ما هو SHA؟ الدليل الكامل لخوارزميات التجزئة

هل تساءلت يومًا كيف تبقى بياناتك على الإنترنت آمنة؟ غالبًا ما تبدأ الإجابة بـ SHA (خوارزمية التجزئة الآمنة). فهي تلعب دورًا رائدًا في تخزين كلمات المرور، وشهادات SSL، والتوقيعات الرقمية، وتقنية البلوك تشين. سواء كنت تعرف ذلك أم لا، فأنت تتفاعل معها كل يوم.

تشرح هذه المقالة ما هو SHA، وكيف يعمل، ومن يستخدمه، ولماذا هو مهم. استمتع بتفسيرات بسيطة ومعرفة عملية تساعدك على فهم كيفية حماية SHA لبياناتك ودعم الأمن الرقمي.

---

جدول المحتويات

1. ما هو SHA؟ نظرة عامة
2. كيف تعمل SHA: الأساسيات
3. تطور SHA: من SHA-1 إلى SHA-3
4. مستقبل SHA
5. ميزات الأمان الرئيسية لـ SHA
6. التطبيقات الشائعة ل SHA في أمن المواقع الإلكترونية
7. SHA-1 مقابل SHA-2: ما الذي يفرق بينهما؟
8. نقاط ضعف SHA وقيودها

---

ما هو SHA؟ نظرة عامة

SHA تعني خوارزمية التجزئة الآمنة، وهي دالة تشفير تم تطويرها لحماية البيانات الحساسة. وهي تأخذ رسالة مُدخَلة، مثل نص أو ملف أو كلمة مرور أو أي مدخلات بيانات، وتقوم بتشغيلها من خلال عملية رياضية لتوليد قيمة تجزئة فريدة تُعرف باسم ملخص الرسالة أو ملخص التجزئة. لا يمكنك عكس التجزئة الناتجة للكشف عن البيانات الأصلية، ولهذا السبب تستخدمه التوقيعات الرقمية وملفات الشهادات وتخزين كلمات المرور على نطاق واسع.

ما هي دالة التجزئة؟

دالة التجزئة هي دالة أحادية الاتجاه تقوم بتحويل البيانات من أي حجم إلى مخرجات تجزئة ذات حجم ثابت. تبدو هذه المخرجات كسلسلة عشوائية من الأحرف، ولكنها متناسقة: نفس المدخلات تعطيك دائماً نفس الملخص. قم بتغيير حرف واحد، وستحصل على نتيجة مختلفة. هذه ميزة رئيسية تسمى تأثير الانهيار الجليدي.

فكر في التجزئة مثل صنع عصير. تضع التفاح والموز وبعض السبانخ وتضغط على زر الخلط وتحصل على مشروب أخضر. يمكنك تذوقه ومقارنته، ولكن لا يمكنك تحويل هذا العصير إلى تفاح وموز كامل. هذا ما يفعله SHA بالبيانات. فهو يمزجها باستخدام الرياضيات ويعطيك “عصيرًا” ثابت الطول يسمى “تجزئة”.

ستحصل على مشروب مختلف تماماً حتى لو أضفت حبة توت صغيرة جداً. من حيث SHA، تغيير طفيف في المدخلات يمنحك تجزئة جديدة. هذه هي الطريقة التي تحافظ بها على أمان الأشياء. لا يمكن لأحد أن يأخذ التجزئة ويكتشف ما تم إدخاله في الخلاط.

وظائف SHA

دوال SHA هي جزء من عائلة أكبر من دوال التجزئة التشفيرية المصممة للحفاظ على سلامة البيانات. عند استخدامها بشكل صحيح، فإنها تجعل من المستحيل تقريباً التلاعب بالبيانات الأصلية دون اكتشافها. فهي تتحقق من عدم قيام أي شخص بتغيير المحتوى الرقمي بين المرسل والمستقبل.

توفر لنا SHA في جوهرها طريقة لتأكيد أن المحتوى الرقمي أصلي وغير متلاعب به. فهو يوفر الأمان دون الحاجة إلى فك تشفير أو قراءة الرسالة الفعلية. وهذا يجعلها مثالية لأي موقف تحتاج فيه إلى الوثوق بأن البيانات لم يتم تغييرها، حتى عندما لا تعرف ما هي البيانات.

