مهندسی معکوس چیست

مهندسی معکوس به زبان ساده؛ هنر حرکت در خلاف جهت زمان

یک‌شنبه 16 آذر 1404 - 13:30مطالعه 20 دقیقه
مهندسان چگونه بدون داشتن نقشه، تکنولوژی‌های پیشرفته را بازسازی می‌کنند؟ سفری به دنیای شگفت‌انگیز مهندسی معکوس و معروف‌ترین نمونه‌های آن.
تبلیغات

تصور کنید یک کارآگاه هستید، اما نه در صحنه‌ی جرم، بلکه در دلِ پیچیده‌ترین فناوری‌های جهان! مهندسی معکوس، برخلاف باور رایج که آن را صرفاً کپی‌برداری یا تقلب می‌داند، هنر کشف «نیت طراح» است. این مقاله شما را به سفری هیجان‌انگیز می‌برد؛ از ماجرای عجیب استالین که دستور داد بمب‌افکن آمریکایی را حتی با وصله‌های روی بدنه‌اش کپی کنند، تا ظهور امپراتوری تویوتا و شکستن انحصار IBM توسط یک استارتاپ جسور.

فکر می‌کنید مهندسی معکوس چگونه با حرکت در خلاف جهت زمان، محصول نهایی را به ایده‌ی اولیه بازمی‌گرداند؟ و مرز باریک بین الهام‌گیری هوشمندانه و دزدی تکنولوژی دقیقا کجاست؟

خلاصه صوتی

مهندسی معکوس چیست؟

وقتی صحبت از مهندسی معکوس می‌شود، ذهن بسیاری از ما ناخودآگاه به سمت واژه‌هایی مثل «کپی‌برداری»، «تقلب» یا «جعل» می‌رود. اما تقلیل‌دادن این دانش پیچیده به کپی‌کاری ساده، نه‌تنها ساده‌اندیشی است، بلکه شما را از رقبایی که به قدرت و سرعت عمل اهمیت می‌دهند، عقب می‌اندازد.

اگر کپی‌برداری را رونویسی کورکورانه بدانیم، مهندسی معکوس بیشتر به حل معماهایی جنایی پیچیده شباهت دارد؛ کاری که کارآگاهان خبره انجام می‌دهند.

در دنیای مهندسی سنتی، مسیر حرکت همیشه رو به جلوست: شما یک ایده دارید، آن را طراحی می‌کنید و درنهایت می‌سازید. اما مهندسان معکوس در خلاف جهت عقربه‌های ساعت حرکت می‌کنند.

هدف نهایی، رسیدن به یک مدل انتزاعی از سیستم است؛ مدلی که منطق طراح را توضیح می‌دهد

آن‌ها کارشان را با «پاسخ» یا محصول نهایی شروع می‌کنند و لایه به لایه به عقب برمی‌گردند تا به «سؤال» یا همان ایده اولیه برسند. آن‌ها ساختار محصول را قطعه‌قطعه می‌شکافند تا بفهمند در ذهن طراح اصلی چه گذشته بود.

تفاوت اصلی این دو نوع تفکر به «نیت» فرایندها بر می‌گردد. چیکوفسکی و کراس، دو پژوهشگر برجسته، در مقاله‌ای جریان‌ساز که در IEEE Software منتشر کردند، در توصیف این مرز باریک می‌گویند هدف نهایی مهندسی معکوس، لزوما ساختن یک کپی فیزیکی نیست؛ بلکه رسیدن به «انتزاع» است.

تصور کنید یک ساعت مکانیکی قدیمی و خراب دارید. یک کپی‌کار، چرخ‌دنده‌ها را دقیقاً همان‌طور که هست، با همان شکستگی‌ها و زنگ‌زدگی‌ها قالب‌گیری می‌کند و نتیجه، یک ساعت جدید اما خراب است!

اما مهندس معکوس می‌خواهد «نیت طراحی» را بفهمد. او می‌پرسد: «چرا طراح این چرخ‌دنده را اینجا گذاشته؟» و «این قطعه قبل از شکستن چه شکلی بوده است؟». او بایدمنطق سیستم را درک کند تا بتواند آن را بهبود دهد، تعمیر کند و یا حتی چیزی بهتر از آن بسازد. در واقع، مهندسی معکوس فرایند آزمون و یادگیری است، نه کارخانه‌ی تکثیر.

اولین نمونه مهندسی معکوس

سال ۲۶۴ قبل از میلاد صدای برخورد امواج مدیترانه به صخره‌ها برای رومیان ترسناک‌ترین صدای جهان بود. آن‌ها اربابان بلامنازع خشکی بودند، اما در دریا هیچ حرفی برای گفتن نداشتند.

