در یک تعریف کلی، می‌توانیم بگوییم بلاکچین یک دفتر کل توزیع شده، غیرمتمرکز و اشتراکی است که به صورت زنجیره‌ای از سوابق بنام بلاک ساخته شده است. هر بلاک در این زنجیره، مسئول ذخیره‌سازی نوعی از اطلاعات (مانند سوابق معاملات) است.
هر بلاک اطلاعات مربوط به معاملات مانند تاریخ، زمان، مبلغ خرید شما از سایت و اطلاعات فروشندگان و خریداران در معاملات را ذخیره می‌کند. به جای استفاده از نام واقعی شما در معاملات، خرید شما بدون هیچ گونه اطلاعات هویتی و با استفاده از امضای دیجیتال منحصر به فرد انجام میشود. برای مثال، در سایت دیجی کالا با استفاده نام کاربری، خرید شما ثبت میشود. هر بلاک کد منحصر به فردی به نام هش را ذخیره می‌کند که برای تشخیص هرگونه فعالیت در بلاکچین است.
به عنوان مثال، فرض کنید شما قبلاً از دیجی کالا محصولی را خریداری کرده‌اید، بعد از مدتی، مجدد تصمیم می‌گیرید که یک خرید دیگر انجام دهید. حتی اگر جزئیات خرید جدید شما با خرید قبلی‌تان تقریباً یکسان به نظر برسد، سایت دیجی کالا می‌تواند ۲ خرید شما را از هم جدا کند؛ بنابراین، به دلیل کدهای منحصر به فردی که در بالا به نام هش عنوان شد، ما می‌توانیم بلاکها را از هم جدا کنیم.
مثالی که در بالا برای ذخیره یک خرید واحد از دیجی کالا عنوان شد، در واقعیت با بلاک در بلاکچین کمی متفاوت است. یک بلاک روی بلاکچین حجم خاصی از داده را می‌تواند ذخیره کند. این بدان معناست که بسته به اندازه معاملات، یک بلاک واحد می‌تواند چند هزار تراکنش را در خود جای دهد.
چرا به بلاکچین نیاز داریم؟
مفهوم بلاکچین 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 با گذشت زمان جای خود را در میان پایگاه‌داده‌های سراسر دنیا باز کرد. مالکان کسب و کارهای دیجیتال به فکر استفاده از این فناوری در جهت پیشرفت امور خود افتادند و در نهایت نیاز به استفاده از این فناوری در همه دنیا احساس شد.
اما سه دلیل اصلی برای نیاز به بلاکچین وجود دارد؛
افزایش قدرت پردازش دیجیتال
بلاکچین با توجه به ساختار طراحی شده‌اش به قدرت پردازش بالاتری نسبت به محاسبات داده‌های معمولی نیاز دارد. طراحی بلاکچین بر اساس رمزنگاری تعریف شده است و رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها طبیعتاً یک امر پرهزینه است. امروزه کامپیوترها به لطف پردازنده های مدرن توسعه یافته از قدرت پردازش بیشتری برخوردارند که این امر منجر به رشد تقاضا برای استفاده از این فناوری شده است.
رشد سریع جرایم سایبری
جرایم سایبری در چند سال گذشته چند برابر شده است. هک بیش از یک میلیارد حساب یاهو، لو رفتن اطلاعات کاربران در فیسبوک و افزایش آسیب های بدافزارها تنها چند مورد از این جرایم هستند. در واقع روزانه بیش از یک میلیون تهدید سایبری منتشر میشود که این به خودی خود توجه بیشتری به امنیت را ایجاد می‌کند. امروزه امنیت سایبری یکی از بزرگترین چالش‌های مالکان کسب و کارهای اینترنتی است. بلاکچین با استفاده از سیستم رمزنگاری قدرتمند خود تا حدودی این نیاز را پاسخ می‌دهد.
ظهور بیت کوین و ارز دیجیتال
بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال یکی از بزرگترین دلایل افزایش محبوبیت Blockchain هستند. بیت کوین یک ارز دیجیتال است که توسط شخصی ناشناس به نام ساتوشی ناکاموتو ایجاد شده است که از فناوری بلاکچین برای ایجاد و توزیع ارز دیجیتال امن استفاده کرده است.
