JO Academy school

Here you can browse Jo Academy school, the curriculum, questions, explanations, and much more

التشفير

الحاسوب - Grade المواد المشتركة توجيهي

book syllabus

the explanation

outputs

summary

work sheets

lesson questions solve

الوحدة الرابعة

أمن المعلومات والتشفير

Information Security and Crypotography

الفصل الثالث : التشفير

ظهرت الحاجة للحفاظ على سرّية المعلومات منذ قدم البشرية في المجاليين العسكري و الدبلوماسي خاصة وتمّ آنذاك إيجاد الوسائل التي يمكن نقل الرسالة عن طريقها والمحافظة على سريتها في الوقت نفسه .

ومع تطور العلم والوسائل التكنولوجية لا بد من ايجاد طرائق لحمايتها

وهذا ما سنتعرف عليه في هذه الفصل .

أولاً : علم التشفير وعناصره

يُستخدم في وقتنا الحالي مفهوم تشفير المعلومات عند إجراء عمليات التراسل كثيراً فما التشفير ؟ وما عناصره ؟ وما الهدف منه ؟

1 - مفهوم التشفير والهدف منه

التشفير هو تغيير محتوى الرسالة الأصلية سواء أكان التغيير بمزجها بمعلومات أخرى أو باستبدال الحرف الأصلية والمقاطع بغيرها أو بتغيير مواقع الأحرف بطريقة لا يفهمها إلا مرسل الرسالة ومستقبلها فقط باستخدام خوارزمية معيّنة ومفتاح خاص

يهدف التشفير إلى :

الحفاظ على سرية المعلومات في أثناء تبادلها بين مُرسل المعلومة ومستقبلها
عدم الاستفادة منها أو فهم محتواها حتى لو تم اعتراضها من قبل اشخاص معترضين

لذا يُعدّ التشفير من أفضل الطرائق المستخدمة للحفاظ على أمن المعلومات حيث يعمل على اخفائها عن الأشخاص غير المصر ح لهم بالاطلاع عليها

2 - عناصر عملية التشفير

تتضمن عملية التشفير أربعة عناصر أساسية هي :

أ- خوارزمية التشفير

كما تعلمت سابقاً فإنّ الخوارزمية هي مجموعة من الخطوات المتسلسلة منطقياً ورياضيّاً لحل مشكلة ما ، ويُقصد بخوارزمية التشفير : مجموعة من الخطوات المستخدمة لتحويل الرسالة الأصلية إلى رسالة مشفرة .....................كما سيتم شرحه بالتفصيل لاحقاً

ب - مفتاح التشفير :

سلسلة من الرموز أو عدد الأسطر المستخدمة في خوارزمية التشفير ، وتعتمد قوة التشفير على قوة مفتاح التشفير

جـ - النص الأصلي :

محتوى الرسالة الأصلية قبل التشفير وبعد عملية فك التشفير

د - نص الشيفرة :

الرسالة بعد عملية التشفير

ثانياً: خوارزميات التشفير

تُصنّف خوارزميات التشفير بناءً على عدّة معايير منها :

استخدام المفتاح
كمية المعلومات المرسلة
الآلية المستخدمة في عملية التشفير

كما يوضح الشكل ( 4 - 4 )

الشكل (4 - 4 ) أنواع الخوارزميات

وفي ما يأتي شرح لكل منها :

1- التشفير المعتمد على آلية التشفير

يُقسم هذا النوع إلى :

أ - طريقة التشفير بالتعويض (خوارزميات التعويض ) :

وتعني استبدال حرف مكان حرف أو مقطع مكان مقطع و مثال عليها شيفرة الإزاحة

ب - طريقة التشفير بالتبديل (خوارزميات التبديل) :

و يتم فيها تبديل أماكن الأحرف وذلك عن طريق إعادة ترتيب أحرف الكلمة بشرط استخدام الأحرف نفسها دون إجراء أي تغيير عليها

وعند تنفيذ عملية التبديل يختفي المعنى الحقيقي للنص الحقيقي وهذا يُشكّل عملية التشفير شريطة ان تكون قادراً على استرجاع النص الأصلي منها

وهذا ما يُسمّى عملية فك التشفير ، و مثال عليها خوارزمية الخط المتعرجZig Zag Cipher التي تستخدم آلية التشفير بالتبديل كما سيتم شرحها لاحقاً

2 - التشفير المعتمد على المفتاح

يعتمد هذا النوع من خوارزميات التشفير على عدد المفاتيح المستخدمة في عملية التشفير ، وعليه فإنّ أمن الرسالة أو المعلومة يعتمد سريّة المفتاح وليس على تفاصيل الخوارزمية و يقسم هذا النوع إلى قسمين :

أ - خوارزميات المفتاح الخاص (Private - Key Algorithms)

