ما هي تقنية البلوكتشين؟ وكيف تعمل؟

ما هي تكنولوجيا البلوكتشين

شبكات البلوكتشين هي عبارة عن دفاتر سجلات رقمية لامركزية موزعة ومقاومة للتلاعب. تسمح تكنولوجيا البلوكتشين للمستخدمين بتسجيل المعاملات على أحد دفاتر السجلات المُشتركة التي تتضمنها المجموعة. وما يميز هذه الآلية، هي أنها غير قابلة للتلاعب ولا يُمكن تعديل أي معاملة بمجرد تسجيلها وفقاً لوظيفة شبكة البلوكتشين القياسية.

شهد فضاء البلوكتشين تطوراتٍ عدة مع دخول العديد من المنصات الجديدة إلى السوق بانتظام، ودُمج مفهوم البلوكتشين مع العديد من التقنيات والمفاهيم الأخرى في عام 2008 لإنشاء العملات المشفرة الحديثة: النقد الإلكتروني المحمي بعمليات التشفير بدلاً من السلطة مركزية. 

عادةً ما تتم الاستفادة من تكنولوجيا البلوكتشين في إنشاء التطبيقات الهادفة، بما في ذلك العملات المشفرة والعقود الذكية والأنظمة المبنية على دفتر السجلات الموزع. وتسمح تكنولوجيا البلوكتشين للمستخدمين بمشاركة البيانات علناً، مما يتيح للمشاركين إمكانية التحقق بشكل مستقل من صحة المعاملات.

تشرح هذه المقالة ماهية تكنولوجيا البلوكتشين وتقدُم نظرة عامة على كيفية عملها. 

لقراءة المزيد عن الأنواع المختلفة لشبكات البلوكتشين، يرجى النقر هنا.

كيف تعمل تقنية البلوكتشين؟

إن الهدف الأساسي من تقنية البلوكتشين هو السماح للأشخاص - خاصةً أولئك الذين لا يثقون ببعضهم البعض - بإيصال البيانات الحيوية بطريقة آمنة ومقاومة للعبث.

وتعد معامل الهاش والكتل والعقد والمُعدنينوالمحافظ والتوقيعات الرقمية والبروتوكولات هي المفاهيم الرئيسية المختلفة في البلوكتشين.

ما هي (الهاش) و كيف تعمل؟

لنتخيل أن 10 أشخاص في غرفة واحدة قرروا إنشاء عملة جديدة، وللقيام بذلك بشكلٍ صحيح، يتعين عليهم متابعة تدفق الأموال لضمان صحة العملات في نظامها البيئي النقدي الجديد. وفي يومٍ من الأيام، قرر شخصُ ما  - دعونا نُسميه بوب - الاحتفاظ بقائمة تضم جميع الإجراءات في يومياته؛ بينما قرر شخص آخر - دعونا نسميه جاك - سرقة المال وتغيير الإدخالات في اليوميات لإخفاء الأمر.

ثم في أحد الأيام، لاحظ بوب أن شخصاً ما قد تدخل في يومياته، وقرر تغيير آلية تسجيل يومياته لمنع العبث بها في المستقبل. ولتحقيق ذلك، استخدم بوب برنامجاً يسمى دالة التجزئة أو (الهاش)، والذي بإمكانه تحويل النص إلى مجموعة من الأرقام والحروف، كما هو موضح في الجدول أدناه.

تستخدم هذه العملية خوارزمية تجزئة آمنة تقومُ بتحويل الأحرف إلى سلاسل من الأحرف، مما سمح لبوب باختيار أنواعٍ مختلفةٍ من الخوارزميات التي تتخلف في تعقيدها وتلبي احتياجاتٍ مختلفة.

تُعرف الهاش بأنها سلسلة من الأرقام والحروف التي تنتجها خوارزمية التشفير. وإن أي تغييرٍ بسيط في السلسلة يؤدي إلى إنشاء هاش جديد تماماً.

