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.
روشهای جهت‌یابی در روز
جهت‌یابی به کمک موقعیت خورشید در آسمان
۱- خورشید صبح تقریباً از سمت شرق طلوع می‌کند، و شب تقریباً در سمت غرب غروب می‌کند.
این مطلب فقط در اول بهار و پاییز صحیح است؛ یعنی در اولین روز بهار و پاییز خورشید دقیقاً از شرق طلوع و در غرب غروب می‌کند، ولی در زمان‌های دیگر، محل طلوع و غروب خورشید نسبت به مشرق و مغرب مقداری انحراف دارد.
در تابستان طلوع و غروب خورشید شمالی‌تر از شرق و غرب است، و در زمستان جنوبی‌تر از شرق و غرب می‌باشد. در اول تابستان و زمستان، محل طلوع و غروب خورشید حداقل حدود ۲۳٫۵ درجه با محل دقیق شرق و غرب فاصله دارد، که این خطا به هیچ وجه قابل چشم پوشی نیست. در واقع از آن‌جا که موقعیت دقیق خورشید با توجه به فصل و عرض جغرافیایی متغیر است، این روش نسبتاً غیردقیق است.
۲- در نیمکرهٔ شمالی زمین، در زمان ظهر شرعی خورشید همیشه دقیقاً در جهت جنوب است و سایهٔ اجسام رو به شمال می‌افتد.
ظهر شرعی یا ظهر نجومی، دقیقاً هنگامی است که خورشید به بالاترین نقطه خود در آسمان می‌رسد. در این زمان، سایهٔ شاخص به حداقل خود در روز می‌رسد، و پس از آن دوباره افزایش می‌یابد؛ همان زمان اذان ظهر.
برای دانستن زمان ظهر شرعی می‌توان به روزنامه‌ها مراجعه کرد یا منتظر صدای اذان ظهر شد. ظهر شرعی حدوداً نیمه بین طلوع آفتاب و غروب آفتاب است.
۳- حرکت خورشید از شرق به غرب است؛ و این هم می‌تواند روشی برای یافتن جهت‌های جغرافیایی باشد.
جهت‌یابی با سایهٔ چوب(شاخص)
شاخص، چوب یا میله‌ای صاف و راست است (مثلاً شاخه نسبتاً صافی از یک درخت به طول مثلاً یک متر) که به طور عمودی در زمینی مسطح و هموار و افقی(تراز و میزان) فرو شده‌است.
روش اول: نوک(انتهای) سایهٔ شاخص روی زمین را [مثلاً با یک سنگ] علامت‌گذاری می‌کنیم. مدتی (مثلاً ده-بیست دقیقه بعد، یا بیشتر) صبر می‌کنیم تا نوک سایه چند سانتیمتر جابه‌جا شود. حال محل جدید سایهٔ شاخص (که تغییر مکان داده‌است) را علامت‌گذاری می‌نماییم. حال اگر این دو نقطه را با خطی به هم وصل کنیم، جهت شرق-غرب را مشخص می‌کند. نقطهٔ علامت‌گذاری اول سمت غرب، و نقطهٔ دوم سمت شرق را نشان می‌دهد. یعنی اگر طوری بایستیم که پای چپ‌مان را روی نقطهٔ اول و پای راستمان را روی نقطهٔ دوم بگذاریم، روبروی‌مان شمال را نشان می‌دهد، و رو به خورشید (پشت سرمان) جنوب است.
از آن‌جا که جهت ظاهری حرکت خورشید در آسمان از شرق به غرب است، جهت حرکت سایهٔ خورشید بر روی زمین از غرب به شرق خواهد بود. یعنی در نیم‌کره شمالی سایه‌ها ساعتگرد می‌چرخند.
هر چه از استوا دورتر بشویم، از دقت پاسخ در این روش کاسته می‌شود. یعنی در مناطق قطبی (عرض جغرافیایی بالاتر از ۶۰ درجه) استفاده از آن توصیه نمی‌شود.
در شب‌های مهتابی هم از این روش می‌توان استفاده کرد: به جای خورشید از ماه استفاده کنید.
روش دوم(دقیق‌تر): محل سایهٔ شاخص را زمانی پیش از ظهر علامت گذاری می‌کنیم. دایره یا کمانی به مرکز محل شاخص و به شعاع محل علامت‌گذاری شده می‌کشیم. سایه به تدریج که به سمت شرق می‌رود کوتاه‌تر می‌شود، در ظهر به کوتاه‌ترین اندازه‌اش می‌رسد، و بعداز ظهر به تدریج بلندتر می‌گردد. هر گاه بعد از ظهر سایهٔ شاخص از روی کمان گذشت (یعنی سایهٔ شاخص هم‌اندازهٔ پیش از ظهرش شد) آن‌جا را به عنوان نقطهٔ دوم علامت‌گذاری می‌کنیم. مانند روش پیشین، این نقطه سمت شرق و نقطهٔ پیشین سمت غرب را نشان می‌دهد.
در واقع هر دو نقطه سایهٔ هم‌فاصله از شاخص، امتداد شرق-غرب را مشخص می‌کنند.
با اینکه روش پیشین نسبتاً دقیق است، این روش دقیق‌تر است؛ البته وقت بیشتری برای آن لازم است.
برای کشیدن کمان مثلاً طنابی(مانند بند کفش، نخ دندان) را انتخاب کنید. یک طرف طناب را به شاخص ببندید، و طرف دیگرش را به یک جسم تیز؛ به شکلی که وقتی طناب را می‌کشید دقیقاً به محل علامت‌گذاری شده برسد. نیم‌دایره‌ای روی زمین با جسم تیز رسم کنید.
وقتی سایهٔ شاخص به حداقل اندازهٔ خود می‌رسد(در ظهر شرعی)، این سایه سمت جنوب را نشان می‌دهد (بالای ۲۳٫۵ درجه).
