الوحدة 2 من 6 · 5 دقيقة قراءة

كيف يعمل البلوكتشين

البلوكتشين سجل مشترك تنسخه آلاف الحواسيب وتتفق عليه، ومصمَّم بحيث لا يمكن إعادة كتابة الإدخالات القديمة خلسةً.

سلسلة مرتبطة بالتجزئةالسلسلة سليمة

يُبنى كل تجزئة من بيانات الكتلة مضافًا إليها تجزئة الكتلة السابقة. غيّر أي كتلة، أو تلاعب بالكتلة 2، فتتوقف كل الكتل التي تليها عن التطابق.

كتلة 1صالحة

البيانات

السابق000000

التجزئةFRDISC

كتلة 2صالحة

البيانات

السابقFRDISC

التجزئة1YXU30

كتلة 3صالحة

البيانات

السابق1YXU30

التجزئةNDMG30

كتلة 4صالحة

البيانات

السابقNDMG30

التجزئة5QKMQB

السلسلة سليمة. تشير كل كتلة إلى البصمة الصحيحة للكتلة السابقة، لذلك لم يُرصد أي تلاعب.

تحمل كل كتلة بصمة الكتلة التي تسبقها، لذلك فإن تعديل أي كتلة يمنحها بصمة جديدة، وتتوقف كل الكتل التالية لها عن التطابق، وهذه هي الطريقة التي تجعل بها السلسلة التلاعب ظاهرًا.

انظر إلى السلسلة أعلاه قبل أن تُكمل القراءة. تخزّن كل كتلة بصمة قصيرة (تجزئتها) لمحتواها، كما تخزّن تجزئة الكتلة التي تسبقها، وهذا بالضبط ما يربط الكتل في سلسلة. تلاعب بالكتلة 2 فتتغير بصمتها، فلا تعود الكتلة 3 والكتلة 4 متطابقتين مع الكتلة التي تسبقهما، فتضيئان كإشارة على وجود خلل. تخيل الآن دفترًا ضخمًا واحدًا يُدرج كل عملية دفع تمت على الإطلاق، وتخيل آلاف الحواسيب وكل منها يحتفظ بنسخة مطابقة منه. لا يملك أي بنك النسخة الرئيسية، ولا يستطيع أي شخص بمفرده الدخول وتغيير سطر، ويستطيع الجميع التحقق من أن نسختهم تطابق نسخ الآخرين. هذا هو البلوكتشين. والاسم حرفي: إنه سلسلة من الكتل، حيث كل كتلة دفعة من المعاملات، والكتل مرتبطة بترتيب زمني. لا تحتاج إلى أي خبرة برمجية لفهمه. كل ما تحتاجه هو صورة واضحة عن دفتر مشترك يصعب تزويره للغاية، وبقية هذه الوحدة تبني تلك الصورة خطوة بخطوة.

سجل مشترك يُضاف إليه فقط

لنبدأ بالدفتر. فبدلًا من أن يحتفظ به بنك واحد، تحتفظ آلاف الحواسيب (تُسمى العُقد) كل منها بنسختها المحدَّثة الخاصة. هذا ما تعنيه كلمة «موزَّع»، وهو ما يمنحك أمرين.

أولًا، لا توجد نسخة واحدة يمكن اختراقها أو الاستيلاء عليها أو فقدانها. فإذا خرجت عقدة واحدة عن الاتصال، يبقى السجل حيًا على كل جهاز آخر، فلا يوجد مركز واحد يمكن مهاجمته.

ثانيًا، السجل يُضاف إليه فقط. يمكنك إضافة إدخالات جديدة في النهاية، لكن لا يمكنك محو أو إعادة كتابة الإدخالات القديمة خلسةً، لأن كل نسخة أخرى ستختلف معك فورًا. لهذا يصف الناس البلوكتشين بأنه مصدر حقيقة مشترك: ليس لأن جهة واحدة تضمنه، بل لأن آلاف النسخ المستقلة يجب أن تتفق.

كيف تترابط الكتل في سلسلة

تُجمَع المعاملات الجديدة وتُحزَم في كتلة. وقبل أن تقبل الشبكة تلك الكتلة، تتحقق منها وفق القواعد: هل العملات حقيقية؟ هل يملكها المرسل فعلًا؟ هل التوقيعات صالحة؟ عندئذٍ فقط تُضاف الكتلة إلى نهاية السلسلة.

الجزء الذكي هو كيفية اتصال كتلة بالتي تليها. تُمرِّر كل كتلة محتواها عبر دالة تجزئة، وهي دالة رياضية تحوّل أي بيانات إلى بصمة قصيرة ثابتة الطول. ثم تخزّن كل كتلة جديدة بصمة الكتلة التي تسبقها مباشرةً. فالكتلة رقم 100 تحمل بصمة الكتلة 99، والكتلة 99 تحمل بصمة الكتلة 98، وهذا المرجع يمتد إلى الوراء وصولًا إلى الكتلة الأولى نفسها. تترابط الكتل ببعضها عبر هذه البصمات، وهذا الترابط هو بالضبط ما يجعل التاريخ بأكمله قابلًا لكشف أي تلاعب (سترى السبب بعد قليل).

