تشفير البلوك تشفير مقابل تشفير الدفق: الاختلافات الأساسية

فكر في التشفير كإرسال رسالة سرية في زجاجة. لديك طريقتان لتأمينها: ختم الرسالة بأكملها دفعة واحدة (مثل تشفير الكتلة) أو تشفيرها حرفًا بحرف (مثل تشفير الدفق). كلتا الطريقتين تحمي بياناتك، لكنهما تعملان بطريقتين مختلفتين بشكل أساسي.

في الوقت الحاضر، لا يقتصر فهم الفرق بين شفرات الحظر مقابل شفرات الدفق على خبراء التكنولوجيا فقط. تشكل آليات الأمان هذه العمود الفقري لحماية المواقع الإلكترونية، والخدمات المصرفية عبر الإنترنت، والاتصالات الخاصة. ومع ازدياد تعقيد التهديدات الإلكترونية، فإن معرفة كيفية تشفير بياناتك يساعدك على اتخاذ خيارات أمنية أكثر ذكاءً لأعمالك.

دعنا نستكشف ما الذي يميز هاتين الطريقتين للتشفير وسبب أهميتهما لأمان موقعك الإلكتروني.

---

جدول المحتويات

1. فهم أساسيات التشفير المتماثل
2. ما هي شفرات البلوك تشفير؟
3. خوارزميات تشفير الكتل الشائعة
4. أوضاع تشغيل شفرات البلوك تشفير
5. ما هي شيفرة الدفق؟
6. خوارزميات تشفير الدفق الشائعة
7. تشفير الكتل مقابل تشفير الدفق: الاختلافات الرئيسية
8. كيف يتم استخدام شفرات البلوك والبث في العالم الحقيقي
9. اتجاهات التشفير والتطورات المستقبلية

---

فهم أساسيات التشفير المتماثل

التشفير المتماثل يحول المعلومات القابلة للقراءة(بيانات النص العادي) إلى شيفرة مشفرة(نص مشفر) باستخدام مفتاح تشفير سري. يكمن جمال هذا النظام في بساطته. حيث يفتح المفتاح نفسه ما يقفله، مما يجعل التشفير وفك التشفير بسيطًا نسبيًا.

عندما ترسل معلومات حساسة عبر الإنترنت، يقوم متصفحك تلقائيًا بتحويل أرقام بطاقاتك الائتمانية وكلمات المرور والتفاصيل الشخصية إلى لغة غير مفهومة لا يستطيع فك شيفرتها إلا الخادم المستقبِل. يحمي هذا التحويل بياناتك من أعين المتطفلين أثناء رحلتها عبر الإنترنت.

يعود تاريخ الشفرات إلى آلاف السنين، ولكن التشفير المتماثل الحديث تبلور في منتصف القرن العشرين مع تطور أنظمة الحوسبة. ظهر معيار تشفير البيانات (DES) كواحد من أوائل الخوارزميات المعتمدة على نطاق واسع في السبعينيات، مما مهد الطريق لأساليب أكثر تقدماً.

تنقسم الشفرات المتماثلة اليوم إلى فئتين رئيسيتين: شفرات الكتلة مقابل شفرات الدفق. تخدم كل منهما أغراضاً محددة في النظام الأمني. تعالج شفرات الكتل البيانات في أجزاء، بينما تعالج شفرات الدفق المعلومات بشكل مستمر. يؤثر هذا الاختلاف الأساسي على كل شيء بدءاً من السرعة إلى التطبيقات الأمنية.

---

ما هي شفرات البلوك تشفير؟

تشفير الكتلة هي طريقة تشفير تقوم بتقسيم رسالة النص العادي إلى أجزاء ثابتة من البيانات بدلاً من معالجة أحرف مفردة. يقوم هذا الأسلوب بتحويل أجزاء كاملة من المعلومات في وقت واحد باستخدام عمليات رياضية معقدة.

عندما تقوم شيفرة الكتلة بتشفير بياناتك، فإنها تقسم النص العادي إلى كتل ذات حجم ثابت بطول 64 أو 128 أو 256 بت. يخضع كل جزء لنفس عملية التحويل باستخدام مفتاح تشفير. إذا كان الجزء الأخير من البيانات المدخلة لا يملأ كتلة كاملة، يضيف النظام حشوة (بتات إضافية) لإنشاء حجم موحد قبل بدء عملية التشفير.