جهت‌یابی با ساعت عقربه‌دار
ساعت مچی معمولی (آنالوگ، عقربه‌ای) را به حالت افقی طوری در کف دست نگه می‌داریم که عقربهٔ ساعت‌شمار به سمت خورشید اشاره کند. در این حالت، نیمسازِ زاویه‌ای که عقربهٔ ساعت‌شمار با عدد ۱۲ ساعت می‌سازد (زاویهٔ کوچک‌تر، نه بزرگ‌تر)، جهت جنوب را نشان می‌دهد. یعنی مثلاً اگر چوب‌کبریتی را [به طور افقی] در نیمهٔ راه میان عقربهٔ ساعت‌شمار و عدد ۱۲ ساعت قرار دهید، به طور شمالی-جنوبی قرار گرفته‌است.
نکات
این که گفته شد عقربهٔ کوچک ساعت به سمت خورشید اشاره کند، یعنی اینکه اگر شاخصی [مثلاً چوب‌کبریت] ای که در مرکز ساعت قرار دهیم، سایه‌اش موازی با عقربهٔ ساعت‌شمار و در جهت مقابل آن باشد. یا اینکه سایهٔ عقربهٔ ساعت‌شمار درست در زیر خود عقربه قرار گیرد. یا مثلاً اگر چوبی ده-پانزده سانتیمتری را در زمین به‌طور عمودی قرار دهیم، ساعت روی زمین به شکلی قرار گرفته باشد که عقربهٔ ساعت‌شمارش موازی با سایهٔ چوب باشد.
دلیل اینکه زاویه بین عقربهٔ ساعت‌شمار و ۱۲ را نصف می‌کنیم این است که: وقتی خوشید یک بار دور زمین می‌چرخد، ساعت ما دو دور می‌چرخد(دو تا ۱۲ ساعت). یعنی گرچه روز ۲۴ ساعت است (و یک دور کامل را در ۲۴ ساعت طی می‌کند)، ساعتهای ما یک دور کامل را در ۱۲ ساعت طی می‌نماید. اگر ساعت ۲۴ ساعتهای می‌داشتید، که دور آن به ۲۴ قسمت مساوی تقسیم شده بود، هر گاه عقربهٔ ساعت‌شمار را رو به خورشید می‌گرفتید عدد ۱۲ ساعت همیشه جهت جنوب را نشان می‌داد.
این روش وقتی سمت صحیح را نشان می‌دهد، که ساعت مورد نظر درست تنظیم شده باشد. یعنی اگر در بهار و تابستان ساعت‌ها را نسبت به ساعت استاندارد یک‌ساعت جلو می‌برند، ما باید آن را تصحیح کنیم(ابتدا ساعت‌مان را یک ساعت عقب ببریم سپس روش را اِعمال کنیم؛ یا نیمساز عقربهٔ ساعت‌شمار را [به جای ۱۲] با ۱ حساب کنید). همچنین در همهٔ سطح یک کشور معمولاً ساعت یکسانی وجود دارد، که مثلاً در ایران حدود یک ساعت متغیر است (ایران تقریباً بین دو نصف‌النهار قرار دارد؛ لذا ظهر شرعی در شرق و غرب ایران حدوداً یک ساعت فاصله دارد.) ساعت صحیح هر مکان همان ساعتی است که هنگام ظهر شرعی در آن در طول سال، اطراف ساعت ۱۲ ظهر است. در واقع برای تعیین دقیق جهت‌های جغرافیایی ساعت باید طوری تنظیم باشد که هنگام ظهر شرعی ساعت ۱۲ را نشان دهد.
روش ساعت مچی تا ۲۴ درجه امکان خطا دارد. برای دقت بیشتر باید از آن در عرض جغرافیایی بین ۴۰ و ۶۰ درجه [شمالی یا جنوبی] استفاده شود؛ هر چند در عرض جغرافیایی ۲۳٫۵ تا ۶۶٫۵ درجه [شمالی یا جنوبی] نتیجه‌اش قابل قبول است.(البته در نیم‌کردهٔ جنوبی جهت شمال و جنوب برعکس است.) در واقع هر چه به استوا نزدیک‌تر شویم، از دقت این روش کاسته می‌شود. ضمناً هر چه زمان به کار بردن این روش به ظهر شرعی نزدیک‌تر باشد، نتیجهٔ آن دقیق‌تر خواهد بود.
اگر مطمئن نیستید کدام طرف شمال است و کدام طرف جنوب، به یاد بیاورید که خورشید از شرق بر می‌خیزد، در غرب می‌نشیند، و در ظهر سمت جنوب است.
توجه کنید که اگر این روش را در هنگام ظهر شرعی (یعنی ساعت ۱۲) اجرا کنیم، جهت عقربه ساعت‌شمار خود به سوی جنوب است. یعنی مانند همان روش «جهت‌یابی با سمت خورشید»، که گفتیم خورشید در ظهر شرعی به سمت جنوب است.
اگر از ساعت دیجیتال استفاده می‌کنید، می‌توانید ساعت عقربه‌داری را روی یک کاغذ یا روی زمین بکشید (دور دایره‌ای از ۱ تا ۱۲ بنویسید، و عقربهٔ ساعت‌شمار را هم بکشید)، و سپس از روش بالا استفاده کنید.
حتی وقتی هوا آفتابی نیست و خورشید به راحتی دیده نمی‌شود هم گاه سایهٔ خوشید را می‌توان دید. اگر یک چوب‌کبریت را عمود نگه دارید، سایهٔ آن برعکس جهت خورشید می‌افتد.
روشهای جهت‌یابی در شب
جهت‌یابی با ستارهٔ قطبی
از آن‌جا که ستاره‌ها به محور ستاره قطبی در آسمان می‌چرخند، در نیمکرهٔ شمالی زمین ستارهٔ قطبی با تقریب بسیار خوبی (حدود ۰٫۷ درجه خطا) جهت شمال جغرافیایی (و نه شمال مغناطیسی) را نشان می‌دهد؛ یعنی اگر رو به آن بایستیم، رو به شمال خواهیم بود.