بلاکچین چگونه کار می‌کند؟
همانطور که اکنون می‌دانید، بلاکچین شامل چندین بلاک است که به هم وصل شده‌اند. برای اینکه یک بلاک به بلاکچین اضافه شود باید ۴ اتفاق رخ دهد:
۱. شروع یک معامله یا تراکنش
هر گونه معامله یا تراکنشی که در شبکه انجام میشود، منجر به افزوده شدن یک بلاک جدید در بلاکچین میشود. به عنوان مثال، در صورتی که قصد دارید مقداری اتریوم کیف پول دوستتان واریز کنید، این تراکنش با ایجاد بلاکی جدید در اکوسیستم اتریوم انجام میشود.
۲. تایید تراکنش
پس از ثبت درخواست انتقال شما، ماینر‌های شبکه مسئول تایید تراکنش شما خواهند بود. ابتدا نیاز است که اطلاعات جدید وارد سیستم شود. این کار به عهده کامپیوترها است. این شبکه غالباً از هزاران کامپیوتر تشکیل شده است که در سراسر جهان پخش شده‌اند.
۳. ذخیره معامله
معامله شما باید در یک بلاک ذخیره شود. پس از تأیید صحت معامله، مبلغ درخواستی شما برای واریز و امضای دیجیتالی شما در یک بلاک ذخیره می‌شوند.
۴. اضافه شدن بلاک به بلاکچین با استفاده از هش
پس از تأیید کلیه معاملات یک بلاک، باید یک کد شناسایی کننده منحصر به فرد به نام هش (Hash) به بلاک اختصاص یابد. پس از هش شدن می‌توان بلاک را به بلاکچین اضافه کرد.
پس از ایجاد یک بلاک جدید در شبکه، این بلاک برای همه در دسترس خواهد بود. به عنوان مثال اگر نگاهی به بلاکچین بیت کوین بیندازید، خواهید دید که به داده‌های معامله دسترسی دارید و می‌توانید اطلاعات زیر را مشاهده کنید:
. ارتفاع بلاک (Height) که بر اساس تعداد کل بلاکها محاسبه میشود و نشان می‌دهد که این چندمین بلاکی است که روی زنجیره بلاکچین قرار می‌گیرد.
. هش بلاک (Hash) که یک رشته کد ۶۴ رقمی که شامل اعداد و حروف است و با صفر شروع میشود.
. چه زمانی طول کشیده است تا بلاک استخراج شود (Mined).
. توسط چه کسی استخراج شده است (Miner).
. اندازه بلاک چقدر است (Size).
انواع بلاکچین
انواع مختلفی از شبکه‌های بلاکچین وجود دارد که در زیر به معرفی آنها پرداخته‌ایم:
بلاکچین عمومی
در بلاکچینهای عمومی مانند بیت کوین، همه افراد می‌توانند عضو سیستم شوند و محدودیت دسترسی وجود ندارد. هر کسی می‌تواند محتویات بلاکچینهای عمومی مانند بلاکچین بیت کوین را مشاهده کند. همچنین، کاربران می‌توانند کامپیوترهای خود را به شبکه بلاکچین متصل کنند. با انجام این کار، هر زمان که یک بلاک جدید اضافه شود، کامپیوترها یک نسخه از بلاکچین را که به طور خودکار بروزرسانی میشود، دریافت می‌کنند.
بلاکچین خصوصی
در بلاکچینهای خصوصی مانند بلاکچینهای شرکتی، محدودیت دسترسی به اطلاعات (مانند دستمزد کارمندان) وجود دارد و برای ثبت نام و استفاده از این سیستم، به تایید نیاز دارید.
بلاکچین کنسرسیومی
بلاکچین کنسرسیوم (Consortium Blockchain) نیمه غیرمتمرکز است. این بلاک چین‌‌ها زمانی بسیار کاربردی هستند که چند سازمان یا شرکت، قصد شراکت و همکاری با یکدیگر را دارند. آنها می‌توانند در این بستر یک فضای مشترک ایجاد کنند و به راحتی اطلاعات را در امنیت کامل با یکدیگر به اشتراک بگذارند.
بلاکچین هیبرید
نوع دیگری از انواع بلاکچین نیز وجود دارد که ترکیبی از بلاکچینهای عمومی و خصوصی است و به آن بلاکچین هیبریدی (Hybrid Blockchain) می‌گویند.
بلاکچین هیبرید از مزایای هر دو نوع این بلاکچین‌ها بهره برده و معایب را به حداقل رسانده است. در این نسخه، اجازه عضویت با دستور مسئول کنترل کننده آن صادر میشود و میزان اجازه‌ی فعالیت در شبکه نیز با همین روش مشخص میشود. ورود به این شبکه برای عموم آزاد نیست.
