آشنایی کامل با فناوری بلاک‌چین: ساختار، عملکرد و کاربردهای انقلابی در دنیای رمزارزها

در سال ۲۰۰۸، ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto) در ایمیلی به فهرست پستی رمزنگاری، سیستم نقدی الکترونیکی هم‌پیر (peer-to-peer) را معرفی کرد. او در این پیام، ویژگی‌های شبکه‌ای را شرح داد که قرار بود بر اساس ارتباط مستقیم و بدون واسطه میان کاربران فعالیت کند. پس از معرفی بیت‌کوین (Bitcoin) توسط ناکاموتو، مفهوم بلاک‌چین (blockchain) به سرعت در سطح جهانی شناخته شد و امروزه در صنایع مختلف برای توسعه کاربردهای متنوع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در مقاله خود با عنوان «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System»، او نخستین ارز دیجیتال جهان را معرفی کرد که نام آن بیت‌کوین بود. ناکاموتو، که هویت واقعی‌اش ناشناس باقی مانده، بر پایه ایده‌های پیشین مانند هاش‌کِش (HashCash)، بیت‌گولد (Bit Gold) و بی‌مانی (B-Money) چندین نوآوری فناوری را ارائه داد که پایه و اساس بیت‌کوین را شکل دادند.

از میان نوآوری‌های ذکر شده در وایت‌پپیر بیت‌کوین، می‌توان مهم‌ترین را فناوری بلاک‌چین دانست. ناکاموتو در این سند، شبکه‌ای را پیشنهاد داد که بر اساس ثبت و تایید تراکنش‌ها در بلوک‌های متصل به هم، امنیت و شفافیت را تضمین می‌کند. این فناوری، انقلابی در حوزه مالی و فناوری اطلاعات ایجاد کرد و پایه‌گذار ساختارهای اقتصادی نوین شد.

در نوآوری‌های حوزه رمزارز، یکی از مهم‌ترین راهکارها برای حل مشکل دوباره‌صرف کردن (double spend) ارائه شبکه‌ای همتا به همتا (peer-to-peer) است. در این ساختار، تراکنش‌ها با استفاده از هش کردن در زنجیره‌ای پیوسته و مبتنی بر اثبات کار (proof-of-work) ثبت می‌شوند. این زنجیره که به صورت مداوم گسترش می‌یابد، به عنوان سندی معتبر از ترتیب وقوع تراکنش‌ها عمل می‌کند و تغییر آن تنها با انجام مجدد اثبات کار امکان‌پذیر است. در این سیستم، طولانی‌ترین زنجیره نه تنها نشان‌دهنده ترتیب صحیح تراکنش‌ها است، بلکه گواهی بر قدرت محاسباتی عمده‌ترین استخرهای CPU (واحدهای پردازش مرکزی) است. این ویژگی، امنیت و اعتمادپذیری شبکه را تضمین می‌کند و از تقلب‌های احتمالی جلوگیری می‌نماید.

این نقطه آغاز شکل‌گیری بلاک‌چین بود.

نحوه عملکرد بلاک‌چین چیست؟

در ساختار فناوری بلاک‌چین، همانطور که در بیت‌کوین (Bitcoin) نیکاموتو (نیکاموتو) مشاهده می‌شود، این فناوری به عنوان یک دفتر کل عمومی عمل می‌کند که به طور مداوم در حال رشد است. اعضای شبکه با افزودن داده‌های جدید، این دفتر را به روزرسانی می‌کنند. مجموعه‌ای از داده‌ها که به دفتر اضافه می‌شود، بلوک (block) نام دارد و هر بار که داده جدیدی افزوده می‌شود، بلاک جدیدی به زنجیره افزوده می‌شود، از این رو نام آن بلاک‌چین (blockchain) است.

در شبکه بیت‌کوین، هر بلوک حاوی اطلاعاتی مانند زمان ثبت (timestamp)، جزئیات تراکنش‌ها و هش رمزنگاری شده است. داده‌های تراکنش معمولاً شامل ورودی و خروجی مرتبط با آدرس‌های خاص است و این اطلاعات به صورت عمومی قابل مشاهده است، چرا که در بلاک‌چین رمزگذاری نمی‌شود. کاربران می‌توانند این داده‌ها را از طریق اکسپلوررهای بلاک‌چین (blockchain explorer) در قالب قابل فهم مشاهده کنند. لازم به ذکر است که پارامترهای موجود در تراکنش‌ها در هر بلاک‌چین ممکن است متفاوت باشد و بر اساس پروتکل‌های مربوطه تعیین می‌شود.

