سيأخذك محرر Downcodes إلى فهم خوارزمية التجزئة! دالة التجزئة هي خوارزمية تقوم بتعيين بيانات الإدخال بأي طول إلى مخرجات ذات طول ثابت، ويتم استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل التحقق من تكامل البيانات وتشفير البيانات وتخزين التجزئة. ستشرح هذه المقالة المفهوم والمبدأ وسيناريوهات تطبيق التجزئة وخوارزميات التجزئة الشائعة، مثل MD5 وسلسلة SHA وbcrypt وscrypt، بطريقة بسيطة وسهلة الفهم، كما ستحلل المشكلات الأمنية لخوارزميات التجزئة، مثل مثل هجمات الاصطدام وهجمات طاولة قوس قزح وهجمات الاجتياز. آمل أن تساعدك هذه المقالة على فهم خوارزمية التجزئة بشكل أفضل ودورها المهم في التطبيقات العملية.
التجزئة هي وظيفة تقوم بتعيين المدخلات ذات الأطوال المختلفة إلى مخرجات ذات طول ثابت، ويتم استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل التحقق من تكامل البيانات وتشفير البيانات وتخزين التجزئة. تتضمن خوارزميات التجزئة الشائعة MD5، وسلسلة SHA، وbcrypt، وscrypt، وما إلى ذلك. ومن بينها، يتم استخدام SHA-256 وSHA-512 على نطاق واسع في مجال الأمان، في حين لم يعد يوصى باستخدام MD5 بسبب مشكلات أمنية.
التجزئة، الترجمة الصينية هي التجزئة، وغالبا ما تسمى أيضا التجزئة. إنها دالة تقوم بتعيين بيانات الإدخال ذات الأطوال المختلفة إلى مخرجات ذات طول ثابت، وعادةً ما تكون سلسلة أو رقمًا أقصر. غالبًا ما يُطلق على هذا الإخراج اسم قيمة التجزئة أو قيمة التجزئة. يأخذ تصميم دالة التجزئة في الاعتبار الحساب السريع وتقليل تصادمات التجزئة، لأن المدخلات المختلفة قد تحصل على نفس قيمة التجزئة، ويسمى هذا الوضع بتصادم التجزئة.
مبدأ تصميم دالة التجزئة هو أن التغييرات الطفيفة في بيانات الإدخال ستؤدي إلى تغييرات كبيرة في قيمة التجزئة الناتجة. وتسمى هذه الخاصية "تأثير الانهيار الجليدي". تم تصميم دالة التجزئة الجيدة لتكون موحدة، أي أن التغييرات الصغيرة في بيانات الإدخال سيتم توزيعها بالتساوي في قيمة التجزئة الناتجة، وبالتالي تقليل احتمالية الاصطدامات. تتضمن وظائف التجزئة الشائعة MD5 وSHA-1 وSHA-256 وما إلى ذلك. مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر، بالنسبة لبعض السيناريوهات ذات المتطلبات الأمنية العالية، مثل تطبيقات التشفير، لم يعد يوصى ببعض وظائف التجزئة التقليدية بسبب أدائها غير الكافي وتم اختراقها.
1. التحقق من سلامة البيانات
يمكن استخدام قيم التجزئة للتحقق مما إذا كانت البيانات قد تغيرت أثناء النقل أو التخزين. على سبيل المثال، أثناء عملية نقل الملف، يمكن للمرسل حساب قيمة التجزئة للملف وإرسالها إلى المتلقي، ويقوم المتلقي بإعادة حساب قيمة التجزئة بعد استلامها، ثم يقارنها بقيمة التجزئة المستلمة إذا كانت غير متسقة ، ربما تم التلاعب بالوثائق.
2. تشفير البيانات
تستخدم وظائف التجزئة على نطاق واسع في التشفير. يتم استخدام وظائف تجزئة كلمة المرور الشائعة، مثل bcrypt، وscrypt، وما إلى ذلك، لتشفير كلمات مرور المستخدم بشكل لا رجعة فيه. حتى إذا تم تسريب قاعدة البيانات، فلن يتمكن المتسللون من الحصول على كلمة مرور المستخدم مباشرة.
3. تخزين التجزئة
غالبًا ما تُستخدم قيم التجزئة لإنشاء جدول تجزئة (Hash Table) لتخزين البيانات جنبًا إلى جنب مع قيمة التجزئة المقابلة لتحسين كفاءة استرجاع البيانات. يعد هذا أمرًا شائعًا جدًا في سيناريوهات مثل قواعد البيانات وأنظمة ذاكرة التخزين المؤقت.
