انواع رایانه
انواع رایانه
رایانه‌های توکار (جاسازی شده)
رایانه‌هایی هم وجود دارند که تنها برای کاربردهایی ویژه طراحی میشوند. در ۲۰ سال گذشته، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونه‌های قابل ذکر آن می‌توان جعبه‌های بازی‌های ویدئویی را که بعدها در دستگاه‌های دیگری از جمله تلفن همراه، دوربین‌های ضبط ویدئویی، و PDAها و ده‌ها هزار وسیله خانگی، صنعتی، خودروسازی و تمام ابزاری که در درون آنها مدارهایی که نیازهای ماشین تورینگ را مهیا ساخته‌اند، گسترش یافت، را نام برد (اغلب این لوازم برنامه‌هایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشه‌هایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند، نگاشته شده‌اند).
این رایانه‌ها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شده‌اند «ریزکنترل‌گرها» یا رایانه‌های توکار" (Embedded Computers) نامیده میشوند. بنا بر این تعریف این رایانه‌ها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطّلاعات طراحی گردیده محدودیت‌هایی دارد. بیشتر می‌توان آنها را به ماشین‌هایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگتر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاه‌های تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانه‌ها بدون تغییری فیزیکی به دست کاربر می‌توانند برای هدف‌های گونه‌گونی به کارگرفته شوند.
رایانه‌های شخصی
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانه‌ها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی استفاده می‌کنند که رایانه شخصی (PC) نامیده میشوند. رایانه‌ای است که از اجزای الکترونیکی میکرو (ریز) تشکیل شده که جزو کوچک‌ترین و ارزان‌ترین رایانه‌ها به شمار می‌روند و کاربردهای خانگی و اداری دارند. شرکت آی‌بی‌ام رایانه شخصی را در سال ۱۹۸۱ میلادی به جهان معرفی کرد.
نخستین رایانه آی‌بی‌ام از برخی از ماشین حساب‌های امروزی نیز ضعیف‌تر است ولی در آن زمان شگفت انگیز بود. رایانه شخصی سی سال پیش دارای حافظه ROM با ظرفیت 40K و حافظه RAM با ظرفیت 64K بود. البته کاربر می‌توانست حافظه RAM را تا 256K افزایش دهد. قیمت هر ماژول 64K حافظه والانیوز
سرمایه‌گذاری
صنعت رایانه همواره صنعتی رو به رشد بوده است چه در حوزهٔ سخت‌افزار چه در حوزهٔ نرم‌افزار، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده است و سرمایه‌ها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فناوری همواره سرمایه داران را ترغیب میکند تا روی این صنعت سرمایه‌گذاری کنند.
پردازش اطلاعات
به مفهوم کلّی، پردازش موازی اطلاعات عبارت است از دریافت داده‌ها، ایجاد فرایند مقایسه و در نهایت تغییر یا عدم تغییر اطّلاعات موجود به صورتی دیگر. بدین ترتیب، هر آنچه که در جهان رخ می‌دهد، می‌تواند به نوعی پردازش اطّلاعات تلقی گردد.
داده کاوی چیست
داده عبارتست از هر شکل، نمودار، عدد، متن، عکس و... که پیام زیادی منتقل نمی‌کند، و برای استفاده از آن باید آن را پردازش کرد. برای مثال نتایج حاصل از یک آمارگیری داده در نظر گرفته میشود، چراکه اعداد حاصل از آمارگیری اطلاعات چندانی در اختیار قرار نمی‌دهد و باید آن را پردازش کرد تا شاخص‌های آماری و سایر اطلاعات مورد نیاز بتوانند ویژگی‌های جامعه را بیان کنند.
بانک اطلاعات
به نتایج پردازش داده، اطلاعات می‌گویند. کسب اطلاعات در واقع هدف از جمع آوری داده و پردازش آن می‌باشد تا بتوان با استفاده از آن به نتایج مطلوب دسترسی پیدا کرد. معمولا اطلاعات برای مخاطب ارزش بسیار بیشتری دارد و می‌تواند مطالب بیشتری از آن دریافت کند. این تعاریف بطور نسبی مطرح میشوند و ممکن است داده یک سیستم، اطلاعات سیستم دیگر باشد و بالعکس.
پردازش داده چیست
پردازش داده کامپیوتر، هر پردازشی است که داده را به اطلاعات یا دانش تبدیل میکند. پردازش معمولاً بصورت اتوماتیک است و بر روی کامپیوتر اجرا میشود. بدلیل اینکه داده‌ها وقتی که خوب ارائه میشوند و در واقع حاوی اطلاعاتند، بسیار مفیدترند، سیستم‌های پردازش داده اغلب سیستم‌های اطلاعاتی نامیده میشوند تا بر کاربردی بودن آن تاکید شود. با این حال، این عبارات بطور کلی مترادفند و نمایش دهنده تبدیلات مشابه، سیستم‌های پردازش داده بطور متداول داده‌های خام را به اطلاعات تبدیل می‌کنند، و مشابها سیستم‌های اطلاعاتی داده‌های خام را به عنوان ورودی می‌گیرند تا اطلاعات را به عنوان خروجی تولید کنند. به داده می‌توان به عنوان یک ماده خام نگاه کرد، که بعداً به اطلاعات تبدیل میشود. برای مثال یک کارخانه برای تولید محصول نهایی خود نیاز به مواد اولیه یا مواد خام خواهد داشت تا بتواند به محصول نهایی که مورد استفاده قرار خواهد گرفت برسد. در این بین متناسب با نوع ماده خام و محصول نهایی، فرآوری‌های مختلف و مراحل متفاوتی روی ماده خام انجام میشود. این مراحل مشابه مراحل ذکر شده برای پردازش داده‌است، یک سیستم اطلاعاتی ماده خام (داده اولیه) را می‌گیرد و پس انجام مراحل فرآوری و آماده‌سازی آن -که به آن پردازش گفته میشود- ماده خام را تبدیل به محصول نهایی (اطلاعات) میکند و به عنوان خروجی می‌دهد تا مورد استفاده قرار گیرد. همانطور که مشخص است، مراحل فرآوری برای یک کارخانه تولید خودرو با مراحل فرآوری یک کارخانه تولید تجهیزات صنعتی متفاوت است؛ در سیستم‌های اطلاعاتی هم متناسب با نوع داده اولیه و اطلاعات مطلوب مراحل پردازش تفاوت خواهد کرد.
تعاریف
در پردازش داده، داده‌ها کاراکترها و اعداد هستند که بیانگر اندازه‌ها از دیدگاه پدیده‌های قابل مشاهده‌اند. یک داده اولیه تنها یک اندازه از پدیده قابل مشاهده‌است. اطلاعات اندازه‌گیری شده سپس بصورت الگوریتمی مشتق میشود و بصورت منطقی نتیجه‌گیری شود و یا بصورت آماری از چندین داده محاسبه شود (شواهد). اطلاعات، یا به صورت پاسخ به یک درخواست تعریف میشود و یا پاسخ به یک محرک که می‌تواند درخواستهای بعدی را در پی داشته باشد. برای مثال جمع آوری داده‌های لرزه نگاری به تغییر داده لرزه نگاری برای خنثی کردن اختلال، افزایش انتقال سیگنال به مکان مناسبی در فضا منجر میشود. مراحل پردازش بطور معمول آنالیز سرعت‌ها و فرکانس‌ها، تصحیح استاتیک، ساده‌سازی، انتقال نرمال، انتقال عمیق، پشته سازی، و نقل مکان را شامل میشود، که می‌تواند قبل و یا بعد از پشته سازی صورت گیرد. پردازش لرزه نگاری تفسیر بهتر را تسهیل میکند چراکه ساختارهای زیر سطحی و بازتاب‌های هندسی مشهود ترند.
تعریف کلی
بطورکلی، اصطلاح پردازش داده می‌تواند هر پردازشی را که داده را از شکلی به شکلی دیگر تبدیل میکند در برگیرد، اگرچه "تبدیل داده" می‌تواند اصطلاح منطقی تر و صحیح تری باشد. از این دیگاه، پردازش داده تبدیل داده به اطلاعات خواهد بود و همچنین تبدیل مجدد اطلاعات به داده. تفاوت اینجاست که تبدیل نیاز به درخواست نخواهد داشت. برای مثال، اطلاعات بصورت رشته‌ای از کاراکترها که یک جمله را تشکیل می‌دهند عبارتست از دادهٔ تبدیل شده (یا کد شده) بی معنی نزدیک به سخت‌افزار که اطلاعات معنی دار برای انسان را منتج میکند.
تحلیل داده
زمانی که محدوده‌ای که داده از آن استخراج شده علم یا مهندسی است، پردازش داده و سیستم‌های اطلاعاتی محدوده‌ای بسیار گسترده از اصطلاحات خواهند بود؛ اصطلاح آنالیز داده تخصصی تر معمولاً با تمرکز بیشتر روی مشتقات الگوریتمی بسیار تخصصی تر و دقیق تر و محاسبات پیچیده همراه خواهد بود که کمتر در محدوده محیط‌های کاری دیده میشود. در این زمینه بسته‌های آنالیز داده مانند DAP، gretl، PSPP بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پردازش
عملا تمام پردازشهای طبیعی را می‌توان به عنوان مثال‌هایی از سیستم‌های پردازش داده دانست که اطلاعات "قابل مشاهده" به شکل فشار، نور و... هستند که بوسیله مشاهده کننده‌های انسان که سیگنال‌های الکتریکی را در سیستم اعصاب تبدیل می‌کنند و ما آنها را به عنوان حس‌های خود مانند لامسه، صدا و تصویر می‌شناسیم. حتی تعامل سیستم‌های غیر زنده نیز به عنوان سیستم‌های پردازش داده ابتدایی این طریق ممکن است بیان شوند.
المان‌های پردازش داده
برای اینکه داده بتواند توسط کامپیوتر پردازش شود، باید ابتدا به شکلی تبدیل شود که توسط کامپیوتر قابل خواندن باشد. وقتی که داده به صورت دیجیتال است، فرآیندهای متفاوتی می‌تواند روی آن رخ دهد تا به اطلاعات مفید برسیم. پردازش داده شامل تمام پردازش‌ها از ثبت داده‌ها تا داده کاوی است:
ثبت داده
خالص سازی داده
کد کردن داده
تبدیل داده
ترجمه داده
خلاصه سازی داده
اجتماع داده
معتبر سازی داده
جدول بندی داده
آنالیز آماری
گرافیک کامپیوتری
نگهداری داده
داده کاوی
رمزنگاری
رمزنگاری دانشی است که به بررسی و شناختِ اصول و روشهای انتقال یا ذخیرهٔ اطلاعات به صورت امن (حتی اگر مسیر انتقال اطلاعات و کانال‌های ارتباطی یا محل ذخیره اطلاعات ناامن باشند) می‌پردازد.
رمزنگاری استفاده از تکنیکهای ریاضی، برای برقراری امنیت اطلاعات است. دراصل رمزنگاری دانش تغییر دادن متن پیام یا اطلاعات به کمک کلید رمز و با استفاده از یک الگوریتم رمز است، به صورتی که تنها شخصی که از کلید و الگوریتم مطلع است قادر به استخراج اطلاعات اصلی از اطلاعات رمز شده باشد و شخصی که از یکی یا هر دوی آنها اطلاع ندارد، نتواند به اطلاعات دسترسی پیدا کند. دانش رمزنگاری بر پایه مقدمات بسیاری از قبیل تئوری اطلاعات، نظریه اعداد و آمار بنا شده‌است و امروزه به طور خاص در علم مخابرات مورد بررسی و استفاده قرار می‌گیرد. معادل رمزنگاری در زبان انگلیسی کلمه Cryptography است، که برگرفته از لغات یونانی kryptos به مفهوم «محرمانه» و graphien به معنای «نوشتن» است.
تاریخچه
رمزنگاری سابقهای طولانی و جذاب دارد، که اولین کاربرد آن به ۴۰۰۰ سال پیش در مصر باستان بازمی‌گردد.
رمزنگاری، پنهان‌نگاری، کدگذاری
در رمزنگاری، وجود اطلاعات یا ارسال شدن پیام به هیچ وجه مخفی نمی‌باشد، بلکه ذخیره اطلاعات یا ارسال پیام مشخص است، اما تنها افراد مورد نظر می‌توانند اطلاعات اصلی را بازیابی کنند. بالعکس در پنهان‌نگاری، اصل وجود اطلاعات یا ارسال پیام محرمانه، مخفی نگاه داشته میشود و غیر از طرف ارسال‌کننده و طرف دریافت‌کننده کسی از ارسال پیام آگاه نمی‌شود.
در رمزنگاری محتویات یک متن به صورت حرف به حرف و در بعضی موارد بیت به بیت تغییر داده میشود و هدف تغییر محتوای متن است نه تغییر ساختار زبان‌شناختی آن. در مقابل کدگذاری تبدیلی است که کلمه‌ای را با یک کلمه یا نماد دیگر جایگزین میکند و ساختار زبان‌شناختی متن را تغییر می‌دهد.