در آن‌سوی آب‌ها، کارتاژ با ناوگان دریایی مخوف و کشتی‌های غول‌پیکر پنج‌ردیفه‌اش حکمرانی می‌کرد و جمهوری روم را در محاصره‌ای خفه‌کننده نگه داشته بود. رومیان نه دانش ساخت این هیولاهای دریایی را داشتند و نه مهارت هدایتشان را. شکستشان، حتمی به نظر می‌رسید.

اما زمانی که طوفان، یکی از کشتی‌های پیشرفته کارتاژی را به سواحل ایتالیا کوبید و آن را به گِل نشاند، رومیان به‌جای آتش‌زدن لاشه دشمن، سعی کردند از سازوکار آن سر دربیاورند. نجاران و مهندسان رومی کشتی را تکه‌به‌تکه از هم باز کردند، الوارها را اندازه گرفتند، اتصالات چوبی پیچیده را بررسی کردند و سعی کردند منطقِ پنهان پشت این سازه عظیم را کشف کنند.

رومی‌ها با مهندسی معکوس کشتی‌های کارتاژی دشمنان خود را مغلوب کردند

بدین ترتیب آن‌ها دریافتند که کارتاژی‌ها از یک سیستم حروف‌چینی شده برای قطعات استفاده می‌کنند؛ نوعی خط تولید باستانی که اجازه می‌دهد کشتی‌ها به‌سرعت مونتاژ شوند. تنها در عرض سه ماه، کارگاه‌های کشتی‌سازی روم باتکیه‌بر دانشی که از دلِ آن لاشه بیرون کشیده بودند، ناوگانی متشکل از ۳۰۰ کشتی مشابه را به آب انداختند و کارتاژ را به‌زانو درآوردند.

مورخان فناوری از این ماجرا به‌عنوان یکی از نخستین نمونه‌های ثبت‌شده‌ی «مهندسی معکوس» یاد می‌کنند؛ روشی که از سواحل مدیترانه ریشه گرفت و به‌مرور، خود را به قلب پژوهش‌های پیشرفته علمی، صنایع دفاعی، کارخانه‌های خودروسازی و اتاق‌های تمیز نیمه‌رسانا رساند.

با گذر زمان، فقط میدان نبرد تغییر کرد. روزی چوب و بادبان سوژه بررسی بود، بعدتر موتورهای احتراق داخلی روی میز مهندسان ژاپنی قرار گرفت، و امروز خطوط کد، هواپیماهای جنگی نسل پنجم و تراشه‌های نانومتری در سکوت آزمایشگاه‌ها و تأسیسات سری مورد تحلیل قرار می‌گیرند.

بااین‌حال مهندسی معکوس هنوز هدف همیشگی‌اش را دنبال می‌کند: یافتن پاسخ «چگونه ساخته شده؟» و «چرا این‌گونه کار می‌کند؟» آن هم زمانی که هیچ دفترچه راهنما، هیچ نقشه رسمی و هیچ سازنده‌ای حاضر به توضیح نیست.

مهندسی معکوس سخت‌افزار

فرض کنید مسئول نگهداری از یک توربین گازی حیاتی در نیروگاه هستید که ناگهان قطعه‌ای کوچک اما کلیدی می‌شکند. بدتر اینکه این توربین ۳۰ سال پیش‌ساخته شده، کارخانه سازنده‌اش سال‌ها پیش ورشکست شده و هیچ نقشه فنی از آن در آرشیو باقی نمانده است.

حالا شما مانده‌اید و یک قطعه فلزی شکسته و نیروگاهی که هر لحظه خاموشی‌اش میلیون‌ها دلار ضرر می‌زند. چاره چیست؟ اینجاست که مهندسی معکوس سخت‌افزار وارد صحنه می‌شود: هنر تبدیل جزییات جسمی فیزیکی به بیت‌های دیجیتال برای بازسازی آن.

مهندسی معکوس سخت‌افزار با ظاهر و شکل فیزیکی سوژه‌ی تحقیق آغاز می‌شود. در گذشته، مهندسان مثل خیاط‌های قدیمی، با کولیس و ابزارهای دستی ساعت‌ها وقت صرف می‌کردند تا ابعاد را اندازه بگیرند.

بعدها ماشین‌های اندازه‌گیری مختصات آمدند که با سوزن‌های ظریفشان، نقاط را با دقتی در حد میکرون لمس می‌کردند، روشی هرچند دقیق اما کند و طاقت‌فرسا.

