کتاب Math for Security

کتاب Math for Security: From Graphs and Geometry to Spatial Analysis (ریاضیات برای امنیت: از نمودارها و هندسه تا تجزیه و تحلیل فضایی) رابطه‌س مسائل ریاضی با امنیت را با زبانی شیوا و ساده بیان می‌کند.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Math for Security را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب Math for Security:

به کتاب ریاضی برای امنیت خوش آمدید، کتابی که طبق تخمین من، بر خلاف هر کتاب امنیتی دیگری است که تا به حال خوانده ام. هدف از این کار این نیست که شما را با موضوعات امنیتی مانند کنترل دسترسی یا رمزگذاری آشنا کند، و همچنین قرار نیست به شما کمک کند تا برای آزمون گواهینامه بعدی آماده شوید.

با این حال، توانایی شما برای بررسی دنیای اطراف و بررسی سوالات مرتبط با امنیت را تقویت می‌کند. مطالب کتاب در تقاطع بین تحقیق نظری، آزمایش و کاربرد عملی قرار دارد. هدف من این است که از طریق موضوعات تحقیق عملی شما را با زمینه‌های کلیدی ریاضی آشنا کنم. به نظر من ساده ترین راه برای درک یک اصل نظری پیچیده، دیدن آن در عمل است.

من یک ریاضی دان نیستم. من یک کارشناس امنیتی هستم که عاشق خواندن مقالات تحقیقاتی نظری هستم و در طول سال‌ها متوجه شده ام که منابع زیادی برای ترجمه این تحقیقات نظری به یک سیستم قابل آزمایش وجود ندارد، که در غیر این صورت به عنوان اثبات مفهوم شناخته می‌شود.

تصمیم گرفتم زمانی که این مسیر را شروع کردم، کتابی را که آرزو داشتم داشتم بنویسم. همانطور که آن را می‌خوانید، با ابزارها و روش‌های لازم برای ترجمه نظریه ریاضی به برنامه‌های کاربردی مرتبط با امنیت آشنا می‌شوید.

شما یاد خواهید گرفت که با بررسی فرضیات اجتناب ناپذیری که ما باید هنگام برخورد با داده‌ها در طبیعت انجام دهیم، محدودیت‌های ابزارها و روش‌های خود را به طور دقیق ارزیابی کرده و با آن‌ها ارتباط برقرار کنید. با این حال، بیشتر از همه، امیدوارم یاد بگیرید که نظریه ریاضی را در یک دید جدید و کاملاً عملی ببینید.

بیشتر بخوانید: کتاب Precalculus

چه کسی باید کتاب Math for Security را بخواند؟

اغلب، وقتی بحثی را درباره ریاضیات کاربردی در امنیت شروع می‌کنم، مردم چیزی در امتداد این جمله می‌گویند: «اما من روی رمزگذاری کار نمی‌کنم»، که به من می‌گوید بسیاری از متخصصان امنیت نقش ریاضی را در فعالیت‌های روزانه‌شان به اشتباه درک می‌کنند.

حقیقت این است که ریاضیات کاربردی در قلب هر ابزار اتوماسیون امنیتی مدرن است، نه فقط ابزارهای رمزنگاری. امیدوارم هر کسی که به امنیت و تجربه برنامه نویسی پایتون علاقه دارد، چیز جالب و آموزنده ای در این پروژه‌ها پیدا کند. اگر پایتون کافی برای نصب و وارد کردن بسته‌ها، خواندن و نوشتن فایل‌ها و مدیریت وظایف اصلی شبکه می‌دانید، باید آماده باشید.

برای ادامه، نیازی به درک عمیق ریاضی ندارید، زیرا ما فرمول‌ها را همانطور که از آن‌ها استفاده می‌کنیم تجزیه می‌کنیم. اگر عنوان کتاب توجه شما را به خود جلب کرد، به احتمال زیاد شما یکی از افرادی هستید که باید این کتاب را بخوانید!

بیشتر بخوانید: کتاب A Handbook of Mathematical Models with Python

در کتاب Math for Security چیست؟

من مطالب را در سه بخش سازماندهی کردم.