ریشهٔ واژهٔ Cryptography برگرفته از یونانی به معنای «محرمانه نوشتن متون» است. رمزنگاری پیشینهٔ طولانی ودرخشان دارد که به هزاران سال قبل برمی گردد. متخصصین رمزنگاری بین رمز وکد تمایز قائل میشوند. رمز عبارتست از تبدیل کاراکتر به کاراکتر یا بیت به بیت بدون آن که به محتویات زبان شناختی آن پیام توجه شود. در طرف مقابل، کد تبدیلی است که کلمه‌ای را با یک کلمه یا علامت دیگر جایگزین میکند. امروزه از کدها استفادهٔ چندانی نمی‌شود اگر چه استفاده از آن پیشینهٔ طولانی و پرسابقه‌ای دارد. موفق‌ترین کدهایی که تاکنون نوشته شده ابداع شده‌اند توسط ارتش ایالات متحده و در خلال جنگ جهانی دوم در اقیانوس آرام بکار گرفته شد.
اصول ششگانه کرشُهف
آگوست کرشُهف شهرت خود را از پژوهشهای زبانشناسی و کتابهایی که در این خصوص و زبان ولاپوک نوشته بود بدست آورد. او در سال ۱۸۸۳ دو مقاله با عنوان «رمز نگاری نظامی» منتشر کرد. در این دو مقاله شش اصل اساسی وجود داشت که اصل دوم آن به عنوان یکی از قوانین رمز نگاری هنوز هم مورد استفاده دانشمندان در رمز نگاری پیشرفته‌است:
سیستم رمزنگاری اگر نه به لحاظ تئوری که در عمل غیر قابل شکست باشد.
سیستم رمز نگاری باید هیچ نکته پنهان و محرمانه‌ای نداشته باشد. بلکه تنها چیزی که سری است کلید رمز است.
کلید رمز باید به گونه‌ای قابل انتخاب باشد که اولاً بتوان براحتی آن را عوض کرد و ثانیاً بتوان آنرا به خاطر سپرد و نیازی به یاداشت کردن کلید رمز نباشد.
متون رمز نگاری باید از طریق خطوط تلگراف قابل مخابره باشند.
دستگاه رمز نگاری یا اسناد رمز شده باید توسط یکنفر قابل حمل و نقل باشد.
سیستم رمزنگاری باید به سهولت قابل راه اندازی باشد.
رمزنگاری پیشرفته
با پدید آمدن رایانه‌ها و افزایش قدرت محاسباتی آنها، دانش رمزنگاری وارد حوزهٔ علوم رایانه گردید و این پدیده، موجب بروز سه تغییر مهم در مسائل رمزنگاری شد:
وجود قدرت محاسباتی بالا این امکان را پدید آورد که روشهای پیچیده‌تر و مؤثرتری برای رمزنگاری به وجود آید.
روشهای رمزنگاری که تا قبل از آن اصولاً برای رمز کردن پیام به کار می‌رفتند، کاربردهای جدید و متعددی پیدا کردند.
تا قبل از آن، رمزنگاری عمدتاً روی اطلاعات متنی و با استفاده از حروف الفبا انجام می‌گرفت؛ اما ورود رایانه باعث شد که رمزنگاری روی انواع اطلاعات و بر مبنای بیت انجام شود.
تعاریف و اصطلاحات
عناصر مهمی که در رمزنگاری مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر می‌باشد:
متن آشکار
پیام و اطلاعات را در حالت اصلی و قبل از تبدیل شدن به حالت رمز، متن آشکار یا اختصاراً پیام می‌نامند. در این حالت اطلاعات قابل فهم توسط انسان است.
متن رمز
به پیام و اطلاعات بعد از درآمدن به حالت رمز، گفته میشود. اطلاعات رمز شده توسط انسان قابل فهم نیست.
رمزگذاری (رمز کردن)
عملیاتی است که با استفاده از کلید رمز، پیام را به رمز تبدیل میکند.
رمزگشایی (بازکردن رمز)
عملیاتی است که با استفاده از کلید رمز، پیام رمز شده را به پیام اصلی باز می‌گرداند. از نظر ریاضی، این الگوریتم عکس الگوریتم رمز کردن است.
کلید رمز
اطلاعاتی معمولاً عددی است که به عنوان پارامتر ورودی به الگوریتم رمز داده میشود و عملیات رمزگذاری و رمزگشایی با استفاده از آن انجام می‌گیرد. انواع مختلفی از کلیدهای رمز در رمزنگاری تعریف و استفاده میشود.
رمزنگاری دانش گسترده‌ای است که کاربردهای متنوعی دارد. در این حوزهٔ وسیع، تعاریف زیر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند:
سرویس رمزنگاری
به طور کلی، سرویس رمزنگاری، به قابلیت و امکانی اطلاق میشود که بر اساس فنون رمزنگاری حاصل می‌گردد. قبل از ورود رایانه‌ها به حوزهٔ رمزنگاری، تقریباً کاربرد رمزنگاری محدود به رمز کردن پیام و پنهان کردن مفاد آن می‌شده‌است. اما در رمزنگاری پیشرفته سرویس‌های مختلفی از جمله موارد زیر ارائه گردیده‌است:
حفظ محرمانگی یا امنیت محتوا∗: ارسال یا ذخیره اطلاعات به نحوی که تنها افراد مجاز بتوانند از محتوای آن مطلع شوند، که همان سرویس اصلی و اولیهٔ پنهان کردن مفاد پیام است.
حفظ صحت داده‌ها یا سلامت محتوا ∗
به معنای ایجاد اطمینان از صحت اطلاعات و عدم تغییر محتوای اولیهٔ آن در حین ارسال است. تغییر محتوای اولیهٔ اطلاعات ممکن است به صورت اتفاقی (در اثر مشکلات مسیر ارسال) و یا به صورت عمدی باشد.
احراز هویت یا اصالت سنجی محتوا∗
به معنای تشخیص و ایجاد اطمینان از هویت ارسال‌کننده اطلاعات و عدم امکان جعل هویت افراد می‌باشد.
عدم انکار∗
به این معنی است که ارسال‌کنندهٔ اطلاعات نتواند در آینده ارسال آن را انکار یا مفاد آن را تکذیب نماید.
چهار مورد بالا، سرویس‌های اصلی رمزنگاری تلقی میشوند و دیگر اهداف و سرویس‌های رمزنگاری، با ترکیب چهار مورد بالا قابل حصول می‌باشند.
این سرویس‌ها مفاهیم جامعی هستند و می‌توانند برای کاربردهای مختلف پیاده‌سازی و استفاده شوند. به عنوان مثال سرویس اصالت محتوا هم در معاملات تجاری اهمیت دارد و هم در مسائل نظامی و سیاسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای ارائه کردن هر یک از سرویس‌های رمزنگاری، بسته به نوع کاربرد، از پروتکل‌های مختلف رمزنگاری استفاده میشود.
پروتکل رمزنگاری
به طور کلی، یک پروتکل رمزنگاری، مجموعه‌ای از قواعد و روابط ریاضی است که چگونگی ترکیب کردن الگوریتمهای رمزنگاری و استفاده از آنها به منظور ارائهٔ یک سرویس رمزنگاری خاص در یک کاربرد خاص را فراهم می‌سازد.
معمولاً یک پروتکل رمزنگاری مشخص میکند که
اطلاعات موجود در چه قالبی باید قرار گیرند
چه روشی برای تبدیل اطلاعات به عناصر ریاضی باید اجرا شود
کدامیک از الگوریتمهای رمزنگاری و با کدام پارامترها باید مورد استفاده قرار گیرند
روابط ریاضی چگونه به اطلاعات عددی اعمال شوند
چه اطلاعاتی باید بین طرف ارسال‌کننده و دریافت‌کننده رد و بدل شود
چه مکانیسم ارتباطی برای انتقال اطلاعات مورد نیاز است
به عنوان مثال می‌توان به پروتکل تبادل کلید دیفی-هلمن∗ برای ایجاد و تبادل کلید رمز مشترک بین دو طرف اشاره نمود.
الگوریتم رمزنگاری
الگوریتم رمزنگاری، به هر الگوریتم یا تابع ریاضی گفته میشود که به علت دارا بودن خواص مورد نیاز در رمزنگاری، در پروتکل‌های رمزنگاری مورد استفاده قرار گیرد. اصطلاح الگوریتم رمزنگاری یک مفهوم جامع است و لازم نیست هر الگوریتم از این دسته، به طور مستقیم برای رمزگذاری اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد، بلکه صرفاً وجود کاربرد مربوط به رمزنگاری مد نظر است.
در گذشته سازمان‌ها و شرکت‌هایی که نیاز به رمزگذاری یا سرویس‌های دیگر رمزنگاری داشتند، الگوریتم رمزنگاری منحصربه‌فردی را طراحی می‌نمودند. به مرور زمان مشخص گردید که گاهی ضعف‌های امنیتی بزرگی در این الگوریتم‌ها وجود دارد که موجب سهولت شکسته شدن رمز میشود. به همین دلیل امروزه رمزنگاری مبتنی بر پنهان نگاه داشتن الگوریتم رمزنگاری منسوخ شده‌است و در روشهای جدید رمزنگاری، فرض بر این است که اطلاعات کامل الگوریتم رمزنگاری منتشر شده‌است و آنچه پنهان است فقط کلید رمز است.
بنا بر این تمام امنیت حاصل شده از الگوریتم‌ها و پروتکل‌های رمزنگاری استاندارد، متکی به امنیت و پنهان ماندن کلید رمز است و جزئیات کامل این الگوریتم‌ها و پروتکل‌ها برای عموم منتشر می‌گردد.
بر مبنای تعریف فوق، توابع و الگوریتمهای مورد استفاده در رمزنگاری به دسته‌های کلی زیر تقسیم میشوند:
توابع بدون کلید
توابع درهم‌ساز∗
تبدیل‌های یک‌طرفه∗
توابع مبتنی بر کلید
الگوریتمهای کلید متقارن
الگوریتمهای رمز قالبی
الگوریتمهای رمز دنباله‌ای
توابع تصدیق پیام∗
الگوریتمهای کلید نامتقارن
الگوریتمهای مبتنی بر تجزیهٔ اعداد صحیح
الگوریتمهای مبتنی بر لگاریتم گسسته
الگوریتمهای مبتنی بر منحنی‌های بیضوی
الگوریتمهای امضای رقومی∗
الگوریتمهای رمزنگاری بسیار متعدد هستند، اما تنها تعداد اندکی از آنها به صورت استاندارد درآمده‌اند.
رمزنگاری کلید متقارن
رمزنگاری کلید متقارن∗ یا تک کلیدی، به آن دسته از الگوریتم‌ها، پروتکل‌ها و سیستم‌های رمزنگاری گفته میشود که در آن هر دو طرف رد و بدل اطلاعات از یک کلید رمز یکسان برای عملیات رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کنند. در این قبیل سیستم‌ها، یا کلیدهای رمزگذاری و رمزگشایی یکسان هستند و یا با رابطه‌ای بسیار ساده از یکدیگر قابل استخراج می‌باشند و رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات نیز دو فرایند معکوس یکدیگر می‌باشند.
واضح است که در این نوع از رمزنگاری، باید یک کلید رمز مشترک بین دو طرف تعریف گردد. چون کلید رمز باید کاملاً محرمانه باقی بماند، برای ایجاد و رد و بدل کلید رمز مشترک باید از کانال امن استفاده نمود یا از روشهای رمزنگاری نامتقارن استفاده کرد. نیاز به وجود یک کلید رمز به ازای هر دو نفرِ درگیر در رمزنگاری متقارن، موجب بروز مشکلاتی در مدیریت کلیدهای رمز می‌گردد.
رمزنگاری کلید نامتقارن
رمزنگاری کلید نامتقارن∗، در ابتدا با هدف حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن و در قالب پروتکل تبادل کلید دیفی-هلمن پیشنهاد شد. در این نوع از رمزنگاری، به جای یک کلید مشترک، از یک زوج کلید به نام‌های کلید عمومی و کلید خصوصی استفاده میشود. کلید خصوصی تنها در اختیار دارندهٔ آن قرار دارد و امنیت رمزنگاری به محرمانه بودن کلید خصوصی بستگی دارد. کلید عمومی در اختیار کلیهٔ کسانی که با دارندهٔ آن در ارتباط هستند قرار داده میشود.
به مرور زمان، به غیر از حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن، کاربردهای متعددی برای این نوع از رمزنگاری مطرح گردیده‌است. در سیستم‌های رمزنگاری نامتقارن، بسته به کاربرد و پروتکل مورد نظر، گاهی از کلید عمومی برای رمزگذاری و از کلید خصوصی برای رمزگشایی استفاده میشود و گاهی نیز، بر عکس، کلید خصوصی برای رمزگذاری و کلید عمومی برای رمزگشایی به کار می‌رود.
دو کلید عمومی و خصوصی با یکدیگر متفاوت هستند و با استفاده از روابط خاص ریاضی محاسبه می‌گردند. رابطهٔ ریاضی بین این دو کلید به گونه‌ای است که کشف کلید خصوصی با در اختیار داشتن کلید عمومی، عملاً ناممکن است.
مقایسه رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن
اصولاً رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن دارای دو ماهیت متفاوت هستند و کاربردهای متفاوتی نیز دارند. بنا بر این مقایسهٔ این دو نوع رمزنگاری بدون توجه به کاربرد و سیستم مورد نظر کار دقیقی نخواهد بود. اما اگر معیار مقایسه، به طور خاص، حجم و زمان محاسبات مورد نیاز باشد، باید گفت که با در نظر گرفتن مقیاس امنیتی معادل، الگوریتمهای رمزنگاری متقارن خیلی سریع‌تر از الگوریتمهای رمزنگاری نامتقارن می‌باشند.