اسکنرهای لیزری، جسم را به ابر نقاط تبدیل می‌کنند؛ شبحی دیجیتال از واقعیت فیزیکی

با ورود اسکنرهای لیزری و تکنولوژی «نور ساختاریافته» همه چیز تغییر کرد. این دستگاه‌ها دیگر جسم را لمس نمی‌کنند؛ بلکه با تاباندن الگوهای نوری (مثل خطوط راه‌راه) و نگاه‌کردن از طریق دوربین‌های قدرتمند، میلیون‌ها نقطه را در ثانیه ثبت می‌کنند.

شرکت Gemini Plastics، خروجی این فرایند را با ابر نقاط (Point Cloud) توضیح می‌دهد: توده‌ای متراکم از میلیون‌ها نقطه معلق در فضای سه بعدی که شبحی دقیق از جسم واقعی را می‌سازند.

مشکل اینجا است که اسکنرها چیزی را درک نمی‌کنند. آن‌ها فقط نقاط را می‌بینند و نمی‌فهمند که این توده نقاط، یک سیلندر است یا یک پیچ. از طرفی، بسیاری از اوقات ما قطعه‌ای شکسته، ساییده شده یا کج شده را اسکن می‌کنیم و اسکنر دقیقاً همین خرابی‌ها را با وفاداری کامل ثبت می‌کند.

اسکنر فقط نقاط را می‌بیند، ولی بازسازی نیت طراحی به عهده مهندسان است

به همین دلیل هنر مهندس معکوس در موفقیت فرایند نقشی حیاتی دارد: «بازسازی نیت طراحی». مهندس باید تصمیم بگیرد که چه چیزی را نگه دارد و چه چیزی را دور بریزد.

برای مثال اگر سوراخ روی سخت‌افزار در اثر اصطکاک ۳۰ساله بیضی شده باشد، مهندس نباید آن را به همان صورت بیضی مدل‌سازی کند، بلکه باید با دانش خود تشخیص دهد که: «نیت طراح اصلی در روز اول، یک دایره کامل بوده است». اینجا مهندس معکوس در نقش یک مرمتگر و نه کپی‌کار ظاهر می‌شود که قطعه را به دوران اوج و کمالش برمی‌گرداند.

گاهی اوقات رازهای سوژه‌ی موردنظر در قلب قطعه پنهان شده‌اند و در سطح کار دیده نمی‌شوند. برای مثال کانال‌های خنک‌کننده پیچیده در پره‌های موتور جت یا مدارهای چندلایه در یک برد الکترونیکی را نمی‌توان با نگاه‌کردن دید و از طرفی برش‌زدن قطعه یعنی نابودکردنش. در این مرحله صنعت مهندسی از پزشکی وام می‌گیرد: «سی‌تی‌اسکن صنعتی».

برخلاف اسکنرهای نوری که محدود به سطح‌اند، اشعه ایکس به عمق فلز نفوذ می‌کند. این فناوری به ما اجازه می‌دهد بدون باز کردن حتی یک پیچ، به داخل پیچیده‌ترین مکانیزم‌ها سفر کنیم، حفره‌های پنهان را ببینیم و حتی تخلخل مواد را بررسی کنیم. به لطف اسکنرهای نوری، دیگر مرور بخش داخل یک موتور روشن بدون خاموش‌کردنش، دور از دسترس نیست.

مهندسی معکوس خودرو

در صنعت خودروسازی، ماجرا کمی خشن‌تر و رقابتی‌تر می‌شود. اینجا مهندسی معکوس نام دیگری دارد: «کالبدشکافی فنی» (Teardown). شرکت‌هایی مثل Munro & Associates خودروهای جدید رقبا را می‌خرند و آن‌ها را تا آخرین واشر دمونتاژ می‌کنند.

اما برخلاف تصور عموم فرایند کار با عملیات اوراقچی‌ها تفاوت زیادی دارد و مثل جراحی‌ای دقیق، در سه سطح انجام می‌شود:

در صنعت خودرو، مهندسی معکوس با نام «تیر داون» شناخته می‌شود؛ جراحی کامل یک خودرو تا آخرین واشر

سطح اول با کارهایی نظیر باز کردن قطعه به قطعه‌ی محصول و فهرست‌کردن تمامی قطعات و جزئیات شناخته می‌شود (BOM). سطح دوم به تست مستقل عملکرد هر بخش و مستندسازی اختصاص دارد؛ مثلاً قبل از اینکه بخاری خودرو را باز کنند، با تست‌های دقیق از میزان گرمای تولیدی و انرژی مصرفی‌اش را به دست می‌آورند.