بخش اول کتاب Math for Security: محیط و قراردادها (فصل 1 و 2 کتاب Math for Security) به شما کمک می‌کند تا یک محیط پایتون برای کدنویسی راه اندازی کنید و برخی از مفاهیم پایه نمادگذاری را معرفی کنید.

بخش دوم کتاب Math for Security: نظریه گراف و هندسه محاسباتی (فصل 3 تا 10 کتاب Math for Security) دو شاخه اصلی ریاضی را که در مورد آن بحث خواهیم کرد، معرفی می‌کند.

در نهایت، قسمت سوم کتاب Math for Security: مسئله گالری هنری (فصل 11-13 کتاب Math for Security) پروژه بزرگتری را پوشش می‌دهد که برای پاسخ به مسئله گالری هنر کلاسیک ساخته شده است، که برای حل ما به هر دو شاخه ریاضی نیاز دارد.

هر فصل از کتاب Math for Security با بخش «خلاصه» پایان می‌یابد که سایر کاربردهای بالقوه، خواندن پس‌زمینه و موضوعات ریاضی مکمل را پوشش می‌دهد تا به شما کمک کند تا خودتان ادامه دهید. در اینجا مروری کوتاه بر آنچه در هر فصل باید انتظار داشت آمده است:

فصل 1: تنظیم محیط ما با تنظیم محیط شما با استفاده از Anaconda یا pip، بسته به اولویت و سطح آشنایی شما با Python، شروع می‌کنیم. ما در مورد اهمیت جداسازی محیط‌های توسعه بحث خواهیم کرد و نحوه دسترسی به نوت‌بوک‌های Jupyter موجود در مواد تکمیلی را پوشش خواهیم داد.

فصل 2: برنامه نویسی و قراردادهای ریاضی در اینجا ما دستور ویژه برنامه نویسی و نماد ریاضی را که باید همراه با مثال‌ها دنبال کنید، پوشش خواهیم داد. ما فهرست و درک فرهنگ لغت پایتون و همچنین توابع zip و unpack را پوشش خواهیم داد. سپس با یک تجدید نظر در جبر بولی و تنظیم نماد، به جنبه ریاضی چیزها می‌پردازیم. ما همچنین به بسیاری از نمادهای مختلف که دنیای ریاضی را پر می‌کنند نگاه خواهیم کرد.

فصل 3: ایمن‌سازی شبکه‌ها با تئوری گراف، این فصل از کتاب Math for Security به معرفی مفاهیم پیرامون ساخت و تجزیه و تحلیل نمودارها با استفاده از کتابخانه NetworkX Python می‌پردازد. ما در مورد برخی از انواع اصلی نمودارهایی که احتمالاً با آن‌ها روبرو خواهید شد، و همچنین نحوه تجزیه و تحلیل برخی از آمارهای کلیدی که به شما در درک بهتر ساختار نمودارها کمک می‌کند، بحث خواهیم کرد.

فصل 4: ساخت ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک شبکه در این پروژه، ما یک نمودار برای نمایش ارتباطات در سراسر یک شبکه کامپیوتری با استفاده از کتابخانه‌های NetworkX و Scapy می‌سازیم.

سپس درک خود را از نمودارها برای کشف برخی از حقایق جالب در مورد رایانه‌های موجود در شبکه به کار خواهیم برد. ما با یک پروژه اثبات مفهوم نتیجه می‌گیریم که در آن بسته‌های شبکه را می‌گیرید و از آن‌ها برای ایجاد یک نمودار از خود استفاده می‌کنید.

فصل 5: شناسایی تهدیدها با تجزیه و تحلیل شبکه‌های اجتماعی این پروژه به جای شبکه‌های کامپیوتری بر تجزیه و تحلیل شبکه‌های افراد متمرکز است. ما یک نمودار با استفاده از داده‌های شبیه سازی شبکه اجتماعی مانند Mastodon می‌سازیم.