دعونا نتخيل كيف تعمل شفرات الكتل: تخيل فرز البريد في صناديق بريد متساوية الحجم. يجب أن تتلاءم كل رسالة بشكل مثالي مع المساحة المخصصة لها، حتى لو كان ذلك يعني إضافة ورقة فارغة لملء الملاحظات الأصغر. وبمجرد فرزها، يتم قفل كل صندوق بريد باستخدام نفس المفتاح، وتحويل المحتويات من خلال جولات متعددة من التدافع الرياضي.

تعتمد شفرات الكتل على مبدأين أساسيين: التشويش والانتشار. يحجب الارتباك العلاقة بين المفتاح وكتل النص المشفر، مما يجعل من الصعب تخمين المفتاح حتى مع وجود العديد من الأمثلة. يضمن الانتشار أن يؤدي تغيير بت واحد فقط من النص العادي إلى تغيير النص المشفر الناتج، مما يخلق تأثير الانهيار الجليدي الذي يعزز الأمان.

بالنسبة لكتل البيانات غير المكتملة، تضمن مخططات الحشو المختلفة حجم كتلة ثابت مناسب. أحدها إضافة أصفار أو أنماط أخرى يمكن التنبؤ بها حتى يصل كل جزء إلى الطول المطلوب. في حين أن هذا يضيف عبئًا طفيفًا، إلا أنه يتيح المعالجة الموحدة التي تجعل شفرات الكتل قوية جدًا لتأمين اتصالات الإنترنت وتخزين البيانات الحساسة.

---

خوارزميات تشفير الكتل الشائعة

يعتمد التشفير على العديد من الخوارزميات التي تم اختبارها في المعارك لحماية حياتنا الرقمية. دعنا نستكشف خوارزميات التشفير الأكثر شيوعًا.

• معيار التشفير المتقدم (AES): جوهرة تاج خوارزميات تشفير الكتل، التي اعتمدتها حكومة الولايات المتحدة في عام 2001، تتعامل طريقة التشفير القوية هذه مع كتل بيانات من 128 بت بأطوال مفاتيح 128 أو 192 أو 256 بت. تجمع AES بين الأمان الاستثنائي والسرعة المذهلة، مما يجعلها الخيار المفضل لكل شيء بدءًا من الاتصالات العسكرية إلى اتصالات HTTPS اليومية.
• معيار تشفير البيانات (DES): تم تطويره في سبعينيات القرن العشرين، وقد هيمن في السابق على المشهد الأمني بمفتاحه المكون من 56 بت وتصميم تشفير الكتلة 64 بت. على الرغم من أهميته التاريخية، إلا أن قوة الحوسبة الحديثة جعلت معيار DES عرضة لهجمات القوة الغاشمة. وهذا ما أدى إلى ظهور نظام DES الثلاثي (3DES)، الذي يطبق خوارزمية DES ثلاث مرات على كل كتلة بيانات لحماية أقوى، على الرغم من أنه أبطأ بكثير من الخيارات الأحدث.
• Blowfish و Twofish: صُمم Blowfish كبديل سريع لـ DES، حيث يقدم أطوال مفاتيح متغيرة تصل إلى 448 بت. لا تزال تُستخدم في أدوات مثل VeraCrypt و bcrypt لتجزئة كلمات المرور وتظهر في تطبيقات SSH القديمة مثل OpenSSH. أما خليفته Twofish، فيتميز بحجم كتلة 128 بت، وقد وصل إلى التصفيات النهائية في مسابقة AES بسبب تصميمه الأمني القوي. ستجد Twofish في أدوات التشفير مثل VeraCrypt، والأنظمة القديمة التي تستخدم TrueCrypt، وبعض المكونات الإضافية OpenVPN.

عند زيارتك لمواقع الويب الآمنة، يستخدم اتصالك بروتوكولات TLS (أمان طبقة النقل) التي تعتمد بشكل كبير على شفرات الحظر. يتميز AES بشكل بارز في معظم مجموعات الشفرات المستخدمة في اتصالات HTTPS، مما يضمن بقاء معاملاتك المصرفية وإدخالات كلمة المرور والرسائل الخاصة آمنة من الاعتراض.

---

أوضاع تشغيل شفرات البلوك تشفير

تحدد أوضاع تشفير البلوك كيفية معالجة خوارزمية التشفير لكتل البيانات المتعددة بالتسلسل. تؤثر أنماط التشغيل هذه على الأمان والكفاءة ومعالجة الأخطاء، مما يجعل اختيارها مهمًا مثل الخوارزمية الأساسية نفسها.