برای یافتن ستارهٔ قطبی روشهای مختلفی وجود دارد:
به وسیلهٔ مجموعه ستارگان «دبّ اکبر»: صورت فلکی دبّ اکبر شامل هفت ستاره‌است که به شکل ملاقه قرار گرفته‌اند: چهار ستاره آن تشکیل یک ذوزنقه را می‌دهند، و سه ستارهٔ دیگر مانند یک دنباله در ادامه ذوزنقه قرار گرفته‌اند. هر گاه دو ستاره‌ای که لبهٔ بیرونی ملاقه را تشکیل می‌دهند (دو ستارهٔ قاعده کوچک ذوزنقه؛ لبهٔ پیالهٔ ملاقه؛ محلی که آب از آن‌جا می‌ریزد) را [با خطی فرضی] به هم وصل کنیم، و پنج برابر فاصله میان دو ستاره، به سمت جلو ادامه دهیم، به ستاره قطبی می‌رسیم.
به وسیلهٔ مجموعه ستاره‌های «ذات‌الکرسی»: صورت فلکی ذات‌الکرسی شامل پنج ستاره‌است که به شکل W یا M قرار گرفته‌اند. هرگاه (مطابق شکل) ستارهٔ وسط W (رأس زاویهٔ وسطی) را حدود پنج برابرِِ «فاصلهٔ آن نسبت به ستاره‌های اطراف» به سوی جلو ادامه دهیم، به ستارهٔ قطبی می‌رسیم.
نکات
صورت‌های فلکی ذات‌الکرسی و دبّ اکبر نسبت به ستارهٔ قطبی تقریباً روبه‌روی یکدیگر، و دور ستاره قطبی خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند. اگر یکی از آنها پشت کوه پنهان بود، با دیگری می‌توان ستارهٔ قطبی را یافت. فاصلهٔ هر کدام از این دو صورت فلکی تا ستارهٔ قطبی تقریباً برابر است.
اگر برای یافتن ستاره‌ها در آسمان از نقشه ستاره‌یاب (افلاک‌نما) استفاده می‌کنید، به‌خاطر داشته باشید که ستاره‌یاب‌ها موقعیت ستاره‌ها را در زمان، تاریخ و موقعیت جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی) خاصی نشان می‌دهند.
هر چه از استوا به سوی قطب شمال برویم، ستارهٔ قطبی در آسمان بالاتر (در ارتفاع بیشتر) دیده می‌شود. یعنی ستارهٔ قطبی در استوا (عرض جغرافیایی صفر درجه) تقریباً در افق دیده می‌شود، و در قطب شمال(عرض جغرافیایی ۹۰ درجه) تقریباً بالای سر (سرسو، سمت‌الرّأس، رأس‌القدم) دیده می‌شود. بالاتر از عرض جغرافیایی ۷۰ درجه شمالی عملاً نمی‌توان با ستارهٔ قطبی شمال را پیدا کرد.
جهت‌یابی با هلال ماه
اگر به دلیل وجود ابر یا درختان نمی‌توانید ستاره‌ها را ببینید، می‌توانید از ماه برای جهت‌یابی استفاده کنید.
ماه به شکل هلال باریکی تولد می‌یابد، و در نیمه‌های ماه قمری به قرص کامل تبدیل می‌شود، و سپس در جهت مقابل هلالی می‌شود. در نیمهٔ اول ماه‌های قمری قسمت خارجی ماه (تحدب و کوژی ماه، برآمدگی و برجستگی ماه) مانند پیکانی جهت غرب را نشان می‌دهد. در نیمهٔ دوم ماه‌های قمری، تحدب ماه به سمت مشرق است.
اگر خطی از بالای هلال به پایین آن وصل کنیم و ادامه دهیم، در نیمهٔ اول ماه قمری شکل p و در نیمهٔ دوم شکل q خواهد داشت.
کره ماه در نیمهٔ اول ماه‌های قمری پیش از غروب آفتاب طلوع می‌کند، و در نیمهٔ دوم پس از غروب، تا پایان ماه که پس از نیمه‌شب طلوع می‌نماید.
پیدا کردن جنوب توسط ماه: اگر خطی فرضی میان دو نوک تیز هلال ماه رسم کرده و آن را تا زمین ادامه دهید، تقاطع امتداد این خط با افق، نقطه جنوب را [در نیمکرهٔ شمالی زمین] نشان می‌دهد.
این روش جهت‌یابی چندان دقیق نیست، ولی حداقل راه‌نمایی تقریبی را فراهم می‌سازد. در زمان قرص کامل نمی‌توان از این روش استفاده کرد. وقتی ماه به صورت قرص کامل است، می‌توان به کمک حرکت ظاهری ماه (که از مشرق به طرف مغرب است) جهت‌یابی کرد.
روشهای دیگر جهت‌یابی در شب
حرکت ظاهری ماه در آسمان از شرق به غرب است.
خوشه پروین: دسته‌ای (حدود ده تا پانزده) ستاره، به شکل خوشه انگور، در یک جا مجتمع هستند که به آن مجموعه خوشه پروین می‌گویند. این ستارگان مانند خورشید از شرق به طرف غرب در حرکتند، ولی در همه حال دُمِ آنها به طرف مشرق است.
ستارگان بادبادکی: حدود هفت -هشت ستاره در آسمان وجود دارد که به شکل بادبادک یا علامت سوال می‌باشند. این ستارگان نیز از شرق به غرب حرکت می‌کنند، و در همه حال دنباله بادبادکی آنها به‌طرف جنوب است.
