ما هي المحددات الرئيسية لعمل البلوكتشين؟

منذ أن نشأت تقنية البلوكتشين وهي مواكبة ومعاصرة للثورة التكنولوجية بإستمرار ومما أعطى هذه التقنية قوتها هي أنها تسير وفق منهجية منظمة ومدروسة بشكل دقيق فهي تسير وفق محددات عديدة جعلت هذه التقنية جوهرة التكنولوجية الحالية وفي هذا المقال نشرح هذه المحددات بشكل تفصيلي، وهذه المحددات هي:

1 – الكتلة:

افتراضياً:

نفرض مثلا أن شخصA يمتلك مبلغ من المال ويريد ارساله الى شخص B. سنقوم بعمل مقارنة بسيطة بين الطريقة العادية والبلوكتشين في إرسال المال.

إرسال المال من خلال البنوك او طرف ثالث:

سيقوم A بالذهاب الى البنك او أي طرف ثالث ويقوم بإرسال المال الى حساب B يعني البنك يمثل مركزية أي هو عبارة عن طرف ثالث موثوق من الجهتين وهو المتحكم بعملية الارسال ولا يمكن اتمام عملية الارسال بدون موافقته بالإضافة الى ذلك عملية ارسال المال من A الى B من خلال طرف ثالث قد تحتاج وقت قد يستغرق أيام بالإضافة لاقتطاع عمولة تحويل قد تكون كبيرة.

إرسال المال باستخدام البلوكتشين:

لو فرضنا ان كل الاشخاص في العالم سجلوا ممتلكاتهم او في حالة المثال السابق سجل كل ما يملك من مال في سجل واحد فقط موجود على الانترنت واي شخص بالعالم بإمكانه رؤية هذا السجل مثلا الشخص A يملك 100دولار وB يملك 200 دولار مسجلين في هذا السجل وكل الناس بإمكانها الوصول لهذا السجل وقراءة البيانات الموجودة فيه. لو أراد A ارسال مبلغ 500 دولار الى B كيف ستتم عملية الارسال من خلال البلوكتشين:

اولا: سيقوم A بعمل طلب بانه يريد ارسال 10 دولار الى B وسيصل الطلب لجميع الناس الموجودين على شبكة البلوكتشين.

ثانيا: سيقوم الناس الموجودين على شبكة البلوكتشين بمراجعة الطلب والتحقق من امتلاك A للمبلغ المراد ارساله من خلال الرجوع للسجل ومراجعته.

ثالثا: في حال كان A لا يمتلك رصيد كافي سيتم رفض العملية اما في حالة كان A يمتلك رصيد كافي فانه سيتم الموافقة على المعاملة وسيتم خصم الرصيد من A و اضافته الى رصيد B من خلال التعديل على السجل المشارك مع جميع الناس على شبكة البلوكتشين.

في هذه الحالة لا يوجد مركزية لأنه لا يوجد شخص بعينه متحكم بالتحويلات. بل يوجد سجل عام يصل اليه أي شخص على الانترنت ويتم تنفيذ المعاملات بشكل مباشر في حالة تم التحقق من وجود رصيد كافي ويتم نقل الرصيد بوقت قصير جدا قد يصل لثواني معدودة والعمولة المقتطعة تكون عبارة عن سنتات أي مبلغ بسيط جدا.

تقنياً:

البلوكتشين ويسمى ايضا (سلسلة الكتل) هي عبارة عن شبكة من الاجهزة التي تتصل مع بعضها البعض و تتواصل باستخدام شبكة الند للند (peer to peer) أي ان العمليات تتم بينهم بدون وسيط.
شبكة البلوكتشين تعمل بنظام السجل الموزع (distribution log)  أي انه يتم مشاركة سجل يحتوي على جميع المعاملات  التي حدثت على شبكة البلوكتشين من بداية نشأتها, أي انه يتم حفظ أي عمليات ارسال للمال حدثت على الشبكة في هذا السجل و يتم مشاركة السجل مع جميع الاجهزة الموجودة على شبكة البلوكتشين أي انه كل جهاز على الشبكة ويسمى (node)  يمتلك نسخة محدثة من سجل العمليات الذي يحتوي على جميع المعاملات السابقة , وبالتالي اذا اراد  A   تحويل مبلغ 100 دولار الى B  فانه يتم عمل بث للطلب (broadcast) على شبكة البلوكتشين (يتم ارسال الطلب لجميع  الاجهزة على الشبكة  ) ليتم التحقق من العملية للتأكد من امتلاك A  للمبلغ  الذي يريد ارساله.