تجزیه و تحلیل رمز
تجزیه و تحلیل رمز∗ یا شکستن رمز، به کلیهٔ اقدامات مبتنی بر اصول ریاضی و علمی اطلاق می‌گردد که هدف آن از بین بردن امنیت رمزنگاری و در نهایت بازکردن رمز و دستیابی به اطلاعات اصلی باشد. در تجزیه و تحلیل رمز، سعی میشود تا با بررسی جزئیات مربوط به الگوریتم رمز و یا پروتکل رمزنگاری مورد استفاده و به کار گرفتن هرگونه اطلاعات جانبی موجود، ضعف‌های امنیتی احتمالی موجود در سیستم رمزنگاری یافته شود و از این طریق به نحوی کلید رمز به دست آمده و یا محتوای اطلاعات رمز شده استخراج گردد.
تجزیه و تحلیل رمز، گاهی به منظور شکستن امنیت یک سیستم رمزنگاری و به عنوان خرابکاری و یک فعالیت ضد امنیتی انجام میشود و گاهی هم به منظور ارزیابی یک پروتکل یا الگوریتم رمزنگاری و برای کشف ضعف‌ها و آسیب‌پذیری‌های احتمالی آن صورت می‌پذیرد. به همین دلیل، تجزیه و تحلیل رمز، ذاتاً یک فعالیت خصومت‌آمیز به حساب نمی‌آید؛ اما معمولاً قسمت ارزیابی و کشف آسیب‌پذیری را به عنوان جزئی از عملیات لازم و ضروری در هنگام طراحی الگوریتم‌ها و پروتکل‌های جدید به حساب می‌آورند و در نتیجه تجزیه و تحلیل رمز بیشتر فعالیت‌های خرابکارانه و ضد امنیتی را به ذهن متبادر می‌سازد. با توجه به همین مطلب از اصطلاح حملات تحلیل رمز∗ برای اشاره به چنین فعالیت‌هایی استفاده میشود.
تحلیل رمز، در اصل اشاره به بررسی ریاضی الگوریتم (یا پروتکل) و کشف ضعف‌های احتمالی آن دارد؛ اما در خیلی از موارد فعالیت خرابکارانه، به جای اصول و مبنای ریاضی، به بررسی یک پیاده‌سازی خاص آن الگوریتم (یا پروتکل) در یک کاربرد خاص می‌پردازد و با استفاده از امکانات مختلف سعی در شکستن رمز و یافتن کلید رمز می‌نماید. به این دسته از اقدامات خرابکارانه، حملات جانبی∗ گفته میشود.
رمزهای جانشینی
در رمز نگاری جانشینی هر حرف یا گروهی از حروف بایک حرف یا گروهی دیگراز حروف جابجا میشوند تا شکل پیام بهم بریزد. یکی از قدیمی‌ترین رمزهای شناخته شده روش رمز نگاری سزار است که ابداع آن به ژولیوس سزار نسبت داده میشود. در این روش حرف a به d تبدیل میشود bبه c، e به fوبه همین ترتیب تاz که با حروفc جایگزین میشوند.
افزونگی
اولین اصل آن است که تمام پیامهای رمز شده بایدشامل مقداری«افزونگی»[داده‌های زائد]باشندبه عبارت دیگر لزومی ندارد که اطلاعات واقعی به همان گونه که هستند رمز و ارسال شوند. یک مثال می‌تواند به فهم دلیل این نیاز کمک کند. فرض کنید یک شرکت به نام TCP با۶۰۰۰۰کالااز طریق سیستم پست الکترونیکی سفارش خرید می‌پذیرد. برنامه نویسان شرکت TCP به خیال آن که برنامه‌های موثر و کار آمدی می‌نویسند پیامهای سفارش کالا را مشتمل بر ۱۶بایت نام مشتری و به دنبال آن سه بایت فیلد داده (شامل یک بایت برای تعدادکالا ودو بایت برای شمارهٔ کالا)در نظر می‌گیرد که سه بایت آخر توسط یک کلید بسیار طولانی رمزنگاری میشود واین کلید را فقط مشتری و شرکت TCP می‌داند.
تازگی پیامها
دومین اصل اساسی در رمزنگاری آن است که باید محاسباتی صورت بگیرد تا مطمئن شویم هرپیام دریافتی تازه و جدید است یا به عبارتی اخیراً فرستاده شده‌است این بررسی برای جلوگیری از ارسال مجدد پیامهای قدیمی توسط یک اخلالگر فعّال الزامی است اگر چنین بررسی‌هایی انجام نشود کارمند اخراجی ما قادر است با ایجاد یک انشعاب مخفی از خط تلفن پیامهای معتبری را که قبلاً ارسال شده مکرراً ارسال نماید، حتی اگر نداند محتوای ان چیست.
راهکاری برای ایجاد تازگی پیام
یک چنین محاسبه‌ای را می‌توان با قرار دادن یک مهر زمان در پیامها پیش بینی کرد به نحوی که پیامها مثلاً برای ده ثانیه معتبر باشد گیرندهٔ پیام می‌تواند آن را برای حدود ده ثانیه نگه دارد تا بتواند پیامهای جدید را با آن مقایسه کرده و نسخه‌های تکراری را که دارای مهر زمان هستند به عنوان پیامهای قدیمی شناخته و حذف خواهند شد.
رمزنگاری به صورت سخت‌افزاری
الگوریتمهای رمزنگاری رامی توان هم به صورت سخت‌افزاری(به منظورسرعت بالاتر) وهم به صورت نرم‌افزاری (برای انعطاف پذیری بیشتر) پیاده سازی کرد روشهای جانشینی وجایگشتی می‌توانند با یک مدار سادهٔ الکترونیکی پیاده سازی شوند. p-box ابزاری است که برای جایگشت بیتهای یک ورودی هشت بیتی کاربرد دارد. بود با سیم بندی و برنامه ریزی درونی این p-box قادراست هر گونه جایگشت بیتی راعملاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور انجام بدهد چرا که هیچ گونه محاسبه‌ای لازم نیست وفقط تأخیر انتشار سیگنال وجود دارد. این طراحی از اصل کرکهف تبعیت میکند یعنی:حمله کننده از روش عمومی جایگشت بیت‌ها مطلّع است آن چه که او از آن خبر ندارد آن است که کدام بیت به کدام بیت نگاشته میشود کلید رمز همین است.
برخی اصطلاحات
در لیست زیر با توجه به ارتباط مستقیم علم رمزنگاری یا همان Cryptography به برخی از اصطلاحات که در بحث امنیت شبکه و کامپیوتر وجود دارند اشاره شده‌است.
Encryption
در علم cryptography به پنهان سازی اطلاعات گفته میشود.
Decryption
معکوس encryption است و در crypto به آشکار سازی اطلاعات پنهان شده گفته میشود.
== Plain text متن اولیه که رمز نشده است را plain text گویند
Cipher
به روشی برای تبدیل plain text به متنی که معنای آن پنهان باشد cipher گفته میشود.
Cryptanalysis
به هنر شکستن متون cipher شده گفته میشود.
Intruder
در لغت به معنای مزاحم است ولی در اینجا به معنای کسی است که یک کپی از cipher text دارد و تمایل به شکستن رمز دارد. منظور از شکستن رمز یعنی decrypt کردن آن متن که خود دو نوع است activeintruder که می‌تواند اطلاعات را روی خط عوض کند و تغییر دهد و passive intruder که فقط می‌تواند اطلاعات روی خط را داشته باشد و قابلیت تغییر آنها را ندارد.
Protocol
به روش و یا قرار دادی که بین دو یا چند نفر برای تبادل اطلاعات گذاشته میشود گفته میشود.
Intrusion Points
نقاطی که یک نفوذگر بتواند به اطلاعات با ارزش دست پیدا کند.
Internal Access Point
به سیستم‌هایی گویند که در اتاق یا در شبکه داخلی مستقرند و هیچ امنیتی (LocalSecurity) روی آنها تنظیم نشده باشد و احتمال حمله به آنها وجود دارد.
External Access Point
تجهیزاتی که ما را به شبکه خارجی مانند اینترنت متصل می‌کنند یا Applicationهایی که از طریق اینترنت کار می‌کنند و احتمال حمله به آنها وجود دارد.
Attack
هر چیزی که مکانیزم امنیت سیستم شما را دور زده و باعث تخریب گردد را حمله یا Attack گویند. از انواع حمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
DoS
DDoS
Spoofing (مانند MAC Spoofing، IP Spoofing و Web Spoofing)
Man-in-the-Middle
Password Guessing
Key
به اطلاعاتی گفته میشود که با استفاده از آن بتوان cipher text (متنی که cipher شده) را به plain text تبدیل کرد.(یا برعکس) به عبارت ساده یک متن رمز شده توسط یک Key با الگوریتم مناسب، به متن ساده تبدیل میشود.
رایانه‌های توکار (جاسازی شده)
رایانه‌هایی هم وجود دارند که تنها برای کاربردهایی ویژه طراحی میشوند. در ۲۰ سال گذشته، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونه‌های قابل ذکر آن می‌توان جعبه‌های بازی‌های ویدئویی را که بعدها در دستگاه‌های دیگری از جمله تلفن همراه، دوربین‌های ضبط ویدئویی، و PDAها و ده‌ها هزار وسیله خانگی، صنعتی، خودروسازی و تمام ابزاری که در درون آنها مدارهایی که نیازهای ماشین تورینگ را مهیا ساخته‌اند، گسترش یافت، را نام برد (اغلب این لوازم برنامه‌هایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشه‌هایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند، نگاشته شده‌اند).
این رایانه‌ها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شده‌اند «ریزکنترل‌گرها» یا رایانه‌های توکار" (Embedded Computers) نامیده میشوند. بنا بر این تعریف این رایانه‌ها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطّلاعات طراحی گردیده محدودیت‌هایی دارد. بیشتر می‌توان آنها را به ماشین‌هایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگتر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاه‌های تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانه‌ها بدون تغییری فیزیکی به دست کاربر می‌توانند برای هدف‌های گونه‌گونی به کارگرفته شوند.
رایانه‌های شخصی
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانه‌ها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی استفاده می‌کنند که رایانه شخصی (PC) نامیده میشوند. رایانه‌ای است که از اجزای الکترونیکی میکرو (ریز) تشکیل شده که جزو کوچک‌ترین و ارزان‌ترین رایانه‌ها به شمار می‌روند و کاربردهای خانگی و اداری دارند. شرکت آی‌بی‌ام رایانه شخصی را در سال ۱۹۸۱ میلادی به جهان معرفی کرد.
نخستین رایانه آی‌بی‌ام از برخی از ماشین حساب‌های امروزی نیز ضعیف‌تر است ولی در آن زمان شگفت انگیز بود. رایانه شخصی سی سال پیش دارای حافظه ROM با ظرفیت 40K و حافظه RAM با ظرفیت 64K بود. البته کاربر می‌توانست حافظه RAM را تا 256K افزایش دهد. قیمت هر ماژول 64K حافظه والانیوز
سرمایه‌گذاری
صنعت رایانه همواره صنعتی رو به رشد بوده است چه در حوزهٔ سخت‌افزار چه در حوزهٔ نرم‌افزار، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده است و سرمایه‌ها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فناوری همواره سرمایه داران را ترغیب میکند تا روی این صنعت سرمایه‌گذاری کنند.
پردازش اطلاعات
به مفهوم کلّی، پردازش موازی اطلاعات عبارت است از دریافت داده‌ها، ایجاد فرایند مقایسه و در نهایت تغییر یا عدم تغییر اطّلاعات موجود به صورتی دیگر. بدین ترتیب، هر آنچه که در جهان رخ می‌دهد، می‌تواند به نوعی پردازش اطّلاعات تلقی گردد.
داده کاوی چیست
داده عبارتست از هر شکل، نمودار، عدد، متن، عکس و... که پیام زیادی منتقل نمی‌کند، و برای استفاده از آن باید آن را پردازش کرد. برای مثال نتایج حاصل از یک آمارگیری داده در نظر گرفته میشود، چراکه اعداد حاصل از آمارگیری اطلاعات چندانی در اختیار قرار نمی‌دهد و باید آن را پردازش کرد تا شاخص‌های آماری و سایر اطلاعات مورد نیاز بتوانند ویژگی‌های جامعه را بیان کنند.
بانک اطلاعات
به نتایج پردازش داده، اطلاعات می‌گویند. کسب اطلاعات در واقع هدف از جمع آوری داده و پردازش آن می‌باشد تا بتوان با استفاده از آن به نتایج مطلوب دسترسی پیدا کرد. معمولا اطلاعات برای مخاطب ارزش بسیار بیشتری دارد و می‌تواند مطالب بیشتری از آن دریافت کند. این تعاریف بطور نسبی مطرح میشوند و ممکن است داده یک سیستم، اطلاعات سیستم دیگر باشد و بالعکس.
