آموزش رمزنگاری با پایتون — رمزنگاری به زبان ساده

زبان برنامه نویسی پایتون (Python) چیست؟

پایتون یک زبان ساده، قدرتمند و آسان برای یادگیری است. اولین مزیت آن استفاده از توابع به زبان انگلیسی است. اگر دانش انگلیسی کمی دارید، به راحتی می‌توانید به خاطر بسپارید که این توابع برای چه استفاده‌ای هستند. علاوه بر این، زبان برنامه نویسی پایتون ممکن است دارای ظرافت‌هایی باشد، اما نسبت به زبان‌های دیگر سخت‌تر نیست. بنابراین یادگیری پایتون برای افرادی که تازه وارد برنامه‌نویسی هستند، همچنان در دسترس است و اغلب با پایتون شروع به برنامه‌نویسی می‌کنند.

هنگامی که شما تازه کار در یک زبان برنامه‌نویسی هستید، پیدا کردن خطاهای کوچکی که مانع اجرای کد می‌شوند، می‌تواند زمان‌بر و دلهره‌آور باشد. سادگی ساختار زبان پایتون یک مزیت بزرگ است زیرا به شما امکان می‌دهد کدهایی بنویسید که عمل می‌کنند یا به سرعت تشخیص دهید که چه باید اصلاح شود.

بنابراین، برنامه‌نویسی در پایتون به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که بر روی هدف برنامه خود تمرکز کنند، بدون اینکه نیازی به اشکال‌زدایی مداوم کدهای خود برای تصحیح خطاهای نحوی داشته باشند. در عین حال، پایتون یک زبان بسیار چندمنظوره است که در بسیاری از زمینه‌ها قابل استفاده است. به عنوان مثال، برای برنامه‌نویسانی که برنامه‌ها و نرم‌افزارها را توسعه می‌دهند و همچنین برای حرفه‌ای‌ها مفید است. بنابراین، آموزش رمزنگاری با پایتون، نوشتن و اجرای برنامه‌های پیچیده را امکان‌پذیر می‌کند. به راحتی می‌توانید یک اسکریپت کوتاه را برای انجام یک کار خاص در رایانه‌ی خود برنامه‌ریزی کنید.

در این مقاله می‌خواهیم پاورپوینت زبان برنامه نویسی پایتون را به شما معرفی کنیم. در این پاورپوینت به معرفی این زبان برنامه نویسی محبوب پرداخته و ویژگی‌های زبان برنامه نویسی پایتون را ذکر کرده‌ایم برای دسترسی به این پاورپوینت به لینک زیر مراجعه کنید.

• پاورپوینت زبان برنامه نویسی پایتون — کلیک کنید.

رمزنگاری (Cryptography) یعنی چه؟

کلمه رمزنگاری از کلمات یونانی باستان krruptos (κρυπτός) «پنهان» و graphein (γράφειν) «نوشتن» گرفته شده است. بسیاری از اصطلاحات در حوزه رمزنگاری از ریشه “crypt” استفاده می‌کنند:

• رمزگذاری: فرآیند تبدیل یک پیام واضح (که به آن متن ساده می‌گویند) به یک پیام غیرقابل فهم (که به آن متن رمز شده می‌گویند) با استفاده از یک کلید رمزگذاری (که به آن کلید رمزگشایی یا کلید خصوصی برای رمزنگاری نامتقارن نیز می‌گویند) برای افرادی که کلید رمزگشایی را ندارند.
• رمز: مجموعه‌ای از قوانین و قواعدی برای نوشتن و خواندن به زبان مخفی.
• رمزنگاری: فرآیند تولید پیام رمزگذاری شده.
• سیستم رمزگذاری: یک الگوریتم رمزگذاری.

