مما تعلمتُه في الماجستير

أنهيتُ ولله الحمد دراستي في الماجستير قبل أسبوعين من جامعة مرمرة، اسطنبول، قسم هندسة الحاسوب.

هناك العديد من الأمور التي تعلمتُها أثناء دراستي، بعضها متعلق بالبحث والنشر الأكاديمي ككل وبعضها متعلق بالأدوات والتقنيات التي استعملتُها أثناء بحثي، وسأشارك بعضًا منها معكم في هذه التدوينة.

مقدمة عن موضوع أطروحتي

أطروحتي كانت بعنوان: “A New Method for Protecting Location Privacy in Vehicular Ad-hoc Networks”، وهي متعلقة بحماية خصوصية بيانات موقع السيارة أثناء تواصلها في شبكات السيارات.

أي سيارة حديثة لديها القدرة على المشاركة في شبكات لاسلكية ديناميكية؛ فيمكنها إرسال واستقبال البيانات من السيارات التي حولها أو من إشارات المرور أو من مرافق الطريق بشكل عام (نسمّيها Road-side Units أو وحدات جانب الطريق). يمكن للسيارة عبر هذه الشبكات أن ترسل موقعها وسرعتها ومجموعة من البيانات المرتبطة بها إلى كل من حولها على شكل إرسال عام (Broadcast) لتلتقطها أي سيارة أو شخص في المنطقة، وبالتالي يتمكنون من معرفة اتجاه هذه السيارة وأين موقعها وأين تذهب، وهو بدوره ما يساعد فيما يتعلق بـ:

• تجنب الحوادث المرورية.
• حماية الركّاب في حال حصول الحوادث.
• القيادة الذاتية.
• تحسين تدفّق المرور (Traffic) حيث يصبح بإمكان إدارة المدينة التواصل مع السيارات.
• غير ذلك من الاستخدامات.

تُرسل هذه البيانات من كل سيارة، طوال الوقت بينما هي تسير على الطرقات، وهناك معايير معيّنة (Standards) لمعالجاتها وفهمها وإرسالها. هذه المعايير مضبوطة عبر هيئات المعايير في أوروبا ETSI وأمريكا SAE.

الآن المشكلة في الموضوع هي أنه بما أن هذه البيانات تحوي موقع السيارات الحالي (بالإضافة إلى معرّف وهمي مؤقت Pseudonym)، فيمكن لأي شخص وضع أجهزة التقاط في أي أماكن يريدها في المدينة والتقاط هذه البيانات، وبالتالي سيكتشف أين تتحرك السيارات في كامل المدينة دون الحاجة لمراقبتها بشكل مباشر، بل فقط عبر مراقبة الشبكة.

هذا قد يسبب ضررًا للسائق ويعتبر انتهاك خصوصية؛ لأنه يسمح للآخرين بمعرفة أين كنت في الماضي وأين تذهب غالبًا، وهو ما قد يؤدي لمشاكل مثل التلصص أو الاعتداءات أو غير ذلك من الأمور التي لا نرغب بها.

ما الحل؟ الحل الذي عمل عليه القطاع البحثي في السنوات الماضية (منذ أكثر من 15 سنة وإلى اليوم) هو تقديم طرق معيّنة لتغيير معرّف السيارة المؤقت (Pseudonym) بحيث يتغير باستمرار أثناء القيادة (كل 7 دقائق مشي، أو كل 2 كيلومتر، أو عند إشارات المرور… إلخ)، وهو ما سيجعل المهاجم بحاجة إلى ربط هذه المعرّفات ببعضها البعض ليتمكن من كشف مسار السيّارة السابق، وهو أمرٌ أصعب بكثير وقد لا ينجح. هناك طرق مختلفة وكل طريقة لها مميزات وعيوب.

المشكلة الجديدة هي أن القطاع البحثي اكتشف أنه مهما كانت الطريقة المُستعملة لتغيير المعرّفات، فسيظل المُهاجم قادرًا على ربط المعرّفات ببعضها البعض، وهذا بسبب البيانات الفريدة الموجودة التي تُرسل من السيارة عنها، ألا وهي طول السيارة وعرضها.