پردازش داده چیست
پردازش داده کامپیوتر، هر پردازشی است که داده را به اطلاعات یا دانش تبدیل میکند. پردازش معمولاً بصورت اتوماتیک است و بر روی کامپیوتر اجرا میشود. بدلیل اینکه داده‌ها وقتی که خوب ارائه میشوند و در واقع حاوی اطلاعاتند، بسیار مفیدترند، سیستم‌های پردازش داده اغلب سیستم‌های اطلاعاتی نامیده میشوند تا بر کاربردی بودن آن تاکید شود. با این حال، این عبارات بطور کلی مترادفند و نمایش دهنده تبدیلات مشابه، سیستم‌های پردازش داده بطور متداول داده‌های خام را به اطلاعات تبدیل می‌کنند، و مشابها سیستم‌های اطلاعاتی داده‌های خام را به عنوان ورودی می‌گیرند تا اطلاعات را به عنوان خروجی تولید کنند. به داده می‌توان به عنوان یک ماده خام نگاه کرد، که بعداً به اطلاعات تبدیل میشود. برای مثال یک کارخانه برای تولید محصول نهایی خود نیاز به مواد اولیه یا مواد خام خواهد داشت تا بتواند به محصول نهایی که مورد استفاده قرار خواهد گرفت برسد. در این بین متناسب با نوع ماده خام و محصول نهایی، فرآوری‌های مختلف و مراحل متفاوتی روی ماده خام انجام میشود. این مراحل مشابه مراحل ذکر شده برای پردازش داده‌است، یک سیستم اطلاعاتی ماده خام (داده اولیه) را می‌گیرد و پس انجام مراحل فرآوری و آماده‌سازی آن -که به آن پردازش گفته میشود- ماده خام را تبدیل به محصول نهایی (اطلاعات) میکند و به عنوان خروجی می‌دهد تا مورد استفاده قرار گیرد. همانطور که مشخص است، مراحل فرآوری برای یک کارخانه تولید خودرو با مراحل فرآوری یک کارخانه تولید تجهیزات صنعتی متفاوت است؛ در سیستم‌های اطلاعاتی هم متناسب با نوع داده اولیه و اطلاعات مطلوب مراحل پردازش تفاوت خواهد کرد.
تعاریف
در پردازش داده، داده‌ها کاراکترها و اعداد هستند که بیانگر اندازه‌ها از دیدگاه پدیده‌های قابل مشاهده‌اند. یک داده اولیه تنها یک اندازه از پدیده قابل مشاهده‌است. اطلاعات اندازه‌گیری شده سپس بصورت الگوریتمی مشتق میشود و بصورت منطقی نتیجه‌گیری شود و یا بصورت آماری از چندین داده محاسبه شود (شواهد). اطلاعات، یا به صورت پاسخ به یک درخواست تعریف میشود و یا پاسخ به یک محرک که می‌تواند درخواستهای بعدی را در پی داشته باشد. برای مثال جمع آوری داده‌های لرزه نگاری به تغییر داده لرزه نگاری برای خنثی کردن اختلال، افزایش انتقال سیگنال به مکان مناسبی در فضا منجر میشود. مراحل پردازش بطور معمول آنالیز سرعت‌ها و فرکانس‌ها، تصحیح استاتیک، ساده‌سازی، انتقال نرمال، انتقال عمیق، پشته سازی، و نقل مکان را شامل میشود، که می‌تواند قبل و یا بعد از پشته سازی صورت گیرد. پردازش لرزه نگاری تفسیر بهتر را تسهیل میکند چراکه ساختارهای زیر سطحی و بازتاب‌های هندسی مشهود ترند.
تعریف کلی
بطورکلی، اصطلاح پردازش داده می‌تواند هر پردازشی را که داده را از شکلی به شکلی دیگر تبدیل میکند در برگیرد، اگرچه "تبدیل داده" می‌تواند اصطلاح منطقی تر و صحیح تری باشد. از این دیگاه، پردازش داده تبدیل داده به اطلاعات خواهد بود و همچنین تبدیل مجدد اطلاعات به داده. تفاوت اینجاست که تبدیل نیاز به درخواست نخواهد داشت. برای مثال، اطلاعات بصورت رشته‌ای از کاراکترها که یک جمله را تشکیل می‌دهند عبارتست از دادهٔ تبدیل شده (یا کد شده) بی معنی نزدیک به سخت‌افزار که اطلاعات معنی دار برای انسان را منتج میکند.
تحلیل داده
زمانی که محدوده‌ای که داده از آن استخراج شده علم یا مهندسی است، پردازش داده و سیستم‌های اطلاعاتی محدوده‌ای بسیار گسترده از اصطلاحات خواهند بود؛ اصطلاح آنالیز داده تخصصی تر معمولاً با تمرکز بیشتر روی مشتقات الگوریتمی بسیار تخصصی تر و دقیق تر و محاسبات پیچیده همراه خواهد بود که کمتر در محدوده محیط‌های کاری دیده میشود. در این زمینه بسته‌های آنالیز داده مانند DAP، gretl، PSPP بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پردازش
عملا تمام پردازشهای طبیعی را می‌توان به عنوان مثال‌هایی از سیستم‌های پردازش داده دانست که اطلاعات "قابل مشاهده" به شکل فشار، نور و... هستند که بوسیله مشاهده کننده‌های انسان که سیگنال‌های الکتریکی را در سیستم اعصاب تبدیل می‌کنند و ما آنها را به عنوان حس‌های خود مانند لامسه، صدا و تصویر می‌شناسیم. حتی تعامل سیستم‌های غیر زنده نیز به عنوان سیستم‌های پردازش داده ابتدایی این طریق ممکن است بیان شوند.
المان‌های پردازش داده
برای اینکه داده بتواند توسط کامپیوتر پردازش شود، باید ابتدا به شکلی تبدیل شود که توسط کامپیوتر قابل خواندن باشد. وقتی که داده به صورت دیجیتال است، فرآیندهای متفاوتی می‌تواند روی آن رخ دهد تا به اطلاعات مفید برسیم. پردازش داده شامل تمام پردازش‌ها از ثبت داده‌ها تا داده کاوی است:
ثبت داده
خالص سازی داده
کد کردن داده
تبدیل داده
ترجمه داده
خلاصه سازی داده
اجتماع داده
معتبر سازی داده
جدول بندی داده
آنالیز آماری
گرافیک کامپیوتری
نگهداری داده
داده کاوی
رمزنگاری
رمزنگاری دانشی است که به بررسی و شناختِ اصول و روشهای انتقال یا ذخیرهٔ اطلاعات به صورت امن (حتی اگر مسیر انتقال اطلاعات و کانال‌های ارتباطی یا محل ذخیره اطلاعات ناامن باشند) می‌پردازد.
رمزنگاری استفاده از تکنیکهای ریاضی، برای برقراری امنیت اطلاعات است. دراصل رمزنگاری دانش تغییر دادن متن پیام یا اطلاعات به کمک کلید رمز و با استفاده از یک الگوریتم رمز است، به صورتی که تنها شخصی که از کلید و الگوریتم مطلع است قادر به استخراج اطلاعات اصلی از اطلاعات رمز شده باشد و شخصی که از یکی یا هر دوی آنها اطلاع ندارد، نتواند به اطلاعات دسترسی پیدا کند. دانش رمزنگاری بر پایه مقدمات بسیاری از قبیل تئوری اطلاعات، نظریه اعداد و آمار بنا شده‌است و امروزه به طور خاص در علم مخابرات مورد بررسی و استفاده قرار می‌گیرد. معادل رمزنگاری در زبان انگلیسی کلمه Cryptography است، که برگرفته از لغات یونانی kryptos به مفهوم «محرمانه» و graphien به معنای «نوشتن» است.
تاریخچه
رمزنگاری سابقهای طولانی و جذاب دارد، که اولین کاربرد آن به ۴۰۰۰ سال پیش در مصر باستان بازمی‌گردد.
رمزنگاری، پنهان‌نگاری، کدگذاری
در رمزنگاری، وجود اطلاعات یا ارسال شدن پیام به هیچ وجه مخفی نمی‌باشد، بلکه ذخیره اطلاعات یا ارسال پیام مشخص است، اما تنها افراد مورد نظر می‌توانند اطلاعات اصلی را بازیابی کنند. بالعکس در پنهان‌نگاری، اصل وجود اطلاعات یا ارسال پیام محرمانه، مخفی نگاه داشته میشود و غیر از طرف ارسال‌کننده و طرف دریافت‌کننده کسی از ارسال پیام آگاه نمی‌شود.
در رمزنگاری محتویات یک متن به صورت حرف به حرف و در بعضی موارد بیت به بیت تغییر داده میشود و هدف تغییر محتوای متن است نه تغییر ساختار زبان‌شناختی آن. در مقابل کدگذاری تبدیلی است که کلمه‌ای را با یک کلمه یا نماد دیگر جایگزین میکند و ساختار زبان‌شناختی متن را تغییر می‌دهد.
ریشهٔ واژهٔ Cryptography برگرفته از یونانی به معنای «محرمانه نوشتن متون» است. رمزنگاری پیشینهٔ طولانی ودرخشان دارد که به هزاران سال قبل برمی گردد. متخصصین رمزنگاری بین رمز وکد تمایز قائل میشوند. رمز عبارتست از تبدیل کاراکتر به کاراکتر یا بیت به بیت بدون آن که به محتویات زبان شناختی آن پیام توجه شود. در طرف مقابل، کد تبدیلی است که کلمه‌ای را با یک کلمه یا علامت دیگر جایگزین میکند. امروزه از کدها استفادهٔ چندانی نمی‌شود اگر چه استفاده از آن پیشینهٔ طولانی و پرسابقه‌ای دارد. موفق‌ترین کدهایی که تاکنون نوشته شده ابداع شده‌اند توسط ارتش ایالات متحده و در خلال جنگ جهانی دوم در اقیانوس آرام بکار گرفته شد.
اصول ششگانه کرشُهف
آگوست کرشُهف شهرت خود را از پژوهشهای زبانشناسی و کتابهایی که در این خصوص و زبان ولاپوک نوشته بود بدست آورد. او در سال ۱۸۸۳ دو مقاله با عنوان «رمز نگاری نظامی» منتشر کرد. در این دو مقاله شش اصل اساسی وجود داشت که اصل دوم آن به عنوان یکی از قوانین رمز نگاری هنوز هم مورد استفاده دانشمندان در رمز نگاری پیشرفته‌است:
سیستم رمزنگاری اگر نه به لحاظ تئوری که در عمل غیر قابل شکست باشد.
سیستم رمز نگاری باید هیچ نکته پنهان و محرمانه‌ای نداشته باشد. بلکه تنها چیزی که سری است کلید رمز است.
کلید رمز باید به گونه‌ای قابل انتخاب باشد که اولاً بتوان براحتی آن را عوض کرد و ثانیاً بتوان آنرا به خاطر سپرد و نیازی به یاداشت کردن کلید رمز نباشد.
متون رمز نگاری باید از طریق خطوط تلگراف قابل مخابره باشند.
دستگاه رمز نگاری یا اسناد رمز شده باید توسط یکنفر قابل حمل و نقل باشد.
سیستم رمزنگاری باید به سهولت قابل راه اندازی باشد.
رمزنگاری پیشرفته
با پدید آمدن رایانه‌ها و افزایش قدرت محاسباتی آنها، دانش رمزنگاری وارد حوزهٔ علوم رایانه گردید و این پدیده، موجب بروز سه تغییر مهم در مسائل رمزنگاری شد:
وجود قدرت محاسباتی بالا این امکان را پدید آورد که روشهای پیچیده‌تر و مؤثرتری برای رمزنگاری به وجود آید.
روشهای رمزنگاری که تا قبل از آن اصولاً برای رمز کردن پیام به کار می‌رفتند، کاربردهای جدید و متعددی پیدا کردند.
تا قبل از آن، رمزنگاری عمدتاً روی اطلاعات متنی و با استفاده از حروف الفبا انجام می‌گرفت؛ اما ورود رایانه باعث شد که رمزنگاری روی انواع اطلاعات و بر مبنای بیت انجام شود.
تعاریف و اصطلاحات
عناصر مهمی که در رمزنگاری مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر می‌باشد:
متن آشکار
پیام و اطلاعات را در حالت اصلی و قبل از تبدیل شدن به حالت رمز، متن آشکار یا اختصاراً پیام می‌نامند. در این حالت اطلاعات قابل فهم توسط انسان است.
متن رمز
به پیام و اطلاعات بعد از درآمدن به حالت رمز، گفته میشود. اطلاعات رمز شده توسط انسان قابل فهم نیست.
رمزگذاری (رمز کردن)
عملیاتی است که با استفاده از کلید رمز، پیام را به رمز تبدیل میکند.
رمزگشایی (بازکردن رمز)
عملیاتی است که با استفاده از کلید رمز، پیام رمز شده را به پیام اصلی باز می‌گرداند. از نظر ریاضی، این الگوریتم عکس الگوریتم رمز کردن است.
کلید رمز
اطلاعاتی معمولاً عددی است که به عنوان پارامتر ورودی به الگوریتم رمز داده میشود و عملیات رمزگذاری و رمزگشایی با استفاده از آن انجام می‌گیرد. انواع مختلفی از کلیدهای رمز در رمزنگاری تعریف و استفاده میشود.
رمزنگاری دانش گسترده‌ای است که کاربردهای متنوعی دارد. در این حوزهٔ وسیع، تعاریف زیر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند:
سرویس رمزنگاری
به طور کلی، سرویس رمزنگاری، به قابلیت و امکانی اطلاق میشود که بر اساس فنون رمزنگاری حاصل می‌گردد. قبل از ورود رایانه‌ها به حوزهٔ رمزنگاری، تقریباً کاربرد رمزنگاری محدود به رمز کردن پیام و پنهان کردن مفاد آن می‌شده‌است. اما در رمزنگاری پیشرفته سرویس‌های مختلفی از جمله موارد زیر ارائه گردیده‌است:
حفظ محرمانگی یا امنیت محتوا∗: ارسال یا ذخیره اطلاعات به نحوی که تنها افراد مجاز بتوانند از محتوای آن مطلع شوند، که همان سرویس اصلی و اولیهٔ پنهان کردن مفاد پیام است.
