بلاکچین: همه آنچه که باید درباره شبکه بلاکچین بدانید

اگر در سال‌های اخیر به عرصه ارزهای دیجیتال توجه داشته‌اید یا اخبار مرتبط با کریپتوکارنسی را دنبال کرده‌اید، احتمالاً با فناوری بلاک چین آشنا هستید. وقتی که در پی اطلاعات بیشتری در مورد بلاک چین بوده‌اید، ممکن است با این تعریف رو به رو شده‌اید: بلاک چین یک دفتر کل توزیع‌شده، غیرمتمرکز و عمومی است. اگرچه این تعریف به ظاهر ساده می‌آید، اما ممکن است برای شما گنگ باشد. به همین دلیل در این مقاله، این تکنولوژی فوق‌العاده را به زبانی ساده توضیح خواهیم داد و به مزایای آن نیز خواهیم پرداخت.

بلاکچین چیست؟

بلاکچین (Blockchain) از دو کلمه بلاک (Block) و چین (Chain) تشکیل شده است. معنای این کلمات به زنجیره‌ای از بلوک‌ها اشاره دارد؛ وقتی در مورد این زنجیره و بلوک‌ها صحبت می‌کنیم، در حقیقت به زنجیره‌ای از اطلاعات دیجیتالی اشاره داریم که هر بلاک این اطلاعات را در خود نگه می‌دارد.

به طور کلی می‌توان گفت که بلاک چین یک دفتر کل توزیع‌شده، غیرمتمرکز و مشترک است که به شکل زنجیره‌ای از سوابق به نام بلاک‌ها تشکیل شده است. هر بلاک در این زنجیره به نوعی از اطلاعات (مانند سوابق معاملاتی) اختصاص دارد.

هر بلاک شامل اطلاعات مربوط به تراکنش‌ها مانند تاریخ، زمان، مبلغ خرید شما از یک وب‌سایت، و اطلاعات فروشندگان و خریداران در معاملات است. به جای استفاده از نام واقعی شما در این معاملات، خرید شما با کمک یک امضای دیجیتال منحصر به فرد و بدون اطلاعات شخصی انجام می‌شود. به عنوان مثال، در وب‌سایت دیجی کالا، خرید شما با نام کاربری‌تان ثبت می‌شود. هر بلاک یک کد منحصر به فرد به نام هش را ذخیره می‌کند که به شناسایی هر فعالیت در بلاک چین کمک می‌کند.

برای مثال، فرض کنید شما قبلاً از دیجی کالا خریدی کرده‌اید و حالا تصمیم به خرید جدید می‌گیرید. حتی اگر خرید جدیدتان بسیار مشابه خرید قبلی باشد، دیجی کالا می‌تواند به سادگی دو خرید شما را از هم تفکیک کند؛ زیرا благодаря کدهای منحصر به فرد هش، می‌توان بلاک‌ها را از یکدیگر تفکیک کرد.

مثالی که در بالا اشاره شد، برای ثبت یک خرید از دیجی کالا با مفهوم بلاک در بلاک چین کمی متفاوت است. یک بلاک در بلاک چین می‌تواند حجم خاصی از داده‌ها را در خود جای دهد. این یعنی بسته به اندازه‌ی تراکنش‌ها، یک بلاک قادر به ذخیره‌سازی هزاران تراکنش است.

چرا به بلاکچین نیاز داریم؟

مفهوم بلاک چین برای اولین بار توسط استوارت هابر و دبلیو اسکات استورنتتا در سال ۱۹۹۱ به عنوان زنجیره‌ای از بلوک‌های امن از نظر رمزنگاری معرفی شد و به تدریج در میان پایگاه‌داده‌های جهانی شناخته شد. افرادی که در دنیای دیجیتال مشغول به کار بودند، به فکر بهره‌گیری از این فناوری برای توسعه کارهای خود افتادند و در نهایت نیاز به این تکنولوژی در سطح جهانی حس شد. اما سه دلیل اصلی وجود دارد که به بلاک چین نیاز داریم؛

افزایش قدرت پردازش دیجیتال

بلاک چین به دلیل ساختار خود به قدرت پردازش بالاتری نسبت به محاسبات داده‌های سنتی نیاز دارد. طراحی بلاک چین به طور طبیعی زمان‌بر و هزینه‌بر است. به لطف پیشرفت‌های صادرکننده‌های مدرن، امروزه کامپیوترها دارای قدرت پردازش بیشتری هستند و این امر منجر به افزایش تقاضا برای استفاده از این تکنولوژی شده است.