کهکشان راه شیری تودهٔ عظیمی از انبوه ستارگان است که تقریباً از شمال شرقی به جنوب غربی امتداد یافته‌است. در شمال شرقی این راه باریک است، و هر چه به سمت جنوب غربی می‌رود، پهن‌تر می‌شود. هر چه به آخر شب نزدیک‌تر می‌شویم، قسمت پهن راه شیری به طرف مغرب منحرف می‌شود.
روشهای جهت‌یابی، قابل استفاده در روز و شب
جهت‌یابی با قبله
اگر جهت قبله و میزان انحراف آن از جنوب (یا دیگر جهت‌های اصلی) را بدانیم، می‌توانیم شمال را تشخیص دهیم. مثلاً اگر در تهران ۳۷ درجه از جنوب سمت به غرب متمایل شویم (یعنی حدوداً جنوب غربی)، به طرف قبله ایستاده‌ایم. پس هرگاه در تهران جهت قبله را بدانیم، اگر ۳۷ درجه از سمت قبله در جهت عکس عقربه‌های ساعت بچرخیم، به طرف جنوب ایستاده‌ایم، و اگر ۱۴۳ درجه (۳۷-۱۸۰) در جهت عقربه‌های ساعت بچرخیم، به طرف شمال ایستاده‌ایم.
قبله را از راه‌های مختلفی می‌توان یافت:
قبله‌نما: دقیق‌ترین روش تعیین قبله، به‌وسیلهٔ قبله‌نماست، که آن هم با یک قطب‌نما انجام می‌گیرد؛ و اگر ما قطب‌نما داشته باشیم، با آن قطب را مشخص می‌کنیم!
محراب مسجد: محراب مساجد به طرف قبله‌است. در نمازخانه‌ها هم معمولاً جهت قبله مشخص شده‌است.
قبرستان: مرده را در قبر روی دست راست، به سمت قبله می‌خوابانند. پس اگر شما طوری ایستاده باشید که نوشته‌های سنگ قبر را به درستی می‌خوانید، سمت چپ‌تان قبله‌است.
دستشویی: از آن‌جا که قضای حاجت رو به قبله نباید باشد، معمولاً توالت‌ها را عمود بر قبله می‌سازند.
جهت‌یابی با قطب‌نمای دست‌ساز
اگر قطب‌نمایی به همراه نداشتید، ولی اتفاقاً یک سوزن یا میخ کوچک در جیبتان یافتید، این روش کمک‌کار شما در ساخت یک قطب‌نما خواهد بود. البته احتمال استفاده از آن در شرایط واقعی کم است، ولی انجام آن کاری سرگرم‌کننده‌است.
با مالش دادن یک سوزن فقط در یک جهت به آهنربا -یا حتی احتمالاً چاقوی خودتان-، یا مالیدن آن فقط در یک جهت به پارچهٔ ابریشمی یا پنبه‌ای، سوزنْ مغناطیسی یا قطبی می‌شود؛ مانند سوزن قطب‌نما. (مثلاً با ۳۰ بار مالش دادن سوزن به آهنربا از طرف خودتان به سمت بیرون، سوزن به اندازهٔ کافی خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند. همچنین مالش سر سوزن از پایین به بالا بر پارچهٔ ابریشمی باعث می‌شود که سر سوزن نقطه شمال را نشان دهد). حتی می‌توانید آنرا در یک جهت میان موهای سر خود بکشید. توجه کنید که همیشه فقط در یک جهت مالش دهید.
حال اگر آنرا روی یک چوب‌پنبه یا پوشال کوچک قرار دهید(سوزن را به چوب‌پنبه چسب بزنید، یا درون آن فرو کنید؛ یا در دو طرف سوزن چوب‌پنبه‌هایی کوچک فرو کنید)، و روی آب (آب راکد یا ظرفی پر از آب) شناور نمایید، مانند یک قطب‌نما عمل می‌کند، و سر سوزن رو به شمال می‌چرخد. برای اینکه سمت شمال و جنوب سوزن را اشتباه نکنید، این نکته را در نظر بگیرید که -در نیمکرهٔ شمالی زمین- آن سمت قطب‌نما که تقریباً رو به خورشید و ماه است، سمت جنوب است، زیرا آنها در قسمت جنوبی آسمان قرار دارند. همچنین می‌توانید سوزن را با یک آهنربا امتحان کنید، و سپس سمت شمال را با علامتی روی آن مشخص نمایید.
روش دیگر ساخت آهنربا این است که یک میله یا سوزن آهنی یا فولادی را در جهت میدان مغناطیسی زمین تراز کنیم، و سپس آنرا حرارت داده یا بر آن ضربه وارد کنیم. حال اگر این آهنربا را روی سطحی با اصطکاک کم قرار دهیم (روی یک تکه چوب کوچک در آب شناور سازید، یا مثلاً سوزن را با یک ریسمان غیرفلزی آویزان(معلق) نمایید) قطب‌نمای ما کار می‌کند؛ یعنی میله آن‌قدر می‌چرخد تا در راستای میدان مغناطیسی زمین (شمالی-جنوبی) قرار گیرد.
مغناطیسی کردن سوزن با باتری: اگر سیمی را دور سوزن بپیچانید و برای چند دقیقه سر سیم را به ته باتری وصل کنید، سوزن مغناطیسی می‌شود.
به دلیل کشش سطحی آب، می‌توان سوزن را به تنهایی روی سطح آن شناور کرد. مثلاً می‌توان سوزن را روی کاغذی گذاشت، و کاغذ را روی آب گذاشت. اگر کاغذ روی آب بماند که بهتر، و اگر کاغذ در آب فرو برود احتمالاً سوزن روی آب باقی می‌ماند. اگر سوزن را با گریس یا روغنی غیرقابل‌حل در آب چرب کنید (مثلاً با مالش سوزن به موهای خود سوزن را چرب نمایید)، کار آسان‌تر خواهد شد. چرب بودن سوزن سبب می‌شود که سوزن روی سطح آب شناور بماند.
