توضیح نحوه عملکرد فناوری بلاک چین برای افراد مبتدی

تقریباً همه ما در خصوص بلاک چین و مفید بودن آن مطالبی را دیده و شنیده ایم. اما تنها تعدادی از نحوه عملکرد آن اطلاع داریم. این مقاله نشان می دهد که بلاک چین قطعاً جادو نمی باشد.

پنجشنبه، 2 بهمن 1399

تخمین زمان مطالعه:

مترجم : رزیتا ملکی‌زاده

موارد بیشتر برای شما

بلاک چین نوعی سررسید یا دفتر یادداشت است که جعل آن تقریباً غیر ممکن می باشد.

تابع هش

تصور کنید که 10 نفر در یک اتاق تصمیم می گیرند که برای خود ارز جداگانه ای بسازند. آنها مجبورند طبق گردش بودجه عمل کنند و شخصی که اجازه دهید او را باب بخوانیم، تصمیم می گیرد فهرستی از تمام عملیات و اقدامات انجام شده را در یک دفتر روزانه ثبت کند:

فرد دیگری که او را جک می نامیم تصمیم می گیرد مقداری از پول گروه را به سرقت ببرد. او برای پنهان ساختن کار خود ورودی های دفتر روزانه را تغییر می دهد:

باب متوجه می شود که فردی در دفتر روزانه او دست برده است. او تصمیم می گیرد مانع از این اتفاق شود. بنابراین برنامه ای تحت عنوان تابع هش (Hash) را پیدا می کند که متن را به مجموعه ای از ارقام یا حروف همانند جدول زیر تبدیل می کند.

هش زنجیره یا رشته ای از اعداد و حروف است که توسط توابع هش تولید می شود. یک تابع هش نوعی تابع ریاضی است که تعداد متغیری از کاراکتر را گرفته و آن را به رشته ای با تعداد ثابتی از کاراکتر تبدیل می سازد. حتی یک تغییر کوچک در یک رشته، یک هش کاملاً جدید ایجاد می کند.

او پس از ثبت هر یک از اطلاعات در دفتر یک هش را وارد می کند. دفتر جدید به قرار زیر است:

جک تصمیم می گیرد مجدداً ورودی ها را تغییر دهد. شب هنگام به دفتر روزانه دسترسی پیدا کرده و اطلاعات ثبت شده را تغییر می دهد و یک هش جدید ایجاد می کند.

باب متوجه می شود که شخصی دوباره به دفتر اطلاعات دسترسی پیدا کرده است. او تصمیم می گیرد هر یک از اطلاعات ثبت شده برای تراکنش یا معامله را پیچیده سازد. بنابراین بعد از هر رکورد، یک هش تولید شده از رکورد به علاوه آخرین هش را وارد می کند. در نتیجه هر ورودی به اطلاعات قبلی وابسته خواهد بود.

چنانچه جک سعی کند رکورد را تغییر دهد، مجبور خواهد بود هش تمام ورودی های قبلی را نیز تغییر دهد. اما جک واقعاً پول بیشتری می خواهد و بنابراین تمام شب را به شمارش تمام هش ها سپری می کند.

نانس (Nonce)

اما باب نمی خواهد تسلیم شود. او تصمیم می گیرد بعد از هر رکورد یک عدد اضافه کند. این عدد «نانس» نامیده می شود. نانس باید به گونه ای انتخاب شود که هش تولید شده به دو صفر خاتمه یابد.

حال برای جعل رکوردها یا سوابق جک مجبور خواهد بود ساعتهای بیشتر و بیشتری جهت انتخاب نانس برای هر خط وقت بگذارد.

مهمتر آنکه نه تنها انسان بلکه کامپیوتر نیز نمی تواند نانس را به سرعت کشف کند.

نود یا گره

کمی بعد باب متوجه می شود که تعداد بسیار زیادی رکورد وجود دارد و نمی تواند دفتر را برای همیشه به این صورت نگاه دارد. بنابراین زمانی که تراکنش ها به 5000 مورد رسید، آنها را به صورت صفحه گسترده در می آورد. مری صحت تراکنش ها را بررسی می کند.

نکته: صفحه گسترده روشی جهت سازماندهی داده ها به ردیف و ستون هایی است که خواندن و ویرایش آنها را آسان می سازد. نرم‌افزارهای صفحه گسترده از جمله اکسل این امکان را فراهم می‌نمایند که داده‌ها به صورت سطر و ستون وارد شوند.