افزایش سریع جرایم سایبری

جرایم سایبری در سال‌های اخیر به شکل چشمگیری افزایش یافته است. هک کردن بیش از یک میلیارد حساب یاهو، افشای اطلاعات کاربران فیسبوک و افزایش خسارات ناشی از بدافزارها تنها بخشی از این جرایم هستند. به واقع، هر روز بیش از یک میلیون تهدید سایبری جدید به وجود می‌آید که این موضوع، اهمیت بیشتری به امنیت دیجیتال می‌بخشد. حالا امنیت سایبری یکی از بزرگترین چالش‌ها برای صاحبان کسب و کارهای آنلاین شده است. بلاکچین با استفاده از تکنولوژی رمزنگاری پیشرفته‌اش، به نوعی به این نیاز پاسخ می‌دهد.

ظهور بیت کوین و ارزهای دیجیتال

بیت کوین و دیگر ارزهای دیجیتال از بزرگ‌ترین عوامل افزایش محبوبیت بلاکچین بوده‌اند. بیت کوین یک ارز دیجیتال است که توسط شخص ناشناخته‌ای به نام ساتوشی ناکاموتو ایجاد شده و به منظور تولید و توزیع ارزی امن از فناوری بلاکچین بهره گرفته است.

بلاکچین چگونه عمل می‌کند؟

همانطور که می‌دانید، بلاکچین متشکل از چندین بلاک به هم پیوسته است. برای اینکه یک بلاک به بلاکچین افزوده شود، چهار مرحله باید طی شود:

۱. شروع یک معامله یا تراکنش

هر معامله‌ای که در شبکه انجام می‌شود، موجب اضافه شدن یک بلاک جدید به بلاکچین می‌گردد. به عنوان مثال، اگر بخواهید مقداری اتریوم به حساب دوستانتان واریز کنید، این تراکنش از طریق ایجاد یک بلاک جدید در اکوسیستم اتریوم انجام خواهد شد.

۲. تایید تراکنش

بعد از ثبت درخواست انتقال، ماینرهای شبکه مسئول تایید آن خواهند بود. ابتدا باید داده‌های جدید مستقیماً وارد سیستم شوند و این وظیفه بر عهده کامپیوترهای موجود در شبکه است. این شبکه تقریباً شامل هزاران کامپیوتر در نقاط مختلف جهان است.

۳. ذخیره معامله

معامله شما باید در یک بلاک ذخیره شود. پس از تأیید صحت آن، مبلغ درخواستی شما به همراه امضای دیجیتالی‌تان در یک بلاک نگهداری می‌شود.

۴. اضافه شدن بلاک به بلاکچین با استفاده از هش

پس از تأیید تمامی معاملات در یک بلاک، آن بلاک به یک کد شناسایی منحصر به فرد به نام هش (Hash) تخصیص می‌‌یابد. پس از هش شدن، بلاک قابلیت اضافه شدن به بلاکچین خواهد داشت.

پس از ایجاد یک بلاک جدید در شبکه، این بلاک برای عموم قابل دسترسی خواهد بود. به عنوان مثال، اگر به بلاکچین بیت کوین نگاهی بیندازید، می‌توانید به داده‌های معامله دسترسی پیدا کرده و اطلاعات زیر را مشاهده کنید:

• ارتفاع بلاک (Height) که بر اساس تعداد کل بلاک‌ها محاسبه می‌شود و نشان‌دهنده این است که این بلاک چندمین بلاک در زنجیره بلاکچین است.
• هش بلاک (Hash) که یک رشته کد ۶۴ رقمی شامل اعداد و حروف است و با صفر آغاز می‌شود.
• زمانی که طول کشیده است تا بلاک استخراج شود (Mined).
• کسیکه آن را استخراج کرده است (Miner).
• اندازه بلاک چقدر است (Size).