و سطح سه، عمیق‌ترین بخش فرایند محسوب می‌شود: تحلیل هزینه و مواد. مهندسان جنس هر قطعه را شناسایی می‌کنند، روش ساخت آن را، مانند ریخته‌گری، تزریق پلاستیک یا هر فناوری دیگر، موردبررسی قرار می‌دهند. سپس با دقتی حیرت‌انگیز محاسبه می‌کنند که ساخت همان قطعه برای رقیب دقیقاً چند دلار و چند سنت تمام شده است.

با این روش، رازهای کاهش هزینه و نوآوری‌های پنهان رقیب، برملا می‌شود؛ درست همان‌طور که رازهای تسلا برای جهان فاش شد.

مهندسی معکوس نرم‌افزار

اگر مهندسی معکوس سخت‌افزار را چالش اتم‌ها و فیزیک بدانیم، مهندسی معکوس نرم‌افزار تلاشی است برای خواندن ذهن برنامه‌نویس از روی رشته‌های بی‌پایان صفر و یک. اینجا دیگر لیزری در کار نیست و شما باید با سلاح دانش، منطق و صبر وارد میدان شوید.

وقتی برنامه‌نویس کدی می‌نویسد، آن را در قالب زبانی قابل‌فهم برای انسان‌ها، مانند ++C یا پایتون، ثبت می‌کند؛ اما کامپیوتر چنین زبان‌هایی را درک نمی‌کند. در این میان، «کامپایلر» وارد صحنه می‌شود و این متن منظم و خوانا را پردازش کرده و به زبان ماشین یعنی همان رشته‌های باینری که پردازنده قادر به اجرای آن‌هاست، تبدیل می‌کند.

دیس‌اسمبلی و دی‌کامپایل، تلاشی هستند برای خواندن فکری که سال‌ها پیش در قالب صفر و یک قفل شده است

مهندسان نرم‌افزار برای حل این مانع از دو تکنیک اصلی استفاده می‌کنند: نخست «دیس‌اسمبلی»، یعنی تبدیل کد باینری به زبان اسمبلی؛ زبانی پایین‌سطح‌تر متشکل از دستوراتی مانند PUSH و POP که اندکی قابل‌فهم‌تر از صفر و یک است، اما هنوز مثل خواندن رمانی است که تمام واژه‌هایش به‌هم‌ریخته باشند.

دوم «دی‌کامپایل»، تلاشی برای حدس‌زدن ساختار کد سطح بالا و بازسازی آن. ابزارهای مدرن سعی می‌کنند تصویر احتمالی کد اولیه را دوباره بسازند، اما با مشکلی جدی روبه‌رو هستند:

در فرایند کامپایل، نام‌های متغیرها و کامنت‌ها حذف شده‌اند. ابزار به شما نمی‌گوید این متغیر «رمز عبور» است؛ فقط متغیر A را به شما ارائه می‌دهد و کشف اینکه «A» چیست و چه نقشی دارد، یکی از مهارت‌های اساسی مهندس معکوس به شمار می‌رود.

مهندسی معکوس در صنعت داروسازی

وقتی حق انحصاری یک داروی معروف بعد از حدود ۲۰ سال تمام می‌شود، شرکت‌های دیگر می‌توانند همان دارو را بسازند و با قیمت خیلی کمتر بفروشند. به این لحظه «صخره حق اختراع» می‌گویند، چون فروش شرکت اصلی ناگهان سقوط می‌کند.

اما شرکت‌های دیگر فقط اسم مواد تشکیل‌دهنده را نمی‌گیرند و یک قرص بسازند؛ ساخت داروی ژنریک مثل این است که بخواهید کیکی را دقیقاً شبیه کیک یک قنادی مشهور درست کنید: شما مواد اولیه را در اختیار دارید، اما اگر ندانید خمیر چقدر باید استراحت کند یا دما چقدر باشد، نتیجه اصلاً مثل نمونه اصلی نمی‌شود. به همین دلیل فرایند دفورمولاسیون به‌عنوان یکی از پیچیده‌ترین شاخه‌های مهندسی معکوس شناخته می‌شود

اینجا هم تشخیص ماده مؤثره اصلی کار دشواری نیست، اما شناسایی مواد جانبی یعنی پرکننده‌ها، چسب‌ها و روکش‌ها که تعیین می‌کنند دارو با چه سرعتی و در کدام بخش دستگاه گوارش آزاد شود، چالش اصلی به شمار می‌رود.

