מדעי המחשב וסייבר

פרולוג:

כידוע, עולם מדעי המחשב נכנס לחיינו ומשמש אותנו כמעט בכל פרט בחיי היום יום הסובבים אותנו.

עדה לאבלייס, בתו של המשורר לורד ביירון, הייתה שותפה לבבג’, וכתבה תוכנה למכונתו. בעקבות זאת היא נחשבת למתכנתת הראשונה בעולם .Ada ועל שמה נקראת שפת התכנות

מאז אותם ימים התפתח תחום המחשבים בצעדי ענק. התרומה העיקרית נזקפת לזכותם של צִבאות העולם. הגרמנים והאמריקאים השתמשו במלחמת העולם ה-1 במכונות חישוב לירי ארטילרי, וכן להצפנה של תשדורות ופקודות

במלחמת העולם ה-2 פיתחו הגרמנים מכונת הצפנה משוכללת – האניגמה, ובעזרתה הִצפינו את התשדורת הצבאית שלהם. פיצוח המכונה על ידי בעלות ארך כעשור ואילץ את שירותי הביון של פולין, צרפת והממלכה המאוחדת הלא היא בריטניה לפתח כלים מתמטיים בכדי להבין ולפצח את מכונת ההצפנה.

לבסוף, הצוות הבריטי ובראשם אלן טיורינג הצליחו לפצח את צופן האניגמה

(טיורינג הוביל את בנייתה של מכונה שכונתה “בומב” – פצצה – על שם תקתוקיה הנמרצים. זה היה למעשה חיבור של כ-30 מכונות דמויות אניגמה. כל אחת מהן כוילה באופן שונה, וצירופן אִפשר לסרוק במהירות הודעות רבות)

טיורינג נחשב לאחד הגורמים הבולטים לשימוש מעשי בנושאים שעד אז נחשבו לתאורטיים בלבד. בשל כך, טיורינג נחשב לאבי מדעי המחשב המודרניים, ועל שמו נקרא “פרס טיורינג” אשר נחשב לפרס היוּקרתי בענף מדעי המחשב

התפתחות התאוריה של מדְעי המחשב

בשנות השלושים של המאה העשרים התפתח תחום התאוריה של מדעי המחשב, ניתוח האלגוריתמים והחישוביות. פריצת הדרך הייתה יצירת מודל מתמטי של רעיון ה”מחשב”. מודל זה נקרא מכונת טיורינג. מודלים רבים אחרים לביצוע חישובים הועלו, והוכחו כשקולים זה לזה מבחינת יכולת החישוב. מכאן הגיעה תזת צ’רץ’-טיורינג שהציעו אלן טיורינג ואלונזו צ’רץ’, הטוענת כי כל מודל חישובי “סביר” וחזק מספיק שקול למכונת טיורינג. התזה הזאת מקובלת כיום, על פי רוב, כהנחת עבודה במחקר.

המחשב הראשון

ב-1942 פותח המחשב הראשון, Z3, על ידי קונראד צוזה. מחשב זה היה מחשב עולמי אוניברסלי: מכונה מכנית המסוגלת להריץ תוכנה כלשהי ולא תוכנה קבועה. הוא קרא תוכנה מתוך סרטים מנוקבים. באמצע שנות ה-40 של המאה ה-20נבנה המחשב ENIAC, המחשב האלקטרוני הראשון בר-התכנות. עם המצאת הטרנזיסטור ב-1947 נפוצו מחשבים אלקטרוניים.

חישוביות, סיבוכיות ואלגוריתמים

במהלך שנות ה-70  חלה פריחה בתחום מבני הנתונים והאלגוריתמים. דונאלד קנות’ פרסם את סדרת הספרים “The Art of Computer Programming”

וזו הייתה אוסף כתוב ומסודר של הידע על אלגוריתמים בתחומים שונים. בנוסף פותחו ושוכללו אלגוריתמים עבור מיון, אחסון ואיחזור נתונים, אלגוריתמים בתורת הגרפים, פתרון מערכת משוואות ליניארית וכן בעיות בחישוב מקבילי.

רשימת הבעיות הפתוחות מתעדכנת באופן דינמי, ומדעי המחשב ממשיכים לצבור ידע ואסטרטגיות חישוב באופנים יעילים יותר. עבור סוגי נתונים מסוימים (כגון big data) אשר יש לכך השלכות מרחיקות לכת, שהופכות יכולת תאורטית לחשב לאפשרות מעשית שבעזרת ייעול חישוב לוקחות זמן ריצה סביר (שעות/שנות אדם) ולא כזה שמצריך אלפי או מיליוני שנים כדי להסתיים.