انواع شبکه‌های بلاکچین

بلاکچین انواع مختلفی دارد، از جمله: بلاکچین عمومی، خصوصی، کنسرسیومی و هیبرید. در ادامه به بیان انواع بلاکچین و ویژگی‌های آن‌ها خواهیم پرداخت.

بلاکچین عمومی

در بلاکچین‌های عمومی مانند بیت‌کوین، هر فردی قادر به پیوستن به این سیستم است و هیچ محدودیتی در دسترسی وجود ندارد. هر کسی می‌تواند محتوای بلاکچین‌های عمومی را مشاهده کند، از جمله بلاکچین بیت‌کوین. همچنین کاربران می‌توانند کامپیوترهای خود را به این شبکه متصل کرده و هر زمان که بلاک جدیدی افزوده شود، یک نسخه به روزشده از بلاکچین روی سیستم خود دریافت کنند.

بلاکچین خصوصی

در بلاکچین‌های خصوصی که معمولاً در محیط‌های شرکتی به کار می‌روند، برای دسترسی به اطلاعات (مانند حقوق و دستمزد کارکنان) شروط خاصی باید لحاظ شود و کاربر باید تأییدیه‌ای برای ثبت‌نام و استفاده از این سیستم دریافت کند.

بلاکچین کنسرسیومی

بلاکچین کنسرسیومی (Consortium Blockchain) به صورت نیمه‌متمرکز مدیریت می‌شود و زمانی کاربرد دارد که چندین سازمان یا شرکت تصمیم به تعاون و ایجاد شراکت داشته باشند. در این نوع بلاکچین‌ها، آن‌ها می‌توانند فضایی مشترک ایجاد کنند و اطلاعات را با یکدیگر به صورت امن به اشتراک بگذارند.

بلاکچین هیبرید

بلاکچین هیبرید، ترکیبی از بلاکچین‌های عمومی و خصوصی است که از مزایای هر دو نوع استفاده می‌کند و معایب آن‌ها را کاهش می‌دهد. در این سیستم، عضویت بر اساس دستوری از سوی مدیریت کنترل‌کننده صادر می‌شود و سطح فعالیت در شبکه نیز بر همین اساس تعیین می‌گردد. ورود به این شبکه برای همه آزاد نیست.

هر کامپیوتر در شبکه بلاکچین یک نسخه از بلاکچین را ذخیره دارد. به عنوان مثال، در بلاکچین بیت‌کوین، میلیون‌ها نسخه در دسترس است که در میان هزاران نفر توزیع شده‌اند. توزیع اطلاعات بر روی چندین کامپیوتر، جعل اطلاعات را دشوارتر می‌کند.

به‌علاوه، در مورد بلاکچین بیت‌کوین، شما به اطلاعات کاربرانی که معاملات انجام می‌دهند، دسترسی ندارید. داده‌های شخصی کاربران تنها محدود به امضاهای دیجیتال و نام کاربری آن‌ها است.

آیا بلاکچین امن است؟

فناوری بلاکچین تدابیری در زمینه امنیت و اعتماد دارد، به طوری که بلاک‌های جدید به‌صورت خطی ذخیره و به انتهای زنجیره بلاکچین افزوده می‌شوند. این بدان معنی است که بلاک جدید همواره در انتهای زنجیره دست‌نخورده باقی می‌ماند. به محض اضافه‌شدن یک بلاک به انتهای بلاکچین، تغییر محتوای آن بسیار دشوار خواهد بود. چون هر بلاک شامل هش اختصاصی خود و هش بلاک قبلی است. کدهای هش با کمک یک تابع ریاضی تولید می‌شوند که داده‌های دیجیتال را به رشته‌ای از اعداد و حروف تبدیل می‌کند. اگر این داده‌ها به نوعی اصلاح و تغییر یابند، کد هش نیز تغییر خواهد کرد؛ این نکته برای امنیت شبکه بسیار حائز اهمیت است.

به عنوان مثال، فرض کنید که یک هکر در تلاش است تا معاملاتی شما را از طریق سایتی مانند دیجی کالا ویرایش کند تا شما را مجبور به پرداخت دوباره هزینه‌ای کند. به محض اینکه هکر مبلغ معامله شما را تغییر دهد، هش بلاک نیز تغییر خواهد کرد و این موضوع به وضوح قابل ردیابی خواهد بود.