أبسط الطرق،وضع دفتر الشفرات الإلكتروني(وضع ECB)، يقوم بتشفير كل كتلة بشكل مستقل باستخدام نفس المفتاح. على الرغم من سهولة هذه الطريقة إلا أنها تخلق ثغرةً كبيرةً: كتل نص عادي متطابقة تُنشئ دائمًا نفس كتل النص المشفر، مما قد يكشف عن أنماط في بياناتك. تخيل صورة صورة نقطية مشفرة باستخدام وضع ECB – قد تظل تتعرف على مخطط الصورة الأصلية في النسخة المشفرة!

يعالج وضع تسلسل الكتل المشفرة (CBC) هذا الضعف باستخدام متجه تهيئة (IV) وربط الكتل السابقة بالكتل الحالية. قبل التشفير، يتم دمج كل كتلة نص عادي مع نص تشفير الكتلة السابقة من خلال عملية XOR.

يؤدي هذا إلى إنشاء سلسلة يؤثر فيها تغيير كتلة واحدة فقط على جميع الكتل اللاحقة، مما يؤدي إلى إخفاء الأنماط وتعزيز الأمان. تستخدم معظم مواقع الويب والتطبيقات الآمنة CBC لأمانها وأدائها المتوازن.

تشمل الأوضاع الأساسية الأخرى ما يلي:

• ملاحظات التشفير(CFB): يحول تشفير الكتلة إلى تشفير دفق ذاتي المزامنة، مما يتيح التشفير في الوقت الحقيقي دون انتظار كتل كاملة
• ملاحظات الإخراج(OFB): يستخدم تشفير الكتلة لتوليد تيار مفتاح مستقل عن النص العادي أو النص المشفر، مما يجعله مقاومًا لأخطاء الإرسال
• العداد (CTR): ينشئ دفقًا من قيم العدادات المشفرة التي تتحد مع بيانات النص العادي لإنتاج نص مشفر، مما يوفر توازيًا ممتازًا للاحتياجات عالية الأداء

يقدم كل وضع مفاضلات مختلفة بين الأمان والسرعة ومرونة الخطأ. على سبيل المثال، لا يمكن لوضع CBC استرداد الحزم المفقودة دون إعادة المزامنة، بينما يسمح وضع CTR بالوصول العشوائي إلى أي كتلة مشفرة دون معالجة الملف بأكمله.

والآن، دعونا ننتقل إلى شفرات البث.

---

ما هي شيفرة الدفق؟

تقوم شيفرة الدفق بمعالجة المعلومات في دفق مستمر، حيث تقوم بتشفير البيانات بتة بتة أو بايت بايت. ينشئ هذا النهج تدفقًا مستمرًا للتشفير يتكيف مع البيانات من أي طول دون الحاجة إلى أجزاء ثابتة أو حشو.

تحتوي كل شيفرة دفق على مولد أرقام عشوائي ينشئ دفق مفاتيح عشوائي زائف. يتحد تيار المفاتيح هذا مع رسالة النص العادي، مما ينتج عنه مخرجات مشفرة. ونتيجةً لذلك، يتم تحويل كل بت من البيانات بشكل مستقل، مما يسمح بالتشفير في الوقت الحقيقي دون انتظار تراكم الكتل.

فكر في بياناتك كنهر يتدفق عبر سلسلة من البوابات. عندما تصل كل قطرة ماء (بت) إلى بوابة، فإنها تتحد مع قيمة مولدة عشوائياً، وتغير طبيعتها قبل أن تستمر في اتجاه مجرى النهر. يتحول كل بت بشكل مستقل، مما يخلق تدفقاً مشفراً يمكن أن يتكيف مع أي حجم أو سرعة للبيانات الواردة.

تعتمد عملية التشفير كليًا على توليد بتات دفق مفاتيح لا يمكن التنبؤ بها. إذا أصبح من الممكن التنبؤ بتيار المفاتيح أو تكراره، ينهار نظام الأمان بالكامل. هذا يجعل شفرات الدفق حساسة لتفاصيل التنفيذ – استخدام نفس دفق المفاتيح مرتين يمكن أن يسمح للمهاجمين باستعادة رسائلك الأصلية من خلال التحليل الرياضي.

يوجد نوعان أساسيان ضمن عائلة شفرات الدفق:

• تقوم شفرات الدفق المتزامن بتوليد تدفقات مفاتيح بشكل مستقل عن محتوى الرسالة، مما يتطلب مزامنة مثالية بين المرسل والمستقبل.
• تشتق شفرات الدفق ذاتية المزامنة ذاتية المزامنة تيارها الرئيسي جزئياً من بتات نص مشفر سابق، مما يسمح بالاسترداد التلقائي من أخطاء الإرسال أو البيانات المفقودة.

