التشفير بالمفتاح العام (PKC)، المعروف أيضًا باسم التشفير غير المتماثل، هو إطار عمل يستخدم كلاً من المفتاح الخاص والعام، على عكس المفتاح الفردي المستخدم في التشفير المتماثل. يمنح استخدام أزواج المفاتيح PKC مجموعة فريدة من الميزات والقدرات التي يمكن استخدامها لحل التحديات الكامنة في تقنيات التشفير الأخرى. أصبح هذا النوع من التشفير عنصرًا مهمًا في الأمن السيبراني الحديث، فضلاً عن كونه عنصرًا حاسمًا في النظام البيئي المتنامي للعملات المشفرة.

كيف تعمل التشفير بالمفتاح العام؟

في مخطط PKC، تُستخدم المفتاح العام من قِبل المُرسِل لتشفير المعلومات، بينما تُستخدم المفتاح الخاص من قِبل المُستقبِل لفكّ تشفيرها. وبما أن المفتاحين مختلفان عن بعضهما البعض، فيمكن مشاركة المفتاح العام بأمان دون المساس بأمن المفتاح الخاص. كل زوج من المفاتيح غير المتماثلة فريد، مما يضمن أن الرسالة المشفّرة بمفتاح عام لا يمكن قراءتها إلا من قبل الشخص الذي يملك المفتاح الخاص المطابق.

نظرًا لأن خوارزميات التشفير غير المتماثل تُنشئ أزواجًا من المفاتيح مرتبطة رياضيًا، فإن أطوال مفاتيحها أطول بكثير من تلك المستخدمة في التشفير المتماثل. هذا الطول الأكبر، الذي يتراوح عادةً بين 1,024 و2,048 بت، يجعل من الصعب للغاية حساب مفتاح خاص من نظيره العام. إحدى أكثر الخوارزميات شيوعًا للتشفير غير المتماثل المستخدمة اليوم تُعرف باسم RSA. في مخطط RSA، تُولَّد المفاتيح باستخدام مُعامل يتم الوصول إليه عن طريق ضرب عددين (غالبًا عددين أوليين كبيرين). وبصورة أساسية، يُنتج المُعامل مفتاحين (أحدهما عام يمكن مشاركته والآخر خاص يجب إبقاؤه سرًا). وقد وُصفت خوارزمية RSA لأول مرة في عام 1977 على يد Rivest وShamir وAdleman (ومن هنا جاء اسم RSA)، ولا تزال عنصرًا مهمًا في أنظمة التشفير بالمفتاح العام.

PKC كأداة للتشفير

تُحلّ التشفير بالمفتاح العام إحدى المشكلات القديمة في الخوارزميات المتماثلة، وهي كيفية تبادل المفتاح المستخدم في كلٍّ من التشفير وفك التشفير. إن إرسال هذا المفتاح عبر اتصال غير آمن قد يعرّضه لأطراف ثالثة، يمكنهم حينها قراءة أي رسالة مشفرة بالمفتاح المشترك. وعلى الرغم من وجود تقنيات تشفيرية (مثل بروتوكول تبادل المفاتيح Diffie-Hellman-Merkle) لحل هذه المشكلة، فإنها تظل عرضة للهجمات. أما في التشفير بالمفتاح العام، فعلى العكس، يمكن مشاركة المفتاح المستخدم للتشفير بأمان عبر أي اتصال. ونتيجة لذلك، توفر الخوارزميات غير المتماثلة مستوى حماية أعلى مقارنةً بالمتماثلة.

الاستخدام في توليد التوقيعات الرقمية

من التطبيقات الأخرى لخوارزميات التشفير غير المتماثل التحقق من صحة البيانات باستخدام التوقيعات الرقمية. وبصورة أساسية، فإن التوقيع الرقمي هو تجزئة (هاش) مُنشأة من بيانات رسالة. وعندما تُرسل تلك الرسالة، يمكن للمستقبِل التحقق من التوقيع باستخدام المفتاح العام للمرسل كوسيلة للمصادقة على مصدر الرسالة والتأكد من عدم العبث بها. وفي بعض الحالات، يُطبَّق التوقيع الرقمي والتشفير معًا، لأن التجزئة نفسها قد تكون مشفّرة كجزء من الرسالة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن ليس كل مخططات التوقيع الرقمي تستخدم تقنيات التشفير.