من يقرر الكتلة التالية

إذا لم يكن هناك من هو المسؤول، فكيف تتفق آلاف العقد على الكتلة التالية؟ تتبع العقد آلية توافق، وهي دليل قواعد مشترك لتحديد من يحق له إضافة الكتلة التالية. الآليتان اللتان ستسمع عنهما أكثر من غيرهما هما إثبات العمل وإثبات الحصة.

في إثبات العمل (المستخدَم في بيتكوين)، تتنافس عقد خاصة تُسمى المُعدِّنين على حل لغز رياضي صعب. يتطلب حله كهرباء وقوة حوسبة حقيقيتين، ويكسب أول من يحله حق إضافة الكتلة التالية والحصول على مكافأة.

في إثبات الحصة (المستخدَم في إيثيريوم منذ 2022)، لا يوجد سباق ألغاز. بدلًا من ذلك، يُقفل المدقّقون جزءًا من رأس مالهم الخاص كوديعة، تُسمى الحصة، ويختار النظام من يضيف الكتلة التالية جزئيًا بالعشوائية وجزئيًا حسب حجم حصته. يمكن انتزاع تلك الحصة من أي شخص يُضبط وهو يغش.

يصل كلا النهجين إلى الهدف نفسه، وهو توافق نزيه دون رئيس مركزي، بالحيلة نفسها: يجعلان الغش مكلفًا.

لماذا يصعب تزوير السجل إلى هذا الحد

تتضافر ثلاثة أمور لتجعل تزوير البلوكتشين صعبًا للغاية.

الترابط عبر التجزئة. غيّر معاملة قديمة واحدة فقط، وستتغير بصمة تلك الكتلة، مما يكسر المرجع في كل كتلة تليها. التلاعب لا يختبئ؛ بل يضيء كإشارة.
النسخ الموزَّعة. يجب أن تتغلب نسختك المزوَّرة على آلاف النسخ النزيهة في آنٍ واحد، والأغلبية هي التي تفوز.
تكلفة الهجوم. لإعادة كتابة التاريخ الحديث فعليًا، سيحتاج المهاجم إلى التحكم في أكثر من نصف قوة التعدين أو الحصة في الشبكة، وإعادة إنجاز كل العمل المتأثر، والتفوق في السرعة على الجميع مجتمعين. هذا هو هجوم 51% الشهير، وعلى شبكة كبيرة يكون هذا مكلفًا لدرجة أنه عمومًا لا يستحق المحاولة.

لاحظ ما الذي يؤدي العمل هنا فعليًا. فالأمان لا يأتي من حارس موثوق يراقب السجل، بل من جعل تكلفة عدم النزاهة أعلى من أي مكسب يمكن أن تحققه أبدًا.

خطوة بخطوة: كتلة تم التلاعب بها

تخيل سلسلة قصيرة من 5 كتل. تُسجّل الكتلة 2 دفعة 50 عملة من أليس إلى بوب. الكتل مترابطة بحيث تخزّن الكتلة 3 بصمة الكتلة 2، وتخزّن الكتلة 4 بصمة الكتلة 3، وتخزّن الكتلة 5 بصمة الكتلة 4.

تحاول الغش بتعديل الكتلة 2 لتقول إن أليس دفعت لك 5,000 عملة بدلًا من ذلك.
في اللحظة التي تغيّر فيها محتوى الكتلة 2، تتغير بصمة الكتلة 2.
الآن لم تعد «البصمة السابقة» المخزَّنة في الكتلة 3 تطابق الكتلة 2 الحقيقية، فتصبح الكتلة 3 معطوبة، وكذلك الكتلتان 4 و5.
ولكي يثبت التزوير، سيتعين عليك إعادة حساب العمل الصالح للكتل 2 و3 و4 و5، وفعل ذلك أسرع من الشبكة النزيهة بأكملها وهي تمدّد السلسلة الحقيقية. وعلى شبكة كبيرة، يتطلب ذلك أكثر من نصف إجمالي قوة التعدين (هجوم 51%)، وهو أمر باهظ التكلفة إلى حد المنع.

التعديل الواحد لم يبقَ مخفيًا. بل تسلسل عبر كل كتلة لاحقة وكشف نفسه. هذا التسلسل هو جوهر السبب في وصف البلوكتشين بأنه غير قابل للتغيير عمليًا.

إثبات العمل مقابل إثبات الحصة، جنبًا إلى جنب

تجيب كلتا الآليتين عن السؤال نفسه (من يضيف الكتلة التالية، ولماذا نثق به؟)، لكنهما تنفقان موارد مختلفة للقيام بذلك.