بلاک بعدی در زنجیره هنوز شامل هش قدیمی است و هکر برای مخفی کردن تغییراتش مجبور است بلاک قبلی را به روز کند. با این عمل، هش آن بلاک تغییر خواهد یافت.

به این ترتیب، اگر یک هکر بخواهد یک بلاک خاص را تغییر دهد، باید تمام بلاک‌هایی که پس از آن بر روی بلاکچین ایجاد شده‌اند را نیز تغییر دهد. این کار شامل محاسبه مجدد تمام هش‌هاست و نیاز به انرژی محاسباتی بسیار بالایی دارد که برای هکرها از نظر هزینه مقرون به صرفه نیست. بنابراین، پس از اضافه‌شدن یک بلاک به بلاکچین، ویرایش آن به شدت چالش‌برانگیز است و حذف آن غیرممکن می‌شود.

الگوریتم اجماع در بلاکچین

برای حل مشکل اعتماد، انواع مختلف شبکه‌های بلاکچین آزمایش‌هایی را برای کامپیوترهایی که می‌خواهند به آن‌ها ملحق شوند و بلاک‌های جدیدی به زنجیره اضافه کنند، انجام می‌دهند. این آزمایش‌ها که به آن‌ها الگوریتم‌های اجماع (consensus models) می‌گویند، کاربران را ملزم می‌سازند تا قبل از پیوستن به شبکه بلاکچین و افزودن بلاک، خود را اثبات کنند. یکی از رایج‌ترین این الگوریتم‌ها که در شبکه بیت کوین استفاده می‌شود، «گواهی اثبات کار» (Proof of Work) نام دارد.

در سیستم اثبات کار، کامپیوترها باید برای نشان دادن مشارکت خود در حل یک مسئله ریاضی پیچیده، کار کنند. اگر یکی از این کامپیوترها موفق به حل این مسائل شود، واجد شرایط دریافت بلاک جدید به بلاکچین خواهد بود. اما پروسه افزودن بلاک که در دنیای ارزهای دیجیتال به آن «ماینینگ» (Mining) گفته می‌شود، کار ساده‌ای نیست.

به واقع، بر اساس اطلاعات منتشر شده توسط سایت خبری BlockExplorer.com، احتمال حل یکی از این مسائل ریاضی در شبکه بیت کوین در فوریه ۲۰۱۹، حدود ۱ در ۵.۸ تریلیون بوده است. برای حل این مسائل پیچیده، نیاز به دستگاه‌هایی با قدرت محاسباتی بسیار بالاست. این دستگاه‌ها مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می‌کنند و ماینرها باید هزینه‌های بالایی پرداخت کنند.

سیستم اثبات کار، حملات هکرها را غیرممکن نمی‌سازد، اما انجام این حملات را تا حدی بی‌فایده می‌کند. اگر هکری اراده کند به بلاکچین حمله کند، او نیز باید مسائل پیچیده ریاضی را با شانس ۱ در ۵.۸ تریلیون حل کند. هزینه برنامه‌ریزی چنین حمله‌ای به طور قطع بیشتر از منافع آن خواهد بود.

تفاوت بلاکچین و بیت کوین

هدف از بلاکچین ارائه بستری است که در آن بتوان اطلاعات دیجیتالی را ضبط و توزیع کرد بدون اینکه امکان ویرایش یا دستکاری آن‌ها وجود داشته باشد. به خاطر داشته باشید که بلاکچین همان بیت کوین نیست. بیت کوین تنها یکی از صدها اپلیکیشنی است که بر روی بلاکچین ساخته شده است. بدون شک، بیت کوین محبوب‌ترین پروژه بلاکچینی به شمار می‌آید، اما فناوری بلاکچین می‌تواند فراتر از بیت کوین عمل کند. به عبارت دیگر، می‌توان گفت این فناوری برای بیت کوین همانند اینترنت برای گوگل است.

در ادامه، به بررسی خواهیم پرداخت که چگونه بیت کوین به عنوان یکی از نخستین کاربردهای بلاکچین به فعالیت مشغول است.