بما أن الطول والعرض لا يتغيران، بالتالي يمكن لأي مُهاجم ببساطة أن يسجل هذه البيانات، ثم حتى عندما يتغير المعرّف بأي طريقة، يمكنه ربط المعرّف القديم بالجديد عبر مقارنة بيانات الطول والعرض للسيارة (لأنهما نفسهما لا يتغيران)، وبالتالي تنكشف خصوصية السيارة بغض النظر عن الطريقة المُستعملة.

هذه كانت كارثة مبدئيًا في المجال، لأنه يعني أن مجهودات 15 سنة من البحث قد ذهبت أدراج الرياح لأمرٍ لم يكن بالحسبان، لكنني اكتشفتُ غير ذلك وقدمت طريقة لحماية السيارات من هذا حتى مع أخذ بيانات الطول والعرض بالاعتبار.

قدّمت أطروحتي وأيضًا ورقة بحثية للنشر (غالبًا في مجلة IEEE Access)، كما عملتُ على تسجيل براءة اختراع متعلقة بالأمر هنا في تركيا، وسأشارك تجاربي معكم في هذه التدوينة.

أمورٌ تعلمتُها من دراستي في الماجستير

1. النشر الأكاديمي قذر

لقد مررتُ على الكثير جدًا من الأوراق البحثية.

اكتشفتُ أن الأمر صحيح كما كان مشرفي يخبرني دومًا في الماجستير: “البحث العلمي قذر وليس نظيفًا كما تظن”. كنت أظن أن البحث العلمي قذر فيما يتعلق بأمور مثل نظرية التطور والبيولوجيا والطب وهذه المجالات، لكنني لم أتخيل أن يصل هذا إلى مجال علوم الحاسوب.

• كثير جدًا من الأوراق البحثية التي تُنشر، تُنشر رغم أنه يكون بها عيب قاتل أو افتراض أو ادّعاء غير صحيح، لكنه مُتكتّم عليه بحيث تظهر الورقة البحثية على أنها جميلة ونظيفة بينما هي منقوضة من أصلها.
• يحصل هذا لأن الأساتذة الجامعيين بالتحديد مطالبون بالنشر الأكاديمي كثيرًا إن أرادوا الترقّي في سلّمهم الوظيفي، وبالتالي هدفهم النشر بأكبر قدر ممكن بغض النظر عن الأمانة العلمية.
• هناك معايير معينة لطريقة تواصل السيارات مع بعضها على أرض الواقع سواءٌ في أوروبا أو أمريكا، ثم تجد أوراقًا بحثية تتكلم عن المجال وكأن هذه المعايير غير موجودة؛ فتصبح لا قيمة لها لأنه لا أحد يطبّق شبكات السيارات كما يصف هؤلاء، بل بحسب المعايير الرسمية فقط. أي أنها تستعمل افتراضات غير صحيحة فقط لتصحيح نتائجها.
• تكاد تكون مراجعة النظير (Peer-review) لا قيمة لها، فجلّ الأوراق التي اطّلعت عليها من هذا النوع كانت كذلك.
• في الواقع الأمر شجعني جدًا؛ إن كان هؤلاء يخبّصون بالمجال بهذا الشكل فحينها لا مشكلة من أن أتشجع أنا وأنشر ورقتي البحثية الأولى.
• الهيئات الرسمية التي تنشر المعايير والمعنية بشبكات السيارات في كافة أنحاء العالم تنشر أحيانًا وثائق تنصح بأسلوب معيّن أو تنصح بالابتعاد عن أسلوب معيّن في حماية خصوصية السيارات، ثم تجد معظم الأوراق البحثية تُنشر وكأن هذه التوصيات غير موجودة، وكأنه لا يعنيهم مدى قابلية تطبيق طُرقِهم بالمرّة بل فقط النشر.

اكتشفتُ مثلًا أن الورقة البحثية التي بنيتُ عليها مشكلة بحثي كانت تستعمل قياسات السيارات بالمليميتير، لكن المعايير الرسمية تستعملها بالسنتيميتر والديسيميتير؛ وهو ما يغيّر من صحة النتائج بنسبة تصل إلى 50%. أي أنهم فعلوا هذه الحركة الصغيرة القذرة فقط ليحصلوا على نتائج أكبر ويقولوا للجميع: انتبهوا أعمالكم البحثية غير صحيحة بسبب ما اكتشفناه!

