات التشفيرية للمصادقة، ثم تُسجل البيانات نهائيًا على السلسلة.

أنواع الخوارزميات التشفيرية

تنقسم الخوارزميات التشفيرية إلى ثلاث فئات وظيفية، تؤدي كل منها دورًا أمنيًا مميزًا في أنظمة البلوكشين وبنية الإنترنت.

خوارزميات التشفير المتماثل مثل AES (معيار التشفير المتقدم) تُحسّن للسرعة والكفاءة. يُعتمد عليها في حماية البيانات أثناء التخزين والنقل، بما يشمل التشفير على مستوى الشبكة.

خوارزميات التشفير غير المتماثل تشمل RSA وأنظمة المنحنيات البيضاوية. في البلوكشين، تُستخدم خوارزميات التوقيع الرقمي للمنحنيات البيضاوية (ECDSA) لتوقيع المعاملات في كل من Bitcoin وEthereum، حسب مواصفات البروتوكول الخاصة بهما.

دوال التجزئة مثل SHA-256 وKeccak-256 تنتج بصمات حتمية للتحقق من السلامة، وربط الكتل، وتوليد المعرفات. دوال التجزئة غير قابلة للعكس ولا تتضمن فك تشفير.

حالات استخدام الخوارزميات التشفيرية على Gate

في بيئات التداول، تؤمّن الخوارزميات التشفيرية الاتصالات الشبكية، وتوثق الوصول البرمجي، وتحمي حسابات المستخدمين. تطبق Gate هذه الآليات عبر طبقات تشغيلية متعددة.

لضمان أمان النقل، تُشفّر جميع الاتصالات عبر المتصفح وواجهات البرمجة (API) باستخدام HTTPS مع TLS. غالبًا ما يستخدم TLS 1.3 AES-GCM أو ChaCha20-Poly1305 لضمان السرية وسلامة الرسائل أثناء الإرسال.

للتحكم في وصول واجهات البرمجة، تُستخدم رموز المصادقة المستندة إلى التجزئة (HMAC) لتوقيع كل طلب تشفيريًا. يتيح ذلك للخادم تأكيد صحة الطلب وأن محتواه لم يتم تعديله أثناء النقل.

لحماية الحسابات، تدمج Gate التحقق التشفيري مع إجراءات تشغيلية مثل المصادقة الثنائية، وتبييض عناوين السحب، وكلمات مرور الأموال. تقلل هذه التدابير من مخاطر الوصول غير المصرح به.

كيف تُستخدم الخوارزميات التشفيرية في المحافظ والمعاملات؟

يشكل علم التشفير أساس دورة ملكية الأصول الرقمية، من إنشاء المحفظة إلى تسوية المعاملات وتحقيق الإجماع الشبكي.

الخطوة الأولى: إنشاء المحفظة يولد مفتاحًا خاصًا ومفتاحًا عامًا مطابقًا. يجب حفظ المفتاح الخاص بأمان، ويُستخدم المفتاح العام أو العنوان المشتق لاستقبال الأصول.

الخطوة الثانية: عند بدء معاملة، توقع المحفظة بيانات المعاملة باستخدام المفتاح الخاص، ما يربط تفويض المرسل تشفيريًا بالمعاملة.

الخطوة الثالثة: تتحقق عقد الشبكة من التوقيع باستخدام المفتاح العام وتجزّئ بيانات المعاملة والكتلة لاكتشاف أي تلاعب.

الخطوة الرابعة: في عمليات الإيداع والسحب على Gate، تتحقق شبكة البلوكشين من التوقيعات والتجزئات، ثم تؤكد المنصة صحة المعاملة وحالة التسوية.

المخاطر والمفاهيم الخاطئة حول الخوارزميات التشفيرية

تعتمد قوة الأمان التشفيري على أضعف مكون فيه. من المفاهيم الخاطئة الشائعة الاعتقاد بأن قوة الخوارزميات وحدها تضمن الأمان، مع تجاهل جودة التنفيذ وسلوك المستخدم.

استخدام خوارزميات منتهية الصلاحية، أو أحجام مفاتيح صغيرة، أو عشوائية ضعيفة يضعف النظام، حتى لو كانت الخوارزميات قوية. كما تخلق أخطاء التنفيذ مثل التحقق غير الصحيح من التوقيعات أو تخزين المفاتيح بشكل غير آمن ثغرات خطيرة.

من منظور المستخدم، تكمن المخاطر الأكبر في كشف المفتاح الخاص أو تخزين الكلمات الاستذكار بشكل غير سليم. لتقليل هذه المخاطر، يجب تفعيل عناصر الأمان في Gate وتخزين الكلمات الاستذكار والمفاتيح الخاصة في بيئات آمنة وغير متصلة بالإنترنت.

