פורטל:מדעי המחשב
מדעי המחשב הוא ענף מדעי העוסק בלימוד הבסיס התאורטי למידע ולחישוביות, והחלתם של אלה על מערכות מחשב.
למדעי המחשב מספר רב של ענפי-משנה; חלקם מדגישים את היבטי החישוביות של תוצאות פרטניות (לדוגמה, גרפיקה ממוחשבת), אחרים עוסקים בחקר התכונות של בעיות חישוביות כלליות (לדוגמה, סיבוכיות), וענפי-משנה אחרים מתמקדים בפתרון הבעיות הכרוכות ביישום מעשי של חישובים ואלגוריתמים. ענף משמעותי במדעי המחשב הוא חקר ויישום שפות פורמליות לפתרון בעיות חישוביות מסוימות (לדוגמה, באמצעות שפת תכנות).
Data Encryption Standard (בראשי תיבות: DES), הוא תקן הצפנת נתונים שפותח ב־1975 על ידי IBM בשיתוף פעולה עם הסוכנות לביטחון לאומי. האלגוריתם התקבל בשנת 1976 כחלק מדרישת תקן עבור הממשל האמריקאי להצפנת נתונים בעולם האזרחי ושימש בתפקיד זה עד נובמבר 2001, אז הוחלף בתקן החדש Advanced Encryption Standard, שהינו בטוח ומהיר מקודמו. למרות זאת, צופן DES עדיין נמצא בשימוש נרחב בעיקר בתחום הבנקאות.
צופן DES הוא צופן סימטרי איטרטיבי, כלומר פונקציית ההצפנה מתבצעת באופן חוזר ונשנה שש-עשרה פעמים ומשתייך לתת-המחלקה של צופנים סימטריים הקרויה צופן גושים (Block Ciphers), המצפין גושי מידע גדולים (במקרה של DES באורך 64 סיביות), בעזרת מפתח סודי באורך 64 סיביות (שמתוכם רק 56 סיביות בשימוש). המפתח יכול להיות פונקציה של קוד סודי או סיסמה קצרה. להבדיל מצופן אסימטרי ההנחה היא שהשולח והמקבל מחזיקים במפתח זהה, שאותו העבירו מראש אחד לשני באופן מאובטח.
חולשתו העיקרית של DES היא גודל מפתח ההצפנה (וכן גודל הגושים) ולכן נחשב DES בימינו כ"הצפנה חלשה" ואינו בטוח לשימוש בגרסה הבסיסית. דרך בטוחה יותר וזולה ליישום DES היא איטרציה. כלומר הצפנה חוזרת של הטקסט עם מפתחות הצפנה נוספים. השיטה הנפוצה ביותר העושה שימוש באיטרציה נקראת DES משולש (הפעלת DES 3 פעמים).
ג'ון לואיס פון נוימן (28 בדצמבר 1903 - 8 בפברואר 1957), מתמטיקאי אמריקאי ממוצא יהודי-הונגרי. היה שותף לשניים מההישגים הטכנולוגיים הבולטים של המאה העשרים: פיתוח פצצת אטום ופיתוח המחשב האלקטרוני, אך זכור בעיקר כיוצרה של תורת המשחקים (יחד עם אוסקר מורגנשטרן).
פון נוימן היה מחלוצי מדעי המחשב, ותרם לבסיס התאורטי שלהם. בצד המעשי של המחשוב היה בקשר הדוק עם מפתחי המחשבים הראשונים ועיצב את הארכיטקטורה המוכרת לנו של המחשב, לפיה מכיל הזיכרון את התוכנית לביצוע ואת הנתונים שעליהם היא פועלת, והוראות התוכנית מתבצעות באופן סדרתי בזו אחר זו.