يُطلق عليها أيضاً اسم الخوارزميات التناظرية ، حيث أن المفتاح نفسه يُستخدم لعمليتي التشفير وفك التشفير ، ويتم الاتفاق على اختياره قبل بدء عملية التراسل بين المرسل والمستقبل لذا تُسمّى ايضاً خوارزميات المفتاح السري ..........................كما في الشكل ( 4 - 5 )

الشكل ( 4 - 5 ) خوارزمية المفتاح الخاص

ب - خوارزميات المفتاح العام (Public- Key Algorithms)

تستخدم هذه الخوارزميات مفتاحين أحدهما يُستخدم لتشفير الرسالة ويكون معروفاً ( للمرسل والمستقبل ) ويُسمّى المفتاح العام والآخر يكون معروفاً لدى المستقبل فقط ويُستخدم لفك التشفير ويُسمّى المفتاح الخاص

يتم انتاج المفتاحين خلال عمليات رياضية و لا يُمكن معرفة المفتاح الخاص من خلال معرفة المفتاح العام يُسمّى هذه النوع أيضاً

" الخوارزميات اللاتناظرية " ........................ كما في الشكل ( 4 - 6 )

الشكل ( 4 - 6 ) خوارزمية المفتاح العام

2 - التشفير المعتمد على كمية المعلومات المرسلة :

يثقسم التشفير المعتمد علة كمية المعلومات المرسلة إلى قسمين :

أ- شيفرات التدفق : ويعمل هذا النوع من الخوارزميات على تقسيم الرسالة إلى مجموعة أجزاء ، ويُشفّر كل جزء على حدا ومن ثم يرسله

ب - شيفرات الكتل : تقسم الرسالة أيضاً إلى أجزاء ، و لكن بحجم أكبر من حجم الأجزاء في شيفرات التدفق ، ويُشفّر أو يفك تشفير كل كتلة على حدا .

تختلف شيفرات الكتل عن شيفرات التدفق بأنّ حجم المعلومات أكبر لذا فإنّها أبطأ

آلية عمل خوارزمية الخط المتعرج Zig Zag Cipher

تتميز خوارزمية الخط المتعرج بأنها :

خوارزمية سريعة وسهلة
يمكن تنفيذها يدوياً باستخدام الورقة والقلم
يمكن فك تشفي رها بسهولة

أ - خطوات التشفير

للقيام بتشفير النص حسب خوارزمية الخط المتعرج اتبع الخطوات الآتية :

. 1 حدّد عدد الأسطر التي ستُستخدم لتشفير النص

حيث أن عدد الأسطر يُعدّ مفتاح التشفير ، ولا يلزمنا معرفة عدد الأعمدة ( ابدأ من الأعمدة ويمكن زيادة عند الحاجة )

مفتاح التشفير يتم الاتفاق عليه مسبقاً من قبل مرسل الرسال ومستقبلها فقط . وسيتم تزويدها ضمن السؤال لغايات حل السؤال

2 . املأ الفراغ في النص الأصلي بمثلث مقلوب

. 3 أنشئ جدولاً يعتمد على عدد الأسطر ( مفتاح التشفير )

. 4 وزّع أحرف النص المراد تشفيره بشكل قطري حسب اتجاه الأسهم

5 . ضع مثلثاً مقلوباً في الفراغ الأخير ، ليكون عدد الرموز في كل سطر متساوياً

6 . اكتب النص المشفّر سطراً سطراً

مثال ( 1 ) :

شفّر النص الآتي ، علماً بأن مفتاح التشفير سطران

I love my country

الحل :

لإيجاد النص المشفّر للنص السابق اتبع الخطوات الآتية :

1 - حدّد مفتاح التشفير من السؤال وهو هنا سطران

2 - املأ الفراغ بالنص الآتي بمثلث مقلوب

3 - أنشئ جدولاً ، علماً بأنّ عدد الصفوف هي = 2

4 - وزّع أحرف النص بشكل قطري حسب اتجاه الأسهم

5 - ضع مثلثاً مقلوباً في الفراغ الأخير وذلك لكي تصبح الأطوال متساوية

6 - اكتب النص المشفّر سطراً سطراً

النص الأصلي : I love my country

النص المشفّر :

Ilv ycuty oem onr

نلاحظ بأن النص المشفّر أخفى الرسالة ولن يستطيع أي شخص متطفّل أن يفهم محتواها

1 - يمكن تشفير أحرف اللغة العربية باستخدام هذه الخوارزمية ، لكنها غير مطلوبة ضمن المنهاج

2 - تشفير نص يحتوي على علامات الترقيم ....غير داخل ضمن المنهاج

3 - لا فرق بين الحروف الصغير والكبيرة بالمنهاج

مثال ( 2 ) :

جد النص المشفّر الآتي ، علماً بان مفتاح التشفير هو خمسة أسطر

Stay positive this year makes you happy all life

الحل :