ما یکی از راه‌های شکل‌گیری ارتباطات در شبکه‌های اجتماعی را مورد بحث قرار می‌دهیم و به چند سؤال تحقیقاتی عملی برای شناسایی افراد جالب توجه می‌کنیم. ما با یک پروژه اثبات مفهوم به پایان خواهیم رسید که به شما کمک می‌کند تا داده‌های خود را برای تجزیه و تحلیل جدول زمانی Mastodon جمع آوری کنید.

فصل 6: تجزیه و تحلیل شبکه‌های اجتماعی برای جلوگیری از حوادث امنیتی ما با نگاهی به آنچه ممکن است در آینده اتفاق بیفتد، تجزیه و تحلیل خود را در مورد شبکه اجتماعی از فصل 5 کتاب Math for Security ادامه می‌دهیم.

ما از تصادفی و احتمال برای ایجاد یک شبیه‌سازی از نحوه حرکت پیام‌ها در شبکه، احتمال پاسخ به چه کسی و در مورد چه موضوعاتی استفاده می‌کنیم. در نهایت، ما اثبات مفهوم خود را پوشش خواهیم داد، یک بازی خصمانه دو نفره برای تصمیم‌گیری در مورد سرنوشت شبکه اجتماعی ما.

فصل 7: استفاده از هندسه برای بهبود عملکردهای امنیتی در این فصل از کتاب Math for Security به شاخه دوم ریاضی خود یعنی هندسه محاسباتی می‌رویم. ما در مورد نحوه نمایش اشکال مختلف با استفاده از کتابخانه Shapely و عملیات رایجی که هنگام کار با داده‌های شکل با آن‌ها مواجه خواهید شد بحث خواهیم کرد.

این فصل از کتاب Math for Security همچنین برخی از مفاهیم امنیت فیزیکی مانند برنامه‌ریزی منابع و مکان را معرفی می‌کند، زیرا در مورد نمایش طرح‌های خود با استفاده از هندسه بحث می‌کنیم.

فصل 8: ردیابی افراد در فضای فیزیکی با اطلاعات دیجیتال ما کاوش خود را در مورد هندسه محاسباتی با بحث در مورد کاربرد آن در مکان‌یابی دستگاه‌ها در دنیای فیزیکی ادامه می‌دهیم.

ما ساختار داده‌های شبکه و نحوه اتصال به OpenCell API برای جمع آوری اطلاعات جغرافیایی در مورد شبکه‌ها را پوشش خواهیم داد. همچنین در مورد اخلاقیات مربوط به ردیابی دستگاه بحث خواهیم کرد.

پروژه اثبات مفهوم ما برای این فصل مجموعه نمونه ای از داده‌های برج را می‌گیرد، ناحیه پوشش همپوشانی را حل می‌کند و آن را به عنوان یک منطقه جستجوی محدود برمی‌گرداند.

فصل 9: هندسه محاسباتی برای توزیع منابع ایمنی، در این فصل از کتاب Math for Security، نحوه استفاده از نمودارهای Voronoi هنگام انجام تجزیه و تحلیل منابع را پوشش می‌دهیم. ما در مورد توزیع فعلی ایستگاه‌های آتش‌نشانی در اطراف پورتلند، اورگان بحث خواهیم کرد و کشف خواهیم کرد که یک ایستگاه جدید می‌تواند بیشترین تأثیر را داشته باشد.

ما نحوه دریافت داده‌های شکل را برای مناطق بزرگتر با استفاده از OpenStreetMap API پوشش خواهیم داد. برای اثبات مفهوم، ما یک برنامه کاربردی ایجاد خواهیم کرد که قادر است مکان یک ایستگاه آتش نشانی جدید را بر اساس مسئولیت‌های فعلی ایستگاه به صورت برنامه ای توصیه کند.

فصل 10: هندسه محاسباتی برای تشخیص چهره در پروژه نهایی هندسه محاسباتی، کاربرد آن را در تحقیقات تشخیص چهره بررسی خواهیم کرد.