AES •
#C •
DES •
NP •
RSA •
אלן טיורינג •
ביואינפורמטיקה •
בינה מלאכותית •
בלשנות חישובית •
הוכחה באפס ידע •
חלוקת סוד •
חתימה דיגיטלית •
מגדלי האנוי 
•
מערכת הוכחה אינטראקטיבית •
קוד המינג •
קוד ריד-סולומון •
קריפטוגרפיה •
רקורסיה •
שער קוונטי •
שפת תכנות •
תרגום מכונה
השאלה האם P=NP היא בעיה פתוחה מרכזית במדעי המחשב, העוסקת ביכולת לפתור אוסף גדול של בעיות בצורה יעילה. במילים פשוטות, השאלה היא האם כל בעיה שניתן לבדוק עבורה בצורה יעילה האם פתרון מוצע הוא נכון (בעיה השייכת לקבוצה NP), היא גם בעיה שניתן למצוא עבורה פתרון בצורה יעילה (בעיה השייכת לקבוצה P). לפתרון הבעיה ישנן השלכות תאורטיות ומעשיות רבות, והיא זכתה להכרה כאחת מ"שבע בעיות המילניום" של מכון קליי למתמטיקה. אף שכיום לא ידועה תשובה לשאלה זו, ההשערה הרווחת היא כי P≠NP.
השאלה האם P=NP אינה בעלת ערך אקדמי בלבד. עם התפתחות השימושים המסחריים של ההצפנה בעידן המחשב, ובמיוחד במסחר אלקטרוני, הפכה התשובה לשאלה לבעלת חשיבות כלכלית לא מבוטלת. הסיבה לכך היא שרוב המסחר האלקטרוני ותעשיית האבטחה הדיגיטלית מסתמכים על אלגוריתמים שיכולת ההצפנה שלהם נובעת מחוסר היכולת הנוכחי לפתור בעיות NP בזמן סביר.
אני אמור להיות מסוגל ללחוש דבר מה באוזנך, גם אם אוזנך נמצאת 1000 מיל מכאן, ואפילו אם הממשלה מתנגדת לאותם דברים שברצוני לומר.
|
עריכהיסודות מתמטיים
מדעי המחשב, בהיותם מדע, מתבססים על יסודות מתמטיים רבים מתחום האלגברה, הקומבינטוריקה והלוגיקה. מדעי המחשב מציעים מגוון של מבני נתונים מופשטים המהווים מודל מתמטי נוח עבור בעיות יום-יומיות. שימוש במודלים אלו מאפשר גיבוש, ניתוח ומיטוב אלגוריתמים עבור בעיות אלו. עריכהחישוביות וסיבוכיות
חישוביות הינה תחום תאוריה בסיסי במדעי המחשב אשר עוסק ביכולת החישוב של מחשב: מה ניתן ומה לא ניתן לחשב על ידי מחשב. הניתוח המדעי מבוסס על מודל מתמטי עבור מכונת חישוב אשר נקרא מכונת טיורינג. סיבוכיות חישובית היא ענף של תחום החישוביות אשר מתמקד בפונקציות אשר ניתן לחשב במחשב, ועוסק ביעילות הביצוע של אותו חישוב: כמה מהר ניתן לעשותו, מה הזיכרון המינימלי הנדרש וכיוצא בזה. |
עריכהאלגוריתמים
אלגוריתם הוא דרך שיטתית (כלומר כזו שצעדיה מוגדרים היטב) לביצוע של משימה מסוימת במספר סופי של צעדים. מתכון להכנת עוגה הוא דוגמה לאלגוריתם, אך בדרך-כלל משמש מושג זה לפתרון בעיות במתמטיקה או במדעי המחשב. כל תוכנית מחשב היא אלגוריתם, או אוסף של אלגוריתמים. מקור המלה בשמו של המתמטיקאי הפרסי בן המאה התשיעית, אבו ג'עפר מחמד אל ח'ואריזמי, אבי תורת האלגברה. עריכהתוכנה ותכנות
תוכנה הינה שם כללי לתוכניות מחשב, שגרות, ותיעוד המשמשים מערכות מחשוב. תכנות הינו תהליך הכתיבה, הבדיקה והתחזוקה של קוד המקור של תוכנית מחשב. מלאכת התכנות ממירה בין האלגוריתם הרצוי לבין שפת תכנות אשר מאפשרת הפעלת האלגוריתם בצורה ממוכנת. |
למידע - לחצו על הלשונית המתאימה
בינה מלאכותית היא ענף של מדעי המחשב העוסק ביכולתם של מחשבים לפעול באופן המציג יכולות השמורות עד כה לבינה האנושית בלבד. מכיוון שמחשב יכול לבצע פעילויות מוגדרות במהירות רבה ביותר, לעיתים נוצרת התחושה שהוא מדמה פעולה אינטליגנטית, כגון יכולת משחק שחמט או ניהול שיחה.
