شفرة

في هذا القسم، نتناول الرموز التي تُشفّر كل حرف من النص الأصلي (النص الواضح) بكلمة رمزية من قاموس معين، ويؤدي دمج هذه الكلمات الرمزية إلى الحصول على سلسلة مُشفّرة. تُعدّ الرموز ذات الطول المتغير مفيدة بشكل خاص عندما يكون لأحرف النص الأصلي احتمالات مختلفة؛ انظر أيضًا إلى تشفير الإنتروبيا .

رمز البادئة هو رمز يتميز بخاصية البادئة: لا يوجد رمز صالح في النظام يُمثل بادئة (بداية) لأي رمز صالح آخر في المجموعة. تُعد خوارزمية هوفمان أشهر خوارزمية لاستخلاص رموز البادئة. يُشار إلى رموز البادئة عادةً باسم "رموز هوفمان" حتى لو لم يتم إنتاج الرمز بواسطة خوارزمية هوفمان. من الأمثلة الأخرى على رموز البادئة: رموز الاتصال الهاتفي للدول ، وأجزاء الدولة والناشر في أرقام ISBN ، ورموز التزامن الثانوية المستخدمة في معيار UMTS WCDMA 3G اللاسلكي.

تُحدد متباينة كرافت مجموعات أطوال الكلمات المشفرة الممكنة في شفرة البادئة. يجب أن تُحقق أي شفرة قابلة للفك بشكل فريد من نوع واحد إلى متعدد، وليس بالضرورة شفرة بادئة، متباينة كرافت.

يمكن استخدام الرموز أيضًا لتمثيل البيانات بطريقة أكثر مقاومة للأخطاء أثناء الإرسال أو التخزين. يعمل هذا النوع من الرموز، المعروف باسم رمز تصحيح الأخطاء، من خلال تضمين بيانات زائدة مصممة بعناية مع البيانات المخزنة (أو المرسلة). تشمل الأمثلة رموز هامينغ ، ورموز ريد-سولومون ، ورموز ريد-مولر ، ورموز والش-هادامارد ، ورموز بوز-تشودري-هوتشكينغهام ، ورموز توربو ، ورموز غولاي ، ورموز الهندسة الجبرية ، ورموز التحقق من التكافؤ منخفضة الكثافة ، ورموز الزمكان . يمكن تحسين رموز كشف الأخطاء لاكتشاف أخطاء الانفجار ، أو الأخطاء العشوائية .

يستبدل رمز البرقية الكلمات (مثل "شحن" أو "فاتورة ") بكلمات أقصر، مما يسمح بإرسال نفس المعلومات بعدد أقل من الأحرف ، وبسرعة أكبر، وبتكلفة أقل.

يمكن استخدام الرموز للاختصار. عندما كانت رسائل التلغراف هي أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا الاتصالات السريعة بعيدة المدى، طُوّرت أنظمة معقدة من الرموز التجارية التي تُشفّر عبارات كاملة في مجموعات قصيرة (عادةً خمس دقائق)، بحيث أصبح مُشغّلو التلغراف على دراية بكلمات مثل BYOXO ("هل تحاول التهرب من اتفاقنا؟")، و LIOUY ("لماذا لا تجيب على سؤالي؟")، وBMULD ("أنت وغد!")، أو AYYLU ("غير مُشفّرة بوضوح، كرّرها بشكل أوضح"). اختيرت كلمات الرموز لأسباب مختلفة: الطول ، سهولة النطق ، إلخ. اختيرت المعاني لتناسب الاحتياجات المُتصوّرة: المفاوضات التجارية، المصطلحات العسكرية للرموز العسكرية، المصطلحات الدبلوماسية للرموز الدبلوماسية، أيًّا مما سبق لرموز التجسس. انتشرت كتب الرموز ودور نشرها، بما في ذلك دار نشر كانت واجهة للغرفة السوداء الأمريكية التي أدارها هربرت ياردلي بين الحربين العالميتين الأولى والثانية. كان الهدف من معظم هذه الرموز هو توفير تكاليف الكابلات. ويعود استخدام ترميز البيانات لضغطها إلى ما قبل عصر الحاسوب؛ ومن الأمثلة المبكرة على ذلك شفرة مورس التلغرافية ، حيث تُستخدم الأحرف الأكثر استخدامًا بشكل مختصر. وتُستخدم تقنيات مثل ترميز هوفمان حاليًا بواسطة خوارزميات حاسوبية لضغط ملفات البيانات الكبيرة إلى شكل أكثر إحكامًا للتخزين أو الإرسال.