مهندسی معکوس در دارو، تفاوت میان «فرمول روی کاغذ» و «منحنی جذب واقعی در بدن انسان» را پر می‌کند

حتی فشار دستگاه پرس قرص می‌تواند محل حل‌شدن دارو را تغییر دهد. برای همین مهندسان با ابزارهایی مثل میکروسکوپ الکترونی، ساختار قرص اصلی را در ابعاد نانو بررسی می‌کنند.

طبق قانون شرکت‌های ژنریک مجبور نیستند آزمایش‌های انسانی طولانی و پرخطری را که کاشف اصلی دارو انجام داده، تکرار کنند، فقط باید نشان دهند که داروی آن‌ها با همان سرعت و غلظت نسخه‌ی اصلی وارد خون می‌شود. به‌عبارتی منحنی جذب داروی این شرکت‌ها باید دقیقاً با داروی اصلی تطابق داشته باشد.

درحالی‌که کشف و تولید داروی نوین بین ۱۰ تا ۱۵ سال زمان و ۱ تا ۲ میلیارد دلار هزینه می‌برد، تولید ژنریک طی ۲ تا ۳ سال و با بودجه‌ی یک تا ۵ میلیون دلار انجام می‌شود. به همین دلیل مهندسی معکوس موتور محرک صنعت داروست.

اتاق تمیز و مهندسی معکوس بدون لمس

وقتی شرکت‌های بزرگ نمی‌خواهند حتی بوی دعوای حقوقی به مشامشان بخورد، از روشی استفاده می‌کنند به نام «طراحی اتاق تمیز» (Clean Room Design)؛ ترفندی حرفه‌ای برای اثبات اینکه «هیچ کپی مستقیمی رخ نداده است». در این فرایند مهندسان به دو گروه تقسیم می‌شوند:

تیم اتاق کثیف (Dirty Room): این گروه به کد رقیب دسترسی دارد، آن را می‌خواند، تحلیل می‌کند و فقط سند دقیقی از رفتار سیستم می‌نویسد، بدون هیچ‌گونه کدنویسی.

در مدل اتاق تمیز، مهندسان عمداً به دو تیم جدا تقسیم می‌شوند تا هرگونه اتهام کپی‌برداری مستقیم منتفی شود

تیم اتاق تمیز: اعضای این گروه در قرنطینه اطلاعاتی هستند و فقط مستندات تیم اول را دریافت می‌کنند. سپس با خواندن توصیفات، کد جدید را از صفر می‌نویسند.

بنابراین اگر پرونده‌ای تشکیل شود، شرکت ادعا می‌کند که برنامه‌نویسان ما هیچ‌وقت کد اصلی را لمس نکرده‌اند؛ پس این محصول کپی نیست، بلکه بازآفرینی قانونی است. این روش همان تاکتیکی بود که زمینه‌ساز تولد اولین کامپیوترهای سازگار با IBM شد.

ظهور ابزارهای متن‌باز

برای سال‌ها، مهندسی معکوس نرم‌افزار حوزه‌ای محدود و تقریبا انحصاری بود و IDA Pro فرمانروای بی‌رقیب آن. این ابزار قدرتمند، استاندارد پذیرفته‌شده صنعت محسوب می‌شد: دقیق، سریع و البته با هزینه‌ای سنگین که به چند هزار دلار برای هر کاربر می‌رسید و بسیاری از پژوهشگران مستقل را عملاً از ورود به این عرصه باز می‌داشت.

اما در سال ۲۰۱۹ آژانس امنیت ملی آمریکا (NSA) تصمیم گرفت ابزار داخلی خود با نام Ghidra را به‌صورت رایگان و متن‌باز منتشر کند. از طرفی گیدرا قابلیت‌هایی ارائه می‌داد که IDA Pro تا مدت‌ها فاقد آن‌ها بود، مانند امکان Undo یا پشتیبانی از همکاری هم‌زمان چند پژوهشگر روی یک پروژه.

در کنار آن، ابزارهایی مانند Radare2 که طرف‌داران محیط خط فرمان را جذب می‌کند و Binary Ninja با رابط کاربری مدرنش، جایگاه ویژه‌ای پیدا کردند.

نتیجه این تغییرات، شکل‌گیری اکوسیستمی بازتر و دسترس‌پذیرتر بود؛ فضایی که در آن مهندسی معکوس از یک تخصص انحصاری به حوزه‌ای مشارکتی‌تر و جهانی‌تر تبدیل شد.

معروف‌ترین نمونه‌های مهندسی معکوس

تاریخ مهندسی معکوس پر از داستان‌های جاسوسی، نبوغ مهندسی و رقابت‌های نفس‌گیر است. بیایید چند پرونده مشهور را ورق بزنیم که نشان می‌دهند چگونه این علم، مسیر جنگ‌ها و صنایع را تغییر می‌دهد.