وبفضل الحد الأدنى من النفقات الحسابية ومتطلبات الذاكرة، فإنها تتفوق في البيئات التي تكون فيها الموارد محدودة أو تصل البيانات على دفعات غير متوقعة. كما أن نهجها الذي يعتمد على التجزئة يجعلها مناسبة بشكل طبيعي للتطبيقات التي لا يكون حجم البيانات فيها معروفًا مسبقًا.

---

خوارزميات تشفير الدفق الشائعة

فيما يلي قائمة بخوارزميات التشفير المعروفة على نطاق واسع والمستخدمة في التشفير بت بت، إلى جانب ميزاتها الرئيسية وتطبيقاتها العملية:

• RC4 – واحدة من أكثر شفرات الدفق المعروفة على نطاق واسع، تقوم RC4 بإنشاء دفق رئيسي باستخدام مفتاح تشفير سري وتدمجه مع النص العادي عبر عملية XOR. على الرغم من أنها سريعة وبسيطة، إلا أن لها آثارًا أمنية كبيرة وتم إهمالها في اتصالات TLS بسبب نقاط الضعف المعروفة.
• Salsa20 – ابتكر دانيال ج. بيرنشتاين هذه الشيفرة التي تحوّل كتل الإدخال إلى بتات عشوائية زائفة لتوليد تيار المفاتيح، مما يوفر أمانًا محسنًا مقارنةً بالتصاميم القديمة.
• ChaCha20 – ChaCha20 هو متغير من Salsa20 مع تحسينات أمنية إضافية، وقد اعتمدته Google لاتصالات TLS في Chrome. وهو يوفر تشفيرًا سريعًا وآمنًا للاتصالات المتنقلة والأنظمة ذات المتطلبات المحدودة من الموارد.
• Grain-128 – تم تطوير هذا التشفير في إطار مشروع eSTREAM، وهو مُحسّن لتنفيذ الأجهزة/البرامج في أجهزة إنترنت الأشياء والأنظمة المدمجة حيث تكون طاقة المعالجة والذاكرة محدودة.
• A5/1 و A5/3 – يُستخدمان في تقنية GSM لتشفير المكالمات الصوتية في الوقت الحقيقي. A5/1 قديم مع وجود نقاط ضعف معروفة، بينما يوفر A5/3 حماية محسنة للشبكات اللاسلكية.

---

تشفير الكتل مقابل تشفير الدفق: الاختلافات الرئيسية

فيما يلي تحليل سريع لكيفية اختلاف شفرات الكتل وشفرات الدفق، سواء من حيث البنية أو التطبيق:

الميزة	تشفير البلوك تشفير	دفق الشفرات
المعالجة	الكتل ذات الحجم الثابت (على سبيل المثال، 128 بت)	تشفير بت بت بت
الاستخدام الرئيسي	نفس المفتاح المتماثل للكتلة	نفس المفتاح المتماثل للبت/البايت
السرعة	أبطأ، أكثر من النفقات العامة	أسرع وأفضل للبيانات في الوقت الحقيقي
الاحتياجات من الموارد	متطلبات أعلى من الموارد	البصمة السفلية
انتشار الخطأ	يؤثر على الكتلة بأكملها	قد يؤثر على الأجزاء القريبة فقط
حالات الاستخدام النموذجي	TLS/SSL، وأمان الويب، وتطبيقات الخدمات المصرفية	الاتصالات المتنقلة، تقنية GSM
طرق التشغيل	يحتاج إلى أوضاع مثل ECB، CBC، CBC، CTR	غالبًا ما تكون مدمجة
هل الحشو مطلوب؟	نعم	لا يوجد

بينما تعتمد شفرات الحظر والتدفق على التشفير المتماثل، يعتمد الاختيار على السياق. بالنسبة للبيانات المهيكلة مثل رسائل البريد الإلكتروني أو نقل الملفات أو مواقع الويب الآمنة، يُفضل استخدام شفرات الحظر ذات أنماط التشغيل المناسبة. أما بالنسبة للبيئات ذات الكمون المنخفض مثل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت أو تطبيقات الدردشة، قد يكون أداء شفرات الدفق أفضل.

ومع ذلك، تختلف الآثار الأمنية باختلاف التنفيذ. يمكن أن تحقق شفرات الكتل الحديثة مع وضع CTR أو وضع OFB أداءً شبيهاً بالدفق، وغالباً ما تحل محل شفرات الدفق التقليدية في التصاميم الجديدة.