بعد عدة أيام، لاحظ بوب أن شخصاً ما قد تلاعب بالسجلات مرة أخرى، فقرر تعقيد سجلِّ كل معاملة، فأدخل إلى آخر كل سجل هاش جديد يعتمد على الهاش الذي يسبقه. أي أصبح كل إدخال يعتمد كل الإدخال السابق له.

والآن، إذا أراد جاك  تغيير السجل، فعليه تغيير الهاش في جميع الادخالات السابقة. ومع ذلك، كان جاك مصراً على السرقة، لذلك أمضى الليلة بأكملها في تغيير كافة الادخالات (الهاش)، مما دفع بوب إلى إضافة رقمٍ عشوائيٍ مختلفٍ بعد كل سجل.

يُطلق على هذا الرقم "نونس nonce"، ويجب اختيار هذه الارقام بطريقة تؤدي إلى انتهاء الهاش المتولد بصفرين.

وبعد التطوير الأخير الذي أجراه بوب على الآلية، أصبح جاك يحتاج إلى قضاء ساعاتٍ وساعات في محاولة تحديد عدد الأرقام (nonce) المُخصصة لكل سطر.

الكِتل

يُطلق على جدول البيانات الأولي لبوب، والمكوّن من 5000 معاملة، اسم كتلة التكوين، وتعد هذه الكتلة نقطة البداية لشبكة البلوكتشين هذه.

وعندما يتزايد تبني العملة التي أطلقها بوب، ستبدأ المعاملات بالتدفق بسرعة وبشكل متكرر، مما سيؤدي إلى إنشاء كتل جديدة يمكنها أيضاً استيعاب ما يصل إلى 5000 معاملة. 

لنفترض الآن أن البلوكتشين تقوم بتحديث نفسها تلقائياً كل 10 دقائق بإضافة كتلة جديدة تلقائياً دون الحاجة إلى كمبيوتر رئيسي أو مركزي. في هذه الحالة، بمجرد تحديث جداول البيانات أو السجلات، يُصبح من المُستحيل تغييرها أو تزويرها، ولن يتمكن أحد من فعل أي شيء سوى إضافة إدخالات جديدة إليها.

وعلاوةً على ذلك، عندما يحدث هذا، يتم تحديث السجل على جميع أجهزة الكمبيوتر المتصلة على الشبكة في نفس الوقت. ولتغيير أي شيء على شبكات البلوكتشين، تتطلب العملية إجماعاً من غالبية المشاركين في الشبكة. وهنا تجدر الإشارة إلى أن هذه الآلية سمحت بنشوء ما يُعرف بـ "هجوم 51%"، والذي يشير إلى امتلاك أحد الأطراف غالبية معدل هاش البلوكتشين، مما يسمح له بالتحكم بالشبكة.

بشكلٍ عام، تحتوي الكتل على طابعٍ زمنيٍّ، وإشارةٍ إلى الكتلة السابقة. ويجب حل المعاملات والمسائل الحسابية قبل أن يتم إضافة الكتلة على البلوكتشين، مما يجعل الاحتيال شبه مُستحيل داخل البلوكتشين.

العُقد

احتفظ بوب بالادخالات بهذه الطريقة لفترةٍ قصيرة، ولكن مع استمرار حدوث المعاملات الجديدة، سرعان ما أصبح مثقلًا بعدد السجلات،  مما جعله يرى انعدام الاستدامة في نظامه الحالي. ولذلك الأمر، بمجرد أن وصلت إدخالاته إلى 5000 معاملة، قام بتحويلها إلى جدولِ بياناتٍ مكونٍّ من صفحة واحدة.