تتم عملية التحقق من خلال الاجهزة على شبكة البلوكتشين حيث يقوم كل جهاز على الشبكة بمراجعة السجل الموجود عنده للتأكد من توفر الرصيد مع A  حيث يقوم كل جهاز بمراجعة المعاملات السابقة الخاص ب A  الموجودة بالسجل فاذا وجد ان A استقبل بشكل مسبق مبلغ 100 دولار (أي انه يوجد معاملة مسبقة مثلا C ارسل مبلغ 100 دولار ل A ) ففي هذه الحالة A يمتلك 100 دولار وبالتالي يتم الموافقة على اتمام عملية الارسال.   

جميع العمليات التي تتم بوقت واحد يتم تغليفها في بلوك جديد (block) ويتم اضافته الى سلسلة الكتل ومن هنا جاءت تسمية البلوكتشين(blockchain) أي سلسلة الكتل ويتم ارسال التحديث الى جميع الاجهزة على شبكة البلوكتشين وبالتالي يصبح السجل الموجود عند جميع الاجهزة محدث.

ملاحظة: البلوكتشين لا يظهر أسماء او بيانات للمرسل و المستقبل بل يشير إليهم بعناوين على شكل رموز (hash) وبالتالي هو يوفر خصوصية ولا يمكن معرفة هوية المرسل او المستقبل.

لكل شخص على شبكة البلوكتشين عنوان عام يكون شكله فرضاً كالتالي: 123abc456def789ghi

مثلا لو أراد A إرسال مبلغ الى B سيقوم A باستخدام العنوان العام ل B ليرسل المال للمحفظة الخاصة به. 

2 – خوارزمية التجزئة:

هي عبارة عن سلسلة من الأحرف والأرقام ذات طول ثابت تُستخدم لتمثيل البيانات، حيث تستخدم مشاريع التشفير مجموعة متنوعة من خوارزميات التجزئة المختلفة لإنشاء أنواع مختلفة من رموز التجزئة، مثل مولدات الكلمات العشوائية حيث تكوّن كل خوارزمية نظاماً مختلفاً لتوليد كلمات عشوائية, ويطلق على خوارزمية التجزئة اسم آخر ألا وهو الهاش ريت.

وقبل إضافة بيانات المعاملات الجديدة إلى الكتلة التالية في البلوكتشين، يجب على المعدنين التنافس باستخدام أجهزة التعدين الخاصة بهم لحل معادلات رياضية صعبة.

وبشكل أكثر تحديداً، يحاول المعدنون إنتاج تجزئة أقل أو تساوي القيمة الرقمية لتجزئة “الهدف” عن طريق تغيير خانة واحدة تسمى “nonce”. في كل مرة يتم تغير هذه الخانة الواحدة أو ما يُعرف ب nonce، يتم إنشاء هاش أو تجزئة جديدة تماماً, وكمثال توضيح على هذا الأمر يشبه تماماً أوراق اليانصيب، حيث كل تغير في أحد الخانات يعطي هاش أو تجزئة جديدة وهي ورقة فريدة.

ونظراً لأن كل هاش يتم إنشاؤه بشكل عشوائي تماماً، فقد يستغرق الأمر ملايين التخمينات قبل تحقيق الهدف وحل المعادلات. وإذا نجح التخمين فيتم إعطاء المُعدِّن الذي نجح في حل هذه المعادلات أولاً، الحق في ملء الكتلة التالية، بالإضافة إلى أنه يتم منحه مكافأة ثابتة من العملات الرقمية التي تم تعدينها حديثاً إلى جانب أي مدفوعات رسوم مرتبطة بالمعاملات التي يخزنها في الكتلة الجديدة.