هذا جانب وهناك جانب آخر متعلق بالنشر الأكاديمي: المجلة التي كنّا نريد النشر فيها كانت IEEE Access وهي مجلة وصول مفتوح (Open-Access) أي أنها تتيح لكل القرّاء الوصول للبحث بالمجان، لكن يتوجب على الباحثين الذين كتبوا الورقة البحثية تحمّل تكلفة ضخمة مقابل النشر (نحو 1800$ في حالتنا).

كنتُ أظن أن هذا المبلغ يذهب للمجلة ويُدفع للمراجعين والمدققين وهذه التكاليف؟ لكنني اكتشفت أن المراجعين والمدققين لا يحصلون على أي قرش؛ بل يقومون بالأمر بالمجان تمامًا. من يحصل على هذا المال هو المؤسسة الناشرة أو دار النشر، وليس العاملون في المجلة أنفسهم.

أي أن الناشر حرفيًا لا يحرّك مؤخرته لعمل شيء، ومع ذلك يحصل على كامل المبلغ بينما الباحثون الذين يتعبون أنفسهم لا يحصلون على قرش.

بالتالي هناك مشكلة في النشر العلمي؛ إما أن تنشر بالمجان ولكن سيتوجب على القرّاء أن يدفعوا نحو 30-100$ للوصول إلى بحثك، وإما أن تدفع أنت آلاف الدولارات لنشر بحثك بالمجان. هذا يعني أن النشر الأكاديمي منحصر في نخبة قليلة جدًا تمتلك هذه الموارد.

2. المعايير هي من تضبط الحقائق

السيارات لا تُصنع من الهواء، ولا يمكن لأي سيارة ببساطة أن تسير على الطرقات، بل هناك معايير. هذه المعايير تفرضها الدول على الشركات المصنّعة للسيارات (أو على الأقل تتشارك بصياغتها معها)، والسيارات التي لا تتبع المعايير قد تُمنع من السير على طرقات الدول.

بالتالي عندما تتحدث عن الشبكات المركبية (Vehicular Networks)، فما هذه الشبكات؟ وكيف تعمل؟ وكيف تدير الاتصالات والأجهزة والتردد والشهادات والاستيثاق… إلخ؟ من أين نجد الجواب على كل هذه الأسئلة؟

نجدها في المعايير الرسمية المنشورة لهيئات تنظيم الاتصالات في أوروبا وأمريكا وغيرها من الدول والقارّات. في أوروبا هناك هيئة اسمها ETSI متخصصة في عمل هذه المعايير ونشرها، وفي أمريكا هناك SAE. تنشر هذه الهيئات عشرات المعايير كل عام وتعمل على تحديثها لتواكب العصر وتحديّاته، وبالتالي إن أردت أن تفهم المجال فلا بد أن تقرأ هذه المعايير وتفهمها بالكامل.

للأسف كثير من الأوراق البحثية التي قرأتها تُنشر رغم أنها لا تشير لهذه المعايير إطلاقًا، وتتعامل وكأنها غير موجودة. وبالتالي عند النشر الأكاديمي سيكون من السهل جدًا أن تُبرز خطأ وضعف الآخرين عبر محاكمتهم إلى هذه المعايير.

ما فائدة طريقتك لحماية الخصوصية إن كان لا يمكنني تطبيقها في أي مكانٍ في العالم؟

3. تسجيل براءات الاختراع

طريقتنا لحماية الخصوصية كانت فريدة من نوعها ولهذا أرسلناها للتسجيل كبراءة اختراع في تركيا، ما تزال قيد المراجعة.

إجراءات تسجيل براءات الاختراع تختلف من دولة لدولة، في الاتحاد الأوروبي الإجراءات موحّدة لكن عليك دفع أكثر من 2000 يورو مبدئيًا، وفي الولايات المتحدة نحو 3000 دولار أو ما شابه ذلك. كل هذا فقط للتسجيل المبدئي.

بعدها، هناك تكاليف سنوية عليك دفعها مقابل الاحتفاظ ببراءة الاختراع. فكرة براءة الاختراع هي منع الآخرين من تسجيلها قبلك بحيث إن استخدمها أحدٌ ما في الاستخدام التجاري فسيضطر للحصول على رخصة منك مقابل مبلغ من المال، وبالتالي الدول تفرض أيضًا عليك تكاليف سنوية للاحتفاظ ببراءة الاختراع هذه، وبما أنه هناك تكاليف سنوية فسيكون من غير المنطقي الاحتفاظ ببراءة اختراع لم يستعملها أحد أو لم يطلبها أحد للاستخدام التجاري.