حفظ صحت داده‌ها یا سلامت محتوا ∗
به معنای ایجاد اطمینان از صحت اطلاعات و عدم تغییر محتوای اولیهٔ آن در حین ارسال است. تغییر محتوای اولیهٔ اطلاعات ممکن است به صورت اتفاقی (در اثر مشکلات مسیر ارسال) و یا به صورت عمدی باشد.
احراز هویت یا اصالت سنجی محتوا∗
به معنای تشخیص و ایجاد اطمینان از هویت ارسال‌کننده اطلاعات و عدم امکان جعل هویت افراد می‌باشد.
عدم انکار∗
به این معنی است که ارسال‌کنندهٔ اطلاعات نتواند در آینده ارسال آن را انکار یا مفاد آن را تکذیب نماید.
چهار مورد بالا، سرویس‌های اصلی رمزنگاری تلقی میشوند و دیگر اهداف و سرویس‌های رمزنگاری، با ترکیب چهار مورد بالا قابل حصول می‌باشند.
این سرویس‌ها مفاهیم جامعی هستند و می‌توانند برای کاربردهای مختلف پیاده‌سازی و استفاده شوند. به عنوان مثال سرویس اصالت محتوا هم در معاملات تجاری اهمیت دارد و هم در مسائل نظامی و سیاسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای ارائه کردن هر یک از سرویس‌های رمزنگاری، بسته به نوع کاربرد، از پروتکل‌های مختلف رمزنگاری استفاده میشود.
پروتکل رمزنگاری
به طور کلی، یک پروتکل رمزنگاری، مجموعه‌ای از قواعد و روابط ریاضی است که چگونگی ترکیب کردن الگوریتمهای رمزنگاری و استفاده از آنها به منظور ارائهٔ یک سرویس رمزنگاری خاص در یک کاربرد خاص را فراهم می‌سازد.
معمولاً یک پروتکل رمزنگاری مشخص میکند که
اطلاعات موجود در چه قالبی باید قرار گیرند
چه روشی برای تبدیل اطلاعات به عناصر ریاضی باید اجرا شود
کدامیک از الگوریتمهای رمزنگاری و با کدام پارامترها باید مورد استفاده قرار گیرند
روابط ریاضی چگونه به اطلاعات عددی اعمال شوند
چه اطلاعاتی باید بین طرف ارسال‌کننده و دریافت‌کننده رد و بدل شود
چه مکانیسم ارتباطی برای انتقال اطلاعات مورد نیاز است
به عنوان مثال می‌توان به پروتکل تبادل کلید دیفی-هلمن∗ برای ایجاد و تبادل کلید رمز مشترک بین دو طرف اشاره نمود.
الگوریتم رمزنگاری
الگوریتم رمزنگاری، به هر الگوریتم یا تابع ریاضی گفته میشود که به علت دارا بودن خواص مورد نیاز در رمزنگاری، در پروتکل‌های رمزنگاری مورد استفاده قرار گیرد. اصطلاح الگوریتم رمزنگاری یک مفهوم جامع است و لازم نیست هر الگوریتم از این دسته، به طور مستقیم برای رمزگذاری اطلاعات مورد استفاده قرار گیرد، بلکه صرفاً وجود کاربرد مربوط به رمزنگاری مد نظر است.
در گذشته سازمان‌ها و شرکت‌هایی که نیاز به رمزگذاری یا سرویس‌های دیگر رمزنگاری داشتند، الگوریتم رمزنگاری منحصربه‌فردی را طراحی می‌نمودند. به مرور زمان مشخص گردید که گاهی ضعف‌های امنیتی بزرگی در این الگوریتم‌ها وجود دارد که موجب سهولت شکسته شدن رمز میشود. به همین دلیل امروزه رمزنگاری مبتنی بر پنهان نگاه داشتن الگوریتم رمزنگاری منسوخ شده‌است و در روشهای جدید رمزنگاری، فرض بر این است که اطلاعات کامل الگوریتم رمزنگاری منتشر شده‌است و آنچه پنهان است فقط کلید رمز است.
بنا بر این تمام امنیت حاصل شده از الگوریتم‌ها و پروتکل‌های رمزنگاری استاندارد، متکی به امنیت و پنهان ماندن کلید رمز است و جزئیات کامل این الگوریتم‌ها و پروتکل‌ها برای عموم منتشر می‌گردد.
بر مبنای تعریف فوق، توابع و الگوریتمهای مورد استفاده در رمزنگاری به دسته‌های کلی زیر تقسیم میشوند:
توابع بدون کلید
توابع درهم‌ساز∗
تبدیل‌های یک‌طرفه∗
توابع مبتنی بر کلید
الگوریتمهای کلید متقارن
الگوریتمهای رمز قالبی
الگوریتمهای رمز دنباله‌ای
توابع تصدیق پیام∗
الگوریتمهای کلید نامتقارن
الگوریتمهای مبتنی بر تجزیهٔ اعداد صحیح
الگوریتمهای مبتنی بر لگاریتم گسسته
الگوریتمهای مبتنی بر منحنی‌های بیضوی
الگوریتمهای امضای رقومی∗
الگوریتمهای رمزنگاری بسیار متعدد هستند، اما تنها تعداد اندکی از آنها به صورت استاندارد درآمده‌اند.
رمزنگاری کلید متقارن
رمزنگاری کلید متقارن∗ یا تک کلیدی، به آن دسته از الگوریتم‌ها، پروتکل‌ها و سیستم‌های رمزنگاری گفته میشود که در آن هر دو طرف رد و بدل اطلاعات از یک کلید رمز یکسان برای عملیات رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کنند. در این قبیل سیستم‌ها، یا کلیدهای رمزگذاری و رمزگشایی یکسان هستند و یا با رابطه‌ای بسیار ساده از یکدیگر قابل استخراج می‌باشند و رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات نیز دو فرایند معکوس یکدیگر می‌باشند.
واضح است که در این نوع از رمزنگاری، باید یک کلید رمز مشترک بین دو طرف تعریف گردد. چون کلید رمز باید کاملاً محرمانه باقی بماند، برای ایجاد و رد و بدل کلید رمز مشترک باید از کانال امن استفاده نمود یا از روشهای رمزنگاری نامتقارن استفاده کرد. نیاز به وجود یک کلید رمز به ازای هر دو نفرِ درگیر در رمزنگاری متقارن، موجب بروز مشکلاتی در مدیریت کلیدهای رمز می‌گردد.
رمزنگاری کلید نامتقارن
رمزنگاری کلید نامتقارن∗، در ابتدا با هدف حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن و در قالب پروتکل تبادل کلید دیفی-هلمن پیشنهاد شد. در این نوع از رمزنگاری، به جای یک کلید مشترک، از یک زوج کلید به نام‌های کلید عمومی و کلید خصوصی استفاده میشود. کلید خصوصی تنها در اختیار دارندهٔ آن قرار دارد و امنیت رمزنگاری به محرمانه بودن کلید خصوصی بستگی دارد. کلید عمومی در اختیار کلیهٔ کسانی که با دارندهٔ آن در ارتباط هستند قرار داده میشود.
به مرور زمان، به غیر از حل مشکل انتقال کلید در روش متقارن، کاربردهای متعددی برای این نوع از رمزنگاری مطرح گردیده‌است. در سیستم‌های رمزنگاری نامتقارن، بسته به کاربرد و پروتکل مورد نظر، گاهی از کلید عمومی برای رمزگذاری و از کلید خصوصی برای رمزگشایی استفاده میشود و گاهی نیز، بر عکس، کلید خصوصی برای رمزگذاری و کلید عمومی برای رمزگشایی به کار می‌رود.
دو کلید عمومی و خصوصی با یکدیگر متفاوت هستند و با استفاده از روابط خاص ریاضی محاسبه می‌گردند. رابطهٔ ریاضی بین این دو کلید به گونه‌ای است که کشف کلید خصوصی با در اختیار داشتن کلید عمومی، عملاً ناممکن است.
مقایسه رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن
اصولاً رمزنگاری کلید متقارن و کلید نامتقارن دارای دو ماهیت متفاوت هستند و کاربردهای متفاوتی نیز دارند. بنا بر این مقایسهٔ این دو نوع رمزنگاری بدون توجه به کاربرد و سیستم مورد نظر کار دقیقی نخواهد بود. اما اگر معیار مقایسه، به طور خاص، حجم و زمان محاسبات مورد نیاز باشد، باید گفت که با در نظر گرفتن مقیاس امنیتی معادل، الگوریتمهای رمزنگاری متقارن خیلی سریع‌تر از الگوریتمهای رمزنگاری نامتقارن می‌باشند.
تجزیه و تحلیل رمز
تجزیه و تحلیل رمز∗ یا شکستن رمز، به کلیهٔ اقدامات مبتنی بر اصول ریاضی و علمی اطلاق می‌گردد که هدف آن از بین بردن امنیت رمزنگاری و در نهایت بازکردن رمز و دستیابی به اطلاعات اصلی باشد. در تجزیه و تحلیل رمز، سعی میشود تا با بررسی جزئیات مربوط به الگوریتم رمز و یا پروتکل رمزنگاری مورد استفاده و به کار گرفتن هرگونه اطلاعات جانبی موجود، ضعف‌های امنیتی احتمالی موجود در سیستم رمزنگاری یافته شود و از این طریق به نحوی کلید رمز به دست آمده و یا محتوای اطلاعات رمز شده استخراج گردد.
تجزیه و تحلیل رمز، گاهی به منظور شکستن امنیت یک سیستم رمزنگاری و به عنوان خرابکاری و یک فعالیت ضد امنیتی انجام میشود و گاهی هم به منظور ارزیابی یک پروتکل یا الگوریتم رمزنگاری و برای کشف ضعف‌ها و آسیب‌پذیری‌های احتمالی آن صورت می‌پذیرد. به همین دلیل، تجزیه و تحلیل رمز، ذاتاً یک فعالیت خصومت‌آمیز به حساب نمی‌آید؛ اما معمولاً قسمت ارزیابی و کشف آسیب‌پذیری را به عنوان جزئی از عملیات لازم و ضروری در هنگام طراحی الگوریتم‌ها و پروتکل‌های جدید به حساب می‌آورند و در نتیجه تجزیه و تحلیل رمز بیشتر فعالیت‌های خرابکارانه و ضد امنیتی را به ذهن متبادر می‌سازد. با توجه به همین مطلب از اصطلاح حملات تحلیل رمز∗ برای اشاره به چنین فعالیت‌هایی استفاده میشود.
تحلیل رمز، در اصل اشاره به بررسی ریاضی الگوریتم (یا پروتکل) و کشف ضعف‌های احتمالی آن دارد؛ اما در خیلی از موارد فعالیت خرابکارانه، به جای اصول و مبنای ریاضی، به بررسی یک پیاده‌سازی خاص آن الگوریتم (یا پروتکل) در یک کاربرد خاص می‌پردازد و با استفاده از امکانات مختلف سعی در شکستن رمز و یافتن کلید رمز می‌نماید. به این دسته از اقدامات خرابکارانه، حملات جانبی∗ گفته میشود.
رمزهای جانشینی
در رمز نگاری جانشینی هر حرف یا گروهی از حروف بایک حرف یا گروهی دیگراز حروف جابجا میشوند تا شکل پیام بهم بریزد. یکی از قدیمی‌ترین رمزهای شناخته شده روش رمز نگاری سزار است که ابداع آن به ژولیوس سزار نسبت داده میشود. در این روش حرف a به d تبدیل میشود bبه c، e به fوبه همین ترتیب تاz که با حروفc جایگزین میشوند.
افزونگی
اولین اصل آن است که تمام پیامهای رمز شده بایدشامل مقداری«افزونگی»[داده‌های زائد]باشندبه عبارت دیگر لزومی ندارد که اطلاعات واقعی به همان گونه که هستند رمز و ارسال شوند. یک مثال می‌تواند به فهم دلیل این نیاز کمک کند. فرض کنید یک شرکت به نام TCP با۶۰۰۰۰کالااز طریق سیستم پست الکترونیکی سفارش خرید می‌پذیرد. برنامه نویسان شرکت TCP به خیال آن که برنامه‌های موثر و کار آمدی می‌نویسند پیامهای سفارش کالا را مشتمل بر ۱۶بایت نام مشتری و به دنبال آن سه بایت فیلد داده (شامل یک بایت برای تعدادکالا ودو بایت برای شمارهٔ کالا)در نظر می‌گیرد که سه بایت آخر توسط یک کلید بسیار طولانی رمزنگاری میشود واین کلید را فقط مشتری و شرکت TCP می‌داند.
تازگی پیامها
دومین اصل اساسی در رمزنگاری آن است که باید محاسباتی صورت بگیرد تا مطمئن شویم هرپیام دریافتی تازه و جدید است یا به عبارتی اخیراً فرستاده شده‌است این بررسی برای جلوگیری از ارسال مجدد پیامهای قدیمی توسط یک اخلالگر فعّال الزامی است اگر چنین بررسی‌هایی انجام نشود کارمند اخراجی ما قادر است با ایجاد یک انشعاب مخفی از خط تلفن پیامهای معتبری را که قبلاً ارسال شده مکرراً ارسال نماید، حتی اگر نداند محتوای ان چیست.