بعد التحديث الجديد الذي أطلقه بوب، أصبحت جداول البيانات تُوزع على آلاف أجهزة الكمبيوتر المُختلفة، والتي يَقع كلٍّ منها في منطقةٍ مختلفةٍ من العالم. تُسمى أجهزة الكمبيوتر هذه بالعُقد، وفي كل مرة تحدث مُعاملة جديدة، يجب أن تتم الموافقة عليها والتأكد منها من قبل تلك العقد جميعها. وبمجرد أن ينتهي التحقق من كل معاملة، يحدث نوع من التصويت الإلكتروني، وإذا قالت غالبية العقد أن المعاملة صحيحة، فسيتم كتابتها على شكل كتلة جديدة.

الآن، إذا أراد جاك تغيير إدخالٍ ما في يوميات جدول البيانات، سيتعين عليه تغيير جميع النسخ الأصلية لدى الأجهزة الأُخرى، وإلا لن يُسمح له بإجراء هذا التغيير.

المُعدّنون

التعدين هو العملية التي يضيف من خلالها المُعدنون كتلاً جديدةً إلى الشبكة، وتتميز كل كتلة جديدة في البلوكتشين nonce وهاش  فريدين من نوعهما. وبالإضافة إلى ذلك، تشيركل كتلة إلى الهاش السابق على الشبكة، مما يجعل تعدين الكتلة أمراً صعباً، ولا سيما في الشبكات الكبيرة.

يستخدمُ المُعدنون برامجاً مُتخصصةً لحلِّ العمليات الحسابية المعقدة المتمثلة في إنشاء هاش مقبول باستخدام رقم (nonce). ونظراً لأن طول (nonce) يبلغُ 32 بت فقط بينما يبلغ طول الهاش 256 بت، فهناك حوالي أربعة مليارات مجموعة بدون تركيبة nonce-hash قبل المجموعة المناسبة. و يعتبر المعدنون أنفسهم أنهم اكتشفوا "رقم nonce ذهبيّ" عند حدوث ذلك، وتضاف كتلتهم إلى السلسلة.

وهذا هو السبب في أن معالجة عمليات تقنية البلوكتشين صعبة للغاية، ويمكن اعتبارها " الأكثر أماناً" لأن تحديد أرقام nonces الذهبية يستغرق وقتاً طويلاً والكثير من الموارد الحسابية. وعندما يتم تعدين كتلة بنجاح، تقر جميع العقد في الشبكة بالتغيير، ويتم تعويض المُعدّن مالياً.

اقرأ المزيد في مقال "كيف يتم تعدين البيتكوين؟"

المحافظ والتواقيع الرقمية والبروتوكولات

دعوما نُتابع في المثال نفسه. جمع بوب الأشخاص العشرة معاً (الأشخاص العشرة الذين تجمعوا في البداية لإصدار العملة الجديدة) من أجل شرح العملة الرقمية ونظام دفتر السجلات الجديد لهم.

اعترف جاك بإخطاءهِ للمجموعة واعتذر لهم، ولإثبات صدقه، أعاد إلى آن وماري عملاتهما.

وبعد إعادة الإمور لنصابها، أوضح بوب لماذا لا يمكن أن يحدث هذا مرة أخرى، حيث قرر تنفيذ آلية يُطلق عليها التوقيع الرقمي، والتي تُستخدم لتأكيد كل معاملة. لكن أولاً، أعطى بوب لكل شخص محفظة.

ما هي المحفظة؟

إذا كنت تمتلك عملاتٍ رقميةٍ، فأنت بحاجة إلى محفظة رقمية أو منصة عبر الإنترنت أو بورصة للتخزين،

وتتكون المحفظة من عنوانٍ يشتمل على سلسلة من الأرقام والحروف، مثل: 18c177926650e5550973303c300e136f22673b74. ويظهر هذا العنوان في  العديد من الكتل المختلفة داخل البلوكتشين أثناء إجراء المعاملات.

لا يتم تضمين أي أسماء أو معلومات تعريف شخصية عند إنشاء المحفظة، فقط سلسلة الأرقام والحروف (العنوان). 