---

كيف يتم استخدام شفرات البلوك والبث في العالم الحقيقي

• اتصالات SSL/TLS: تستخدم TLS الحديثة شفرات الحظر (مثل AES) وشفرات الدفق، اعتمادًا على حالة الاستخدام. يشيع استخدام AES-256 لتشفير معظم حركة مرور الويب، مما يضمن اتصالات HTTPS آمنة.
• الشبكات اللاسلكية والمتنقلة: غالبًا ما تُستخدم شفرات الدفق في الاتصالات اللاسلكية وتطبيقات الأجهزة المحمولة للتشفير في الوقت الفعلي. وتستخدم بروتوكولات مثل WPA3 شفرات كتلة مع أوضاع خاصة، بينما تستخدم المعايير القديمة مثل WEP RC4، والتي تم إهمالها الآن بسبب عيوب أمنية.
• أمان التجارة الإلكترونية: يحمي التشفير المتماثل بيانات بطاقة الائتمان والمعلومات الشخصية أثناء عمليات الشراء عبر الإنترنت. ويفضل استخدام الشفرات المجمعة مثل AES لقوتها وتوافقها.
• الامتثال لـ PCI DSS: يجب أن تفي أنظمة الدفع بالمتطلبات الصارمة. تعتمد البوابات الرئيسية على AES-256 لتلبية معايير PCI DSS وحماية البيانات المالية أثناء المعاملات.
• أمثلة عملية: تستخدم تطبيقات مثل واتساب وسيجنال شفرات البث للمراسلة الآمنة. تستخدمها شبكات CDN لتوصيل مقاطع الفيديو المشفرة. وتستخدم الأنظمة المصرفية وقواعد بيانات الرعاية الصحية شفرات الكتل لتأمين البيانات المخزنة الحساسة.

---

اتجاهات التشفير والتطورات المستقبلية

مع تطور تكنولوجيا التشفير، هناك تحديات جديدة تشكل مستقبل حماية البيانات. يكتسب تشفير ما بعد الكم زخماً، حيث يقوم الباحثون بتطوير شفرات الكتل والتدفق المصممة لمقاومة الهجمات من الحواسيب الكمية. وفي الوقت نفسه، يؤدي ظهور إنترنت الأشياء إلى زيادة الطلب على التشفير الخفيف، الذي تم تحسينه للأجهزة ذات الموارد المحدودة، وغالبًا ما يستخدم تصميمات تشفير انسيابية مبسطة.

في مجال الحوسبة السحابية، تظهر أنظمة التشفير الهجينة. تختار هذه الأنظمة بشكل تكيّفي بين شفرات الكتل أو شفرات التدفق بناءً على البيانات والسياق، مما يوفر حماية مرنة للبيانات أثناء الحركة. يجب على مالكي المواقع الإلكترونية أيضًا مراقبة اتجاهات مثل واجهات برمجة تطبيقات التشفير المستندة إلى المتصفح، والتشفير بدون معرفة، والتشفير المتماثل الشكل، والتي تسمح بمعالجة البيانات دون الكشف عن محتوياتها.

وأخيراً، أصبحت أنماط التشفير المصادق عليها معياراً يجمع بين السرية وسلامة البيانات. مع اقتراب الحوسبة الكمية في الأفق، تقوم هيئات مثل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والابتكار بتقييم معايير التشفير من الجيل التالي للبقاء في صدارة التهديدات المستقبلية.

---

حماية موقعك باستخدام التشفير الموثوق به

والآن بعد أن رأيت كيف تعمل شفرات الحظر والبث لتأمين البيانات، حان الوقت لتطبيق هذه الحماية على موقعك الإلكتروني الخاص بك. تقدم SSL Dragon شهادات SSL موثوقة تستخدم نفس خوارزميات التشفير القوية، مثل AES-256، الموجودة في المنصات الآمنة للخدمات المصرفية والتجارة الإلكترونية.

تدعم شهاداتنا أحدث بروتوكولات TLS وأنماط تشفير الكتل المثبتة، مما يحافظ على أمان بيانات زوارك أثناء النقل. وسواء كنت تدير مدونة، أو متجراً إلكترونياً، أو شركة واسعة النطاق، يمكنك الاعتماد علينا لمساعدتك في تقديم اتصالات مشفرة وموثوقة تعزز الثقة وتحمي علامتك التجارية.