ظهور اژدهای ژاپنی: درسی از آقای تویودا

اگر به تاریخ صنعتی قرن بیستم نگاه کنیم، تویوتا را نماد کیفیت و نوآوری خواهیم دید، اما کییشیرو تویودا بنیان‌گذار این شرکت، کار خود را با طراحی خودرو از صفر شروع نکرد. او استراتژی هوشمندانه‌تری داشت: یادگیری از بهترین‌ها از طریق کالبدشکافی.

تویودا یک موتور شورلت مدل ۱۹۳۶ را انتخاب کرد، شاسی فورد را برگزید و طراحی بدنه را از کرایسلر دی‌سوتو الهام گرفت. مهندسان او این خودروها را قطعه به قطعه باز کردند، آلیاژها را تحلیل نمودند و تلاش کردند بفهمند چرا آمریکایی‌ها این‌گونه می‌سازند.

تویوتا هم اصول مهندسی خودرو را آموخت و هم ضعف‌های زنجیره تأمین ژاپن را شناسایی کرد

عملیات تویوتا صرفاً کپی‌برداری کورکورانه نبود و به کلاس درسی فشرده تبدیل شد. آن‌ها در این مسیر تویوتا از طریق هم اصول مهندسی خودرو را آموختند و هم ضعف‌های زنجیره تأمین داخلی ژاپن را نیز شناسایی کردند.

نتیجه این تلاش، خودروی مدل A1 بود؛ ترکیبی که شاید در ابتدا خام به نظر می‌رسید، اما پایه‌های امپراتوری تویوتا و فلسفه‌های مشهوری مانند «کایزن» (بهبود مستمر) را بنا نهاد.

سایه بمب‌افکن‌ها: وقتی استالین دستور کپی داد

شاید جالب‌ترین داستان مهندسی معکوس در تاریخ هوانوردی نظامی، مربوط به دوران جنگ سرد و شبیه‌سازی بمب‌افکن استراتژیک B-29 آمریکایی توسط اتحاد جماهیر شوروی باشد:

B-29 در زمان خود شاهکار مهندسی بود؛ با کابین‌های تحت‌فشار و سیستم‌های تیراندازی کنترل از راه دور. استالین که درخواست‌هایش برای دریافت این جت جنگنده رد شده بود؛ سال ۱۹۴۴ و با فرود اضطراری سه فروند B-29 آسیب‌دیده در خاک شوروی، فرصتی طلایی به دست آورد.

استالین آن‌قدر روی کپی‌برداری دقیق تاکید داشت که حتی وصله‌های روی بدنه‌ی B-29 را هم تکرار کردند

استالین به دفتر طراحی توپولف دستور داد هواپیما را عیناً کپی کنند؛ اما چالش مهندسان شوروی در این مسیر هیچ ربطی به آیرودینامیک نداشت: هواپیمای آمریکایی بر اساس سیستم اندازه‌گیری امپریال (اینچ) ساخته شده بود، درحالی‌که صنعت شوروی تماماً متریک بود. ضخامت ورق‌های آلومینیوم موجود در شوروی با استانداردهای آمریکایی همخوانی نداشت.

مهندسان باید بین ورق‌های نازک‌تر که خطر شکستن داشتند و ورق‌های ضخیم‌تر که وزن را بالا می‌بردند، یکی را انتخاب کنند. آن‌ها امنیت را انتخاب کردند و ورق‌های ضخیم‌تر را به کار بردند.

وسواس استالین به کپی‌برداری در حدی بود که حتی وصله‌هایی که روی بدنه هواپیماهای آسیب‌دیده آمریکایی وجود داشت و رنگ داخل کابین خلبان نیز عیناً کپی شد!

بدین ترتیب توپولف Tu-4 متولد شد، هواپیمایی که حدود یک درصد (۳۴۰ کیلوگرم) سنگین‌تر از نمونه اصلی بود و برد کمتری داشت، اما انحصار استراتژیک آمریکا را شکست. بر اساس گزارش‌های تاریخی، این تقلید اجباری پایه و اساس نیروی بمب‌افکن استراتژیک شوروی را برای دهه‌های آینده شکل داد.

موشکی که منفجر نشد و جهان را تغییر داد

گاهی اوقات خوش‌شانسی یا اتفاقی ساده پیش‌زمینه مهندسی معکوس را فراهم می‌کند. سال ۱۹۵۸، در جریان درگیری هوایی بر فراز تنگه تایوان، یک جنگنده تایوانی موشک پیشرفته آمریکایی AIM-9 Sidewinder را به سمت میگ ۱۷ چینی شلیک کرد. موشک به بدنه هواپیما خورد و در آن گیر کرد، اما منفجر نشد.