مواردی که باعث ایجاد تصاویر خوب می‌شوند، نحوه پردازش داده‌های تصویر، روش‌های مختلف اندازه گیری ویژگی‌های جالب چهره با اشکال و نحوه یافتن ویژگی‌های کلیدی برای بهترین نتیجه را پوشش خواهیم داد. در این اثبات مفهومی دو قسمتی ویژه، ما سیستمی را برای رسیدگی به هر دو جنبه پروژه‌های علم داده مدرن توسعه خواهیم داد: آموزش مدل و کاربرد مدل.

ما سیستمی تولید خواهیم کرد که قادر به پردازش یک مجموعه تصویر است، یک طبقه‌بندی کننده چهره را آموزش می‌دهد و در نهایت روش خود را روی سه وجه اعمال می‌کنیم تا ببینیم که آیا می‌توانیم آن‌ها را فقط با استفاده از هندسه محاسباتی به درستی شناسایی کنیم.

فصل 11: توزیع منابع امنیتی برای محافظت از یک فضا، این فصل از کتاب Math for Security کاوش ما را در مورد مشکل گالری هنری و الزامات یک پروژه بزرگتر آغاز می‌کند. ما تئوری و تحقیقات موجود را که زیربنای راه حل ما است پوشش خواهیم داد.

سپس در مورد چگونگی ترکیب نظریه گراف و هندسه محاسباتی برای بهبود اصول اولیه برای پاسخ واقعی تر بحث خواهیم کرد. کد در این فصل به عنوان پایه ای برای بقیه پروژه عمل می‌کند و تولید راه حل واقعی مورد علاقه ما را پوشش می‌دهد.

فصل 12: رویکرد حداقل محصول قابل دوام برای توسعه نرم‌افزار امنیتی در اینجا ما پروژه خود را از فصل 11 کتاب Math for Security فراتر از یک اثبات ساده مفهوم با افزودن ویژگی‌های پیشرفته تر که تجربه کاربر را بهبود می‌بخشد، گسترش خواهیم داد. ما در مورد افزایش سرعت برنامه خود با برنامه‌نویسی موازی بحث خواهیم کرد.

ما به استفاده از PyGame برای مدیریت گرافیک و تعاملات کاربر خواهیم پرداخت. در نهایت، ما به مثال برنامه کاربردی همراه با کتاب می‌پردازیم و چگونگی استفاده از آن را به عنوان نقطه شروع برای حل مشکلات گالری هنری خود بررسی می‌کنیم.

فصل 13: ارائه برنامه‌های کاربردی پایتون ما پروژه مشکل گالری هنری خود را با بحث در مورد روش‌های تحویل نرم‌افزار مدرن به پایان خواهیم رساند.

این یک موضوع بزرگ است، بنابراین من چند مورد را انتخاب کردم که فکر می‌کنم همه باید با آن‌ها آشنا باشند، از بسته بندی برنامه شما به عنوان یک کتابخانه گرفته تا ارائه آن به عنوان یک سرویس ابری. ما در مورد برخی از مزایا و معایب هر گزینه و همچنین تأثیر آن بر توانایی شما برای کسب درآمد از برنامه خود صحبت خواهیم کرد.

سرفصل‌های کتاب Math for Security:

• Title Page
• Copyright
• Dedication
• About the Author
• Acknowledgments
• Introduction
• Part I: Environment and Conventions
  • Chapter 1: Setting Up the Environment
  • Chapter 2: Programming and Math Conventions
• Part II: Graph Theory and Computational Geometry
  • Chapter 3: Securing Networks with Graph Theory
  • Chapter 4: Building a Network Traffic Analysis Tool
  • Chapter 5: Identifying Threats with Social Network Analysis
  • Chapter 6: Analyzing Social Networks to Prevent Security Incidents
  • Chapter 7: Using Geometry to Improve Security Practices
  • Chapter 8: Tracking People in Physical Space with Digital Information
  • Chapter 9: Computational Geometry for Safety Resource Distribution
  • Chapter 10: Computational Geometry for Facial Recognition
• Part III: The Art Gallery Problem
  • Chapter 11: Distributing Security Resources to Guard a Space
  • Chapter 12: The Minimum Viable Product Approach to Security Software Development
  • Chapter 13: Delivering Python Applications
• Notes
• Index

جهت دانلود کتاب Math for Security می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.