القيود

على الرغم من أنه يمكن استخدامه لتعزيز أمان الكمبيوتر وتوفير التحقق من سلامة الرسالة، فإن PKC له بعض القيود. فبسبب العمليات الرياضية المعقدة المتضمنة في التشفير وفك التشفير، قد تكون الخوارزميات غير المتماثلة بطيئة جدًا عند إجبارها على التعامل مع كميات كبيرة من البيانات. كما يعتمد هذا النوع من التشفير بدرجة كبيرة على افتراض أن المفتاح الخاص سيظل سريًا. وإذا تم مشاركة مفتاح خاص أو كشفه عن طريق الخطأ، فإن أمان جميع الرسائل التي شُفّرت باستخدام المفتاح العام المقابل له سيتعرض للخطر. ومن الممكن أيضًا أن يفقد المستخدمون مفاتيحهم الخاصة عن طريق الخطأ، وفي هذه الحالة يصبح من المستحيل عليهم الوصول إلى البيانات المشفرة.

تطبيقات التشفير بالمفتاح العام.

يُستخدم هذا النوع من التشفير من قِبل العديد من أنظمة الحاسوب الحديثة لتوفير الأمان للمعلومات الحساسة. فالبريد الإلكتروني، على سبيل المثال، يمكن تشفيره باستخدام تقنيات التشفير بالمفتاح العام للحفاظ على سرية محتواه. كما أن بروتوكول طبقة المقابس الآمنة (SSL) الذي يتيح الاتصالات الآمنة بالمواقع الإلكترونية يستخدم أيضًا التشفير غير المتماثل. وقد جرى استكشاف أنظمة PKC حتى كوسيلة لتوفير بيئة تصويت إلكتروني آمنة قد تتيح للناخبين المشاركة في الانتخابات من أجهزة الحاسوب المنزلية الخاصة بهم.

كما تحتل PKC مكانة بارزة في تقنية البلوك تشين والعملات المشفرة. عند إعداد محفظة عملات مشفرة جديدة، يتم إنشاء زوج من المفاتيح (المفاتيح العامة والخاصة). ويُنشأ العنوان العام باستخدام المفتاح العام ويمكن مشاركته بأمان مع الآخرين. أما المفتاح الخاص، فمن ناحية أخرى، فيُستخدم لإنشاء التوقيعات الرقمية والتحقق من المعاملات، ولذلك يجب إبقاؤه سرًا. وبمجرد التحقق من المعاملة عبر تأكيد التجزئة الموجودة في التوقيع الرقمي، يمكن إضافة تلك المعاملة إلى دفتر الأستاذ الخاص بالبلوك تشين. ويضمن هذا النظام للتحقق من التوقيع الرقمي أن الشخص الوحيد الذي يملك المفتاح الخاص المرتبط بمحفظة العملات المشفرة المعنية يمكنه تحرير الأموال منها. وتجدر الإشارة إلى أن التشفيرات غير المتماثلة المستخدمة في تطبيقات العملات المشفرة تختلف عن تلك المستخدمة لأغراض أمن الحاسوب. فبيتكوين وإيثريوم، على سبيل المثال، تستخدمان تشفيرًا متخصصًا يُعرف بخوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي (ECDSA) للتحقق من المعاملات.

من أمن الحاسوب إلى التحقق من معاملات العملات المشفرة، تؤدي التشفير بالمفتاح العام دورًا مهمًا في حماية الأنظمة الرقمية الحديثة. ومن خلال استخدام مفاتيح عامة وخاصة متزاوجة، تحل خوارزميات التشفير غير المتماثل مشكلات أمنية أساسية تطرحها التشفيرات المتماثلة. وعلى الرغم من أن PKC مستخدم منذ سنوات عديدة، فإن استخدامات وتطبيقات جديدة يجري تطويرها له بانتظام، ولا سيما في مجال البلوك تشين والعملات المشفرة.