خلبان چینی بامهارت هواپیما را نشاند و موشک، صحیح‌وسالم به دست دولت افتاد و بلافاصله به شوروی منتقل شد. مهندسان دفتر طراحی توروپوف با دیدن سادگی و ظرافت طراحی آمریکایی، بخصوص سیستم هدایت حرارتی و مکانیزم‌های پایدارسازش، شگفت‌زده شدند.

این موشک نجات‌یافته از انفجار، استاندارد جنگ هوایی را برای کل بلوک شرق بازتعریف کرد

آن‌ها موشک را مهندسی معکوس کردند و موفق شدند K-13 را بسازند. دقت مهندسان شوروی به‌قدری بالا بود که بعدها مشخص شد قطعات موشک آمریکایی و نسخه‌ی روسی کاملاً با هم قابل تعویض‌اند. این تک‌موشک منفجر نشده، فناوری موشک‌های هوا به هوا را برای کل بلوک شرق استاندارد کرد و برای دهه‌ها در نبردهای هوایی سراسر جهان مورداستفاده قرار گرفت.

کامپک و بایوس IBM

اوایل دهه ۸۰، IBM پادشاه بی‌رقیب دنیای کامپیوتر بود. اگر می‌خواستید نرم‌افزارهای محبوب آن دوران را اجرا کنید، چاره‌ای جز خرید یک کامپیوتر IBM نداشتید؛ زیرا قطعه‌ای حیاتی به نام «BIOS» که نقش رابط میان سیستم‌عامل و سخت‌افزار را داشت تحت کپی‌رایت IBM بود و هیچ سازنده‌ای قانوناً اجازه ساخت نسخه مشابه آن را نداشت.

BIOS قفل طلایی انحصار IBM بود؛ کامپک آن را بدون دیدن حتی یک خط کد، از نو طراحی کرد

شرکت نوپای Compaq با سرمایه‌گذاری یک‌میلیون‌دلاری، استراتژی «اتاق تمیز» را اجرا کرد: تیم اول کد بایوس IBM را مطالعه و تنها عملکرد آن را مستند کرد؛ تیم دوم هم بدون آنکه حتی یک خط از کد اصلی را ببیند، نسخه‌ای تازه نوشت که دقیقاً همان کار را انجام می‌داد.

خروجی این فرایند Compaq Portable نام گرفت؛ نخستین کامپیوتر کاملاً سازگار با IBM که قانونی ساخته شد و درعین‌حال ارزان‌تر و قابل‌حمل‌تر بود. موفقیت این محصول انحصار فنی IBM را پایان داد و راه ورود دیگران به بازار PC را باز کرد؛ مسیری که کمی بعد توسط شرکت Phoenix برای کل صنعت همگانی شد.

تسلا مدل Y: نوآوری فاش شده

در دوران معاصر، هیچ شرکتی به‌اندازه تسلا زیر ذره‌بین مهندسان رقیب نبوده است. تیم مشهور سندی مونرو با تیر-داون تسلا مدل Y، رازی را فاش کرد که صنعت خودرو را در بهت فرو برد: «گیگا کستینگ» (Giga Casting).

تحلیل‌ها نشان داد تسلا برخلاف تمام خودروسازان جهان که بخش عقب شاسی را از جوش‌دادن ۷۰ قطعه فلزی مختلف می‌ساختند، کل این بخش را با یک دستگاه عظیم دایکست، به‌صورت «یک‌تکه» تولید می‌کند. این فرایند صدها ربات جوشکار را حذف کرد و دقت ساخت را به‌شدت بالا برد.

همچنین کشف سیستم حرارتی پیچیده‌ای به نام «اکتو-ولو» (Octovalve) نشان داد که تسلا چگونه با یک شیر هشت‌راهه، گرمای باتری و موتور را مدیریت می‌کند تا در زمستان، مسافت بیشتری بپیماید. این درس‌های مهندسی، تنها زمانی آشکار شدند که خودرو زیر تیغ جراحی مهندسی معکوس رفت.

موتورهای جت چینی

چین سال‌ها تلاش کرد تا با مهندسی معکوس موتورهای روسی و آمریکایی (مانند موتور CFM56)، موتور بومی خود یعنی WS-10 تایهانگ را بسازد. اما آن‌ها با مانعی نامرئی روبرو شدند: علم مواد.