جهت‌یابی به کمک موقعیت خورشید در آسمان
۱- خورشید صبح تقریباً از سمت شرق طلوع می‌کند، و شب تقریباً در سمت غرب غروب می‌کند.
این مطلب فقط در اول بهار و پاییز صحیح است؛ یعنی در اولین روز بهار و پاییز خورشید دقیقاً از شرق طلوع و در غرب غروب می‌کند، ولی در زمان‌های دیگر، محل طلوع و غروب خورشید نسبت به مشرق و مغرب مقداری انحراف دارد.
در تابستان طلوع و غروب خورشید شمالی‌تر از شرق و غرب است، و در زمستان جنوبی‌تر از شرق و غرب می‌باشد. در اول تابستان و زمستان، محل طلوع و غروب خورشید حداقل حدود ۲۳٫۵ درجه با محل دقیق شرق و غرب فاصله دارد، که این خطا به هیچ وجه قابل چشم پوشی نیست. در واقع از آن‌جا که موقعیت دقیق خورشید با توجه به فصل و عرض جغرافیایی متغیر است، این روش نسبتاً غیردقیق است.
۲- در نیمکرهٔ شمالی زمین، در زمان ظهر شرعی خورشید همیشه دقیقاً در جهت جنوب است و سایهٔ اجسام رو به شمال می‌افتد.
ظهر شرعی یا ظهر نجومی، دقیقاً هنگامی است که خورشید به بالاترین نقطه خود در آسمان می‌رسد. در این زمان، سایهٔ شاخص به حداقل خود در روز می‌رسد، و پس از آن دوباره افزایش می‌یابد؛ همان زمان اذان ظهر.
برای دانستن زمان ظهر شرعی می‌توان به روزنامه‌ها مراجعه کرد یا منتظر صدای اذان ظهر شد. ظهر شرعی حدوداً نیمه بین طلوع آفتاب و غروب آفتاب است.
۳- حرکت خورشید از شرق به غرب است؛ و این هم می‌تواند روشی برای یافتن جهت‌های جغرافیایی باشد.
جهت‌یابی با سایهٔ چوب(شاخص)
شاخص، چوب یا میله‌ای صاف و راست است (مثلاً شاخه نسبتاً صافی از یک درخت به طول مثلاً یک متر) که به طور عمودی در زمینی مسطح و هموار و افقی(تراز و میزان) فرو شده‌است.
روش اول: نوک(انتهای) سایهٔ شاخص روی زمین را [مثلاً با یک سنگ] علامت‌گذاری می‌کنیم. مدتی (مثلاً ده-بیست دقیقه بعد، یا بیشتر) صبر می‌کنیم تا نوک سایه چند سانتیمتر جابه‌جا شود. حال محل جدید سایهٔ شاخص (که تغییر مکان داده‌است) را علامت‌گذاری می‌نماییم. حال اگر این دو نقطه را با خطی به هم وصل کنیم، جهت شرق-غرب را مشخص می‌کند. نقطهٔ علامت‌گذاری اول سمت غرب، و نقطهٔ دوم سمت شرق را نشان می‌دهد. یعنی اگر طوری بایستیم که پای چپ‌مان را روی نقطهٔ اول و پای راستمان را روی نقطهٔ دوم بگذاریم، روبروی‌مان شمال را نشان می‌دهد، و رو به خورشید (پشت سرمان) جنوب است.
از آن‌جا که جهت ظاهری حرکت خورشید در آسمان از شرق به غرب است، جهت حرکت سایهٔ خورشید بر روی زمین از غرب به شرق خواهد بود. یعنی در نیم‌کره شمالی سایه‌ها ساعتگرد می‌چرخند.
هر چه از استوا دورتر بشویم، از دقت پاسخ در این روش کاسته می‌شود. یعنی در مناطق قطبی (عرض جغرافیایی بالاتر از ۶۰ درجه) استفاده از آن توصیه نمی‌شود.
در شب‌های مهتابی هم از این روش می‌توان استفاده کرد: به جای خورشید از ماه استفاده کنید.
روش دوم(دقیق‌تر): محل سایهٔ شاخص را زمانی پیش از ظهر علامت گذاری می‌کنیم. دایره یا کمانی به مرکز محل شاخص و به شعاع محل علامت‌گذاری شده می‌کشیم. سایه به تدریج که به سمت شرق می‌رود کوتاه‌تر می‌شود، در ظهر به کوتاه‌ترین اندازه‌اش می‌رسد، و بعداز ظهر به تدریج بلندتر می‌گردد. هر گاه بعد از ظهر سایهٔ شاخص از روی کمان گذشت (یعنی سایهٔ شاخص هم‌اندازهٔ پیش از ظهرش شد) آن‌جا را به عنوان نقطهٔ دوم علامت‌گذاری می‌کنیم. مانند روش پیشین، این نقطه سمت شرق و نقطهٔ پیشین سمت غرب را نشان می‌دهد.
در واقع هر دو نقطه سایهٔ هم‌فاصله از شاخص، امتداد شرق-غرب را مشخص می‌کنند.
با اینکه روش پیشین نسبتاً دقیق است، این روش دقیق‌تر است؛ البته وقت بیشتری برای آن لازم است.
برای کشیدن کمان مثلاً طنابی(مانند بند کفش، نخ دندان) را انتخاب کنید. یک طرف طناب را به شاخص ببندید، و طرف دیگرش را به یک جسم تیز؛ به شکلی که وقتی طناب را می‌کشید دقیقاً به محل علامت‌گذاری شده برسد. نیم‌دایره‌ای روی زمین با جسم تیز رسم کنید.
وقتی سایهٔ شاخص به حداقل اندازهٔ خود می‌رسد(در ظهر شرعی)، این سایه سمت جنوب را نشان می‌دهد (بالای ۲۳٫۵ درجه).