أهمية خوارزمية التجزئة

 تدل خوارزمية التجزئة الأعلى على الحاجة إلى المزيد من الأجهزة لمعالجة المعاملات على blockchain، مما يجعل الشبكة أكثر متانة في مواجهة الهجمات لأن مهاجمين البلوكتشين سيحتاجون إلى إنفاق مبالغ طائلة من المال للتغلب على منشآت التعدين الأخرى من أجل الحصول على سيطرة الأغلبية بنسبة 51٪ وإيقاف معاملات الأشخاص الآخرين ، أو مضاعفة إنفاق عملاتهم الرقمية الخاصة.

ويترتب على ذلك أنه كلما زادت خوارزمية التجزئة، كان من الصعب على مهاجمين البلوكتشين الحصول على قوة التجزئة اللازمة لتنفيذ هذا الهجوم، وبالتالي، كلما زادت صعوبة مهاجمة الشبكة.
ولذلك يتم تحفيز المعدنين للاستمرار بهذه العملية وزيادة عددهم من خلال منحهم مكافآت مالية، حيث أن زيادة عدد المعدنين سيدعم الشبكة وسيخفض من نسبة نجاح هجوم 51% والسيطرة على شبكة البلوكتشين.

3 – المفتاح العام والمفتاح الخاص:

الهدف من المفاتيح العامة والخاصة هو إثبات أن الصفقة التي تم إنفاقها قد تم توقيعها بالفعل من قبل مالك الأموال، ولم يتم تزويرها.
عندما تمتلك عملات رقمية، فإن ما تملكه حقًا هو “مفتاح خاص”, يفتح “مفتاحك الخاص” حق مالكه في إنفاق العملات المشفرة المرتبطة به. نظرًا لأنه يوفر الوصول إلى عملاتك المشفرة، يجب أن تظل خاصة. كما يمكن أن يكون لديك مفتاح عام واحد أو عدة مفاتيح عامة مرتبطة بكل مفتاح خاص, ومن الممكن استرداد المفتاح العام إذا كنت تمتلك المفتاح الخاص. ومع ذلك، من المستحيل العثور على المفتاح الخاص باستخدام المفتاح العام فقط.

تعد المفاتيح العامة والخاصة جزءًا لا يتجزأ من العملات الرقمية المبنية على شبكات البلوكتشين التي تعد جزءًا من مجال أكبر من التشفير يُعرف باسم تشفير المفتاح العام (PKC) أو التشفير غير المتماثل.

الهدف من PKC هو الانتقال بشكل تام من حالة إلى أخرى مع جعل عكس العملية شبه مستحيل، وفي هذه العملية، إثبات أن لديك سرًا دون الكشف عن هذا السر. يعتبر المنتج بالتالي دالة رياضية أحادية الاتجاه، مما يجعله مثاليًا للتحقق من صحة شيء ما (أي معاملة) لأنه لا يمكن تزويره. تعتمد PKC على نموذج من مفتاحين، المفتاح العام والخاص، وغالبًا ما يتم تمثيلهما بقفل (مفتاح عام) والمفتاح الفعلي للوصول إلى القفل (المفتاح الخاص).

لماذا تُستخدم المفاتيح الخاصة للتشفير؟

تقدم المفاتيح الخاصة العديد من الميزات المفيدة على المفاتيح العامة. لهذا السبب، يجد تطبيقه لأغراض التشفير. فيما يلي بعض الأسباب:

• أمن أفضل

تقدم المفاتيح الخاصة خدمات وميزات أفضل من حيث الأمان. ولهذا السبب فهو خيار مثالي للتشفير.