رمزنگاری در واقع فرایند حفاظت اطلاعات از طریق استفاده از الگوریتم‌های کدگذاری، هش‌ها و امضاها است. اطلاعات ممکن است در وضعیت ثابت (مانند یک فایل روی هارد دیسک)، در حال انتقال (مانند ارتباطات الکترونیکی بین دو یا چند طرف) یا در حال استفاده (زمانی که داده‌ها در حال استفاده هستند) باشند. رمزنگاری چهار هدف اصلی دارد:

1. محرمانگی: اطلاعات فقط برای افراد مجاز قابل دسترسی باشد.
2. صحت: تضمین می‌کند که اطلاعات دستکاری نشده باشد.
3. احراز هویت: تایید صحت اطلاعات یا هویت یک کاربر.
4. عدم انکار: جلوگیری از انکار تعهدات یا اقدامات قبلی توسط یک کاربر.

رمزنگاری از الگوریتم‌های متعددی در سطح پایین استفاده می‌کند تا به یک یا چند هدف امنیتی دست یابد. این ابزارها شامل الگوریتم‌های رمزگذاری، الگوریتم‌های امضای دیجیتال، الگوریتم‌های هش و سایر توابع می‌شوند. در این صفحه، توضیحی از برخی از الگوریتم‌های رمزنگاری سطح پایین رایج آورده شده است.

انواع رمزنگاری

قبل از اینکه بخواهیم به رمزنگاری با پایتون بپردازیم، بیایید ببینیم رمزنگاری چند نوع دارد؟ رمزنگاری انواع مختلفی دارد که شامل رمزنگاری متقارن، رمزنگاری غیرمتقارن و هشینگ می‌باشد. در زیر به توضیح آن‌ها خواهیم پرداخت.

رمزنگاری متقارن

رمزنگاری متقارن راه‌حل‌های رمزنگاری کارآمد و قدرتمندی را ارائه می‌دهند. آن‌ها همچنین برای رمزگذاری داده‌های انبوه مناسب هستند. با این حال، این الگوریتم‌ها دارای کاستی‌هایی مانند تبادل کلید و اعتماد هستند. الگوریتم‌های رمزگذاری متقارن برای رمزگذاری و رمزگشایی یک پیام از همان کلید متکی هستند. مشکل این تکنیک این است که کلید که باید کاملاً محرمانه باشد، باید به صورت ایمن به طرف دیگر منتقل شود.

علاوه بر این، هنگامی که تعداد زیادی افراد مایل به برقراری ارتباط با یکدیگر هستند، تعداد کلیدها به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد (یکی برای هر جفت ارتباط دهنده). این موضوع مسائل کلیدی مدیریتی را ایجاد می‌کند.

رمزنگاری نامتقارن

یک سیستم رمزنگاری نامتقارن از یک جفت کلید منطبق استفاده می‌کند. یکی از این کلیدها کلید عمومی است که برای رمزگذاری پیام‌ها برای دارنده کلید استفاده می‌شود و دیگری کلید خصوصی است که باید توسط دارنده کلید محفوظ شود و برای رمزگشایی استفاده می‌شود. چنین سیستمی نامتقارن نامیده می‌شود زیرا از کلیدهای مختلفی برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌شود. با این روش، تنها یک جفت کلید برای هر شرکت‌کننده مورد نیاز است، زیرا داشتن کلید عمومی امنیت کلید خصوصی را به خطر نمی‌اندازد.

از چنین سیستمی می‌توان برای ایجاد امضای دیجیتال نیز استفاده کرد. امضای دیجیتال از داده‌هایی که باید امضا می‌شود یا مقدار هش آن و کلید خصوصی محاسبه می‌شود. صحت امضا و در نتیجه یکپارچگی و صحت داده‌ها را می‌توان با استفاده از عملیات مناسب با کلید عمومی بررسی کرد. از روش‌های کلید عمومی نیز می‌توان برای احراز هویت در یک ارتباط تعاملی استفاده کرد.

هشینگ

تابع هش رمزنگاری، یک رمزگذاری اولیه است که یک پیام با اندازه دلخواه را به یک پیام با اندازه ثابت تبدیل می‌کند که به آن خلاصه نیز گفته می‌شود. توابع هش رمزنگاری برای احراز هویت، امضای دیجیتال و کدهای احراز هویت پیام استفاده می‌شوند. یک تابع هش قابل استفاده در رمزنگاری باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

1. سریع محاسبه شود.
2. برگشت ناپذیر باشد.
3. مقاوم در برابر دستکاری باشد.
4. مقاوم در برابر تداخل باشد.