در سرتاسر جهان، تعداد زیادی فرد مالک بیت کوین هستند و طبق تحقیقات مرکز کمبریج در سال ۲۰۱۷، این تعداد به بیش از ۶ میلیون نفر می‌رسد. زمانی که صحبت از پول‌های چاپی می‌شود، استفاده از ارز چاپی توسط یک نهاد مرکزی (معمولاً بانک‌ها یا دولت‌ها) تنظیم و تایید می‌شود، اما بیت کوین به هیچ وجه تحت کنترل یک نهاد خاص نیست. در عوض، معاملات بیت کوین توسط شبکه‌ای از کامپیوترها در سرتاسر دنیا که به آن‌ها گره (NODE) گفته می‌شود تأیید می‌گردد.

در این جا مفهوم بلاکچین به کمک ما می‌آید. زمانی که شخصی قصد دارد با کمک بیت کوین برای خرید محصولی پرداخت کند، بخشی از کامپیوترهای موجود در شبکه بیت کوین به رقابت برای تأیید تراکنش می‌پردازند. این کامپیوترها که به آنها ماینر گفته می‌شود، برنامه‌ای را اجرا کرده و تلاش می‌کنند یک مسئله ریاضی پیچیده را حل کنند.

وقتی که یک کامپیوتر با انجام عمل هشینگ (تشخیص هش) بر روی بلاک، موفق به حل این مسئله می‌شود، در واقع تراکنش را تأیید کرده است. تراکنش نهایی به طور عمومی در زنجیره بلاک ثبت و ذخیره می‌شود و در این مرحله، این اطلاعات تغییرناپذیر خواهد بود. در مورد بیت کوین، ماینرهایی که بلاک‌ها را با موفقیت تأیید می‌کنند، پاداشی به صورت بیت کوین دریافت می‌کنند که به آن پاداش استخراج گفته می‌شود.

کلید عمومی و کلید خصوصی در بلاکچین

برای انجام تراکنش‌ها در شبکه بلاکچین، شرکت‌کنندگان به اجرای برنامه‌ای به نام کیف پول نیاز دارند. اکوسیستم بلاکچین با کیف پول مخصوص خود به نام کیف پول بلاکچین تجهیز شده است. هر کیف پول از دو کلید رمزنگاری خاص تشکیل یافته: یک کلید عمومی و یک کلید خصوصی. کلید عمومی محلی است که تراکنش‌ها به آن سپرده و از آن خارج می‌شوند (مشابه شماره حساب). این کلید همچنین به عنوان امضای دیجیتال کاربر در بلاکچین به نمایش درمی‌آید.

کلید عمومی کاربر، نسخه‌ای مختصر از کلید خصوصی او است که از طریق یک الگوریتم ریاضی پیچیده ایجاد شده است. با این حال، به دلیل پیچیدگی این معادله، معکوس کردن فرآیند و تولید کلید خصوصی از کلید عمومی غیرممکن است. به همین دلیل، این فناوری به نوعی به عنوان محرمانگی شناخته می‌شود.

بیایید یک مثال برای توضیح کلید عمومی و کلید خصوصی بزنیم: آیا صندوق نظرات و پیشنهادات مدرسه را به یاد دارید؟ معلمان و دانش‌آموزان می‌توانستند نامه‌ها و یادداشت‌های خود را در آن قرار دهند و تنها کسی که کلید صندوق را داشت، قادر به دسترسی به محتوای آن بود. کلید صندوق در دفتر اصلی مدرسه نگهداری می‌شد. در بلاکچین، کلید عمومی مشابه همان صندوق عمومی مدرسه و کلید خصوصی مشابه کلید صندوق عمل می‌کند، اما تفاوت‌هایی نیز وجود دارد.

بر خلاف مدرسه که اطلاعات و کلیدهای خصوصی در دفتر اصلی نگهداری و مدیریت می‌شوند، هیچ مرکزی وجود ندارد که کلیدهای خصوصی بلاکچین را پیگیری یا به آن‌ها دسترسی داشته باشد. اگر یک کاربر کلید خصوصی خود را فراموش کند و یا آن را گم کند، برای همیشه دسترسی به کیف پول بیت کوین خود را از دست خواهد داد.