جهت‌یابی با ساعت عقربه‌دار
ساعت مچی معمولی (آنالوگ، عقربه‌ای) را به حالت افقی طوری در کف دست نگه می‌داریم که عقربهٔ ساعت‌شمار به سمت خورشید اشاره کند. در این حالت، نیمسازِ زاویه‌ای که عقربهٔ ساعت‌شمار با عدد ۱۲ ساعت می‌سازد (زاویهٔ کوچک‌تر، نه بزرگ‌تر)، جهت جنوب را نشان می‌دهد. یعنی مثلاً اگر چوب‌کبریتی را [به طور افقی] در نیمهٔ راه میان عقربهٔ ساعت‌شمار و عدد ۱۲ ساعت قرار دهید، به طور شمالی-جنوبی قرار گرفته‌است.
نکات
این که گفته شد عقربهٔ کوچک ساعت به سمت خورشید اشاره کند، یعنی اینکه اگر شاخصی [مثلاً چوب‌کبریت] ای که در مرکز ساعت قرار دهیم، سایه‌اش موازی با عقربهٔ ساعت‌شمار و در جهت مقابل آن باشد. یا اینکه سایهٔ عقربهٔ ساعت‌شمار درست در زیر خود عقربه قرار گیرد. یا مثلاً اگر چوبی ده-پانزده سانتیمتری را در زمین به‌طور عمودی قرار دهیم، ساعت روی زمین به شکلی قرار گرفته باشد که عقربهٔ ساعت‌شمارش موازی با سایهٔ چوب باشد.
دلیل اینکه زاویه بین عقربهٔ ساعت‌شمار و ۱۲ را نصف می‌کنیم این است که: وقتی خوشید یک بار دور زمین می‌چرخد، ساعت ما دو دور می‌چرخد(دو تا ۱۲ ساعت). یعنی گرچه روز ۲۴ ساعت است (و یک دور کامل را در ۲۴ ساعت طی می‌کند)، ساعتهای ما یک دور کامل را در ۱۲ ساعت طی می‌نماید. اگر ساعت ۲۴ ساعتهای می‌داشتید، که دور آن به ۲۴ قسمت مساوی تقسیم شده بود، هر گاه عقربهٔ ساعت‌شمار را رو به خورشید می‌گرفتید عدد ۱۲ ساعت همیشه جهت جنوب را نشان می‌داد.
این روش وقتی سمت صحیح را نشان می‌دهد، که ساعت مورد نظر درست تنظیم شده باشد. یعنی اگر در بهار و تابستان ساعت‌ها را نسبت به ساعت استاندارد یک‌ساعت جلو می‌برند، ما باید آن را تصحیح کنیم(ابتدا ساعت‌مان را یک ساعت عقب ببریم سپس روش را اِعمال کنیم؛ یا نیمساز عقربهٔ ساعت‌شمار را [به جای ۱۲] با ۱ حساب کنید). همچنین در همهٔ سطح یک کشور معمولاً ساعت یکسانی وجود دارد، که مثلاً در ایران حدود یک ساعت متغیر است (ایران تقریباً بین دو نصف‌النهار قرار دارد؛ لذا ظهر شرعی در شرق و غرب ایران حدوداً یک ساعت فاصله دارد.) ساعت صحیح هر مکان همان ساعتی است که هنگام ظهر شرعی در آن در طول سال، اطراف ساعت ۱۲ ظهر است. در واقع برای تعیین دقیق جهت‌های جغرافیایی ساعت باید طوری تنظیم باشد که هنگام ظهر شرعی ساعت ۱۲ را نشان دهد.
روش ساعت مچی تا ۲۴ درجه امکان خطا دارد. برای دقت بیشتر باید از آن در عرض جغرافیایی بین ۴۰ و ۶۰ درجه [شمالی یا جنوبی] استفاده شود؛ هر چند در عرض جغرافیایی ۲۳٫۵ تا ۶۶٫۵ درجه [شمالی یا جنوبی] نتیجه‌اش قابل قبول است.(البته در نیم‌کردهٔ جنوبی جهت شمال و جنوب برعکس است.) در واقع هر چه به استوا نزدیک‌تر شویم، از دقت این روش کاسته می‌شود. ضمناً هر چه زمان به کار بردن این روش به ظهر شرعی نزدیک‌تر باشد، نتیجهٔ آن دقیق‌تر خواهد بود.
اگر مطمئن نیستید کدام طرف شمال است و کدام طرف جنوب، به یاد بیاورید که خورشید از شرق بر می‌خیزد، در غرب می‌نشیند، و در ظهر سمت جنوب است.
توجه کنید که اگر این روش را در هنگام ظهر شرعی (یعنی ساعت ۱۲) اجرا کنیم، جهت عقربه ساعت‌شمار خود به سوی جنوب است. یعنی مانند همان روش «جهت‌یابی با سمت خورشید»، که گفتیم خورشید در ظهر شرعی به سمت جنوب است.
اگر از ساعت دیجیتال استفاده می‌کنید، می‌توانید ساعت عقربه‌داری را روی یک کاغذ یا روی زمین بکشید (دور دایره‌ای از ۱ تا ۱۲ بنویسید، و عقربهٔ ساعت‌شمار را هم بکشید)، و سپس از روش بالا استفاده کنید.
حتی وقتی هوا آفتابی نیست و خورشید به راحتی دیده نمی‌شود هم گاه سایهٔ خوشید را می‌توان دید. اگر یک چوب‌کبریت را عمود نگه دارید، سایهٔ آن برعکس جهت خورشید می‌افتد.
روشهای جهت‌یابی در شب
جهت‌یابی با ستارهٔ قطبی
از آن‌جا که ستاره‌ها به محور ستاره قطبی در آسمان می‌چرخند، در نیمکرهٔ شمالی زمین ستارهٔ قطبی با تقریب بسیار خوبی (حدود ۰٫۷ درجه خطا) جهت شمال جغرافیایی (و نه شمال مغناطیسی) را نشان می‌دهد؛ یعنی اگر رو به آن بایستیم، رو به شمال خواهیم بود.