ذات صلة: محافظ البيتكوين للمبتدئين: كل ما تحتاج إلى معرفته

التوقيع الإلكتروني

لإجراء معاملة، تحتاجون إلى شيئين رئيسيين، عنوان المحفظة والمفتاح الخاص بها. وعلى عكس العنوان، يجب الحفاظ على سرية المفتاح الخاص، إذ يتحكم المفتاح الخاص في الأموال الموجودة في محفظته ذات الصلة.

وعندما يقرر شخص ما إرسال عملات إلى أي شخص آخر، يجب عليه استخدام مفتاحه الخاص لتوقيع الرسالة التي تحتوي على المعاملة. يعد نظام المفتاحين - مفتاح خاص وعام - في قلب التشفير وعلومه، وقد سبق استخدامه لفترة طويلة قبل وجود البلوكتشين، حيث تم اقتراحه لأول مرة في السبعينيات.

بمجرد إرسال الرسالة، يتم بثها إلى شبكة البلوكتشين، ثم تعمل شبكة العقد على معالجة الرسالة للتأكد من أن المعاملة التي تتضمنها صالحة. وإذا تم تأكيد الصلاحية، يتم وضع المعاملة في كتلة. بعد ذلك، لا يمكن تغيير أي معلومات عنها.

ما هي مفاتيح التشفير؟

مفتاح التشفير هو سلسلة من الأرقام والحروف، ويتم "صنع" مفاتيح التشفير بواسطة مولدات أو منشئات المفاتيح التي تستخدم العمليات الحسابية المتقدمة جداً لإنشاء مفاتيح تعمل على تشفير المعلومات أو فك تشفيرها. 

البروتوكولات

تضمن بروتوكولات البلوكتشين تشغيل الشبكة بالطريقة التي قصدها منشئوها، على الرغم من أنها تكون مستقلة تمامًا ولا يتحكم فيها أي شخص. 

وفيما يلي بعض الأمثلة على البروتوكولات المطبّقة في شبكات البلوكتشين:

• يجب أن يتضمن كل رقم هاش رقم هاش الكتلة التي تسبقه.
• تنخفض مكافأة التعدين الناجح للكتلة بمقدار النصف بعد تعدين 210000 كتلة. بالنسبة إلى البيتكوين (BTC)، يسمى هذا بالتنصيف.
  وبمعدل 10 دقائق لكل كتلة، يستغرق تعدين 210000 كتلة حوالي أربع سنوات. لذلك، فإن تنصيف البيتكوين يحدث  كل أربع سنوات.
• للحفاظ على مقدار الوقت اللازم لتعدين كتلة واحدة في حوالي 10 دقائق، تتم إعادة حساب صعوبة التعدين كل 2016 كتلة. تعمل صعوبة التعدين بشكل أساسي على موازنة الشبكة لمراعاة عدد القائمين بالتعدين. يعني المزيد من القائمين بالتعدين جواً أكثر تنافسية، مما يجعل تعدين الكتل أكثر صعوبة. ووجود عددٍ أقل من المعدنين يعني أنه من الأسهل نسبياً تعدين الكتل، وبالتالي يرغب المزيد من المعدنين بالمشاركة.

تقنية البلوكتشين: الإيجابيات والسلبيات

تم إنشاء غالبية شبكات البلوكتشين لاستخدامها كقاعدة بيانات لامركزية مبنية على آلية دفتر الاستاذ الموزع. وتقوم دفاتر السجلات في شبكات البلوكتشين بتتبع البيانات وتخزينها في كتلٍ مرتبةٍ ترتيباً زمنياً، وربطها بأدلة إثبات التشفير. 

أدى تطوير تقنية البلوكتشين إلى استفادة العديد من الشركات من ميزات التكنولوجيا الناشئة، بما في ذلك تعزيز الأمان والحماية. ومع ذلك، فإن حقيقة أنها لا مركزية تجعلها عرضةً لكثير من العيوب. فعلى سبيل المثال، كفاءة البلوكشين منخفضة مقارنةً بقواعد البيانات المركزية، وتتطلب الشبكة مساحة تخزين أكبر.