---

كيف تعمل SHA: الأساسيات

لفهم SHA حقًا، نحتاج إلى إلقاء نظرة على العملية الكامنة وراءها. تخيل أن لديك بعض البيانات المدخلة: قد تكون كلمة مرور أو عقد أو بريد إلكتروني. يأخذ SHA رسالة الإدخال هذه، ويقسمها إلى أجزاء، ويعالجها من خلال مجموعة من دوال الضغط والتحويلات الرياضية. والنتيجة؟ تجزئة نهائية، وهي سلسلة ذات طول ثابت تمثل المحتوى الأصلي.

تتبع كل دالة SHA نمطًا مشابهًا. تبدأ بحشو المدخلات ثم تقسيمها إلى كتل. تمر كل كتلة من خلال خوارزمية تشفير تتضمن عمليات تشفير بت، وإضافات معيارية، ودوال منطقية. هذه العمليات تخلط المدخلات بطريقة يمكن التنبؤ بها ولكن لا يمكن عكسها. حتى أصغر تغيير في رسالتك يؤدي إلى تغيير في التجزئة الناتجة.

لنأخذ SHA-256وهي واحدة من أكثر الدوال استخدامًا اليوم. فهي تنتج دائمًا مخرج تجزئة 256 بت، بغض النظر عن حجم الإدخال. سواء قمت بتجزئة كلمة واحدة أو مستند كامل، ستكون النتيجة بنفس الطول.

واحدة من أكبر نقاط قوة SHA هي أنها تجعل هجمات التصادم نادرة للغاية. التصادم هو عندما تنتج قيمتا بيانات مختلفتان نفس التجزئة. وهذا أمر مستبعد إحصائيًا بالنسبة لدالة مثل SHA-256 لدرجة أنه يعتبر مستحيلًا عمليًا في ظل ظروف العالم الحقيقي. وهذا ما يجعلها موثوقة للكشف عن التلاعب والتحقق من الأصالة.

ستسمع أيضًا مصطلح تجزئة البيانات. هذه هي عملية تشغيل المحتوى الخاص بك من خلال دالة SHA لإنشاء الملخص. على عكس التشفير المتماثل، لا تتضمن SHA مفاتيح للتشفير أو فك التشفير. إنها دالة أحادية الاتجاه، مما يعني أنه يمكنك التحقق من المحتوى دون فك تشفيره.

مثال على التجزئة في العمل

رسالة الإدخال:

الثعلب البني السريع يقفز فوق الكلب الكسول

إخراج تجزئة SHA-256:

d7a8fbb307d7809469ca9abcb0082e4f8d5651e46d3cdb762d02d0bf37c9e592

في الاستخدام العملي، غالبًا ما يتم إقران التجزئة بالمحتوى الأصلي أو تضمينها داخل الشهادات الرقمية. عندما تتلقى ملفًا، يمكن لنظامك، باستخدام أدوات مثل OpenSSL غالبًا، تجزئته مرة أخرى ومقارنة الرقم الجديد مع الأصل. إذا كانت متطابقة، فإن البيانات سليمة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فهذا يعني أن هناك خطأ ما حدث أثناء النقل، أو أن شخصاً ما حاول تغيير المحتوى.

تعد هذه العملية ترقية كبيرة من الخوارزميات القديمة مثل خوارزمية MD5، والتي تعتبر الآن معطلة بسبب التصادمات المعروفة. لهذا السبب انتقلت المنصات الموثوقة مثل مايكروسوفت وموزيلا بالكامل إلى SHA-2 للتوقيعات الرقمية والتحقق من الشهادات.

---

تطور SHA: من SHA-1 إلى SHA-3

لم يولد SHA بين عشية وضحاها. فقد مرت بعدة مراحل، كل مرحلة منها تهدف إلى معالجة نقاط الضعف في التشفير وتحسين الأمان. تم تطوير خوارزميات SHA من قبل وكالة الأمن القومي (NSA) ونشرها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، وهي مكملة لبروتوكولات الأمان الأوسع نطاقاً التي تستخدمها الوكالات الفيدرالية والشركات الخاصة والمنصات المشفرة.

بدأت عائلة SHA مع SHA-0، والتي لم تُستخدم على نطاق واسع بسبب عيوبها. أصبحت التالية، SHA-1، معيارًا لسنوات. وهي تنتج تجزئة 160 بت وكانت تعتبر آمنة خلال أيامها الأولى.