تاثیر الگوریتم اجماع بر امنیت بلاکچین

در شبکه بیت کوین، بلاکچین به صورت عمومی با کاربران به اشتراک گذاشته و نگهداری می‌شود و در مورد آن توافق وجود دارد. کاربرانی که از طریق کامپیوترهای خود به شبکه متصل می‌شوند، یک نسخه از بلاکچین را دریافت می‌کنند که به محض اضافه شدن بلاک جدید به زنجیره، به‌روز می‌شود.

بلاکچین از طریق فرایندی به نام الگوریتم اجماع (Consensus) مانع از ایجاد چندین نسخه از بلاکچین می‌شود. وجود کاربران بیشتر در شبکه بلاکچین به این معناست که بلاک‌ها می‌توانند به سرعت به انتهای زنجیره اضافه شوند. به این ترتیب، بلاکچین همیشه به شکلی خواهد بود که بیشتر کاربران به آن اعتماد دارند.

الگوریتم اجماع از اهمیت بالایی در شبکه بلاکچین و ارزهای دیجیتال برخوردار است و به عنوان یکی از نقاط قوت بلاکچین محسوب می‌شود و در کنار رمزنگاری، امنیت بلاکچین را تأمین می‌کند. الگوریتم اجماع انواع مختلفی دارد که به طور کلی به دو دسته الگوریتم اثبات کار (PoW) و الگوریتم اثبات سهام (PoS) تقسیم می‌شود.

آیا ممکن است اثبات کار در بلاک چین توسط هکرها انجام شود؟

از نظر تئوری، اگر هکرها بتوانند کنترل اکثریت را به دست آورند، می‌توانند در فرآیند مدیریت بلاک‌ها دخالت کنند. این حمله به عنوان حمله ۵۱ درصدی شناخته می‌شود. اما این حمله چگونه عمل می‌کند؟

فرض کنید که ۵ میلیون کامپیوتر در شبکه بیت کوین فعال هستند. برای تسلط بر اکثریت شبکه، یک هکر باید حداقل ۲.۵ میلیون از این کامپیوترها را در اختیار داشته باشد. در این حالت، او یا گروهی از هکرها قادر خواهند بود تا در مراحل تأیید معاملات جدید تاثیر بگذارند. آن‌ها می‌توانند یک معامله را انجام دهند و سپس به گونه‌ای تغییر دهند که نشان دهد ارز دیجیتالی که قبلاً به شخصی دیگر ارسال کرده‌اند، هنوز موجود است. این وضعیت که به عنوان خرج کردن دو بار یا خرج کردن مضاعف شناخته می‌شود، معادل جعل دیجیتال است و می‌تواند به کاربران اجازه دهد که بیت کوین‌های خود را بیش از یک بار خرج کنند.

اجرای چنین حمله‌ای در یک بلاکچینی به بزرگی بیت کوین بسیار دشوار است، زیرا یک هکر باید بر میلیون‌ها کامپیوتر تسلط یابد. از آغاز ظهور بیت کوین و استخراج اولین بلاک آن، بیش از ۱۰ سال گذشته و در این مدت هیچ حمله ۵۱ درصدی و دستکاری جدی در بلاک‌های بلاک چین گزارش نشده است.

فناوری بلاک چین و تاثیر آن در آینده

اگرچه فناوری بلاک چین کمی به دوران پیش از بیت کوین تعلق دارد، اما به عنوان عنصر کلیدی در شبکه‌های ارز دیجیتال به شمار می‌رود. هر روز، کوین‌ها و توکن‌های جدیدی به بازار معرفی می‌شوند که استفاده بهینه‌تر از تکنولوژی بلاک چین دارند. با توجه به رشد روزافزون محبوبیت متاورس و NFT‌ها، انتظار می‌رود فناوری بلاک چین دستخوش تغییرات عمده‌تری شود که البته این تغییرات به بهبود کیفیت بلاک چین نیز منجر خواهد شد. نهایتاً، کارشناسان آینده بلاک چین را روشن پیش‌بینی می‌کنند و انتظار می‌رود که افراد زیادی از آن در زمینه‌های مختلف بهره‌برداری کنند.