• سريع ومريح

سبب آخر يجعل المفاتيح الخاصة مثالية للتشفير هو أنها تجعل المعالجة بأكملها أسرع. يصبح تشفير المفتاح المتماثل أسرع من الناحية الحسابية من وضع التشفير الآخر بمساعدة مفتاح خاص.

• نقل البيانات

تعتبر المفاتيح الخاصة مثالية للتشفير أيضًا لأنها تكمل الخوارزمية المطلوبة. وهو أيضًا السبب في أن العديد من عمليات التشفير تستخدم تشفير المفتاح الخاص لتسهيل نقل البيانات. لذلك، يساعد النظام البيئي الناتج المستخدم على نقل البيانات بوتيرة أسرع ومع ميزات أمان أفضل.

أين يتم استخدام المفاتيح الخاصة والعامة؟

نظرًا لأن المفاتيح العامة والخاصة لها وظائفها وميزاتها، يتم استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض. فيما يلي أكثر التطبيقات شيوعًا للمفاتيح العامة والخاصة:

• التحقق من التوقيعات الرقمية

أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا للمفاتيح العامة والخاصة هو التحقق من صحة التوقيعات الرقمية. تستخدمه المؤسسات في الغالب لأداء وظائف مثل إثبات مصادقة الرسالة أو صلاحية البرنامج أو المستند الرقمي أو التحقق من المصادقة. أهم جانب يجب مراعاته هو أن إنشاء توقيع رقمي يحتاج إلى تشفير المفتاح العام.

لتسهيل الأمر نفسه، يتعين على المرسل توقيع الرسالة رقميًا باستخدام مفتاحه الخاص. بمجرد اكتمال العملية، يستخدم المتلقي مفتاحًا عامًا لفك تشفير الرسالة. وبالتالي، تلعب المفاتيح العامة والخاصة دورًا مهمًا في تسهيل التوقيعات الرقمية والتحقق منها على كلا الطرفين.

• تسهيل الاتصال الآمن

المفاتيح العامة والخاصة ضرورية أيضًا لضمان اتصال آمن ومأمون مع الحفاظ على سرية البيانات الحساسة. تأمين الاتصالات هو جانب مهم آخر لتشفير المفتاح العام والخاص. في مثل هذا السيناريو، يستخدم الأشخاص عادةً تشفير المفتاح العام لضمان بقاء سرية المحتوى الرقمي الخاص بهم كما هو. يجب على المرسل قفل البيانات بمفتاحه العام ولن يتمكن من الوصول إليه إلا المتلقي المقصود الذي يمتلك المفتاح الخاص الصحيح.

• تمكين اتفاقية مفتاح مصادقة كلمة المرور

بصرف النظر عن لعب الدور المركزي في التحقق من التوقيعات الرقمية وتسهيل الاتصال الآمن، تساعد المفاتيح الخاصة والعامة أيضًا بشكل كبير في تمكين اتفاقية مفتاح مصادقة كلمة المرور. اتفاقية المفتاح المصادق عليه بكلمة مرور هي طريقة يمكن من خلالها لطرفين أو عدة أطراف إنشاء مفاتيح تشفير بناءً على كلمات تنتمي إلى طرف واحد أو أكثر.

على سبيل المثال، إذا أراد شخص ما توصيل رسالة سرية إلى الشخص الآخر، أو حصلت على كلمة المرور الخاصة بهذا الشخص، فقم بتشفير الرسالة واستخدامها لمفتاح خاص. بهذه الطريقة، عندما يرسل الشخص الأول رسالة مشفرة باستخدام هذا المفتاح، سيتمكن المستلم المقصود من فك تشفيرها وفتحها لأن لديه كلمة المرور بالفعل.