إلا أن الباحثين اكتشفوا أن SHA-1 كانت عرضة لثغرات التصادم. في عام 2017، أظهرت Google هجوم تصادم ناجح ضد SHA-1، مما يدل على أن دالتي تجزئة متشابهتين يمكنهما إنشاء نفس الرقم. كان ذلك بمثابة جرس إنذار. لم يعد يمكن الاعتماد على SHA-1 في البيئات عالية الأمان.

وردًا على ذلك، قدم المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا والابتكار التكنولوجي (NIST) عائلة SHA-2. وهي تتضمن SHA-224 و SHA-256 و SHA-384 و SHA-512، وكل منها يقدم أحجام مخرجات مختلفة ولكن بمقاومة أقوى ضد الهجمات. ومن بين هذه المجموعات، أصبحت SHA-256 الأكثر استخدامًا. وهي توازن بين السرعة والقوة وهي الآن المعيار في شهادات SSL وتخزين كلمات المرور والمستندات الرقمية.

غالبًا ما يشير الناس إلى SHA-2 و SHA-256 بالتبادل، ولكن من الناحية الفنية، SHA-256 هي مجرد دالة واحدة في عائلة SHA-2 الأوسع. جميعهم يستخدمون هياكل تصميم متشابهة ولكنهم يختلفون في حجم الكتلة وطول الملخص.

---

مستقبل SHA

أصدر NIST SHA-3 في عام 2015، وهي عائلة أحدث تعتمد على نموذج مختلف تمامًا يُسمى Keccak. لن تحل SHA-3 محل SHA-2 ولكنها ستقدم بديلًا آمنًا للتهديدات الأمنية الجديدة. يستخدم SHA-3 نموذج “البناء الإسفنجي” بدلاً من دوال الضغط التقليدية، مما يعني أنه يعالج البيانات بشكل مختلف وأكثر مرونة في طول المخرجات.

إذن، لماذا لم تسيطر SHA-3؟ لأن SHA-2 لا يزال يعتبر آمنًا وفقًا لمعايير اليوم. وإلى أن نكتشف عيوباً في SHA-2، لا توجد حاجة ملحة للتبديل. ومع ذلك، تستخدم بعض المؤسسات SHA-3 في البيئات عالية المخاطر للاستعداد للمستقبل.

يتكيف SHA دائمًا مع ظهور استراتيجيات هجوم جديدة. إذا كنت تقوم بتأمين البيانات الحساسة، فإن فهم كيفية تطور SHA يساعدك على منع الأخطار الناشئة ويحافظ على أمان المعلومات.

---

ميزات الأمان الرئيسية لـ SHA

عند استخدامه بشكل صحيح، يوفر SHA ميزات رئيسية تساعد في بناء بيئة آمنة للتحقق من البيانات والاتصالات الرقمية. إليك ما تحصل عليه.

• سلامة البيانات. بمجرد تجزئة البيانات، فإن أي تغيير، مهما كان صغيراً، سيؤدي إلى تعديل قيمة التجزئة بالكامل. وهذا يجعل SHA مثاليًا للتحقق مما إذا كان قد تم تغيير ملف أو عقد أو حزمة برامج. يمكن للمستلم تجزئة المحتوى مرة أخرى ومقارنته بالتجزئة الفريدة للمرسل. إذا كانت متطابقة، فإن المحتوى نظيف.
• مقاومة التصادم. لن تسمح دالة التجزئة الآمنة الجيدة لقيمتي بيانات مختلفتين بإنتاج نفس الرقم. هذا يمنع المخترقين من إدراج ملفات خبيثة تمر على أنها شرعية. كما أنها تحمي التواقيع الرقمية، حيث يتم تطبيق التوقيع على التجزئة وليس على المحتوى الفعلي. بهذه الطريقة، يمكن لأي شخص التحقق من التوقيع دون الحاجة إلى الوصول إلى البيانات الكاملة.
• السرعة والاتساق. ستنتج دالة SHA دائمًا نفس مخرجات التجزئة لنفس المدخلات، بغض النظر عن من يقوم بتشغيلها أو متى. هذا الاتساق هو سبب وجود ميزات SHA في البروتوكولات التي تشغل الإنترنت.
• تشفير أحادي الاتجاه. لا تقوم SHA بتشفير البيانات بالمعنى التقليدي؛ فهي لا تستخدم نفس المفتاح للتشفير وفك التشفير. بدلاً من ذلك، تقوم بتجزئة البيانات في اتجاه واحد فقط. يمكنك التحقق مما إذا كان هناك شيء ما يطابق تجزئة معروفة، ولكن لا يمكنك إجراء هندسة عكسية للبيانات الأصلية من التجزئة.
• مقاومة هجمات القوة الغاشمة. نظرًا لأن مساحة المخرجات المحتملة كبيرة جدًا، فإن تخمين مدخلات مطابقة أمر مستحيل بدون قوة حوسبة هائلة ووقت هائل.