هر کامپیوتر در شبکه Blockchain یک کپی از بلاکچین دارد. در مورد بیت کوین، میلیون‌ها نسخه از بلاکچین وجود دارد که بین هزاران نفر پخش شده است. گسترش اطلاعات در یک شبکه از کامپیوترها باعث میشود که دستکاری اطلاعات دشوارتر شود.
با این حال، با نگاهی به بلاکچین بیت کوین متوجه می‌شوید که به اطلاعات کاربرانی که در حال انجام معاملات هستند، دسترسی ندارید. اطلاعات شخصی در مورد کاربران فقط به امضای دیجیتال یا نام کاربری آنها محدود می شود.
آیا بلاکچین امن است؟
فناوری بلاکچین موضوعات مختلفی از جمله امنیت و اعتماد را پوشش می‌دهد. بلاک‌های جدید همیشه بصورت خطی ذخیره و به انتهای زنجیره Blockchain اضافه می‌شوند. این بدان معنی است که جدیدترین بلاک همیشه در انتهای زنجیره قرار دارد. بعد از اینکه یک بلاک به انتهای بلاکچین اضافه شد، برگرداندن و تغییر محتوای بلاک بسیار دشوار است. به این دلیل که هر بلاک حاوی هش مخصوص به خود و هش بلاک قبل از آن است. کدهای هش توسط یک عملکرد ریاضی (تابع هش) ایجاد می‌شوند که اطلاعات دیجیتال را به رشته‌ای از اعداد و حروف تبدیل می‌کند. اگر آن اطلاعات به هر طریقی ویرایش و دستکاری شود، کد هش نیز تغییر می‌کند؛ این مسئله برای امنیت شبکه مهم است.
برای مثال، فرض کنید یک هکر سعی دارد معاملات شما را از سایت دیجی کالا ویرایش کند تا مجبور شوید دوبار هزینه خرید خود را بپردازید. به محض اینکه مقدار تومان معامله شما توسط هکر تغییر کند، هش بلاک تغییر خواهد کرد. بلاک بعدی در زنجیره هنوز حاوی هش قدیمی است و هکر برای پوشش تغییرات خود باید بلاک قدیمی را به روز رسانی کند. با انجام این کار، هش این بلاک تغییر خواهد کرد.
بنابراین، به منظور تغییر یک بلاک واحد، یک هکر باید هر بلاکی که پس از آن روی Blockchain ایجاد شده است را تغییر دهد. محاسبه مجدد همه این هش‌ها، انرژی محاسباتی بسیار زیاد و غیرقابل تصوری را به همراه دارد و برای هکرها صرفه اقتصادی ندارد. بنابراین، پس از افزودن یک بلاک به بلاکچین، ویرایش آن بسیار مشکل خواهد بود و حذف آن غیرممکن است.
الگوریتم اجماع در بلاکچین
برای حل مسئله اعتماد، انواع شبکه های بلاکچین تست‌هایی را برای کامپیوترهایی که می‌خواهند به آنها بپیوندند و بلاک‌های جدیدی به زنجیره اضافه کنند، در نظر گرفته است. این آزمایشات که الگوریتم اجماع (consensus models) نامیده میشود، کاربران را مجبور می‌کند قبل از شرکت در یک شبکه بلاکچین و اضافه کردن بلاک، خود را ثابت کنند. یکی از متداول‌ترین این نمونه‌ها که در شبکه بیت کوین به کار می‌رود، گواه اثبات کار (proof of work) نامیده می شود.
در سیستم اثبات کار، کامپیوترها باید ثابت کنند که روی حل یک مسئله پیچیده ریاضی، کار کرده‌اند. اگر کامپیوتری یکی از این مسائل را حل کند، واجد شرایط اضافه شدن یک بلاک به بلاکچین میشود. اما روند افزودن بلاک، آنچه جهان کریپتوکارنسی آن را ماینینگ (Minig) می‌نامد آسان نیست.
در حقیقت، با توجه به سایت خبری BlockExplorer.com، شانس حل یکی از این مسائل ریاضی در شبکه بیت کوین در فوریه ۲۰۱۹، حدود ۱ در ۵.۸ تریلیون بود. برای حل این مسائل پیچیده، باید از دستگاه‌هایی استفاده شود که قدرت محاسباتی بالایی دارند. این دستگاه‌ها انرژی زیادی مصرف می‌کنند و ماینرها باید هزینه‌های زیادی را پرداخت کنند.
