تتجه أنظمة المراقبة الحديثة وأنظمة التصوير السريري ومنصات الاستشعار في إنترنت الأشياء إلى تخزين الصور المتدفقة ونقلها عبر قنوات اتصال لا يملك أصحاب البيانات السيطرة عليها، وهو ما يجعل حماية سرية هذه الصور مسؤولية تقع على البيانات ذاتها لا على الشبكة الناقلة لها، وتبرز الشفرات القائمة على ديناميات الفوضى بوصفها إجابة منخفضة الكلفة عن هذه الحاجة، غير أن هندسة الكتل في مرحلة التبديل داخل هذه الشفرات تُختار في العادة بقرار مسبق لا يستند إلى فحص تجريبي، فلا يُعرف بدقة ما تكلفه هذه الهندسة وما تمنحه من قوة أمنية، وانطلقت هذه الدراسة من هذه الفجوة لتفحص أثر اختيار هندسة الكتل في المفاضلة بين الأمن والإنتاجية داخل شفرة لتشفير الصور مؤلفة من أربع جولات
أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها
هدفت الدراسة إلى تصميم شفرة إرباك وانتشار من أربع جولات تجمع بين تبديل قائم على خريطة أرنولد القطية يعمل على مستوى الكتل، واستبدال تجريه صناديق الاستبدال، وانتشار يعتمد عملية الإكس أو آر المدمجة بين مخرجات خوارزمية التجزئة الآمنة 256 والخريطة اللوجستية، ثم قياس ما يكلفه اختيار هندسة الكتل وما يشتريه أمنيًا، فقُيّمت الشفرة عبر خمسة أحجام للكتل تمتد من 16 إلى 256، وعبر ثلاث نسب للتداخل بين الكتل هي صفر و50 و75 في المئة، وطُبقت التجارب على مجموعة صور كوداك الملونة الحقيقية غير المضغوطة المؤلفة من أربع وعشرين صورة، وانضبط التقييم بمعايير المدرج التكراري، والإنتروبيا المعلوماتية، والارتباط بين البكسلات المتجاورة، والتحليل التفاضلي، وحساسية المفتاح، وعشوائية تيار المفتاح، وسلامة النص المشفر من العبث
ثانيًا: أبرز النتائج
أظهرت النتائج أن رفع نسبة التداخل بين الكتل زاد زمن التشفير بنسبة تصل إلى 86 في المئة، بينما بقيت الإنتروبيا والارتباط ومقاييس التحليل التفاضلي دون تغير ذي دلالة إحصائية، ولذلك اعتمد الباحثون تكوين الكتل غير المتداخلة بحجم 128 في 128، وحقق هذا التكوين إنتروبيا معلومات بلغت 7.9998 بت مجمعة عبر قنوات الألوان الثلاث، ومتوسطًا لاختبار مربع كاي قدره 253.44 مقابل قيمة مثالية قدرها 255، وارتباطًا بين البكسلات المتجاورة قريبًا من الصفر، ودرجات تفاضلية قريبة من قيمها المثالية، إذ بلغت نسبة تغير عدد البكسلات 99.61 في المئة مقابل قيمة مثالية قدرها 99.609 في المئة، وبلغ متوسط شدة التغير الموحد 33.46 في المئة مقابل 33.464 في المئة، وذلك بفضاء مفتاح طوله 128 بت وحساسية لاضطرابات المعاملات تصل إلى عشرة مرفوعة إلى الأس سالب أربعة عشر
وجاء فك التشفير مطابقًا للأصل بلا أي فقد للبيانات، إذ سجل الخطأ التربيعي المتوسط صفرًا وبلغ معامل الارتباط واحدًا صحيحًا، وحققت الشفرة إنتاجية بمتوسط 6.79 ميغابايت في الثانية، وزُودت بوسم مصادقة للرسائل معتمد على التجزئة ومفتوح بمفتاح التشفير يجعل أي عبث بالنص المشفر قابلًا للكشف باحتمال شبه مؤكد، إذ لم يجتز أي نص مشفر تالف عملية التحقق عبر جميع المستويات المختبرة من الضجيج الملحي والضجيج الغاوسي والحجب والقص، وهي نتيجة بالغة الأهمية عمليًا لأن أخطاء النقل والعبث المتعمد واقعان متوقعان في القنوات غير المضبوطة التي صُممت الشفرة أصلًا للعمل فيها ومواجهتها
ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها
وتدل هذه النتائج على أن هندسة الكتل ليست تفصيلًا شكليًا في تصميم شفرات الفوضى بل قرار تصميمي له كلفة زمنية حقيقية ينبغي أن يُبنى على قياس تجريبي موثق، فالتداخل بين الكتل يستهلك زمنًا إضافيًا كبيرًا دون أن يضيف قوة أمنية قابلة للقياس، وهو ما يوجه مصممي أنظمة حماية الصور في بيئات المراقبة والتصوير والاستشعار إلى اعتماد التكوينات غير المتداخلة متى ثبت تكافؤها الأمني مع غيرها، كما يقدم إطار التقييم متعدد المعايير المعتمد في الدراسة نموذجًا قابلًا للاحتذاء عند المفاضلة بين بدائل التكوين، ويفتح الباب أمام بحوث لاحقة تفحص هندسات كتل أخرى وأنواعًا مختلفة من خرائط الفوضى وأحجامًا مغايرة للمفاتيح
وخلاصة القول أن اختيار هندسة الكتل غير المتداخلة بحجم 128 في 128 في شفرة الفوضى المدروسة حقق التوازن الأفضل بين الأمن والإنتاجية، إذ حافظ على مؤشرات أمنية قريبة من قيمها المثالية في الإنتروبيا والتحليل التفاضلي وحساسية المفتاح، مع سرعة معالجة مناسبة وتحقق صارم من سلامة النصوص المشفرة، وهو ما يجعل المفاضلة التجريبية الموثقة بين هندسات الكتل خطوة لا غنى عنها قبل اعتماد أي شفرة قائمة على الفوضى في تطبيقات حماية الصور المتدفقة
هل تحتاج إلى دعم متخصص في بحثك؟
يمكنك طلب الخدمة مباشرة عبر حساب الباحث، وسيتابع معك فريق مؤسسة النظم طلبك خطوة بخطوة حتى اكتمال الإنجاز