هش‌های رمزنگاری‌شده (cryptographic hashes) توابعی ریاضیاتی هستند که امکان شناسایی و لینک دادن مجموعه‌ای از داده‌ها را فراهم می‌کنند. این توابع معمولاً داده‌های حجیم را به رشته‌ای کوتاه و ثابت تبدیل می‌کنند، که اغلب به آن‌ها هش گفته می‌شود. هش‌ها نقش مهمی در امنیت و اعتبارسنجی تراکنش‌ها دارند، چرا که این توابع تنها یک‌طرفه هستند؛ یعنی نمی‌توان داده اصلی را از روی هش استخراج کرد. در بلاک‌چین، هش‌ها هم به عنوان شناسه داده‌ها و هم لینک بین دو مجموعه داده متفاوت عمل می‌کنند. نمونه‌هایی از این توابع هش شامل SHA1 و SHA256 است.

برای دسترسی به دفتر کل، کاربران باید کلاینت مربوط به بلاک‌چین مورد نظر را دانلود کنند. تنها نیاز، اتصال به اینترنت است. کامپیوتری که به این دفتر متصل است، نود (node) نامیده می‌شود. کلاینت کامل (full client) به نسخه‌ای از نرم‌افزار گفته می‌شود که تمامی داده‌های مربوط به بلاک‌چین را دانلود و نگهداری می‌کند و در شبکه به عنوان اعتبارسنج (validator) نقش دارد، زیرا این داده‌ها را به اشتراک می‌گذارد و تراکنش‌های جدید را تأیید می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی فناوری بلاک‌چین

یکی از ویژگی‌های برجسته بلاک‌چین‌ها، تمرکززدایی است که نقش مهمی در امنیت و شفافیت این فناوری ایفا می‌کند. در شبکه‌های بلاک‌چین، نودها (گره‌ها) در سراسر جهان توزیع شده‌اند و به صورت عمومی در دسترس هستند، به گونه‌ای که هر فرد می‌تواند در فرآیند مشارکت کند. این ساختار، اهمیت زیادی در حفاظت از صحت و امنیت داده‌ها دارد.

به دلیل مالکیت مشترک داده‌ها توسط تمامی اعضا، تغییر یا دستکاری اطلاعات بدون اطلاع و تایید اکثریت شبکه تقریباً غیرممکن است. این مکانیزم، از صحت و یکپارچگی دفتر کل (ledger) محافظت می‌کند و همچنین مشکل دو بار خرج کردن توکن‌ها را حل می‌نماید.

از سوی دیگر، تمرکززدایی مانع از ایجاد یک نقطه شکست واحد می‌شود. در سیستم‌های سنتی، داده‌ها در سرورهای متمرکز قرار دارند که ممکن است در صورت نفوذ به یکی از این سرورها، کل شبکه دچار آسیب شود. اما در بلاک‌چین، تعداد بسیار زیادی نود فعال وجود دارد که نفوذ به آن‌ها و تغییر در دفتر کل را بسیار دشوار می‌سازد.

علاوه بر این، بلاک‌چین‌ها غیرقابل تغییر هستند؛ یعنی پس از ثبت تراکنش در قالب یک بلوک و افزودن آن به دفتر، تغییر یا اصلاح اطلاعات موجود در آن بلوک تقریباً غیرممکن است. این امر توسط الگوریتم‌های اجماع، مانند پروتکل اثبات کار (proof-of-work) در شبکه بیت‌کوین (Bitcoin) انجام می‌شود.

برای افزودن بلوک‌های جدید، نودها باید در فرآیندهای محاسباتی شرکت کنند که هزینه‌ای مالی و انرژی‌بر است. این فرآیند، مکانیزم اجماع را فعال می‌کند و هر گونه تلاش برای تغییر داده‌ها نیازمند صرف مقدار زیادی انرژی است، که در شبکه‌های بزرگ مانند بیت‌کوین، غیرقابل‌تصور است.

علاوه بر این، برای اجرای حمله ۵۱ درصدی و کنترل اکثریت شبکه، مهاجم باید بیش از نیمی از قدرت پردازش شبکه را در اختیار گیرد. در شبکه‌های کوچک‌تر، این نوع حملات ممکن است رخ دهند، اما در شبکه‌های بزرگ مانند بیت‌کوین، این خطر به دلیل افزایش تعداد نودها و قدرت محاسباتی، کاهش می‌یابد و خودمحدودکننده است.