تجتمع هذه الميزات لتجعل من SHA ركيزة للثقة الرقمية. فهي تسمح للخوادم والمتصفحات بالتحقق من البيانات بسرعة وموثوقية دون تخزين أو نقل المحتوى الفعلي. توفر SHA طريقة سريعة ومتسقة وجديرة بالثقة للكشف عن التلاعب وبناء أنظمة آمنة للمستخدمين والمطورين.

---

التطبيقات الشائعة ل SHA في أمن المواقع الإلكترونية

يظهر SHA في أماكن أكثر مما يدركه معظم الناس. فهو موجود في كل طبقة من طبقات الاتصال الرقمي الآمن تقريباً.

تخزين كلمة المرور

عند تعيين كلمة مرور، لا يقوم النظام بحفظها مباشرةً. بدلاً من ذلك، يقوم بإنشاء ملخص تجزئة باستخدام SHA. هذا يعني أنه حتى لو اخترق شخص ما النظام، فلن يجد كلمات المرور الفعلية، بل التجزئة فقط. يقوم النظام بتجزئة مدخلاتك مرة أخرى ويقارنها بالقيمة المحفوظة للتحقق من كلمة المرور الخاصة بك لاحقاً.

الشهادات الرقمية (SSL/TLS، التحقق من المستندات)

يثبت SHA أن ملفات شهادة SSL هي نفسها عند إصدارها. عندما يتصل المستعرض الخاص بك بموقع ويب آمن باستخدام HTTPS، فإنه يتحقق من ملخص SHA الخاص بالشهادة للتحقق من صحتها. أي عدم تطابق يؤدي إلى إطلاق تحذير.

التوقيع الرقمي

التوقيعات الرقمية هي استخدام شائع آخر. عندما تقوم بتوقيع مستند رقميًا، فإنك تقوم بتجزئته ثم تشفير التجزئة الناتجة باستخدام مفتاح خاص. يمكن لأي شخص بعد ذلك التحقق من التوقيع الرقمي الناتج عن طريق فك تشفيره ومقارنة مخرجات التجزئة مع نسخته الخاصة. إذا تطابق الاثنان فإن المحتوى لم يتغير.

تقنية البلوك تشين

تحتوي كل كتلة في سلسلة الكتل على تجزئة للكتلة السابقة. هذا الهيكل يخلق سلسلة حيث يؤدي تغيير كتلة واحدة إلى كسر كل كتلة لاحقة. هذه هي الطريقة التي تحافظ بها سلاسل الكتل على سلامتها.

بالإضافة إلى ربط الكتل، تقوم SHA أيضًا بتأمين المحتوى داخل كل كتلة. يتم تجزئة المعاملات بشكل فردي ثم يتم دمجها في شجرة Merkle، وهي بنية تنتج تجزئة واحدة تمثل جميع المعاملات. يتم تخزين هذا التجزئة في رأس الكتلة. يسمح للمستخدمين بالتحقق من معاملات محددة دون تنزيل السلسلة بأكملها، مما يحافظ على أمان النظام وفعاليته.

استخدامات وأمثلة أخرى

وتشمل الاستخدامات الأخرى التحقق من تنزيلات البرامج، وتأمين واجهات برمجة التطبيقات، والتحقق من سلامة رسائل البريد الإلكتروني. حتى أن شيئًا قديمًا مثل خادم HTTP Server من IBM يستخدم SHA للتحقق من صحة ملفات التكوين والتحديثات.