	إثبات العمل	إثبات الحصة
من يضيف الكتلة	مُعدِّنون يتسابقون لحل لغز	مدقّقون يُختارون جزئيًا بالعشوائية وجزئيًا حسب الحصة
تكلفة المشاركة	كهرباء وقوة حوسبة	رأس مال مُقفَل كوديعة
ما يمنع الغش	الطاقة والعتاد الذي ستهدره	فقدان الحصة التي وضعتها
تُستخدم في	بيتكوين	إيثيريوم (منذ 2022)

تحوّلت إيثيريوم من إثبات العمل إلى إثبات الحصة في ترقية تُسمى الدمج (the Merge) بتاريخ 15 سبتمبر 2022. خفّض هذا التغيير استهلاك الشبكة للطاقة بنحو 99.95%، لأن المدقّقين لم يعودوا بحاجة إلى استهلاك الطاقة في التسابق لحل الألغاز. لا يزال كلا التصميمين يصلان إلى الغاية نفسها، توافق نزيه دون سلطة مركزية، لذا فإن الاختيار بينهما هو غالبًا مفاضلة بين تكلفة الطاقة وطريقة تمويل الأمان.

ما هي دالة التجزئة فعليًا

دالة التجزئة هي ببساطة دالة تأخذ أي مُدخل (جملة، كتلة كاملة، كتاب بأكمله) وتُعيد بصمة قصيرة ثابتة الطول. خاصيتان مفيدتان تجعلانها مثالية للبلوكتشين.

المُدخل نفسه ينتج دائمًا البصمة نفسها، فيمكن لأي شخص إعادة حسابها والتحقق منها.
تغيير المُدخل ولو بشكل طفيف ينتج بصمة مختلفة تمامًا، لا تشبه القديمة في شيء.

هذه الخاصية الثانية هي سبب عدم قدرة التلاعب على الاختباء. فإذا غيّر طرف غير نزيه حرفًا واحدًا في كتلة قديمة، تبدو البصمة المُعاد حسابها مختلفة تمامًا عن تلك المخزَّنة في الكتلة التالية، ويكون التباين واضحًا لكل نسخة نزيهة. لا تخبرك البصمة بما كان بداخل الكتلة، ولا يمكنك تشغيلها بالعكس لاسترجاع البيانات الأصلية. كل ما تتيحه هو أن يتأكد الجميع من أن البيانات لم تتغير منذ تسجيلها.

اختبار سريع للمعرفة

ماذا تعني «الإضافة فقط» بالنسبة إلى البلوكتشين؟ يمكنك إضافة إدخالات جديدة في نهاية السجل، لكن لا يمكنك محو أو إعادة كتابة الإدخالات الموجودة خلسةً، لأن كل نسخة أخرى من الدفتر ستختلف مع نسختك المعدَّلة.

كيف تترابط الكتل الفردية في سلسلة؟ تخزّن كل كتلة تجزئة (بصمة) الكتلة التي تسبقها. يمتد هذا المرجع إلى الوراء وصولًا إلى الكتلة الأولى، لذا فإن تغيير أي كتلة قديمة يكسر الرابط في كل كتلة تليها.

لماذا يصعب تنفيذ هجوم 51% على شبكة كبيرة؟ لإعادة كتابة التاريخ الحديث، سيحتاج المهاجم إلى التحكم في أكثر من نصف قوة التعدين أو الحصة في الشبكة، وإعادة إنجاز كل العمل المتأثر، مع التفوق في السرعة على الشبكة النزيهة بأكملها. وعلى سلسلة كبيرة يكون هذا مكلفًا لدرجة أنه نادرًا ما يستحق المحاولة.

المصادر

NIST، "IR 8202: Blockchain Technology Overview"، تعريف البلوكتشين بوصفه دفترًا موزَّعًا يُضاف إليه فقط، مكوَّنًا من كتل مترابطة بالتجزئة ومنسوخة عبر عُقد كثيرة.
ISO، "ISO 22739: Blockchain and distributed ledger technologies - Vocabulary"، كيف تُنسَخ قاعدة بيانات مشتركة وتُزامَن عبر عُقد كثيرة دون مدير مركزي.
bitcoin.org، "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" (Satoshi Nakamoto)، لماذا يُنفق المُعدِّنون قوة حوسبة وطاقة لإضافة الكتل والحصول على المكافأة.
ethereum.org، "Proof-of-stake (PoS)"، كيف يُختار المدقّقون بالتناسب مع رأس المال الذي يُودعونه كحصة، والذي يمكن مصادرته في حال الغش.
ethereum.org، "The Merge"، تحوّل إيثيريوم إلى إثبات الحصة بتاريخ 15 سبتمبر 2022، وخفض استهلاك الطاقة بنحو 99.95%.
bitcoin.org، "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" (Satoshi Nakamoto)، هجوم 51% ولماذا تكون إعادة كتابة التاريخ على شبكة كبيرة باهظة التكلفة إلى حد المنع.