باب دفتر صفحه گسترده خود را به بیش از 5000 کامپیوتر در سراسر جهان ارسال می کند. به این کامپیوترها گره یا نود گفته می شود. هر زمان که تراکنشی صورت می گیرد، این تراکنش بایستی توسط تمام نودها تأیید شود به این معنی که هر یک از این نودها باید اعتبار آن را بررسی می کنند. زمانی که کار بررسی یک معامله یا تراکنش توسط هر یک از گره ها به اتمام رسید نوعی رأی گیری الکترونیکی انجام می شود، به این دلیل که ممکن است برخی از گره ها معامله را دارای اعتبار بدانند و برخی دیگر خلاف آن را متصور باشند.

نودهای اشاره شده در بالا کامپیوتر می باشند. هر نود یک نسخه از دفتر کل دیجیتال یا بلاک چین را در اختیار خواهد داشت. هر یک از نودها اعتبار هر معامله را بررسی کرده و چنانچه اکثر نودها یک تراکنش را معتبر بدانند، آن معامله در یک بلوک نوشته می شود.

حال اگر جک یک ورودی را تغییر دهد، تمام کامپیوترهای دیگر هش اصلی را در اختیار خواهند داشت و اجازه نمی دهند تغییر ایجاد شود.

بلوک یا بلاک

این صفحه گسترده یک بلوک نامیده می شود. کل خانواده بلوک ها یک بلاک چین (زنجیره ای از بلوک) را تشکیل می دهند. هر نود دارای یک نسخه از بلاک چین است. هنگامی که یک بلوک به تعداد معینی تراکنش تأیید شده برسد، بلوک جدیدی تشکیل می شود.

بلاک چین هر ده دقیقه یک بار خود را بروزرسانی می کند. این کار به صورت خودکار انجام می شود. هیچ کامپیوتر اصلی یا مرکزی به کامپیوترها اطلاع نمی دهد که این کار را انجام دهند.

رجیستری یا دفتر کل به طور همزمان بر روی تمام کامپیوترهای موجود در شبکه بروزرسانی می شود
به محض بروز رسانی صفحه گسترده یا دفتر کل یا رجیستری دیگر نمی توان آن را تغییر داد. بنابراین، دست بردن و جعل آن غیرممکن خواهد بود. فقط می توانید ورودی های جدیدی به آن اضافه کنید. رجیستری یا دفتر کل به طور همزمان بر روی تمام کامپیوترهای موجود در شبکه بروزرسانی می شود.

چند نکته مهم:

1- بلاک چین نوعی دفتر کل یا صفحه گسترده است که حاوی اطلاعات مربوط به معاملات صورت گرفته می باشد.

2- هر معامله یک هش ایجاد می کند.

3- یک هش رشته ای از اعداد و حروف می باشد.

4- معاملات به ترتیب وقوع وارد می شوند. ترتیب در آنها بسیار اهمیت دارد.

5- هش نه تنها به تراکنش بلکه به هش تراکنش پیشین وابسته است.

6- حتی یک تغییر کوچک در یک معامله، یک هش کاملاً جدید ایجاد می کند.

7- نودها با بررسی هش اطمینان حاصل می کنند که یک تراکنش تغییر نکرده باشد.

8- چنانچه تراکنشی توسط اکثر نودها تأیید شود، آنگاه در یک بلوک نوشته می شود.

9- هر بلوک به بلوک قبلی مرتبط بوده و با هم بلاک چین را می سازند.

10- از آنجا که بلاک چین در کامپیوترهای بسیاری توزیع می شود و هرکدام از آنها دارای یک نسخه از آن هستند، بنابراین معتبر و قابل اجرا می باشد.

11- این کامپیوترها نود یا گره نامیده می شوند.

12- بلاک چین هر ده دقیقه یک بار خود را بروز رسانی می کند.

کیف پول، امضای دیجیتال، پروتکل

باب ده نفر را دور هم جمع می کند. او نیاز دارد سکه جدید را برای آنها توضیح دهد.

جک به گناهان خود اعتراف کرده و عمیقاً اظهار پشیمانی کرده است. او جهت اثبات صداقت خود سکه های مری و آنا را به آنها پس می دهد.

باب توضیح می دهد که چرا این اتفاق دیگر هرگز تکرار نخواهد شد. او تصمیم می گیرد برای تأیید هر تراکنش نوعی امضای دیجیتال قرار دهد. اما ابتدا به هر یک از اعضاء یک کیف پول می دهد.