راهکاری برای ایجاد تازگی پیام
یک چنین محاسبه‌ای را می‌توان با قرار دادن یک مهر زمان در پیامها پیش بینی کرد به نحوی که پیامها مثلاً برای ده ثانیه معتبر باشد گیرندهٔ پیام می‌تواند آن را برای حدود ده ثانیه نگه دارد تا بتواند پیامهای جدید را با آن مقایسه کرده و نسخه‌های تکراری را که دارای مهر زمان هستند به عنوان پیامهای قدیمی شناخته و حذف خواهند شد.
رمزنگاری به صورت سخت‌افزاری
الگوریتمهای رمزنگاری رامی توان هم به صورت سخت‌افزاری(به منظورسرعت بالاتر) وهم به صورت نرم‌افزاری (برای انعطاف پذیری بیشتر) پیاده سازی کرد روشهای جانشینی وجایگشتی می‌توانند با یک مدار سادهٔ الکترونیکی پیاده سازی شوند. p-box ابزاری است که برای جایگشت بیتهای یک ورودی هشت بیتی کاربرد دارد. بود با سیم بندی و برنامه ریزی درونی این p-box قادراست هر گونه جایگشت بیتی راعملاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور انجام بدهد چرا که هیچ گونه محاسبه‌ای لازم نیست وفقط تأخیر انتشار سیگنال وجود دارد. این طراحی از اصل کرکهف تبعیت میکند یعنی:حمله کننده از روش عمومی جایگشت بیت‌ها مطلّع است آن چه که او از آن خبر ندارد آن است که کدام بیت به کدام بیت نگاشته میشود کلید رمز همین است.
برخی اصطلاحات
در لیست زیر با توجه به ارتباط مستقیم علم رمزنگاری یا همان Cryptography به برخی از اصطلاحات که در بحث امنیت شبکه و کامپیوتر وجود دارند اشاره شده‌است.
Encryption
در علم cryptography به پنهان سازی اطلاعات گفته میشود.
Decryption
معکوس encryption است و در crypto به آشکار سازی اطلاعات پنهان شده گفته میشود.
== Plain text متن اولیه که رمز نشده است را plain text گویند
Cipher
به روشی برای تبدیل plain text به متنی که معنای آن پنهان باشد cipher گفته میشود.
Cryptanalysis
به هنر شکستن متون cipher شده گفته میشود.
Intruder
در لغت به معنای مزاحم است ولی در اینجا به معنای کسی است که یک کپی از cipher text دارد و تمایل به شکستن رمز دارد. منظور از شکستن رمز یعنی decrypt کردن آن متن که خود دو نوع است activeintruder که می‌تواند اطلاعات را روی خط عوض کند و تغییر دهد و passive intruder که فقط می‌تواند اطلاعات روی خط را داشته باشد و قابلیت تغییر آنها را ندارد.
Protocol
به روش و یا قرار دادی که بین دو یا چند نفر برای تبادل اطلاعات گذاشته میشود گفته میشود.
Intrusion Points
نقاطی که یک نفوذگر بتواند به اطلاعات با ارزش دست پیدا کند.
Internal Access Point
به سیستم‌هایی گویند که در اتاق یا در شبکه داخلی مستقرند و هیچ امنیتی (LocalSecurity) روی آنها تنظیم نشده باشد و احتمال حمله به آنها وجود دارد.
External Access Point
تجهیزاتی که ما را به شبکه خارجی مانند اینترنت متصل می‌کنند یا Applicationهایی که از طریق اینترنت کار می‌کنند و احتمال حمله به آنها وجود دارد.
Attack
هر چیزی که مکانیزم امنیت سیستم شما را دور زده و باعث تخریب گردد را حمله یا Attack گویند. از انواع حمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
DoS
DDoS
Spoofing (مانند MAC Spoofing، IP Spoofing و Web Spoofing)
Man-in-the-Middle
Password Guessing
Key
به اطلاعاتی گفته میشود که با استفاده از آن بتوان cipher text (متنی که cipher شده) را به plain text تبدیل کرد.(یا برعکس) به عبارت ساده یک متن رمز شده توسط یک Key با الگوریتم مناسب، به متن ساده تبدیل میشود.
آمفیزم
آمفیزم به معنی نابودی پارانشیم ریوی است که منجر به از بین رفتن خاصیت ارتجاعی ریه و از بین رفتن دیواره آلوئول‌های ریه می شود. از اتصال چند آلوئول یک حفره بزرگ به وجود می‌آید که موجب کاهش سطح تنفسی و اِشکال در جذب اکسیژن میشود. از بین رفتن کشش شعاعی ریه در پی این پروسه٬ منجر به افزایش تمایل مجاری هوایی به روی هم افتادن(کولاپس) شده در نهایت موجب پرهوایی ریه و محدودیت جریان هوا در ریهها و گیر افتادن هوا در ریه می شود. فضاهای تنفسی بزرگتر و بولهای تشکیل می شوند. آمفیزم یکی از اجزای اصلی بیماری مزمن انسدادی ریه است.تمامی سیگاری ها به درجاتی از آمفیزم دچار میشوند.دراین بیماری دیواره ی حبابچه ها به تدریج ازبین رفته وفرد مبتلا به تنگی نفس میشود.پیشروی این بیماری بستگی به تعدادسیگار درروز وتعداد روزهایی که مصرف می شود دارد.
امفیزم معمولاً بتدریج پیشرفت میکند و منجر به نارسایی تنفسی میشود.
سبب‌شناسی
علت اصلی امفیزم کشیدن سیگار است در افراد غیر سیگاری حتی درجات متوسط امفیزم نادر است.احتمالاً" تحریکات ناشی از کشیدن سیگار موجب تخریب یا اختلال در ساخت رشته‌های الاستیک و سایر اجزای سپتوم بین الوئولی میشود.
انواع امفیزم
آمفیزم در حالت معمول به چهار گروه تقسیم می‌گردد:
آمفیزم سنتروآسینار
آمفیزم پان‌آسینار
آمفیزم پاراسکتال یا آسینار دیستال
آمفیزم غیرطبیعی یا بی‌قاعده
آمفیزم سنتروآسینار
بیشتر از ۹۵درصد آمفیزم‌ها از این نوع بوده و در آن لوب‌های ریه درگیر میشوند. در این نوع بیشترین آلوئول‌های درگیر در بخش مرکزی ششها و نزدیک به نایژک‌ها(برونکیول) مرکزی قرار دارند درحالیکه آلوئول‌های دیستال در وضعیت نرمال و سلامت قرار دارند. آمفیزم سنتروآسینار همراه بیماری‌های ریوی مانند برونشیت مزمن و بیماری انسدادی ریوی خود را نشان می‌دهد.
آمفیزم پان‌آسینار
در این نوع آمفیزم آلوئول‌های تنفسی افزایش حجم دارند و بر خلاف نوع سنترآسینار که میانه ریه را دربر می‌گیرد٬ این نوع آمفیزم از ابتدای برونکیول تنفسی(جایی که آلوئول شروع شده و تنفس آناتومیک آغاز میشود) تا آخرین آلوئول در کف ششها را درگیر میکند و در حقیقت بیشترین صدمه را بخش پایینی ششها می‌بینند. علت اصلی این نوع آمفیزم اختلال و کمبود در آلفا۱-آنتی‌تریپسین است.
آمفیزم پاراسکتال یا آسینار دیستال
این نوع آمفیزم تنها بخش‌های دیستال شش را دربر گرفته و صدمه به آسینارها
در انتهای دیواره‌های همبندی(کانکتیو) و بخش مجاور به پرده جنب (پلئور) در ریه است.
آمفیزم غیرطبیعی
یا بی‌قاعده
آمفیزم بی‌قاعده همانگونه که از نامش پیداست٬ محل ویژه‌ای نداشته و مکان‌های مختلف آسینار را درگیر میکند. از دیگر مشکل‌های این نوع آمفیزم٬ آسمپتومال بودن و بدون نشانه بودن آن است.
سیر بالینی
نخستین سمپتوم و نشانه آمفیزم تنگی نفس یا دیسپنه است که شروعی پیش‌رونده و بحرانی دارد. در برخی بیماران وجود سرفه و تنفس سیبیلانت (دارای صفیر) نشانه آمفیزم می‌تواند باشد. در ادامه کاهش وزن که گاهی با سرعت ادامه میابد و اشکال در تنفس پی‌آمد بالینی و کلینیک آن است.
درمان نوین
دانشمندان به‌تازگی با آزمایش سلول‌های بنیادین ریه بر روی موش‌های دچار آمفیزم و مشاهده رشد دوباره آلوئول و برونکیول برای درمان غیر تهاجمی و بدون جراحی این بیماری به امیدهایی تازه دست یافته‌اند.
سل
سل (به انگلیسی: Tuberculosis) یک بیماری عفونی شایع، و در بسیاری از موارد مرگبار است. این بیماری توسط گونه‌های مختلف میکوباکتریا، به طور معمول «میکوباکتریوم توبرکلوزیس» ایجاد میشود.سل به طور معمول به ریهها حمله میکند، اما بر قسمت‌های دیگر بدن نیز می‌تواند تأثیر گذار باشد. وقتی افرادی که عفونت سلی فعال دارند سرفه، عطسه، و یا بزاق خود را از طریق هوا منتقل می‌کنند سل از طریق هوا پخش میشود.
اغلب عفونت‌ها بدون علامت و پنهان هستند. اما معمولاً از هر ده عفونت نهفته یک عفونت در نهایت پیشرفت کرده و به بیماری فعال تبدیل میشود. اگر سل درمان نشود، بیش از ۵۰٪ از افرادی که به آن آلوده میشوند را به کام مرگ می‌کشد.
علائم کلاسیک عفونت سل فعال عبارتند از سرفه مزمن با خلط آغشته به خون، تب، تعریق شبانه، و کاهش وزن. (سل قبلاً به دلیل کاهش وزن افراد به «زوال» مبتلا معروف بود.) عفونت اندام‌های دیگر باعث طیف وسیعی از علائم میشود. تشخیص سل فعال به رادیولوژی (معمولاً عکس از قفسه سینه با X-ray) و همچنین آزمایش‌های میکروسکوپی و کشت میکروبیولوژیک مایعات بدن متکی است. تشخیص سل نهفته متکی بر تست پوستی توبرکولین (TST) و آزمایش خون می‌باشد. درمان دشوار است و مستلزم آن است که آنتی بیوتیک‌های متعددی در یک مدت زمان طولانی استفاده شوند. ارتباطات اجتماعی نیز غربالگری و در صورت لزوم مورد درمان قرار می‌گیرند. مقاومت در برابر آنتی بیوتیک‌ها یک مشکل رو به رشد در عفونت‌های سل مقاوم در برابر داروهای چندگانه (MDR-TB) می‌باشد. برای جلوگیری از سل، مردم باید برای این بیماری غربالگری و با واکسن bacillus Calmette-Guérin واکسینه شوند.
کارشناسان معتقدند که یک سوم از جمعیت جهان مبتلا به «M. tuberculosis» هستند،
و در هر ثانیه یک نفر به این تعداد افزوده میشود.[۳] در سال ۲۰۰۷، ۱۳٫۷ میلیون مورد مزمن در سطح جهان فعال بودند.در سال ۲۰۱۰، حدود ۸٫۸ میلیون مورد جدید به وجود آمده و ۱٫۵ میلیون مورد به مرگ انجامید، که عمدتاً در کشورهای در حال توسعه رخ داده است.تعداد مطلق موارد ابتلا به سل از سال ۲۰۰۶ رو به کاهش بوده است، و موارد جدید از سال ۲۰۰۲ کاهش یافته است.سل به طور یکنواخت در سراسر جهان توزیع نشده است. تست توبرکولین حدود ۸۰٪ از جمعیت حاضر در بسیاری از کشورهای آسیایی و آفریقایی مثبت بوده است، اما تنها تست ۵-۱۰٪ از جمعیت ایالات متحده مثبت بوده است.مردم کشورهای در حال توسعه به دلیل کمبود ایمنی، بیشتر در معرض خطر سل قرار دارند. به طور معمول، این افراد به دلیل آلوده بودن به HIV و ابتلا به ایدز گرفتار سل میشوند.
علائم و نشانه‌ها
حدود ۵–۱۰٪ از افرادی که HIV ندارند، اما آلوده به سل هستند در طول عمر خود دچار بیماری فعال میشوند.در مقابل، ۳۰٪ از افرادی که آلوده به HIV و سل هستند دچار بیماری فعال می‌گردند.سل می‌تواند هر قسمتی از بدن را آلوده کند، اما معمولاً در ریهها رخ می‌دهد (شناخته شده به عنوان سل ریوی). سل خارج ریوی زمانی رخ می‌دهد که سل به خارج از ریهها نفوذ میکند. سل خارج ریوی همچنین می‌تواند همزمان با سل ریوی وجود داشته باشد.علائم و نشانه‌های عمومی عبارتند از تب، لرز، تعریق شبانه، از دست دادن اشتها، کاهش وزن، و خستگی.همچنین پدیده انگشت چماقی قابل توجهی نیز می‌تواند رخ دهد.