لتشفير النص السابق ، اتبع الخطوات الآتية

1 - حدّد مفتاح التشفير من السؤال وهو هنا خمسة أسطر

تذكر : لا يلزمنا معرفة عدد الأعمدة

2 - املأ الفراغ بالنص الآتي بمثلث مقلوب

3 - أنشئ جدولاً ، مكوناً من خمسة أسطر ، وأضف عدداً من الأعمدة عند الحاجة

4 - وزّع أحرف النص بشكل قطري حسب اتجاه الأسهم

5 - ضع مثلثاً مقلوباً في الفراغ الأخيرمن السطرين الأخيرين وذلك لكي يُصبح عدد الرموز متساوياً في كل الأسطر

6 - نكتب النص المشفّر سطراً سطراً ونرتبه على التوالي

النص المشفّر :

نشاط ( 4 - 1 )

شفّر النصوص الآتية باستخدام خوارزمية الخط المتعرج

1 ) Stop thinking about your past mistakes علماً بأنّ مفتاح التشفير أربعة أسطر

الحل :

1 - نضع مثلث مقلوب بالنص الأصلي مكان الفراغ

Stop thinking about your past mistakes

2 - حدّد مفتاح التشفير أربعة أسطر أي ننشئ جدولاً مكوّن من أربعة صفوف

3 - ضع مثلثاً في الفراغ الأخير من السطرين الاخيرين لتصبح عدد الرموز متساوية

4- نكتب النص المشفّر سطراً سطراً

النص المشفّر

S ngoy tsettk uop tsohiatuama pinb rsik

2 ) Never give up on your goals علماً بأن مفتاح التشفير ثلاثة أسطر

الحل :

1- نضع مثلثات مكان الفراغ

Never give up on your goals

2 - ننشئ جدولاً يتكون من ثلاثة صفوف ونوزع الأحرف بشكل قطري

3 - نكتب النص سطراً سطراً

4 - النص المشفّر

ب - عملية فك التشفير

للقيام بفك التشفير رسالة ، اتبع الخطوات الآتية :

1 - املا الفراغات بمثلث مقلوب

2 - قسّم النص المشفّر إلى أجزاء اعتمادا على عدد الأسطر ( مفتاح التشفير ) أي أن عدد الأجزاء يساوي عدد الأسطر ولتحديد عدد الأحرف في كل جزء نقوم بما يأتي : مجموع حروف النص المشفّر ( بما فيها الفراغات ) ÷ عدد الأجزاء

3- اكتب الحرف الأول من كل جزء ثم الحرف الثاني ثم الحرف الثالث ، وهكذا .................

مثال ( 3 ) جد النص الأصلي للنص المشفّر الآتي ، علماً بأنّ مفتاح التشفير سطران

Ilv ycuty oem onr

الحل :

لإيجاد النص الأصلي اتبع الخطوات الآتية :

1 - املأ الفراغات بمثلث مقلوب

2 - اقسّم النص المشفّر إلى جزئين ( أي سطرين ) لأن مفتاح التشفير سطران إذا كان الناتج عدداً كسرياً نقرّبه لأقرب عدد صحيح أكبر منه

عدد الأحرف مع الفراغات هو 17 ، مفتاح التشفير سطران ( 2 )

17 ÷ 2 = 8.5 ثم نقر به لأقرب عدد صحيح أكبر منه وهو 9

لذا فإن الجزء الأول ( السطر الأول ) يتكون من 9 رموز كالشكل الآتي :

3 - نأخذ الحرف الأول من كل جزء بشكل عمود ( حرف I من الجزء الاول والمثلث المقلوب من الجزء الثاني ثم الحرف الثاني من الجزء الأول l و الحرف o من الجزء الثاني نضمّها للأحرف السابقة وهكذا .............

النص الأصلي :

مثال (4) جد النص الأصلي للنص المشفّر الآتي باستخدام خوارزمية الخط المتعرج ، علماً بأنّ مفتاح التشفير خمسة أسطر

الحل :

لإيجاد النص الأصلي اتبع الخطوات الآتية :

1 - اقسّم النص المشفّر إلى أجزاء اعتمادا على عدد الأسطر ( مفتاح التشفير )

مفتاح التشفير = عدد الأسطر = 5

لتحديد عدد الأحرف في كل جزء قم بما يأتي

مجموع احرف النص المشفّر بما فيها الفراغات ÷ عدد الأجزاء

= 50 ÷ 5 = 10 أحرف في كل سطر

3 - نأخذ الحرف الأول من كل جزء : حرف S من الجزء الاول والحرف t من الجزء الثاني ثم الحرف a من الجزء الثالث و y من الجزء الرابع والمثلث المقلوب من الجزء الخامس ونضمّها لبعض ثم الحرف الثاني من الجزء الأول p ثم الحرف الثاني من الجزء الثاني o وهكذا .............