اتجاهات مستقبلية في الخوارزميات التشفيرية

يتطور البحث التشفيري باستمرار لمواجهة التهديدات الجديدة، ويركز حاليًا على مقاومة الكم، حماية الخصوصية، ودمج الأجهزة الآمنة.

يهدف التشفير بعد الكم إلى تطوير خوارزميات مقاومة لهجمات الحواسيب الكمومية واسعة النطاق. منذ عام 2022، تقود NIST جهود التوحيد العالمية، مع اقتراب الخوارزميات المرشحة من النشر حتى عام 2025.

تتيح البراهين عديمة المعرفة التحقق التشفيري دون كشف البيانات، ما يدعم المعاملات التي تحافظ على الخصوصية والتحقق القابل للتوسع على السلسلة. كما يتم اعتماد وحدات الأمان المادية والمناطق المحمية بشكل متزايد لتخزين المفاتيح والتوقيع الآمن.

البدء مع الخوارزميات التشفيرية

يساعد التعلم المنظم المستخدمين على فهم علم التشفير دون تعريض الأصول الحقيقية للخطر.

الخطوة الأولى: تعرّف على الأدوار الأساسية للتشفير المتماثل، والتشفير غير المتماثل، ودوال التجزئة باستخدام أمثلة عملية.

الخطوة الثانية: ثبّت محفظة موثوقة، وولّد عبارات الاستذكار دون اتصال، وتمرّن على إجراءات النسخ الاحتياطي والاستعادة الآمنة.

الخطوة الثالثة: أرسل معاملات تجريبية على شبكات الاختبار، وراقب كيفية التحقق من التوقيعات والتجزئات عبر مستكشفات البلوكشين.

الخطوة الرابعة: استعرض تدفق المصادقة عبر واجهة Gate البرمجية، وتمرّن على توقيع الطلبات باستخدام HMAC في بيئة اختبارية.

الخطوة الخامسة: فعّل ميزات الأمان في Gate وراجع إعدادات أمان الجهاز والمتصفح بانتظام.

أهم النقاط حول الخوارزميات التشفيرية

الخوارزميات التشفيرية هي أساس أمان البلوكشين. يتيح التشفير المتماثل الاتصالات السرية بكفاءة، ويضمن التشفير غير المتماثل التحقق من الهوية وعدم الإنكار، وتوفر دوال التجزئة مقاومة التلاعب والتحقق من سلامة البيانات. يعتمد الأمان الفعّال على قوة الخوارزميات، وإدارة المفاتيح المنضبطة، والتنفيذ الصحيح، والتكيف المستمر مع التهديدات الجديدة.

الأسئلة الشائعة

هل ترميز Base64 خوارزمية تشفيرية؟

لا. Base64 هو نظام ترميز لتحويل البيانات الثنائية إلى نص. لا يوفر أي سرية أو أمان ويمكن فك ترميزه بسهولة. تتطلب الخوارزميات التشفيرية وجود مفاتيح سرية وافتراضات رياضية قوية.

ما هي أشهر خوارزميات التشفير المتماثل؟

تشمل خوارزميات التشفير المتماثل الشائعة AES وDES و3DES. يُعد AES المعيار الصناعي الحالي لقوته وأدائه العالي في الأجهزة والبرمجيات.

كيف تختلف SHA256 عن الخوارزميات التشفيرية؟

SHA256 هي دالة تجزئة تشفيرية وليست خوارزمية تشفيرية. تقوم بتحويل البيانات المدخلة بشكل غير قابل للعكس إلى ناتج ثابت بطول 256 بت وتُستخدم للتحقق من السلامة والتوقيعات الرقمية وليس للسرية.

أيهما أكثر أمانًا: التشفير غير المتماثل أم التشفير المتماثل؟

لا يوجد نوع "أكثر أمانًا" بطبيعته. يسهل التشفير غير المتماثل تبادل المفاتيح والتوقيعات الرقمية بشكل آمن، بينما يوفر التشفير المتماثل حماية أسرع للبيانات. تجمع الأنظمة الحديثة بين الطريقتين لتحقيق التوازن بين الأمان والكفاءة.

هل يحتاج المستخدمون العاديون لفهم التفاصيل التقنية للخوارزميات التشفيرية؟

لا تتطلب الخبرة التقنية العميقة، لكن فهم المبادئ الأساسية يساعد المستخدمين على تجنب الأخطاء الأمنية الشائعة. عند استخدام خدمات Gate، تعمل الحماية التشفيرية تلقائيًا؛ وتكمن مسؤولية المستخدم في حماية المفاتيح الخاصة واتباع أفضل ممارسات الأمان.