1.MD5
MD5 (خوارزمية ملخص الرسائل 5) هي خوارزمية تجزئة مستخدمة على نطاق واسع وتقوم بإخراج قيمة تجزئة 128 بت (16 بايت). ومع ذلك، نظرًا لضعف أمانه، لم يعد يوصى باستخدامه في مجال الأمان، ويتم استخدامه بشكل أكبر في السيناريوهات غير الأمنية مثل التحقق من سلامة الملف.
2. سلسلة شا
تتضمن سلسلة SHA (خوارزمية التجزئة الآمنة) إصدارات مختلفة مثل SHA-1، وSHA-256، وSHA-512، وما إلى ذلك، كما تختلف أطوال قيمة تجزئة الإخراج أيضًا. تُستخدم الإصدارات الأحدث مثل SHA-256 وSHA-512 على نطاق واسع في التوقيعات الرقمية وشهادات SSL وما إلى ذلك لأنها توفر أمانًا أعلى.
3.bcrypt
bcrypt هي خوارزمية تجزئة تستخدم خصيصًا لتخزين كلمات المرور. يقدم مفهوم "الملح"، الذي يزيد من أمان تخزين كلمات المرور عن طريق إضافة ملح عشوائي أثناء عملية تجزئة كلمات المرور، مما يقاوم بشكل فعال هجمات جدول قوس قزح.
4. سكريبت
scrypt هي أيضًا وظيفة تجزئة كلمة المرور، على غرار bcrypt، فهي تستخدم تقنيات مثل "التمليح" و"تمديد المفاتيح" لتحسين قدرتها على مقاومة هجمات القوة الغاشمة.
عند اختيار خوارزمية التجزئة، كن حذرًا لتجنب استخدام الخوارزميات التي ثبت أنها غير آمنة، وحاول اختيار خوارزميات أحدث تم استخدامها وتقييمها على نطاق واسع لضمان أمن البيانات وسلامتها.
قراءة موسعة: ما هي المشكلات الأمنية المتعلقة بالتجزئة؟
على الرغم من استخدام التجزئة على نطاق واسع في العديد من المجالات، إلا أنها ليست مثالية. هناك بعض المشكلات الأمنية المتعلقة بوظائف التجزئة، بما في ذلك بشكل أساسي:
1. هجوم الاصطدام
التصادم يعني أن بيانات الإدخال المختلفة تحصل على نفس قيمة التجزئة بعد حسابها بواسطة وظيفة التجزئة. يجب أن تحاول وظائف التجزئة تجنب الاصطدامات لأن الاصطدامات قد تسبب مشكلات أمنية. في بعض خوارزميات التجزئة غير الآمنة (مثل MD5 وSHA-1)، تم اكتشاف هجمات تصادمية يمكن للمهاجمين إنشاء مدخلات مختلفة ولكنهم يحصلون على نفس قيمة التجزئة، مما يسبب مخاطر أمنية.
2. هجوم طاولة قوس قزح
هجوم جدول قوس قزح هو أسلوب هجوم يستخدم دالة تجزئة أحادية الاتجاه لتخزين كلمات المرور. يقوم المهاجم بإنشاء جدول قوس قزح مقدمًا يحتوي على تجزئات لكلمات المرور الشائعة. بمجرد الحصول على قيمة التجزئة في قاعدة البيانات، يمكن للمهاجم العثور بسرعة على كلمة مرور النص العادي المقابلة من خلال مقارنة قيمة التجزئة في جدول قوس قزح.
3. هجوم اجتياز
نظرًا لأن مساحة الإخراج لوظيفة التجزئة محدودة، يمكن للمهاجم العثور على بيانات الإدخال الأصلية عن طريق اجتياز جميع المدخلات الممكنة، وحساب قيمة التجزئة، ثم مقارنة قيمة التجزئة المستهدفة. تسمى طريقة الهجوم هذه بالهجوم الاجتياز أو هجوم القوة الغاشمة.
من أجل تحسين أمان وظائف التجزئة، صمم الباحثون خوارزميات تجزئة أكثر تعقيدًا وأمانًا، مثل SHA-256 وSHA-3. تُستخدم هذه الخوارزميات على نطاق واسع في التطبيقات العملية وقد تمت دراستها والتحقق منها لفترة طويلة في مجالات التشفير وأمن الشبكات.
آمل أن يساعدك الشرح الذي قدمه محرر Downcodes في فهم المفاهيم والتطبيقات الأساسية لخوارزمية التجزئة. في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار خوارزمية التجزئة المناسبة، والتي يجب تحديدها وفقًا لسيناريوهات ومتطلبات أمنية محددة.