رمزنگاری نامتقارن در پایتون

رمزنگاری نامتقارن، که به عنوان رمزنگاری با کلید عمومی یا رمزگذاری کلید عمومی نیز شناخته می‌شود، از یک جفت کلید متشکل از یک کلید عمومی غیرمخفی و یک کلید خصوصی مخفی تشکیل شده است. کلید عمومی امکان رمزگذاری داده‌ها را برای صاحب کلید خصوصی فراهم می‌کند و امکان بررسی امضای دیجیتال یا احراز هویت او را ممکن می‌سازد. از سوی دیگر، صاحب کلید خصوصی می‌تواند داده‌هایی که قبلاً با کلید عمومی رمزگذاری شده‌اند را رمزگشایی کند یا امضای دیجیتال ایجاد کند.

به عنوان مثال، فرض کنید شخص A (فرستنده) می‌خواهد یک پیام مخفی برای شخص B (گیرنده) ارسال کند. شخص A پیامی به صورت متن ساده دارد و کلید عمومی شخص B از طریق یک کانال ناامن به فرد A داده شده است. سپس شخص A پیام را با استفاده از کلید عمومی رمزگذاری کرده و متن رمز را دریافت می‌کند. سپس این متن رمز از طریق یک کانال ناامن برای شخص B ارسال می‌شود. هنگامی که شخص B متن رمز را دریافت می‌کند، می‌تواند آن را با استفاده از کلید خصوصی خود رمزگشایی کند و در نتیجه پیام را به صورت متن ساده داشته باشد.

رمزگذاری نامتقارن نیازمند استفاده از یک تابع هش است که محاسبه آن آسان باشد، اما معکوس کردن آن بسیار دشوار است. به عنوان مثال، تابع مدول، به ویژه تقسیم مدول یا ریشه مدول، یک تابع ریاضی با این خاصیت است. تابع یک طرفه نیز بخش مهمی از سیستم‌های رمزنگاری نامتقارن است. محاسبه کلید خصوصی، اگر غیرممکن نباشد، باید بسیار دشوار باشد و این امر بر اساس روش‌های ریاضی که در یک جهت به راحتی قابل محاسبه هستند، اما در جهت دیگر بسیار دشوار هستند، صورت می‌گیرد. تابعی با چنین خاصیتی به عنوان تابع یک طرفه شناخته می‌شود. به عنوان مثال، ضرب دو عدد اول بزرگ آسان است، اما تجزیه نتیجه به عوامل اول آن بسیار دشوار است.

یکی از مزیت‌های رمزگذاری نامتقارن، سطح بالای امنیت آن است. از آنجایی که امنیت بر اساس حل مسائل ریاضی بسیار دشوار است، با حملات ساده نمی‌توان آن را شکست. علاوه بر این، از مشکل تعویض کلید جلوگیری می‌شود؛ این یک مشکل عمده در روش‌های رمزگذاری متقارن است. زیرا کلید عمومی برای همه قابل دسترسی است و هیچ کلیدی باید به صورت مخفیانه مبادله شود. علاوه بر این، روش‌های نامتقارن امکان احراز هویت با استفاده از امضای دیجیتال را فراهم می‌کنند.

با این حال، رمزگذاری نامتقارن نیز دارای معایبی است. با توجه به روش‌های پیچیده‌تر، این روش‌ها از نظر محاسباتی بزرگ‌تر هستند و بنابراین به طور کلی کندتر از روش‌های متقارن عمل می‌کنند. علاوه بر این، امنیت این روش‌ها بر اساس فرضیات اثبات نشده است. اگر روزی الگوریتمی کارآمد وجود داشته باشد که بتواند این مشکل را به طور مؤثر حل کند، رمزگذاری نامتقارن دیگر امن نخواهد بود.