4 – الطابع الزمني

الطابع الزمني في Blockchain موجود في الكتلة منذ لحظة إنشاء هذه الكتلة. يتوافق مع مصادقة كل معاملة إثبات صحتها. تتم كتابة الطوابع الزمنية مباشرة في Blockchain، ولا يمكن العبث بالكتل التي تم إنشاؤها في Blockchain،لأنه بمجرد التلاعب بها تتغير قيمة التجزئة التي تم إنشاؤها ويصبح مسندًا غير صالح. سيتضمن كل طابع زمني أيضًا الطابع الزمني في التجزئة العشوائية. تتكرر هذه العملية، وترتبط بالتسلسل، وأخيرًا ينتج سلسلة كاملة.

5 – هيكل شجرة ميركل

تم اقتراح شركة Merkle Tree منذ سنوات عديدة من قبل عالم الكمبيوتر رالف ميركل وسميت باسمه. وتسمى أيضًا شجرة التجزئة، وهي شجرة تخزن قيم التجزئة. أوراق شجرة Merkle هي قيم تجزئة كتل البيانات. العقدة غير الورقية هي تجزئة لسلسلة العقد المتسلسلة.
شجرة merkle (المتغيرات مثل شجرة patkia merkle: MPT) تستخدم على نطاق واسع في مشاريع blockchain مثل Bitcoin وEthereum والنسيج؛ كما أنها تستخدم على نطاق واسع في التحقق من الاتساق والبيانات ومزامنة البيانات والخدمات الأخرى.

تحقق من صحة المعاملة

لا تعتبر المعاملات في شبكة Bitcoin صحيحة إلا إذا تم تسجيلها على blockchain وتلقيت 6 تأكيدات. ولا يتم النظر إلا في المعاملات الجديدة (مفاهيم المدخلات والمخرجات) المستندة إلى هذه المعاملات الحقيقية.
المتطلبات الأساسية لمصادقة المعاملة:

• ما إذا تم تسجيل المعاملة في blockchain
• بلوكشين الذي يقع عليه التبادل هو الأطول، وليس في سلسلة الشوكة
• عندما تتلقى كل عقدة بثًا للمعاملة، ستستعلم عن صحة الإدخال كمعاملة جديدة.
• قبل حزم المنجم للمعاملة، تحقق من صحة جميع المدخلات

عقدة كاملة: سترسل SPV معلومات المعاملة إلى عقدة كاملة مع طلب رسالة كتلة merkle. ستستخدم العقدة الكاملة معلومات المعاملة المرسلة للاستعلام عن قاعدة بيانات blockchain الخاصة بها للحصول على الكتلة المقابلة للمعاملة. في هذا الوقت، يمكن الحصول على الكتلة. شجرة Merkle، ثم اجتياز مسار التحقق من المعاملة التي تم إنشاؤها وإرسالها إلى SPV.

SPV عند استلام الإرجاع ، ستخضع قيمة تجزئة المعاملة وقيمة تجزئة مسار التحقق إلى فحص merkle. إذا كانت متسقة مع تجزئة جذر merkle الموثوق بها (التي تم الحصول عليها من الكتلة المقابلة للعقدة الكاملة)، يتم اعتبار المعاملة كن ذا مصداقية.

فوائد أشجار ميركل

 بشكل أساسي، تقلل شجرة Merkle بشكل كبير من كمية البيانات التي يجب الحفاظ عليها أثناء التحقق.

تقدم Merkle أربع مزايا رئيسية، بما في ذلك:

1. طريقة موثوقة لإثبات صحة وسلامة البيانات.
2. كمية أقل بكثير من الذاكرة المطلوبة للتحقق من المعاملات.
3. طريقة للحصول على الدليل المطلوب و إدارة دون إرسال كميات كبيرة بشكل مفرط من المعلومات عبر الشبكة. يتم تحقيق ذلك من خلال توفير وسيلة لتجزئة السجلات في دفتر الأستاذ لفصل إثبات البيانات عن البيانات نفسها.
4. وسيلة للتحقق من المعاملات في كتلة دون الحاجة إلى تنزيل الكتلة بالكامل. يشار إلى هذا بالتحقق من الدفع المبسط (SPV) ويستخدم بشكل شائع من قبل عملاء Bitcoin ذوي الوزن الخفيف.