ریوی
اگر یک عفونت سل فعال شود، در حدود ۹۰٪ از مردم در ریهها بروز میکند.علائم می‌تواند شامل درد قفسه سینه و سرفه‌های طولانی باشد که تولید خلط می‌کنند. در حدود ۲۵٪ از افراد هیچ علائمی ندارند (یعنی آنها «بدون علامت» باقی می‌مانند). گاهی اوقات، افراد دچار سرفه‌های خونین در مقادیر کم میشوند. در موارد نادر، عفونت می‌تواند به تضعیف شریان ریوی بینجامد، که منجر به خونریزی شدید به نام آنوریسم راسموسن میشود. سل می‌تواند تبدیل به یک بیماری مزمن شده و باعث زخم‌های گسترده در نرمه فوقانی ریهها شود. قسمت فوقانی ریهها بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گریند.دلیل آن به طور کامل روشن نیست.شاید قسمت فوقانی ریهها به دلیل جریان هوای بهتر یا خروجی ضعیف غدد لنفاوی بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند.
خارج ریوی
در ۱۵–۲۰٪ از موارد فعال، عفونت به خارج از اندام‌های تنفسی گسترش می‌یابد که باعث بروز انواع دیگر سل میشود به سلی که خارج از اندام‌های تنفسی رخ می‌دهد، «سل خارج ریوی» گفته میشود.سل خارج ریوی به طور معمول در افرادی که دچار نقص سیستم ایمنی هستند و کودکان رخ می‌دهد. سل خارج ریوی در بیش از ۵۰٪ از افرادی که HIV دارند دیده میشود.مکان‌های عفونت قابل توجه خارج ریوی عبارتند از: شش شامه (در پلورزی (آماس شامه ریه) سلی)، سیستم عصبی مرکزی (در مننژیت سلی)، و سیستم لنفاوی (در سل غدد لنفاوی گردن). از میان مکان‌های دیگر سل خارج ریوی در دستگاه ادراری تناسلی (در سل ادراری تناسلی) و در استخوان‌ها و مفاصل (در سل ستون فقرات) نیز اتفاق می‌افتد. هنگامی که این بیماری در استخوان هم گسترش می‌یابد، آن را به عنوان «سل استخوانی» نیز می‌شناسند، که نوعی از استئومیلیت (کورک استخوانی) می‌باشد.یک نوع بالقوه جدی تر و شایع سل، سل «منتشر» نام دارد، که معمولاً به عنوان سل ارزنی یا میلیاری شناخته شده است.سل ارزنی در حدود ۱۰٪ از موارد سل خارج ریوی را تشکیل می‌دهد.
آسم
آسم (برگرفته شده از واژه یونانی ἅσθμα به معنی «آسما» یا «نفس نفس زدن») یک بیماری التهابی رایج مزمن مجاری هوایی است که ویژگی‌های آن عبارتند از علائم متغیر و عودکننده، انسداد برگشت پذیر جریان هوا، و اسپاسم برونش.نشانه‌های رایج آن عبارتند از خس خس، سرفه، تنگی قفسه سینه و تنگی نفس.
تصور بر این است که آسم از ترکیبی از عوامل ژنتیکی و عوامل محیطی ایجاد میشود.تشخیص آن معمولاً بر اساس الگوی علائم، پاسخ به درمان در طول زمان و اسپیرومتری صورت می‌گیرد.این بیماری از نظر بالینی با توجه به دفعات علائم، حجم بازدمی با فشار در یک ثانیه (FEV1) و بیشینه میزان جریان بازدمی طبقه‌بندی میشود.آسم را همچنین می‌توان بر اساس آتوپیک (بیرونی) یا غیرآتوپیک (درونی) بودن عامل آن طبقه‌بندی کرد که در اینجا آتوپی اشاره به استعداد بروز واکنش‌های حساسیت نوع ۱ اشاره دارد.
درمان علائم حاد معمولاً با استفاده از داروهای استنشاقی کوتاه اثر آگونیست بتا ۲ (مانند سالبوتامول) و کورتیکواستروئیدها خوراکی صورت می‌گیرد.در موارد بسیار شدید ممکن است لازم باشد از کورتیکواستروئیدهای داخل وریدی، سولفات منیزیم استفاده شده و فرد بستری گردد.با اجتناب از حساسیت‌زاها یا آلرژی‌زاها و محرک‌ها و با استفاده از کورتیکواستروئیدهای استنشاقی می‌توان از بروز علائم جلوگیری کرد.اگر علائم آسم تحت کنترل در نیامد، آگونیست‌های طولانی‌اثر بتا (LABA) یا آنتاگونیست لکوترین را نیز می‌توان علاوه بر کورتیکواستروئیدهای استنشاقی استفاده نمود.شیوع آسم از دهه ۱۹۷۰ به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است. در سال ۲۰۱۱، تعداد ۲۳۵-۳۰۰ میلیون نفر در سطح جهان به این بیماری مبتلا بودند،و این بیماری حدود ۲۵۰،۰۰۰ مورد مرگ و میر را سبب شد.
تنفس
به مجموع دو عمل فروبردن هوا به داخل دستگاه تنفسی (دَم) و سپس خارج کردن هوا (بازدم) که هدف آن رساندن (اکسیژن) به خون و خارج کردن دی اکسید کربن از خون است عمل تنفس می‌گویند.
تنفس
تنفس را می‌توان این گونه تعریف کرد: تبادل گازها بین موجود و محیطی که در آن زندگی میکند. با این تعریف دو نوع تنفس در موجود زنده خواهیم داشت:
تنفس داخلی (سلولی)
تنفس خارجی (ریوی)
تنفس داخلی
تنفس داخلی، تبادل گازها بین جریان خون و سلول‌های مجاور صورت می‌گیرد. خون در طی عبور از میان بافتهای بدن، تقریبا به اندازه ۵ تا ۷% از حجم خود، اکسیژن از دست می‌دهد و ۴ تا ۶% دی‌اکسید کربن دریافت میکند. هنگامی که دما یا اسیدیته، افزایش پیدا میکند، اکسیژن بیشتری به بافت‌ها می‌رسد. قسمت اعظم اکسیژن خون به هموگلوبین گویچه‌های سرخ خون (Red Blood Cell) پیوند میشود. اما تنها ۳۰% دی‌اکسید کربن توسط این سلول‌ها حمل شده، بقیه آن در پلاسما حل میشود.
تنفس خارجی
تنفس خارجی، تبادل گازها بین ریه و جریان خون است. بسیاری از تجهیزات تنفسی، با اندازه گیری یا درمان وضعیت‌های ناهنجار تنفس خارجی سروکار دارند. تنفس خارجی دو مرحله دارد: دَم و بازدم.
ریتم تنفسی
در انسان سالم تعداد تنفس در هر دقیقه دوازده بار است که به آن ریتم نرمال تنفسی می‌گویند. افزایش و یا کاهش در تعداد تنفس به‌ترتیب تندنفسی(تاکی‌پنه) و کنددمی(برادی‌پنی) نامیده شده و نشانهٔ بیماری است.
اعضای تنفس
اعضای تنفسی به دو بخش تقسیم بندی میشود: ۱. بخش هدایتی: شامل سوراخ‌های بینی، حلق، حنجره، نای، برونش و برونشیول هاست. این اعضا دارای دیواره‌های ضخیم است و هیچ تبادل گازی با مویرگها ندارد.
۲. بخش تنفسی: شامل برونشیول‌های تنفسی، مجراهای آلوئولی، دهلیزها و کیسه‌های هوایی میشود. دیواره‌های این بخش نازک است و با مویرگهای خونی، تبادل گازی دارد. عضلات تنفسی شامل دیافراگم و ماهیچه میان‌دنده یا سینه ای. عملکرد هماهنگ دنده‌ها و جناغ با عضلات تنفسی عمل تنفس را سبب میشود.
نقش ماهیچه های میان‌دنده در تنفس
هنگام دم (تنفس)
ماهیچه میان‌دنده برونی به سمت بیرون و بالا منقبض میشود و قفسهٔ سینه را نیز در همین جهات حرکت می‌دهد که منجر به گسترش فضای درونی قفسه سینه میشود.
ماهیچه میان‌دنده درونی شل میشود.
(پردهٔ دیافراگم به ست پایین منقبض میشود که منجر به گسترش فضای درونی قفسه سینه میشود.
در دم به دلیل گسترش حجم درونی قفسه سینه و کم بودن غلظت هوا و اجزای آن مانند اکسیژن، هوا ی بیرون ششها توسط واپخش به درون ششها وارد میشود.
هنگام بازدم
ماهیچه میان‌دنده برونی شل میشود.
ماهیچه میان‌دنده درونی به سمت درون و پایین منقبض میشود و قفسهٔ سینه را نیز در همین جهات حرکت می‌دهد که منجر به کوچک شدن فضای درونی قفسه سینه میشود.
پردهٔ دیافراگم شل میشود
در بازدم به دلیل کوچک شدن حجم درونی قفسه سینه و زیاد بودن غلظت هوا و اجزای آن مانند دای اکسید کربن، هوا ی درونی ششها توسط پخش مولکولی به بیرون ششها منتقل میشود.
آمفیزم به معنی نابودی پارانشیم ریوی است که منجر به از بین رفتن خاصیت ارتجاعی ریه و از بین رفتن دیواره آلوئول‌های ریه می شود. از اتصال چند آلوئول یک حفره بزرگ به وجود می‌آید که موجب کاهش سطح تنفسی و اِشکال در جذب اکسیژن میشود. از بین رفتن کشش شعاعی ریه در پی این پروسه٬ منجر به افزایش تمایل مجاری هوایی به روی هم افتادن(کولاپس) شده در نهایت موجب پرهوایی ریه و محدودیت جریان هوا در ریهها و گیر افتادن هوا در ریه می شود. فضاهای تنفسی بزرگتر و بولهای تشکیل می شوند. آمفیزم یکی از اجزای اصلی بیماری مزمن انسدادی ریه است.تمامی سیگاری ها به درجاتی از آمفیزم دچار میشوند.دراین بیماری دیواره ی حبابچه ها به تدریج ازبین رفته وفرد مبتلا به تنگی نفس میشود.پیشروی این بیماری بستگی به تعدادسیگار درروز وتعداد روزهایی که مصرف می شود دارد.
امفیزم معمولاً بتدریج پیشرفت میکند و منجر به نارسایی تنفسی میشود.
سبب‌شناسی
علت اصلی امفیزم کشیدن سیگار است در افراد غیر سیگاری حتی درجات متوسط امفیزم نادر است.احتمالاً" تحریکات ناشی از کشیدن سیگار موجب تخریب یا اختلال در ساخت رشته‌های الاستیک و سایر اجزای سپتوم بین الوئولی میشود.
انواع امفیزم
آمفیزم در حالت معمول به چهار گروه تقسیم می‌گردد:
آمفیزم سنتروآسینار
آمفیزم پان‌آسینار
آمفیزم پاراسکتال یا آسینار دیستال
آمفیزم غیرطبیعی یا بی‌قاعده
آمفیزم سنتروآسینار
بیشتر از ۹۵درصد آمفیزم‌ها از این نوع بوده و در آن لوب‌های ریه درگیر میشوند. در این نوع بیشترین آلوئول‌های درگیر در بخش مرکزی ششها و نزدیک به نایژک‌ها(برونکیول) مرکزی قرار دارند درحالیکه آلوئول‌های دیستال در وضعیت نرمال و سلامت قرار دارند. آمفیزم سنتروآسینار همراه بیماری‌های ریوی مانند برونشیت مزمن و بیماری انسدادی ریوی خود را نشان می‌دهد.
آمفیزم پان‌آسینار
در این نوع آمفیزم آلوئول‌های تنفسی افزایش حجم دارند و بر خلاف نوع سنترآسینار که میانه ریه را دربر می‌گیرد٬ این نوع آمفیزم از ابتدای برونکیول تنفسی(جایی که آلوئول شروع شده و تنفس آناتومیک آغاز میشود) تا آخرین آلوئول در کف ششها را درگیر میکند و در حقیقت بیشترین صدمه را بخش پایینی ششها می‌بینند. علت اصلی این نوع آمفیزم اختلال و کمبود در آلفا۱-آنتی‌تریپسین است.
آمفیزم پاراسکتال یا آسینار دیستال
این نوع آمفیزم تنها بخش‌های دیستال شش را دربر گرفته و صدمه به آسینارها
در انتهای دیواره‌های همبندی(کانکتیو) و بخش مجاور به پرده جنب (پلئور) در ریه است.
آمفیزم غیرطبیعی
یا بی‌قاعده
آمفیزم بی‌قاعده همانگونه که از نامش پیداست٬ محل ویژه‌ای نداشته و مکان‌های مختلف آسینار را درگیر میکند. از دیگر مشکل‌های این نوع آمفیزم٬ آسمپتومال بودن و بدون نشانه بودن آن است.
سیر بالینی
نخستین سمپتوم و نشانه آمفیزم تنگی نفس یا دیسپنه است که شروعی پیش‌رونده و بحرانی دارد. در برخی بیماران وجود سرفه و تنفس سیبیلانت (دارای صفیر) نشانه آمفیزم می‌تواند باشد. در ادامه کاهش وزن که گاهی با سرعت ادامه میابد و اشکال در تنفس پی‌آمد بالینی و کلینیک آن است.
درمان نوین
دانشمندان به‌تازگی با آزمایش سلول‌های بنیادین ریه بر روی موش‌های دچار آمفیزم و مشاهده رشد دوباره آلوئول و برونکیول برای درمان غیر تهاجمی و بدون جراحی این بیماری به امیدهایی تازه دست یافته‌اند.