علاوه بر این، امنیت یک سیستم رمزنگاری نامتقارن را می‌توان با حمله انسان در وسط به خطر انداخت. یعنی مهاجم خود را در میان ارتباط بین دو نفر قرار می‌دهد و کلیدها را جعل می‌کند. شرکت‌کنندگان نمی‌توانند متوجه شوند که یک شخص ثالث در حال استراق سمع ارتباط آن‌ها است. عیب دیگر این روش، وجود گیرندگان بیشتر است، به این معنی که پیام باید با استفاده از کلید عمومی هر گیرنده رمزگذاری شود.

برای آشنایی با رمزنگاری و داشتن ارائه در این زمینه پیشنهاد می‌کنیم از پاورپوینت آماده شده توسط مجموعه پی استور موجود در لینک زیر بهره مند شوید.

• پاورپوینت رمزنگاری در پایتون — انواع رمزنگاری و کاربردهای آن — کلیک کنید.

پیاده سازی رمزنگاری با پایتون

به منظور نوشتن کد رمزنگاری در پایتون، می‌توانید از کتابخانه cryptography استفاده کنید. این کتابخانه یک رابط برنامه‌نویسی برای عملیات رمزنگاری و رمزگشایی در پایتون ارائه می‌دهد. در زیر یک مثال از رمزنگاری با استفاده از الگوریتم RSA در کتابخانه cryptography را مشاهده می‌کنید:

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding
from cryptography.hazmat.primitives import serialization, hashes

# تولید یک جفت کلید RSA
private_key = rsa.generate_private_key(
    public_exponent=65537,
    key_size=2048
)
public_key = private_key.public_key()

# متنی برای رمزنگاری
message = b'Hello, World!'

# رمزنگاری پیام با استفاده از کلید عمومی
ciphertext = public_key.encrypt(
    message,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

# نمایش متن رمزنگاری شده
print("متن رمزنگاری شده:", ciphertext)

# رمزگشایی پیام با استفاده از کلید خصوصی
plaintext = private_key.decrypt(
    ciphertext,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

# نمایش متن رمزگشایی شده
print("متن رمزگشایی شده:", plaintext.decode())

در این مثال، ابتدا یک جفت کلید RSA تولید می‌شود. سپس یک متن به نام “Hello, World!” تعریف شده و با استفاده از کلید عمومی رمزنگاری می‌شود. سپس متن رمزنگاری شده نمایش داده می‌شود. در نهایت، با استفاده از کلید خصوصی، متن رمزگشایی می‌شود و نتیجه نمایش داده می‌شود.

لطفاً توجه داشته باشید که برای اجرای این کد، باید کتابخانه cryptography را نصب کنید. شما می‌توانید این کتابخانه را با استفاده از ابزار مدیریت بسته‌های پایتون مانند pip نصب کنید.

سخن آخر در مورد آموزش رمزنگاری با پایتون

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است. این زبان دستورالعمل‌هایی را که توسط انسان به کامپیوتر داده می‌شود، برای انجام وظایف خاصی استفاده می‌کند. درحال حاضر، پایتون به عنوان یکی از پرکاربردترین زبان‌های جهان شناخته می‌شود؛ این به دلیل قدرت، سرعت و کارآمدی آن است. با توجه به اینکه پایتون یک زبان سطح بالا است، استفاده از آن نسبت به زبان‌های دیگر آسانتر است.

پایتون با هر سیستم عاملی سازگار است و این تطبیق‌پذیری نسبت به کیفیت زبان تاثیری ندارد. پایتون یک زبان قدرتمند و جامع است. به شرط اینکه توسعه‌دهنده ماهری باشید، پایتون به شما اجازه می‌دهد هر نوع پروژه‌ای را با سطح بالایی از انطباق انجام دهید. به همین دلیل، شرکت‌های بزرگی مانند گوگل یا اینستاگرام از پایتون بهره می‌برند.

پاورپوینت کتابخانه های داده کاوی در پایتون

پاورپوینت کتابخانه های داده کاوی در پایتون

کلیک کنید