1980 ואילך

בשנים אלה חל גידול ניכר בכמות המחשבים ובשימושיהם השונים. המחשב הפך מכלי חישוב אוניברסיטאי ונדיר, לכלי יום-יומי ורחב־תפוצה. תחומים חדשים של שנות ה-2000 כמו מחשוב ענן, מחשבים ניידים, טאבלטים וטלפונים חכמים נתנו דחיפה נוספת לשכיחות שימוש, הן בהיבט כמות משתמשים, והן מבחינת מספר אפליקציות שפותחו לתת מענה לצורך חברתי ותעשייתי-כלכלי במגוון רב של תחומים (עבודה, צבא ופנאי…) לצורך ייעול תהליך פיתוח נוצרו שפות תכנות נוחות יותר לכתיבה וקריאה.

סייבר

סייבר – קיצור של המילה קיברנטיקה, המשמש ככינוי נפוץ למרחב הקיברנטי, ובפרט לעולם האינטרנט הוא כולל כמה “עולמות”:

אבטחת מידע – היא הענף העוסק בהגנה מפני גישה, שימוש, חשיפה, ציתות, שיבוש, העתקה או השמדה של מידע ומערכות מידע מצד גורמים שאינם מורשים או זדוניים ולספק סודיות, שלמות וזמינות של המידע ללא תלות בסוג המידע או בצורת האחסון, פיזית או אלקטרונית.

מערכות מידע כיום עומדות בפני סיכונים יומיומיים המאיימים על שלמותן וביטחונן. ההגנה עליהן כוללת מספר רבדים, אבטחה פיזית של המבנה שבו נמצאות מערכות המחשב, אבטחה של מערכות החומרה, תוכנה,רכיבי התקשורת ואבטחת המידע הנאגר בהן. מאגרי מידע רבים המשמשים יחידים, תאגידים ומדינות, מאוחסנים על גבי מחשבים בעלי גישה וללא גישה לאינטרנט. מאגרי מידע אלו כוללים מידע אישי, עסקי וביטחוני.

שלושת היעדים העיקריים של אבטחת מידע הם: שלמות, סודיות וזמינות.

חלק מהיעדים מושגים באמצעות קריפטוגרפיה.

אבטחת מידע משתמשת בהצפנה על רבדיה השונים כדי להסתיר את המידע מפני אלו שאינם מורשים לגשת אליו וכדי להבטיח את שלמותו ואמינותו באמצעות שיטות כמו הצפנה, חתימה דיגיטלית, קוד אימות מסרים וכדומה.

אבטחת מידע היא נושא רגיש עקב העובדה ששיטות האבטחה כשלו לא פעם בגלל מחדלים כמו יישום לקוי או אי הקפדה על נהלים וכללים ראויים אשר גרמו נזק רב.

לוחמת סייבר – או לוחמת רשת, היא פעולה “מלחמתית” התקפית הננקטת על ידי יחיד/ארגון על מנת לחדור למרחב הקיברנטי של היעד במטרה להסב נזק ו/או לגנוב ממנו מידע, לרוב בעזרת שימוש ברוגלה, בסוס טרויאני ובנוזקה (וירוס).

לוחמת סייבר מכילה בהגדרתה את תחום הטרור הקיברנטי, ושכיחה ככלי לאיסוף מודיעין עבור גופי ביון של מדינות, ארגוני טרור, חברות מודיעין עסקי וכדומה.

הגנת סייבר – היא הגנה על נכסים במרחב הקיברנטי מפני זליגת מידע מתוך המרחב (מה שהוסבר בחלק אבטחת מידע) או מפני תקיפות סייבר המכוונות לגנוב מידע, לשבש אותו או לפגוע בו. הגנת סייבר כוללת לעיתים איסוף מודיעין על יריבים פוטנציאליים, שימוש בכלי ניטור לפיקוח על הפעילות בנכס ואיתור חולשות ארגוניות, אבטחתיות וקבצים מזיקים. כמו כן, התחום כולל פעילות שתכליתה זיהוי מקור התקיפה וייעודה. חקירות מסוג יכולות להתבצע באמצעות פעילות אקטיבית ושימוש בכלים מחוץ למרחב עליו מגנים.

יש המגדירים את הזירה הקיברנטית כ”זירת הלחימה החמישית” הנוספת על ארבע הזירות המסורתיות (יבשה, ים, אוויר, חלל).