برای یافتن ستارهٔ قطبی روشهای مختلفی وجود دارد:
به وسیلهٔ مجموعه ستارگان «دبّ اکبر»: صورت فلکی دبّ اکبر شامل هفت ستاره‌است که به شکل ملاقه قرار گرفته‌اند: چهار ستاره آن تشکیل یک ذوزنقه را می‌دهند، و سه ستارهٔ دیگر مانند یک دنباله در ادامه ذوزنقه قرار گرفته‌اند. هر گاه دو ستاره‌ای که لبهٔ بیرونی ملاقه را تشکیل می‌دهند (دو ستارهٔ قاعده کوچک ذوزنقه؛ لبهٔ پیالهٔ ملاقه؛ محلی که آب از آن‌جا می‌ریزد) را [با خطی فرضی] به هم وصل کنیم، و پنج برابر فاصله میان دو ستاره، به سمت جلو ادامه دهیم، به ستاره قطبی می‌رسیم.
به وسیلهٔ مجموعه ستاره‌های «ذات‌الکرسی»: صورت فلکی ذات‌الکرسی شامل پنج ستاره‌است که به شکل W یا M قرار گرفته‌اند. هرگاه (مطابق شکل) ستارهٔ وسط W (رأس زاویهٔ وسطی) را حدود پنج برابرِِ «فاصلهٔ آن نسبت به ستاره‌های اطراف» به سوی جلو ادامه دهیم، به ستارهٔ قطبی می‌رسیم.
نکات
صورت‌های فلکی ذات‌الکرسی و دبّ اکبر نسبت به ستارهٔ قطبی تقریباً روبه‌روی یکدیگر، و دور ستاره قطبی خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند. اگر یکی از آنها پشت کوه پنهان بود، با دیگری می‌توان ستارهٔ قطبی را یافت. فاصلهٔ هر کدام از این دو صورت فلکی تا ستارهٔ قطبی تقریباً برابر است.
اگر برای یافتن ستاره‌ها در آسمان از نقشه ستاره‌یاب (افلاک‌نما) استفاده می‌کنید، به‌خاطر داشته باشید که ستاره‌یاب‌ها موقعیت ستاره‌ها را در زمان، تاریخ و موقعیت جغرافیایی (طول و عرض جغرافیایی) خاصی نشان می‌دهند.
هر چه از استوا به سوی قطب شمال برویم، ستارهٔ قطبی در آسمان بالاتر (در ارتفاع بیشتر) دیده می‌شود. یعنی ستارهٔ قطبی در استوا (عرض جغرافیایی صفر درجه) تقریباً در افق دیده می‌شود، و در قطب شمال(عرض جغرافیایی ۹۰ درجه) تقریباً بالای سر (سرسو، سمت‌الرّأس، رأس‌القدم) دیده می‌شود. بالاتر از عرض جغرافیایی ۷۰ درجه شمالی عملاً نمی‌توان با ستارهٔ قطبی شمال را پیدا کرد.
جهت‌یابی با هلال ماه
اگر به دلیل وجود ابر یا درختان نمی‌توانید ستاره‌ها را ببینید، می‌توانید از ماه برای جهت‌یابی استفاده کنید.
ماه به شکل هلال باریکی تولد می‌یابد، و در نیمه‌های ماه قمری به قرص کامل تبدیل می‌شود، و سپس در جهت مقابل هلالی می‌شود. در نیمهٔ اول ماه‌های قمری قسمت خارجی ماه (تحدب و کوژی ماه، برآمدگی و برجستگی ماه) مانند پیکانی جهت غرب را نشان می‌دهد. در نیمهٔ دوم ماه‌های قمری، تحدب ماه به سمت مشرق است.
اگر خطی از بالای هلال به پایین آن وصل کنیم و ادامه دهیم، در نیمهٔ اول ماه قمری شکل p و در نیمهٔ دوم شکل q خواهد داشت.
کره ماه در نیمهٔ اول ماه‌های قمری پیش از غروب آفتاب طلوع می‌کند، و در نیمهٔ دوم پس از غروب، تا پایان ماه که پس از نیمه‌شب طلوع می‌نماید.
پیدا کردن جنوب توسط ماه: اگر خطی فرضی میان دو نوک تیز هلال ماه رسم کرده و آن را تا زمین ادامه دهید، تقاطع امتداد این خط با افق، نقطه جنوب را [در نیمکرهٔ شمالی زمین] نشان می‌دهد.
این روش جهت‌یابی چندان دقیق نیست، ولی حداقل راه‌نمایی تقریبی را فراهم می‌سازد. در زمان قرص کامل نمی‌توان از این روش استفاده کرد. وقتی ماه به صورت قرص کامل است، می‌توان به کمک حرکت ظاهری ماه (که از مشرق به طرف مغرب است) جهت‌یابی کرد.
روشهای دیگر جهت‌یابی در شب
حرکت ظاهری ماه در آسمان از شرق به غرب است.
خوشه پروین: دسته‌ای (حدود ده تا پانزده) ستاره، به شکل خوشه انگور، در یک جا مجتمع هستند که به آن مجموعه خوشه پروین می‌گویند. این ستارگان مانند خورشید از شرق به طرف غرب در حرکتند، ولی در همه حال دُمِ آنها به طرف مشرق است.
ستارگان بادبادکی: حدود هفت -هشت ستاره در آسمان وجود دارد که به شکل بادبادک یا علامت سوال می‌باشند. این ستارگان نیز از شرق به غرب حرکت می‌کنند، و در همه حال دنباله بادبادکی آنها به‌طرف جنوب است.