کیف پول چیست؟

کیف پول رشته ای از اعداد و حروف مانند 18c177926650e5550973303c300e136f22673b74 می باشد و آدرسی است که با انجام تراکنش در بلوک های مختلف بلاک چین ظاهر می شود. هیچ رکورد قابل مشاهده در مورد اینکه چه کسی با چه کسی تراکنش انجام داده است وجود ندارد، تنها تعداد یا شماره کیف پول دیده می شود. آدرس موجود از هر کیف پول خاص همچنین یک کلید عمومی محسوب می شود.

امضای دیجیتال

برای انجام یک تراکنش به دو مورد یعنی کیف پول که در اصل یک آدرس می باشد و یک کلید خصوصی نیاز است. کلید خصوصی رشته ای از اعداد تصادفی است، اما بر خلاف آدرس، کلید خصوصی باید مخفی نگاه داشته شود.

در صورتی که شخصی بخواهد سکه ای را به شخص دیگری انتقال دهد، این دو نفر باید پیام حاوی تراکنش را با کلید خصوصی خود امضاء کنند. سیستمی از دو کلید در قلب رمزگذاری و رمزنگاری قرار دارد و استفاده از آن مدت ها قبل از وجود بلاک چین بوده است و اولین بار در دهه 1970 پیشنهاد شد.

آنگاه پیام ارسالی به شبکه بلاک چین توزیع می شود. سپس شبکه نودها بر روی پیام کار می کنند تا مطمئن شوند تراکنش موجود در آن معتبر می باشد. در صورتی که اعتبار آن تأیید شود، تراکنش در یک بلوک قرار می گیرد و پس از آن هیچ اطلاعاتی در مورد آن قابل تغییر نخواهد بود.

کلید های رمزنگاری شده چه می باشند؟

کلید رمزنگاری شده رشته ای از اعداد و حروف است. کلیدهای رمزنگاری شده توسط تولید کننده های کلید یا کلید سازها ساخته می شوند. این کلیدسازها از عملیات ریاضی بسیار پیشرفته ای که شامل اعداد اول هستند برای ایجاد کلید استفاده می کنند.

پروتکل

بلاک چین از مشخصات و جزئیات رفتاری خاص یعنی مجموعه بزرگی از قوانین تشکیل شده است که در آن برنامه ریزی شده اند. این مشخصات پروتکل نامیده می شوند. اجرای پروتکل های خاص اساساً بلاک چین را به آنچه هست یعنی یک پایگاه داده اطلاعاتی توزیع شده، نظیر به نظیر و ایمن تبدیل می کند.

پروتکل های بلاک چین اطمینان حاصل می کنند که شبکه به همان شکلی که توسط سازندگان آن در نظر گرفته شده است اجرا و اداره می شود، حتی اگر کاملاً مستقل باشد و توسط کسی کنترل نشود. در این بخش چند نمونه از پروتکل های اجرا شده در بلاک چین را معرفی می کنیم:

* اطلاعات ورودی برای هر شماره هش باید شامل شماره هش بلوک قبلی باشد.

* پاداش موفقیت در استخراج یا ماینینگ یک بلوک پس از سیلینگ یا مهر و موم شدن هر 210000 بلوک کاهش می یابد.

* به منظور حفظ مقدار زمان لازم برای استخراج یک بلوک در زمان تقریبی 10 دقیقه، دشواری استخراج در هر 2016 بلوک مجدداً محاسبه می شود.

اثبات کار (Proof of Work)

قرار دادن یک تراکنش در یک بلوک، نتیجه موفقیت آمیز اثبات چالش کاری نامیده می شود و توسط نودهای خاصی به نام ماینر انجام می گیرد.

اثبات کار سیستمی است که نیاز به انجام کار از سوی متقاضی خدمات دارد و معمولاً به معنای زمان پردازش توسط کامپیوتر می باشد. ایجاد یک اثبات کار فرایندی تصادفی با احتمال پایین است بنابراین معمولاً برای ایجاد یک اثبات کار معتبر به آزمایش و خطاهای زیادی نیاز است. در بیت کوین هش همان اثبات کار به حساب می آید.

استخراج یا ماینینگ چیست؟

ماینرهای موجود در یک بلاک چین نودهایی هستند که با حل مسائل اثبات کار بلوک تولید می کنند. چنانچه ماینری بلوکی را ایجاد کند بطوریکه توسط اجماع الکترونیکی نودها تأیید شود آنگاه ماینر با سکه پاداش می گیرد. از اکتبر 2017 به بعد ماینرهای بیت کوین در هر بلوک 5ر12 بیت کوین دریافت می کنند.