اثبات کار، حملات هکرها را غیرممکن نمی‌کند، اما باعث میشود این حملات تا حدودی بی فایده باشند. اگر یک هکر بخواهد حمله به بلاکچین را هماهنگ کند، او باید مسائل پیچیده ریاضی را با شانس ۱ در ۵.۸ تریلیون درست مثل هر فرد دیگری در شبکه، حل کند. هزینه سازماندهی چنین حمله‌ای تقریباً و مطمئناً از مزایای آن فراتر خواهد رفت.
تفاوت بلاکچین و بیت کوین
هدف از بلاکچین، فراهم آوردن بستری است که اطلاعات دیجیتالی ضبط و توزیع شوند، اما ویرایش و دستکاری نشوند. دقت کنید که بلاکچین همان بیت کوین نیست. بیت کوین تنها یکی از برنامه‌های بی شماری است که بر روی بلاکچین ساخته شده است. بیت کوین در حال حاضر بدون شک محبوب‌ترین پروژه بلاکچین است، اما فناوری بلاک چین می‌تواند فراتر از بیت کوین عمل کند. در کلامی دیگر می‌توان گفت که این فناوری برای بیت کوین مثل اینترنت برای گوگل است.
در ادامه، بررسی می‌کنیم که بیت کوین به عنوان نخستین کاربرد فناوری بلاکچین، چگونه کار می‌کند.
در سراسر جهان افرادی وجود دارند که صاحب بیت کوین هستند و بر اساس مطالعات مرکز کمبریج در سال ۲۰۱۷، این تعداد بیش از ۶ میلیون نفر عنوان شده است. وقتی صحبت از پول چاپی میشود، استفاده از ارز چاپی توسط یک مقام مرکزی (معمولاً یک بانک یا دولت) تنظیم و تأیید میشود، اما بیت کوین توسط کسی کنترل نمی‌شود. در عوض، معاملات انجام شده در بیت کوین توسط شبکه‌ای از کامپیوترها در سراسر جهان تأیید میشود که به نودها (NODES) معروف هستند.
فرض کنید یک نفر از این ۶ میلیون نفر بخواهد بیت کوین خود را در یک میوه فروشی خرج کند. اینجاست که Blockchain وارد عمل میشود. هنگامی که یک نفر برای خرید کالا قصد پرداخت بیت کوین به فروشنده را دارد، برخی از کامپیوترهای موجود در شبکه بیت کوین برای تایید معامله با هم رقابت می‌کنند که به آنها ماینر می‌گویند. ماینرها برای انجام این کار برنامه‌ای را روی کامپیوترهای خود اجرا می‌کنند و سعی می‌کنند که مسئله ریاضی پیچیده‌ای را حل کنند.
هنگامی که کامپیوتر با هش کردن بلاک مسئله را حل کند، در واقع معامله را تایید کرده است. معاملۀ تکمیل شده به صورت عمومی در زنجیره بلاک ثبت و ذخیره میشود و در این مرحله، تغییرناپذیر میشود. در مورد بیت کوین، کامپیوترهایی که با موفقیت بلاکها را تأیید می‌کنند، مبلغی بیت کوین به عنوان پاداش دریافت می‌کنند که پاداش استخراج نام دارد.
کلید عمومی و کلید خصوصی در بلاکچین
برای انجام معاملات در شبکه بیت کوین، شرکت کنندگان باید برنامه‌ای با نام کیف پول را اجرا کنند. اکوسیستم بلاکچین مجهز به کیف پول اختصاصی خود به نام کیف پول بلاکچین است. هر کیف پول از دو کلید رمزنگاری منحصر به فرد و مجزا تشکیل شده است: یک کلید عمومی و یک کلید خصوصی. کلید عمومی مکانی است که معاملات به آن سپرده شده و از آن خارج می شوند (مانند شماره حساب). این کلید همچنین به عنوان امضای دیجیتالی کاربر در صفحه اصلی Blockchain ظاهر میشود.
کلید عمومی کاربر نسخه کوتاه شده از کلید خصوصی آنها است که از طریق یک الگوریتم پیچیده ریاضی ایجاد شده است. با این حال، به دلیل پیچیدگی این معادله، معکوس کردن روند و تولید کلید خصوصی از یک کلید عمومی غیرممکن است. به همین دلیل، این فناوری محرمانه تلقی میشود.