سل
سل (به انگلیسی: Tuberculosis) یک بیماری عفونی شایع، و در بسیاری از موارد مرگبار است. این بیماری توسط گونه‌های مختلف میکوباکتریا، به طور معمول «میکوباکتریوم توبرکلوزیس» ایجاد میشود.سل به طور معمول به ریهها حمله میکند، اما بر قسمت‌های دیگر بدن نیز می‌تواند تأثیر گذار باشد. وقتی افرادی که عفونت سلی فعال دارند سرفه، عطسه، و یا بزاق خود را از طریق هوا منتقل می‌کنند سل از طریق هوا پخش میشود.
اغلب عفونت‌ها بدون علامت و پنهان هستند. اما معمولاً از هر ده عفونت نهفته یک عفونت در نهایت پیشرفت کرده و به بیماری فعال تبدیل میشود. اگر سل درمان نشود، بیش از ۵۰٪ از افرادی که به آن آلوده میشوند را به کام مرگ می‌کشد.
علائم کلاسیک عفونت سل فعال عبارتند از سرفه مزمن با خلط آغشته به خون، تب، تعریق شبانه، و کاهش وزن. (سل قبلاً به دلیل کاهش وزن افراد به «زوال» مبتلا معروف بود.) عفونت اندام‌های دیگر باعث طیف وسیعی از علائم میشود. تشخیص سل فعال به رادیولوژی (معمولاً عکس از قفسه سینه با X-ray) و همچنین آزمایش‌های میکروسکوپی و کشت میکروبیولوژیک مایعات بدن متکی است. تشخیص سل نهفته متکی بر تست پوستی توبرکولین (TST) و آزمایش خون می‌باشد. درمان دشوار است و مستلزم آن است که آنتی بیوتیک‌های متعددی در یک مدت زمان طولانی استفاده شوند. ارتباطات اجتماعی نیز غربالگری و در صورت لزوم مورد درمان قرار می‌گیرند. مقاومت در برابر آنتی بیوتیک‌ها یک مشکل رو به رشد در عفونت‌های سل مقاوم در برابر داروهای چندگانه (MDR-TB) می‌باشد. برای جلوگیری از سل، مردم باید برای این بیماری غربالگری و با واکسن bacillus Calmette-Guérin واکسینه شوند.
کارشناسان معتقدند که یک سوم از جمعیت جهان مبتلا به «M. tuberculosis» هستند،
و در هر ثانیه یک نفر به این تعداد افزوده میشود.[۳] در سال ۲۰۰۷، ۱۳٫۷ میلیون مورد مزمن در سطح جهان فعال بودند.در سال ۲۰۱۰، حدود ۸٫۸ میلیون مورد جدید به وجود آمده و ۱٫۵ میلیون مورد به مرگ انجامید، که عمدتاً در کشورهای در حال توسعه رخ داده است.تعداد مطلق موارد ابتلا به سل از سال ۲۰۰۶ رو به کاهش بوده است، و موارد جدید از سال ۲۰۰۲ کاهش یافته است.سل به طور یکنواخت در سراسر جهان توزیع نشده است. تست توبرکولین حدود ۸۰٪ از جمعیت حاضر در بسیاری از کشورهای آسیایی و آفریقایی مثبت بوده است، اما تنها تست ۵-۱۰٪ از جمعیت ایالات متحده مثبت بوده است.مردم کشورهای در حال توسعه به دلیل کمبود ایمنی، بیشتر در معرض خطر سل قرار دارند. به طور معمول، این افراد به دلیل آلوده بودن به HIV و ابتلا به ایدز گرفتار سل میشوند.
علائم و نشانه‌ها
حدود ۵–۱۰٪ از افرادی که HIV ندارند، اما آلوده به سل هستند در طول عمر خود دچار بیماری فعال میشوند.در مقابل، ۳۰٪ از افرادی که آلوده به HIV و سل هستند دچار بیماری فعال می‌گردند.سل می‌تواند هر قسمتی از بدن را آلوده کند، اما معمولاً در ریهها رخ می‌دهد (شناخته شده به عنوان سل ریوی). سل خارج ریوی زمانی رخ می‌دهد که سل به خارج از ریهها نفوذ میکند. سل خارج ریوی همچنین می‌تواند همزمان با سل ریوی وجود داشته باشد.علائم و نشانه‌های عمومی عبارتند از تب، لرز، تعریق شبانه، از دست دادن اشتها، کاهش وزن، و خستگی.همچنین پدیده انگشت چماقی قابل توجهی نیز می‌تواند رخ دهد.
ریوی
اگر یک عفونت سل فعال شود، در حدود ۹۰٪ از مردم در ریهها بروز میکند.علائم می‌تواند شامل درد قفسه سینه و سرفه‌های طولانی باشد که تولید خلط می‌کنند. در حدود ۲۵٪ از افراد هیچ علائمی ندارند (یعنی آنها «بدون علامت» باقی می‌مانند). گاهی اوقات، افراد دچار سرفه‌های خونین در مقادیر کم میشوند. در موارد نادر، عفونت می‌تواند به تضعیف شریان ریوی بینجامد، که منجر به خونریزی شدید به نام آنوریسم راسموسن میشود. سل می‌تواند تبدیل به یک بیماری مزمن شده و باعث زخم‌های گسترده در نرمه فوقانی ریهها شود. قسمت فوقانی ریهها بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گریند.دلیل آن به طور کامل روشن نیست.شاید قسمت فوقانی ریهها به دلیل جریان هوای بهتر یا خروجی ضعیف غدد لنفاوی بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند.
خارج ریوی
در ۱۵–۲۰٪ از موارد فعال، عفونت به خارج از اندام‌های تنفسی گسترش می‌یابد که باعث بروز انواع دیگر سل میشود به سلی که خارج از اندام‌های تنفسی رخ می‌دهد، «سل خارج ریوی» گفته میشود.سل خارج ریوی به طور معمول در افرادی که دچار نقص سیستم ایمنی هستند و کودکان رخ می‌دهد. سل خارج ریوی در بیش از ۵۰٪ از افرادی که HIV دارند دیده میشود.مکان‌های عفونت قابل توجه خارج ریوی عبارتند از: شش شامه (در پلورزی (آماس شامه ریه) سلی)، سیستم عصبی مرکزی (در مننژیت سلی)، و سیستم لنفاوی (در سل غدد لنفاوی گردن). از میان مکان‌های دیگر سل خارج ریوی در دستگاه ادراری تناسلی (در سل ادراری تناسلی) و در استخوان‌ها و مفاصل (در سل ستون فقرات) نیز اتفاق می‌افتد. هنگامی که این بیماری در استخوان هم گسترش می‌یابد، آن را به عنوان «سل استخوانی» نیز می‌شناسند، که نوعی از استئومیلیت (کورک استخوانی) می‌باشد.یک نوع بالقوه جدی تر و شایع سل، سل «منتشر» نام دارد، که معمولاً به عنوان سل ارزنی یا میلیاری شناخته شده است.سل ارزنی در حدود ۱۰٪ از موارد سل خارج ریوی را تشکیل می‌دهد.
آسم
آسم (برگرفته شده از واژه یونانی ἅσθμα به معنی «آسما» یا «نفس نفس زدن») یک بیماری التهابی رایج مزمن مجاری هوایی است که ویژگی‌های آن عبارتند از علائم متغیر و عودکننده، انسداد برگشت پذیر جریان هوا، و اسپاسم برونش.نشانه‌های رایج آن عبارتند از خس خس، سرفه، تنگی قفسه سینه و تنگی نفس.
تصور بر این است که آسم از ترکیبی از عوامل ژنتیکی و عوامل محیطی ایجاد میشود.تشخیص آن معمولاً بر اساس الگوی علائم، پاسخ به درمان در طول زمان و اسپیرومتری صورت می‌گیرد.این بیماری از نظر بالینی با توجه به دفعات علائم، حجم بازدمی با فشار در یک ثانیه (FEV1) و بیشینه میزان جریان بازدمی طبقه‌بندی میشود.آسم را همچنین می‌توان بر اساس آتوپیک (بیرونی) یا غیرآتوپیک (درونی) بودن عامل آن طبقه‌بندی کرد که در اینجا آتوپی اشاره به استعداد بروز واکنش‌های حساسیت نوع ۱ اشاره دارد.
درمان علائم حاد معمولاً با استفاده از داروهای استنشاقی کوتاه اثر آگونیست بتا ۲ (مانند سالبوتامول) و کورتیکواستروئیدها خوراکی صورت می‌گیرد.در موارد بسیار شدید ممکن است لازم باشد از کورتیکواستروئیدهای داخل وریدی، سولفات منیزیم استفاده شده و فرد بستری گردد.با اجتناب از حساسیت‌زاها یا آلرژی‌زاها و محرک‌ها و با استفاده از کورتیکواستروئیدهای استنشاقی می‌توان از بروز علائم جلوگیری کرد.اگر علائم آسم تحت کنترل در نیامد، آگونیست‌های طولانی‌اثر بتا (LABA) یا آنتاگونیست لکوترین را نیز می‌توان علاوه بر کورتیکواستروئیدهای استنشاقی استفاده نمود.شیوع آسم از دهه ۱۹۷۰ به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است. در سال ۲۰۱۱، تعداد ۲۳۵-۳۰۰ میلیون نفر در سطح جهان به این بیماری مبتلا بودند،و این بیماری حدود ۲۵۰،۰۰۰ مورد مرگ و میر را سبب شد.
تنفس
به مجموع دو عمل فروبردن هوا به داخل دستگاه تنفسی (دَم) و سپس خارج کردن هوا (بازدم) که هدف آن رساندن (اکسیژن) به خون و خارج کردن دی اکسید کربن از خون است عمل تنفس می‌گویند.
تنفس
تنفس را می‌توان این گونه تعریف کرد: تبادل گازها بین موجود و محیطی که در آن زندگی میکند. با این تعریف دو نوع تنفس در موجود زنده خواهیم داشت:
تنفس داخلی (سلولی)
تنفس خارجی (ریوی)
تنفس داخلی
تنفس داخلی، تبادل گازها بین جریان خون و سلول‌های مجاور صورت می‌گیرد. خون در طی عبور از میان بافتهای بدن، تقریبا به اندازه ۵ تا ۷% از حجم خود، اکسیژن از دست می‌دهد و ۴ تا ۶% دی‌اکسید کربن دریافت میکند. هنگامی که دما یا اسیدیته، افزایش پیدا میکند، اکسیژن بیشتری به بافت‌ها می‌رسد. قسمت اعظم اکسیژن خون به هموگلوبین گویچه‌های سرخ خون (Red Blood Cell) پیوند میشود. اما تنها ۳۰% دی‌اکسید کربن توسط این سلول‌ها حمل شده، بقیه آن در پلاسما حل میشود.
تنفس خارجی
تنفس خارجی، تبادل گازها بین ریه و جریان خون است. بسیاری از تجهیزات تنفسی، با اندازه گیری یا درمان وضعیت‌های ناهنجار تنفس خارجی سروکار دارند. تنفس خارجی دو مرحله دارد: دَم و بازدم.
ریتم تنفسی
در انسان سالم تعداد تنفس در هر دقیقه دوازده بار است که به آن ریتم نرمال تنفسی می‌گویند. افزایش و یا کاهش در تعداد تنفس به‌ترتیب تندنفسی(تاکی‌پنه) و کنددمی(برادی‌پنی) نامیده شده و نشانهٔ بیماری است.
اعضای تنفس
اعضای تنفسی به دو بخش تقسیم بندی میشود: ۱. بخش هدایتی: شامل سوراخ‌های بینی، حلق، حنجره، نای، برونش و برونشیول هاست. این اعضا دارای دیواره‌های ضخیم است و هیچ تبادل گازی با مویرگها ندارد.
۲. بخش تنفسی: شامل برونشیول‌های تنفسی، مجراهای آلوئولی، دهلیزها و کیسه‌های هوایی میشود. دیواره‌های این بخش نازک است و با مویرگهای خونی، تبادل گازی دارد. عضلات تنفسی شامل دیافراگم و ماهیچه میان‌دنده یا سینه ای. عملکرد هماهنگ دنده‌ها و جناغ با عضلات تنفسی عمل تنفس را سبب میشود.
نقش ماهیچه های میان‌دنده در تنفس
هنگام دم (تنفس)
ماهیچه میان‌دنده برونی به سمت بیرون و بالا منقبض میشود و قفسهٔ سینه را نیز در همین جهات حرکت می‌دهد که منجر به گسترش فضای درونی قفسه سینه میشود.
ماهیچه میان‌دنده درونی شل میشود.
(پردهٔ دیافراگم به ست پایین منقبض میشود که منجر به گسترش فضای درونی قفسه سینه میشود.
در دم به دلیل گسترش حجم درونی قفسه سینه و کم بودن غلظت هوا و اجزای آن مانند اکسیژن، هوا ی بیرون ششها توسط واپخش به درون ششها وارد میشود.
هنگام بازدم
ماهیچه میان‌دنده برونی شل میشود.
ماهیچه میان‌دنده درونی به سمت درون و پایین منقبض میشود و قفسهٔ سینه را نیز در همین جهات حرکت می‌دهد که منجر به کوچک شدن فضای درونی قفسه سینه میشود.
پردهٔ دیافراگم شل میشود
در بازدم به دلیل کوچک شدن حجم درونی قفسه سینه و زیاد بودن غلظت هوا و اجزای آن مانند دای اکسید کربن، هوا ی درونی ششها توسط پخش مولکولی به بیرون ششها منتقل میشود.
ساعت : 2:21 am | نویسنده : admin
|
سندرم ديسترس تنفسي |
مطلب قبلی