يصف ترميز الأحرف كيفية ترميز البيانات النصية . استخدمت أنظمة الترميز القديمة عددًا ثابتًا من البتات ، يتراوح بين 4 و7، بينما تستخدم الأنظمة الحديثة بايتًا واحدًا أو أكثر، كل منها 8 بتات ، لكل حرف. يستخدم نظام ASCII ، الذي ساد لعقود، بايتًا واحدًا لكل حرف، وبالتالي يمكنه ترميز ما يصل إلى 256 حرفًا مختلفًا. لدعم اللغات الطبيعية ذات الأحرف الكثيرة، تم ابتكار أنظمة أخرى تستخدم أكثر من بايت واحد أو عددًا متغيرًا من البايتات لكل حرف. يمكن تمثيل أنظمة الكتابة ذات مجموعة الأحرف الكبيرة، مثل الصينية واليابانية والكورية، باستخدام ترميز متعدد البايتات. كانت ترميزات البايتات المتعددة المبكرة ذات طول ثابت، أي أن كل حرف يُمثَّل بنفس عدد البايتات، مما يجعلها مناسبة لفك التشفير عبر جدول بحث . من ناحية أخرى، يُعدّ فك تشفير الترميز ذي العرض المتغير أكثر تعقيدًا، إذ لا يمكن فك تشفيره باستخدام جدول بحث واحد، بل يجب معالجته بشكل تسلسلي. مع ذلك، فهو يدعم تمثيلًا أكثر كفاءة لمجموعة كبيرة من الأحرف باستخدام تمثيل أصغر للأحرف الأكثر استخدامًا. واليوم، يُعدّ ترميز UTF-8 ، وهو ترميز لمجموعة أحرف يونيكود ، الترميز النصي الأكثر شيوعًا على الإنترنت .

تحتوي الكائنات الحية على مادة وراثية تُستخدم للتحكم في وظائفها ونموها. هذه المادة هي الحمض النووي (DNA )، الذي يتكون من وحدات تُسمى الجينات، والتي يُشتق منها الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) . بدوره، يُنتج الحمض النووي الريبوزي الرسول البروتينات من خلال شفرة وراثية ، حيث يمكن ترجمة سلسلة من ثلاثيات ( الكودونات ) من أربعة نيوكليوتيدات محتملة إلى واحد من عشرين حمضًا أمينيًا محتملاً . ينتج عن تسلسل الكودونات تسلسلٌ مُقابل من الأحماض الأمينية التي تُشكل جزيء البروتين؛ ويُشير نوع من الكودونات يُسمى كودون التوقف إلى نهاية التسلسل.

في الرياضيات ، يُعدّ رمز غودل أساسًا لإثبات نظرية عدم اكتمال غودل . وتتلخص الفكرة هنا في تحويل الرموز الرياضية إلى أعداد طبيعية (باستخدام ترقيم غودل ).

هناك رموز تستخدم الألوان، مثل إشارات المرور ، ورمز اللون المستخدم لتمييز القيمة الاسمية للمقاومات الكهربائية أو صناديق القمامة المخصصة لأنواع معينة من النفايات (الورق، الزجاج، المواد العضوية، إلخ).

في مجال التسويق ، يمكن استخدام رموز القسائم للحصول على خصم مالي أو استرداد نقدي عند شراء منتج من بائع تجزئة (عادةً عبر الإنترنت).

في البيئات العسكرية، تُستخدم أصوات محددة مع الكورنيت لأغراض مختلفة: لتحديد بعض لحظات اليوم، ولإصدار الأوامر للمشاة في ساحة المعركة، وما إلى ذلك.

تعتمد أنظمة التواصل الخاصة بالإعاقات الحسية، مثل لغة الإشارة للصم ولغة برايل للمكفوفين، على الحركة أو الرموز اللمسية.

تعتبر النوتات الموسيقية الطريقة الأكثر شيوعاً لترميز الموسيقى .

لكل لعبة نظام ترميز خاص بها لتسجيل المباريات، على سبيل المثال، تدوين الشطرنج .

في تاريخ علم التشفير ، كانت الرموز شائعة في السابق لضمان سرية الاتصالات، على الرغم من أنه يتم الآن استخدام الشفرات بدلاً منها.

يمكن أن تكون الرموز السرية التي تهدف إلى إخفاء الرسائل الحقيقية، والتي تتراوح من الرسائل الجادة (وخاصة التجسس في المجال العسكري والدبلوماسي والتجاري وما إلى ذلك) إلى الرسائل التافهة (مثل الرومانسية والألعاب)، أي نوع من التشفير الخيالي: الزهور ، وبطاقات الألعاب، والملابس، والمراوح، والقبعات، والألحان، والطيور، وما إلى ذلك، حيث يكون الشرط الوحيد هو الاتفاق المسبق على المعنى من قبل كل من المرسل والمستقبل.