تعتمد المؤسسات الحكومية والعسكرية أيضًا على SHA. يتطلب NIST من جميع الوكالات الفيدرالية استخدام SHA-2 أو أفضل عند التعامل مع البيانات الحساسة. وهو جزء من معيار معالجة المعلومات الفيدرالية (FIPS)، الذي يحكم كيفية تعامل الوكالات مع الأمن الرقمي.

---

SHA-1 مقابل SHA-2: ما الذي يفرق بينهما؟

لنقارن بين اثنتين من أكثر الخوارزميات التي تمت مناقشتها في عائلة SHA: SHA-1 و SHA-2. ستسمع ذكرهما كثيراً، لكنهما مختلفتان جداً من حيث القوة والاستخدام.

تُنشئ SHA-1 ملخص تجزئة 160 بت، ولفترة طويلة، كانت هي المعيار. ومع ذلك، وجد الباحثون نقاط ضعف في التشفير جعلت من الممكن توليد تصادمات تجزئة، وهي الحالات التي تنتج فيها المدخلات نفس المخرجات. وهذا يكسر أحد الوعود الأساسية لدالة التجزئة الجيدة: أنها فريدة من نوعها.

في المقابل، يتضمن SHA-2 وظائف متعددة: SHA-224 و SHA-256 و SHA-384 و SHA-512. تقدم كل منها قيم تجزئة أطول وأكثر أمانًا. الدالة SHA-256 الأكثر استخدامًا، وهي SHA-256، تنتج تجزئة 256 بت، مما يجعل من الصعب اختراقها باستخدام هجمات القوة الغاشمة أو هجمات التصادم.

إذا كنت تستخدم طبقة المقابس الآمنة SSL أو توقيع المستندات، يجب عليك تجنب SHA-1 تماماً. فقد تخلت المتصفحات والمنصات التقنية الرئيسية عن دعمه بالفعل. SHA-2 هو أفضل الممارسات الحالية وهو مقبول على نطاق واسع من قبل بروتوكولات الأمان وأنظمة التشغيل الرئيسية.

الفرق لا يتعلق فقط بالقوة، بل بالثقة. مع SHA-1، هناك خطر حقيقي للتلاعب. مع SHA-2، هذا الخطر غير موجود في الظروف العادية. سواءً كنت تتعامل مع الشهادات الرقمية، أو تأمين عمليات تسجيل الدخول، أو العمل مع البيانات الحساسة، فإن SHA-2 هو الخيار الأفضل.

---

نقاط ضعف SHA وقيودها

في حين أن SHA-2 قوية، إلا أنها ليست منيعة. فمع مرور الوقت، وجد الباحثون سيناريوهات حافة حيث يمكن استغلال نقاط الضعف النظرية. هذه ليست تهديدات نشطة حتى الآن، ولكنها السبب وراء تطوير SHA-3.

أحد القيود هو خطر تصادم التجزئة إذا استمر استخدام إصدارات ضعيفة مثل SHA-1. والقيد الآخر هو أن SHA لا يمنع أي شخص من تعديل الرسالة وتجزئتها. لهذا السبب يجب أن تتضمن البروتوكولات الآمنة كلاً من التجزئة والتشفير، إلى جانب المفاتيح العامة الموثوقة أو الشهادات الرقمية.

يجب عليك أيضًا توخي الحذر بشأن استخدام دوال تجزئة متشابهة عبر تطبيقات متعددة. إعادة استخدام نفس الطريقة في سياقات مختلفة يمكن أن يخلق ثغرات غير مقصودة. قم دائمًا بمطابقة خوارزمية التجزئة الخاصة بك مع المهمة التي بين يديك، وابقَ على اطلاع دائم عند اكتشاف نقاط ضعف جديدة في التشفير.

---

اختر SSL آمن مع تشفير SHA

يبدأ الأمان الحقيقي بالشهادة المناسبة. في SSL Dragon، نقدم شهادات SSL من أسماء موثوق بها مثل Sectigo وDigiCert وGeoTrust، وكل منها مدعوم بتجزئة SHA-256 القوية. سواء كنت تدير موقعًا شخصيًا أو تتعامل مع معاملات حساسة، ستحصل على حماية موثوقة وراحة بال. استكشف خطط SSL المرنة، ودعم الخبراء، ومسارًا سلسًا نحو أمان أقوى. اعثر على شهادة SSL المناسبة لموقعك اليوم.