حتی اگر هزینه از طرف فرستنده اختیاری باشد، ماینرها همواره نقل و انتقالات با هزینه تراکنش بالاتر را در اولویت قرار می دهند
این پاداش نه تنها مشوقی برای ماینرها برای ادامه کار سخت افزاری خود است، بلکه آنها از این طریق پاداشی از راه اجرت یا هزینه های معامله ای که کاربران بیت کوین پرداخت می کنند بدست می آورند. در حال حاضر به دلیل آنکه حجم زیادی از تراکنش ها در شبکه بیت کوین اتفاق می افتد، هزینه های تراکنش ها سر به فلک کشیده است. حتی اگر هزینه از طرف فرستنده اختیاری باشد، ماینرها همواره نقل و انتقالات با هزینه تراکنش بالاتر را در اولویت قرار می دهند. بنابراین پردازش تراکنش شما ممکن است مدت زمان زیادی طول بکشد، مگر آنکه هزینه نسبتاً بالایی را متقبل شوید.

نکات مهم

1- در صورت در اختیار داشتن پول دیجیتالی، به کیف پول دیجیتال نیز نیاز خواهید داشت.

2- یک کیف پول، یک آدرس در بلاک چین به حساب می آید.

3- کیف پول یک کلید عمومی است.

4- شخصی که مایل به انجام تراکنش است باید همراه با تراکنشی که با کلید خصوصی خود امضا کرده است، پیامی را ارسال کند.

5- پیش از تأیید یک تراکنش، توسط هر نودی که به روشی الکترونیکی خاص رأی می دهد و متفاوت از انتخاباتی اکه که در اکثر کشورها جریان دارد این تراکنش مورد بررسی قرار می گیرد.

6- یک تراکنش به وسیله ماینرهایی که نودهای ویژه ای هستند در یک بلوک قرار می گیرد.

7- کامپیوترهای موجود در شبکه که بلاک چین را در اختیار دارند نود نامیده می شوند.

8- ماینرها در پاسخ به چالش های اثبات کار، تراکنش ها را در بلوک ها قرار می دهند.

9- پس از آنکه ماینرها موفق به «مهر و موم» کردن یک بلوک از تراکنش شدند، پاداش دریافت می کنند که در حال حاضر 5ر12 بیت کوین است.

10- تعامل با استفاده از قوانینی که در برنامه بلاک چین با نام پروتکل وضع شده است در بلاک چین انجام می شود.

11- رمزنگاری یا کریپتوکارنسی در بلاک چین ها برای خنثی کردن عمل سارقانی که تمایل به هک بلاک چین را دارند، ضروری است.

12- کلید های رمزنگاری شده توسط کلید سازها ساخته می شوند.

13- کلید سازها برای ایجاد کلیدها از عملیات ریاضی بسیار پیشرفته شامل اعداد اول استفاده می کنند.

14- شبکه توزیع شده نودهایی که باید به اتفاق نظر برسند، جعل و تقلب را در بلاک چین تقریباً غیر ممکن می سازد.

اصول بلاک چین

پایگاه داده توزیع شده

پایگاه داده همان بلاک چین است و هر نود موجود در بلاک چین به کل بلاک چین دسترسی دارد. هیچ نود یا کامپیوتری اطلاعات موجود در آن را تنظیم نمی کند. هر نود قادر به تأیید رکوردهای بلاک چین است. این کار تماماً بدون کنترل هیچ واسطه ای انجام می گیرد.

بلاک چین از نظر طراحی ساختار غیر متمرکز می باشد چرا که هیچ منبع خطایی وجود ندارد که بتواند موجب سقوط بلاک چین شود.

با این حال نودهای یک بلاک چین از نظر منطقی متمرکز هستند، زیرا کل بلاک چین یک شبکه توزیع شده است که عملیات خاصی که در آن برنامه ریزی شده اند را به اجرا می گذارد.

انتقال نظیر به نظیر (P2P)

همراستا با اصل اول، ارتباط و مبادله همواره به طور مستقیم بین همتایان و نه از طریق برخی از نودهای مرکزی رخ می دهد. اطلاعات مربوط به آنچه در بلاک چین اتفاق می افتد در هر نود ذخیره شده و سپس به نودهای مجاور منتقل می شود. به این ترتیب اطلاعات در کل شبکه پخش می شود.

علت غیر ممکن بودن تقلب در یک بلوک چیست؟

دلیل آنکه جعل و تقلب در یک بلوک تقریباً غیر ممکن می باشد آن است که تأیید بلوک به انضمام گنجاندن آن در بلاک چین بواسطه اجماع الکترونیکی نودها تعیین می شود. هزاران نود وجود دارد که در سراسر جهان پراکنده می باشند و در نتیجه جهت دستکاری در شبکه نیاز به کامپیوتری با قدرت غیر ممکن است.

منبع: cointelegraph