فورک چیست؟

در شبکه‌های بلاک‌چین، رمزنگاری نقش حیاتی در ارتباط تمامی بلوک‌ها و تضمین تغییرناپذیری داده‌ها ایفا می‌کند. با این حال، امکان ایجاد شاخه‌های جداگانه در زنجیره وجود دارد که به آن‌ها «فورک» (fork) گفته می‌شود. این حالت زمانی رخ می‌دهد که اکثریت اعضای شبکه تصمیم به ارتقاء نرم‌افزار یا اصلاحات امنیتی می‌گیرند، مانند آنچه در مورد «سگ‌وِیت» (SegWit) در بیت‌کوین یا پس از حمله به DAO در اتریوم (Ethereum) اتفاق افتاد.

دو نوع فورک اصلی وجود دارد: فورک سخت و فورک نرم. در فورک سخت، زنجیره جدیدی با ارز دیجیتال مستقل ایجاد می‌شود، در حالی که در فورک نرم، تنها بخش‌هایی از نرم‌افزار تغییر می‌کند و زنجیره اصلی همچنان ادامه دارد. برای نمونه، پس از حمله به DAO، جامعه اتریوم تصمیم به اجرای فورک سخت گرفت که منجر به تولد دو ارز دیجیتال شد: اتریوم کلاسیک (ETC) و اتریوم (ETH). همچنین، برخی ارزهای دیجیتال مانند لایت‌کوین (LTC) که بر پایه بیت‌کوین ساخته شده، نتیجه فورک از بیت‌کوین هستند، و بیت‌کوین پرایویت (BTCP) نیز حاصل همکاری و فورک مشترک بین بیت‌کوین و زدکلایس (Zclassic) است.

مقایسه فناوری بلاک‌چین و دفترکل توزیع‌شده

در دوران اولیه ظهور رمزارزها، فناوری بلاکچین غالباً با عنوان «تکنولوژی دفتر کل توزیع‌شده» (Distributed Ledger Technology) شناخته می‌شد. اما باید توجه داشت که تفاوت‌هایی میان این دو مفهوم وجود دارد. بلاکچین نوعی دفتر کل غیرمتمرکز است، در حالی که دفترهای کل غیرمتمرکز دامنه وسیع‌تری از پایگاه‌های داده را شامل می‌شود.

این تفاوت در نتیجه پیدایش دفترهای کل مجاز (permissioned ledgers) شکل گرفته است. این نوع دفترها، برخلاف دفاتر عمومی، محدودیت دسترسی دارند و تنها برخی افراد یا نهادها می‌توانند به آن‌ها دسترسی پیدا کرده، تغییرات اعمال کنند یا در شبکه مشارکت داشته باشند. در این دسته، دو نوع دفتر وجود دارد: دفترهای فدرال/کنسرسیوم و بلاکچین‌های خصوصی. در دفترهای فدرال، کنترل توسط گروهی از شرکت‌ها یا سازمان‌ها صورت می‌گیرد، در حالی که دفترهای خصوصی توسط یک نهاد واحد توسعه می‌یابند.

این نوع دفترها بیشتر در صنایعی مورد استفاده قرار می‌گیرند که تمایل دارند از قابلیت‌های فناوری بلاکچین بهره‌مند شوند، اما همزمان نیاز به کنترل کامل بر داده‌های خود دارند. بخش‌هایی مانند مالی، دولت‌ها و زنجیره تأمین نمونه‌هایی از این صنایع هستند. با توجه به ماهیت متمرکزتر این دفترها، بحث‌هایی در حوزه رمزارز و فناوری بلاکچین مطرح است که آیا می‌توان این نوع دفترها را واقعاً «بلاکچین» محسوب کرد یا خیر، و در نتیجه اصطلاحات متفاوتی برای آن‌ها به کار می‌رود.

نسل جدید فناوری بلاک‌چین

در ابتدای ظهور فناوری بلاکچین، همان‌طور که در بیت‌کوین و رمزارزهای اولیه مشاهده شد، این فناوری عمدتاً برای انتقال و نگهداری ارزش طراحی شده بود. اما با پیشرفت‌های تحقیقاتی و نوآوری‌های صورت‌گرفته، نوع جدیدی از بلاکچین‌ها پدید آمد که قابلیت ثبت و مدیریت داده‌های متنوع‌تر را داشتند.

این نوع جدید بلاکچین پس از معرفی شبکه اتریوم (Ethereum) توسط ویتالیک بوترین در سال ۲۰۱۵، به‌طور گسترده‌تری شناخته شد. اتریوم امکان ایجاد قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیرمتمرکز را فراهم کرد، که افق‌های جدیدی را برای کاربردهای بلاکچین فراتر از پرداخت‌های صرف گشود. این نوع بلاکچین‌ها به عنوان بلاکچین ۲.۰ شناخته می‌شوند و بسیاری از صنایع تجاری در حال حاضر در پی بهره‌گیری از آن‌ها برای افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های عملیاتی خود هستند.

منبع: کریپتو.نیوز