בשנת 1950 הוגדר הכלי שבעזרתו ניתן לקבוע האם מכונה הגיעה לרף האינטליגנציה האנושית, במבחן הקרוי מבחן טיורינג: "אם יינתן לאדם, היושב בחדר סגור, לנהל שיחה באמצעות ממשק מחשב (Console) עם ישות שנמצאת בחדר השני, כאשר אותה ישות תהיה או אדם או מכונה, והמשוחח לא יוכל לזהות האם מולו ניצב אדם או מכונה, או-אז המכונה תחשב לתבונית.
גאומטריה חישובית היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק במבני נתונים ובאלגוריתמים לפתרון בעיות גאומטריות.
הבעיות הנדונות בתחום זה נוגעות לעצמים גאומטריים כמו נקודות, קטעים ומצולעים במישור, או לנקודות, לקטעים, למשטחים וכדומה במרחב מממד גבוה יותר.
המחקר העיוני בגאומטריה חישובית מיושם בתחומים אחרים במדעי המחשב, כגון: ראייה ממוחשבת, גרפיקה ממוחשבת, רובוטיקה ומערכות תיב"ם וכן בתחומים שאינם נמנים עם מדעי המחשב, כגון: הנדסה, סטטיסטיקה, מערכת מידע גאוגרפית וביולוגיה מולקולרית.
גרפיקה ממוחשבת היא תחום במדעי המחשב העוסק בשילוב של תמונות ובעיבוד תמונה באמצעות מחשב. גרפיקה ממוחשבת מתייחסת בדרך כלל לגרפיקת תלת ממד אף כי היא כוללת גם גרפיקה דו-ממדית. התחום התיאורתי כולל מספר רב של אלגוריתמים שונים העושים שימוש בשיטות הלקוחות מאנליזה וקטורית, גאומטריה אנליטית ועיבוד אותות.
שימוש בגרפיקה ממוחשבת (ובפרט בגרפיקת תלת ממד) לצורך יצירת אנימציה קרוי אנימציה ממוחשבת. לטכנולוגיה זו שימושים רבים בקולנוע, בטלוויזיה ובמשחקי מחשב. היכולת של הגרפיקה הממוחשבת (ובפרט גרפיקת תלת ממד) לייצר תמונות ריאליסטיות משמשת גם באדריכלות, רפואה ובתחומי תעשייה אחרים.
תחום אחר בגרפיקה הממוחשבת, עיבוד תמונה, משמש בעיקר לעיבוד תמונות שצולמו במצלמה. בעזרת שיטות אלה אפשר לתקן פגמים שנפלו בצילום, לשנות את תכונות התמונה כולה או חלקים ממנה, וכן ליצור אפקטים מיוחדים כגון מורפינג.
[עריכה]
חישוב קוונטי הינו תחום במדעי המחשב בו מכונת החישוב פועלת על פי עקרונות הפיזיקה הקוונטית ומוגבלת אך ורק על ידי חוקים פיזיקליים אלו. להבדיל ממכונת החישוב ה"קלאסית" (מכונת טיורינג הפועלת לפי חוקי הפיזיקה הקלאסית), המחשב הקוונטי יודע לעבד ביטים-קוונטיים, קיוביטים, בעלי התכונה המוזרה שמצבם אינו בהכרח '0' או '1' אלא יכול להיות סופרפוזיציה שלהם. מודל חישובי זה מאפשר ביצוע אלגוריתמים קוונטיים בעלי מקביליות גבוהה, ויעילות טובה יותר מהאלגוריתם הקלאסי הרגיל.