اجازه دهید با یک مثال ادامه دهیم: صندوق انتقادات و پیشنهادات را در مدرسه به خاطر دارید؟ معلمان و دانش آموزان می‌توانستند نامه‌ها و یاداشت‌های خود را در این صندوق قرار دهند و تنها کسی که کلید صندوق را داشت، می‌توانست به محتویات صندوق دسترسی داشته باشد. کلید صندوق در دفتر اصلی مدرسه نگهداری می‌شد. در بلاکچین، کلید عمومی مانند همان صندوق عمومی مدرسه و کلید خصوصی مانند کلید صندوق عمل می‌کند اما تفاوت‌هایی بین آنها وجود دارد.
بر خلاف مدرسه که اطلاعات و کلیدهای خصوصی در دفتر اصلی نگهداری و مدیریت میشود، هیچ مرکزی وجود ندارد که کلیدهای خصوصی بلاک چین را ردیابی کنند و به آنها دسترسی داشته باشد. اگر یک کاربر کلید خصوصی خود را فراموش کند و آن را از دست بدهد، دسترسی به کیف پول بیت کوین خود را برای همیشه از دست خواهد داد.
تاثیر الگوریتم اجماع در امنیت بلاکچین
در شبکه بیت کوین، بلاکچین نه تنها توسط یک شبکه عمومی از کاربران به اشتراک گذاشته شده و نگهداری میشود، بلکه در مورد آن توافق صورت می‌گیرد. 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، بروزرسانی میشود.
بلاکچین با استفاده از فرآیندی به نام اجماع (consensus) مانع از ایجاد چندین بلاکچین میشود. وجود کاربران بیشتر در شبکه بلاکچین به این معنی است که بلاکها می‌توانند به سرعت به انتهای زنجیره اضافه شوند. با این منطق، بلاکچین همیشه همان چیزی خواهد بود که بیشتر کاربران به آن اعتماد دارند.
الگوریتم اجماع یکی از نقاط قوت بلاکچین است و به همراه رمزنگاری، امنیت بلاکچین را تضمین می‌کند.
آیا ممکن است اثبات کار در بلاکچین توسط هکرها انجام شود؟
در تئوری، ممکن است هکر بتواند از حق اکثریت که به آن حمله ۵۱ درصدی (%۵۱ attack) گفته میشود، برای دستکاری بلاکها استفاده کند. این حمله چگونه اتفاق می افتد؟
فرض کنید که که ۵ میلیون کامپیوتر در شبکه بیت کوین وجود دارد. برای دستیابی به اکثریت در شبکه، یک هکر باید حداقل ۲.۵ میلیون از آن کامپیوترها را کنترل کند. با انجام این کار، یک هکر یا گروهی از هکرها می‌توانند در روند ثبت معاملات جدید دخالت کنند. آنها می‌توانند معامله‌ای را انجام دهند و سپس همان معامله را دستکاری کنند؛ به گونه‌ای که به نظر می‌رسد ارز دیجیتالی که قبلاً برای شخص دیگری ارسال کردند، هنوز وجود دارد. این آسیب‌پذیری که به دو بار خرج کردن یا خرج کردن مضاعف معروف است، معادل جعل دیجیتالی است و باعث میشود کاربران بتوانند بیت کوین‌های خود را بیش از یکبار خرج کنند.
اجرای چنین حمله‌ای برای یک بلاکچین در مقیاس بیت کوین بسیار دشوار است، زیرا یک هکر نیاز دارد تا کنترل میلیون‌ها کامپیوتر را بدست بگیرد. از زمان معرفی بیت کوین و استخراج اولین بلاک آن، بیش از ۱۰ سال می‌گذرد و تاکنون حلمه ۵۱ درصدی و دستکاری در بلاک‌های بلاکچین رخ نداده است.
فناوری بلاکچین و تاثیر آن در آینده
اگرچه فناوری بلاکچین کمی از بیت کوین قدیمی‌تر است، اما این فناوری اصلی ترین عامل در شبکه‌های کریپتوکارنسی به شمار می‌رود. همه روزه کوین‌ها و توکن‌های جدیدی در بازار ایجاد میشود که استفاده دقیق‌تر و کامل‌تری از بلاکچین دارند. در آینده با افزایش محبوبیت متاورس و البته NFTها، فناوری بلاکچین تغییرات گسترده‌تری خواهد داشت که البته این تغییرات در جهت بهبود بلاکچین ایجاد خواهد شد.