شما می‌توانید ابعاد دقیق تیغه‌های توربین را با لیزر اسکن کنید، اما نمی‌توانید ساختار کریستالی فلز را به‌سادگی کپی کنید. این تیغه‌ها باید دما و فشار وحشتناک درون موتور جت را تحمل کنند و به تکنولوژی «تک‌کریستال» نیاز دارند. پروژه WS-10 که در دهه ۸۰ آغاز شد، تا دهه‌ها گرفتار مشکلات قابلیت اطمینان بود.

پروژه WS-10 سال‌ها ثابت کرد که مهندسی معکوس بدون سرمایه‌گذاری در متالورژی، فقط یک شبیه‌سازی ناقص است

گزارش‌های اولیه نشان می‌داد که موتورهای کپی شده چینی تنها پس از ۳۰ ساعت کارکرد نیاز به تعمیر اساسی داشتند، درحالی‌که نمونه اصلی روسی تا ۴۰۰ ساعت دوام می‌آورد. هرچند آن‌ها با اصرار بر مهندسی معکوس تکرارپذیر و سرمایه‌گذاری سنگین در متالورژی، سرانجام موفق شدند.

تا سال ۲۰۲۱، نسخه‌های بهبودیافته WS-10 به چنان قابلیت اطمینانی رسیدند که نیروی هوایی چین آن‌ها را جایگزین موتورهای روسی در جنگنده‌های J-10C کرد؛ موفقیتی که گذار از «تقلید صرف» به «تولید بومی» را نشان می‌داد.

پیروزی VHS بر بتامکس

گاهی مهندسی معکوس نه برای کپی کردن، بلکه برای اصلاح و بهبود یک ایده استفاده می‌شود. در دهه ۷۰ میلادی، سونی فرمت ویدیویی U-Matic را معرفی کرد. مهندسان شرکت رقیب، JVC، این فرمت را به‌دقت تحلیل کردند و به‌جای تقلید، تصمیم گرفتند مسیری متفاوت بروند.

JVC با مهندسی معکوس U-Matic فهمید که برای خانه‌ها، مدت ضبط مهم‌تر از کیفیت تصویر است

تیم JVC به رهبری شیزوئو تاکانو، دریافت که برای مصرف‌کننده خانگی، کیفیت تصویر اولویت اول نیست، بلکه «زمان ضبط» مهم‌تر است.

آن‌ها با ساده‌سازی مکانیزم بارگذاری نوار و کاهش ابعاد، استاندارد VHS را خلق کردند که می‌توانست تا ۲ ساعت فیلم ضبط کند (کافی برای یک فیلم سینمایی کامل)، درحالی‌که بتامکسِ سونی محدودیت زمانی داشت. همان‌طور که تاریخچه تکنولوژی نشان می‌دهد، VHS باوجود کیفیت تصویر پایین‌تر، به دلیل همین تحلیل درست از نیاز بازار و مهندسی معکوس نقاط ضعف رقیب، توانست در جنگ فرمت‌ها پیروز شود.

مرز نوآوری و سرقت کجا است؟

مهندسی معکوس همواره در یک منطقه خاکستری حرکت می‌کند؛ جایی درست روی مرز باریک میان «نوآوری مجاز» و «سرقت مالکیت معنوی». و باز به همان سؤال کلاسیک می‌رسیم: اگر قفل نرم‌افزار را باز کنید تا بفهمید چطور کار می‌کند، مجرم هستید یا پژوهشگر؟

در آمریکا، قانون DMCA معمولاً شکستن قفل‌های دیجیتال را ممنوع می‌داند؛ اما استثنای کوچک و مهمی هم دارد: تعامل‌پذیری. یعنی اگر تنها راه ساختن محصولی باشد که با نرم‌افزار دیگر «هماهنگ» کار کند، مهندسی معکوس مجاز است. دادگاه هم گفته کپی‌کردن موقت کد برای تحلیل، وقتی هدف ساخت چیزی جدید باشد، «استفاده منصفانه» محسوب می‌شود.

اروپا اما رویکرد روشن‌تری نسبت به این موضوع دارد: اگر شما مجوز قانونی استفاده از یک نرم‌افزار را داشته باشید، حق دارید برای رسیدن به تعامل‌پذیری آن را دیکامپایل یا مهندسی معکوس کنید، حتی اگر شرکت سازنده در قرارداد طولانی و خسته‌کننده‌ای که همه ما بدون خواندن دکمه «موافقم» آن را می‌زنیم، نوشته باشد «مهندسی معکوس ممنوع است».

البته اروپا هم مهندسی معکوس را برای ساخت یک کپی مشابه یا جایگزین رقابتی و همچنین توزیع و افشای کد غیرقانونی می‌داند.

نظرات