כח החישוב של מחשב קוונטי אינו גדול יותר מאשר של מחשב רגיל, אך כאמור יעילותו גבוהה יותר. פעולות כמו מציאת גורם ראשוני של מספר גדול, או מציאת מפתח של צופן, ניתנות לביצוע במחשב קוונטי ביעילות פולינומית, לעומת היעילות האקספוננציאלית של מחשב קלאסי.
קריפטוגרפיה היא ענף במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק בהיבטים השונים של אבטחת מידע בכלל והצפנה בפרט. דוגמאות לנושאים שקשורים באבטחת מידע:
- הצפנה והסתרה של מידע חסוי ממי שלא הוסמך לראותו.
- בקרת זכויות גישה מרחוק של משתמשים ברשת מחשבים.
- אימות זהות (כמו באמצעות סיסמה).
- פרוטוקולים להוכחת ידיעה, כמו פרוטוקול אתגר מענה והוכחה באפס ידע.
- מנגנוני חתימה דיגיטלית.
- מחוללי מספרים אקראיים.
- אלגוריתמים להבטחת שלמות מידע.
- אימות מקורות מידע כמו MAC.
- אנונימיות, תיעוד, אישור ומניעת הכחשה.
השם "קריפטוגרפיה" מקורו במילה היוונית "קריפטו" שמשמעותה נסתר או אמנות ההסתרה. בתרגום חופשי פירוש השם הוא תורת ההצפנה, אם כי משמעותו מקיפה יותר.
תורת הקודים היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב שעוסק בהעברה יעילה של מידע דרך מערכת מציאותית שיוצרת שגיאות ברצף. כאשר מעבירים מידע דרך מוליך טוב ככל שיהיה (גלי רדיו, קווי טלפון), נופלות טעויות במידע כתוצאה מרעשי רקע שנוצרים מסיבות טכניות בעיקר. שגיאה קטנה ככל שתהיה יכולה לעוות את המידע המתקבל ולהפוך אותו לחסר משמעות, או לבעל משמעות שונה מהרצוי. הבעיה קיימת מאז ומעולם גם בשפת הדיבור והכתיבה. ניתן לראות טעויות דפוס שנובעות מהחלפת אותיות כמעט בכל ספר שיוצא לשוק. בעיה זו נעשתה חריפה במיוחד בתקשורת בין מחשבים, בה שינוי של ביט אחד במסר יכול להרוס את החישוב כולו.
בתורת הקודים מפותח מושג הקוד וכן גם כלים שמאפשרים הבחנה ותיקון שגיאות במידע המתקבל.
דוד הראל, אלגוריתמיקה: יסודות מדעי המחשב, תרגום לעברית: תמר אלמוג, האוניברסיטה הפתוחה, 2008 (הספר במיזם פא"ר)
בעקבות ספרו פרקי יסוד במדעי המחשב כתב דוד הראל גרסה מורחבת בשם Algorithmics - The Spirit of Computing, וזה תורגם לעברית לספר שלפנינו. המחבר מציג את הספר בהקדמתו: "ספר זה עוסק במושגים, ברעיונות, בשיטות ובתוצאות שהם בבסיסו של מדע המחשב. אין הוא עוסק בטכנולוגיית מחשבים או בתכנות, אף על פי שהוא מושפע כמובן מנושאים אלה במידה רבה". הספר עוסק באלגוריתמים, נכונותם ויעילותם, חישוביות, מכונת טיורינג ועוד.
- כאן וכאן אפשר למצוא ערימה של קצרמרים בתחום מדעי המחשב שרק מחכים שירחיבו אותם.
- מה שווה דף בקשת תמונות ואיורים אם לא מתייחסים אליו?
- ישנם ערכים שאי אפשר שיישארו במצבם הנוכחי וצריך לעבור עליהם ולתקן אותם בהקדם, ראו מסגרת "ערכים דורשי שיפור".
מצאו ערכים לשיפור בנושא מדעי_המחשב: לשכתוב • לעריכה • להשלמה • קצרמרים • חדשים • דורשי מקור • לפישוט • בלי תמונה (יש לגלול את המסך כלפי מטה)