کهکشان راه شیری تودهٔ عظیمی از انبوه ستارگان است که تقریباً از شمال شرقی به جنوب غربی امتداد یافته‌است. در شمال شرقی این راه باریک است، و هر چه به سمت جنوب غربی می‌رود، پهن‌تر می‌شود. هر چه به آخر شب نزدیک‌تر می‌شویم، قسمت پهن راه شیری به طرف مغرب منحرف می‌شود.
روشهای جهت‌یابی، قابل استفاده در روز و شب
جهت‌یابی با قبله
اگر جهت قبله و میزان انحراف آن از جنوب (یا دیگر جهت‌های اصلی) را بدانیم، می‌توانیم شمال را تشخیص دهیم. مثلاً اگر در تهران ۳۷ درجه از جنوب سمت به غرب متمایل شویم (یعنی حدوداً جنوب غربی)، به طرف قبله ایستاده‌ایم. پس هرگاه در تهران جهت قبله را بدانیم، اگر ۳۷ درجه از سمت قبله در جهت عکس عقربه‌های ساعت بچرخیم، به طرف جنوب ایستاده‌ایم، و اگر ۱۴۳ درجه (۳۷-۱۸۰) در جهت عقربه‌های ساعت بچرخیم، به طرف شمال ایستاده‌ایم.
قبله را از راه‌های مختلفی می‌توان یافت:
قبله‌نما: دقیق‌ترین روش تعیین قبله، به‌وسیلهٔ قبله‌نماست، که آن هم با یک قطب‌نما انجام می‌گیرد؛ و اگر ما قطب‌نما داشته باشیم، با آن قطب را مشخص می‌کنیم!
محراب مسجد: محراب مساجد به طرف قبله‌است. در نمازخانه‌ها هم معمولاً جهت قبله مشخص شده‌است.
قبرستان: مرده را در قبر روی دست راست، به سمت قبله می‌خوابانند. پس اگر شما طوری ایستاده باشید که نوشته‌های سنگ قبر را به درستی می‌خوانید، سمت چپ‌تان قبله‌است.
دستشویی: از آن‌جا که قضای حاجت رو به قبله نباید باشد، معمولاً توالت‌ها را عمود بر قبله می‌سازند.
جهت‌یابی با قطب‌نمای دست‌ساز
اگر قطب‌نمایی به همراه نداشتید، ولی اتفاقاً یک سوزن یا میخ کوچک در جیبتان یافتید، این روش کمک‌کار شما در ساخت یک قطب‌نما خواهد بود. البته احتمال استفاده از آن در شرایط واقعی کم است، ولی انجام آن کاری سرگرم‌کننده‌است.
با مالش دادن یک سوزن فقط در یک جهت به آهنربا -یا حتی احتمالاً چاقوی خودتان-، یا مالیدن آن فقط در یک جهت به پارچهٔ ابریشمی یا پنبه‌ای، سوزنْ مغناطیسی یا قطبی می‌شود؛ مانند سوزن قطب‌نما. (مثلاً با ۳۰ بار مالش دادن سوزن به آهنربا از طرف خودتان به سمت بیرون، سوزن به اندازهٔ کافی خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند. همچنین مالش سر سوزن از پایین به بالا بر پارچهٔ ابریشمی باعث می‌شود که سر سوزن نقطه شمال را نشان دهد). حتی می‌توانید آنرا در یک جهت میان موهای سر خود بکشید. توجه کنید که همیشه فقط در یک جهت مالش دهید.
حال اگر آنرا روی یک چوب‌پنبه یا پوشال کوچک قرار دهید(سوزن را به چوب‌پنبه چسب بزنید، یا درون آن فرو کنید؛ یا در دو طرف سوزن چوب‌پنبه‌هایی کوچک فرو کنید)، و روی آب (آب راکد یا ظرفی پر از آب) شناور نمایید، مانند یک قطب‌نما عمل می‌کند، و سر سوزن رو به شمال می‌چرخد. برای اینکه سمت شمال و جنوب سوزن را اشتباه نکنید، این نکته را در نظر بگیرید که -در نیمکرهٔ شمالی زمین- آن سمت قطب‌نما که تقریباً رو به خورشید و ماه است، سمت جنوب است، زیرا آنها در قسمت جنوبی آسمان قرار دارند. همچنین می‌توانید سوزن را با یک آهنربا امتحان کنید، و سپس سمت شمال را با علامتی روی آن مشخص نمایید.
روش دیگر ساخت آهنربا این است که یک میله یا سوزن آهنی یا فولادی را در جهت میدان مغناطیسی زمین تراز کنیم، و سپس آنرا حرارت داده یا بر آن ضربه وارد کنیم. حال اگر این آهنربا را روی سطحی با اصطکاک کم قرار دهیم (روی یک تکه چوب کوچک در آب شناور سازید، یا مثلاً سوزن را با یک ریسمان غیرفلزی آویزان(معلق) نمایید) قطب‌نمای ما کار می‌کند؛ یعنی میله آن‌قدر می‌چرخد تا در راستای میدان مغناطیسی زمین (شمالی-جنوبی) قرار گیرد.
مغناطیسی کردن سوزن با باتری: اگر سیمی را دور سوزن بپیچانید و برای چند دقیقه سر سیم را به ته باتری وصل کنید، سوزن مغناطیسی می‌شود.
به دلیل کشش سطحی آب، می‌توان سوزن را به تنهایی روی سطح آن شناور کرد. مثلاً می‌توان سوزن را روی کاغذی گذاشت، و کاغذ را روی آب گذاشت. اگر کاغذ روی آب بماند که بهتر، و اگر کاغذ در آب فرو برود احتمالاً سوزن روی آب باقی می‌ماند. اگر سوزن را با گریس یا روغنی غیرقابل‌حل در آب چرب کنید (مثلاً با مالش سوزن به موهای خود سوزن را چرب نمایید)، کار آسان‌تر خواهد شد. چرب بودن سوزن سبب می‌شود که سوزن روی سطح آب شناور بماند.