ولهذا غالبًا ما يفعله الناس هو أنهم يسجلون براءة الاختراع لسنة وسنتين وثلاثة… وإن لم يجدوا مهتمين فيها، يتركونها للاستخدام العام.

هناك مكاتب تجارية جاهزة لتسجيل براءات الاختراع، أي أنك لا تتعامل مع الدولة مباشرةً بل مع وسيط يقوم هو بالأتعاب عنك مقابل مبلغ إضافي من المال. التعامل معهم أفضل فكل ما عليك فعله هو ملأ النماذج المطلوبة وشرح براءة اختراعك، ثم هم يقومون بالباقي ويسجلونها لك ويتابعون الإجراءات القانونية.

صحيحٌ أننا سجّلنا براءة الاختراع في تركيا وليس في أوروبا أو أمريكا، لكن لهذا الأمر ميزة:

• لا يمكن لأي شخص في أمريكا وأوروبا تسجيل براءة الاختراع الخاصة بنا إن كانت مسجلة في تركيا. نعم يمكنهم استعمالها للاستخدام التجاري دون الحاجة لترخيص من عندنا (لأنها غير مسجلة في أوروبا وأمريكا)، لكن لا يمكنهم تسجيلها هم بأنفسهم. فائدة هذا الأمر هو أننا ندفع تكاليف منخفضة جدًا مقارنةً بأمريكا وأوروبا مع الاحتفاظ ببراءة الاختراع.
• إن اكتشفنا أنه هناك شركة سيارات مثلًا تستعمل الخوارزمية الخاصة بنا، فيمكننا وقتها مباشرةً تسجيلها في أوروبا وأمريكا وإجبارهم على الدفع لنا. وقتها سيكون من المسموح لنا قانونيًا التحجج ببراءة الاختراع التي سجلناها في تركيا لإجبارهم على الدفع.

بالتالي يكون من الجيد الاكتفاء بتسجيلها في تركيا مؤقتًا إلى أن نكتشف هل هناك مهتمون أم لا.

4. الأدوات والتقنيات

كتبتُ أطروحة الماجستير عبر برنامج ليبر أوفيس، بينما كانت الورقة البحثية عبر LaTeX.

للورقة البحثية استخدمنا منصة OverLeaf، وهي منصة إلكترونية تشاركية تسمح بكتابة الأوراق البحثية من أكثر من شخص في نفس الوقت، وهو ما يسهّل العملية. تدعم LaTeX بالكامل وكل الحزم التي تريدها، وتُنشى لك ملف الـPDF مباشرة وأنت تحرر:

أبرز الأدوات التي ساعدتني في إدارة المراجع كان Zotero، وهو برنامج مجاني ومفتوح المصدر يسمح لك بسهولة بإضافة أي صفحة أو ورقة بحثية كمرجع يمكنك الإشارة إليه لاحقًا أو تصديره بأي صيغة تريدها:

لكن أكثر ما أتعبني في التعامل كان برنامج ليبر أوفيس:

• امتداد Zotero لبرنامج ليبر أوفيس يحتاج الجافا، وقد صرفتُ ساعات من وقتي لجعلها تعمل داخل البرنامج، فرغم أنه لدي جميع إصدارات جافا المطلوبة على جهازي إلا أن ليبر أوفيس ببساطة كان يخبرني أنه لا يوجد لديك جافا، ولا يسمح لي باختيار مسارها يدويًا. اكتشفتُ في النهاية أنني بحاجة لحزمة اسمها liblibreoffice-java.
• وفي النهاية لم أتمكن من استخدامه؛ لأن الإضافة تضيف ترقيم المراجع كـSuperscript وأنا لا أريد هذا، بل أريد أرقام بالحجم العادي مثل [1] أو [2]. احتجتُ كتابة المراجع والإشارة إليها يدويًا.
• برنامج ليبر أوفيس ضعيف جدًا فيما يتعلق بترقيم الصفحات ترقيماتٍ مختلفة على حسب القسم؛ فأنا لا أريد ترقيمًا واحدًا لكل الصفحات بل ترقيمات مختلفة. للأسف البرنامج به علل ومشاكل تجعلك تشدّ شعرك عند التعامل معه بخصوص هذا.
• البرنامج يحفظ المستند بشكل معين أنت تراه، ثم عندما تغلق المستند وتفتحه من جديد ترى شكلًا آخر وتنسيقًا مختلفًا!
• ترقيم الصور في البرنامج لا يدعم أن تكتب تحت الصور نصًا مثل “Figure 3.2. Sample Text”، بل يجبرك على وضع الرقم قبل كلمة “Figure” وهذا لا أريده. اضطررتُ إلى عملها يدويًا لكامل المستند.
• إنشاء رسوم بيانية في ليبر أوفيس مشكلة من نوع NP-Complete؛ اضطررتُ إلى تثبيت مايكروسوفت أوفيس عبر PlayOnLinux فقط لإنشاء الرسوم البيانية (Graphs) ثم نسخها ولصقها في ليبر أوفيس كصور عادية.
• ميزة المراجعة (Review) ضعيفة في ليبر أوفيس؛ أرسلنا المستند إلى أحد المشرفين الآخرين للمراجعة والتدقيق فلم يتمكن البرنامج من عرض رسائل المراجعة والتغييرات بشكلٍ جيد، ولهذا اضطررت إلى استخدام OnlyOffice لعرضها.

بالنسبة لبرمجة نظام المحاكاة فقد برمجتُه بنفسي عبر بايثون OOP؛ أكثر من 5000 آلاف سطر برمجي لمحاكاة شبكات السيارات ونموذج المهاجمة بالإضافة لطُرق الحماية المستعملة. استخدمتُ محرر PyCharm للبرمجة وقد كان جيدًا عمومًا، ولديهم اشتراك مجاني في النسخة الاحترافية للطلاب لمدة سنة. لكنني لم أتمكن من استخدام ميزة الـDebugging؛ الشفرة البرمجية لديّ غير مهيّأة للأداء والمنقّح لم يفتح أبدًا ولم أتمكن من استخدامه مع الشفرة البرمجية، خصوصًا أن معالج حاسوبي قديم من 2017م (Ryzen 1600).

5. التعامل مع المشرف

مشرفي إنسان طيب وخلوق لكنه مشغول معظم الوقت. الرجل يدير ميزانية بحث بأكثر من 100 مليون دولار من الاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بالشبكات المركبية، ولديه مختبر أبحاث خاص يديره هو (تابع له وليس للجامعة)، وبالتالي وقته ضيّق جدًا.

لم أكن أعلم هذا عندما قدمتُ إليه ليشرف على بحثي، وقد كان بحثي جاهزًا منذ أشهرٍ طويلة إلا أننا ظللنا نمشي ببطء إلى وقت التخرج بسبب انشغاله.

قد يكون هذا أمرًا مهمًا لك؛ المشرفون الأكثر خبرة في المجال غالبًا هم الأكثر انشغالًا وستتعلم الكثير جدًا منهم، لكن ستمشي ببطء إلى أن تتمكن من التخرّج على عكس المتفرغين أكثر الذين هم بخبرة عملية أقل.

خاتمة

كانت هذه بعضًا من تجاربي في برنامج الدراسات العليا، وهناك الكثير مما تعلمتُه أيضًا.

بشكلٍ عام كانت تجربة جيدة تجعل الإنسان يحتك أكثر بالعلم، وأنصح بها لأي شخص يريد أن يتخصص في الدراسات الأكاديمية والنشر والبحث العلمي، فلا غنىً عنها. لكن إن كان طموحك هو سوق العمل فربما قد تكون هذه المواضيع آخر ما تحتك به فيه؛ لأن سوق العمل يتطلب خبرة عملية وممارسة تطبيقية وليس أمور نظرية أكاديمية وأوراق بحثية، وكونك خرّيج ماجستير لن يرفع مقامك كثيرًا في السوق.

ارتحتُ ولله الحمد من أمرٍ كان يأخذ الكثير من حياتي، ولعلي أبدأ رحلتي المقبلة قريبًا وأركّز على مشاريعي الماضية أكثر.