بلاک چینفناوری بلاک چین به عنوان یکی از نوآوری‌های بزرگ در دنیای فناوری اطلاعات و ارتباطات در دهه‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، به طور ساده و روان به مفهوم بلاک‌چین، کاربرد و ویژگی‌های آن پرداخته شده است.
بلاک‌چین در واقع، یک زنجیره از بلاک‌هایی است که با یکدیگر در ارتباط هستند و تاریخچه تمام تراکنش‌های انجام شده را ثبت و نگهداری می‌کنند.
تاریخچه بلاک‌چین به سال ۱۹۹۱ بازمی‌گردد، زمانی که استوارت هابر (Stuart Haber) و دبلیو اسکات استورنتا (W. Scott Stornetta) ایده‌های اصلی برای آنچه امروزه به عنوان فناوری بلاک‌چین شناخته می‌شوند را مطرح کردند. در آغاز، تمرکز اصلی آن‌ها بر ایجاد یک زنجیره از بلاک‌های امن و رمزنگاری‌شده بود تا کسی نتواند برچسب زمانی اسناد موجود در آن‌ها را تغییر دهد. سال بعد، با اضافه کردن درخت مرکل، کارایی شبکه را بهبود دادند و امکان جمع‌آوری اطلاعات بیشتر در یک بلاک ممکن شد.
با این حال، تاریخچه واقعی و مهمترین بخش از تاریخچه بلاک‌چین به سال ۲۰۰۸ و بعد از آن بازمی‌گردد، زمانی که یک فرد یا گروه ناشناس به نام ساتوشی ناکاموتو وارد عمل شدند. ساتوشی ناکاموتو، مغز متفکر پشت فناوری بلاک‌چین، در سال ۲۰۰۹ وایت‌پیپری منتشر کرد که در آن، جزئیاتی درباره نحوه استفاده از این فناوری به عنوان یک ابزار برای افزایش اعتماد دیجیتال ارائه داد. او توضیح داد که بلاک‌چین، غیرمتمرکز بوده و معاملات را به صورت همتابه‌همتا ممکن می‌کند.
تکامل بلاک‌چین پس از عرضه شبکه‌های اتریوم و بیت کوین نیز هنوز ادامه دارد؛ در سال‌های اخیر، تعدادی از پروژه‌ها با بهره‌گیری از قابلیت‌های حداکثری فناوری بلاک‌چین، سعی دارند با ارائه ویژگی‌های جدید و بهبود‌های امنیتی، مشکلات موجود در بیت کوین و اتریوم را حل کنند.
کاربردهای فناوری بلاک‌چین در حوزه‌های مختلف باعث افزایش اهمیت آن شده است؛ برخی از این کاربردها عبارتند از: امکان فراهم کردن یک سیستم رای‌گیری شفاف، انتقال ارزهای دیجیتال، ذخیره‌سازی و نگهداری داده‌ها، اینترنت اشیاء (IoT)، توسعه و اجرای برنامه‌های کاربردی بدون نیاز به واسطه.
علاوه بر این، بلاک‌چین نسبت به سیستم‌های سنتی، نیازمند قدرت پردازشی بالاتری است؛ با پیشرفت تکنولوژی و با روی کار آمدن رایانه‌های مدرن، این امکان را فراهم آورده تا از بلاک‌چین به شکل گسترده‌تری استفاده شود. بلاک‌چین با ارائه قابلیت‌های نوین در زمینه بانکداری، مانند امکان وام‌دهی در شبکه‌های رمزنگاری‌شده، به کاهش وابستگی به سیستم‌های مالی سنتی و دولتی کمک می‌کند.
بیت‌کوین و سایر ارزهای دیجیتال که بر پایه بلاک‌چین ابداع شده‌اند، به عنوان عوامل اصلی در افزایش محبوبیت و کاربرد این فناوری به شمار می‌روند. بلاک‌چین به دلیل نقش کلیدی در ایجاد سیستم‌های مالی غیرمتمرکز و امن مورد توجه قرار گرفته است.
برای درک عملکرد بلاک‌چین، باید با مفاهیم اصلی آن، از جمله بلاک، نود (گره)، ماینر و همچنین مفاهیم مرتبط مانند تابع هش، نانس و الگوریتم اجماع آشنا شویم.
بلاک‌ها: هر زنجیره بلاکچینی از چندین بلاک متصل به هم تشکیل می‌شود. بلاک‌ها اطلاعات را جمع‌آوری کرده و بعد از پر شدن هر بلاک، به بلاک‌های قبلی متصل می‌شوند.
نودها: نودها، کامپیوترها یا سرورهایی هستند که بخشی از شبکه بلاک‌چین را تشکیل می‌دهند. آن‌ها تراکنش‌ها و بلاک‌ها را تایید می‌کنند و اطلاعات بلاک‌چین را در اختیار دارند. هر بلاک تا جایی که ظرفیت دارد (۱ مگابایت) با تراکنش‌های جدید پر می‌شود. وقتی یک بلاک پر شد، به بلاک چین اضافه می‌شود و نودها کار روی بلاک بعدی را آغاز خواهند کرد.
ماینرها: ماینرها، سیستم‌هایی هستند که وظیفه حل یک مسئله ریاضی پیچیده را دارند و به تایید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید می‌پردازند.
تابع هش: تابع هش، یک محاسبه رمزی است که داده‌ها را به یک مقدار هش (هش کد) تبدیل می‌کند.
نانس یا عدد تصادفی: نانس یک مقدار عددی است که ماینرها به تراکنش‌ها اضافه می‌کنند تا هش بلاک، حاصل برقراری یک شرط خاص باشد.
الگوریتم اجماع: الگوریتم اجماع، مکانیزمی است که تعیین می‌کند کدام نودها می‌توانند بلاک‌های جدید را ایجاد کرده و به زنجیره اضافه کنند. این الگوریتم تضمین می‌کند که تغییرات در بلاک‌چین فقط با اجماع اکثریت شبکه انجام شود.
فرایند معامله در شبکه‌های بلاک‌چین یک روند پیچیده و امن است که از چند مرحله کلیدی تشکیل می‌شود. این فرآیند به تضمین امنیت، شفافیت و تغییرناپذیری داده‌ها در شبکه بلاک‌چین کمک می‌کند. در ادامه، مراحل اصلی یک معامله در شبکه بلاک‌چین را بررسی می‌کنیم:
ایجاد تراکنش: فرستنده که قصد انجام تراکنشی را دارد، مثلاً ارسال واحدی از ارز دیجیتال به کاربر دیگری، جزئیات تراکنش شامل مقدار ارز دیجیتال و آدرس کیف پول گیرنده را وارد می‌کند.
امضای دیجیتالی: فرستنده با استفاده از کلید خصوصی خود، تراکنش را امضا می‌کند. این امضای دیجیتالی نشان‌دهنده این است که تراکنش توسط فرستنده ایجاد شده است.
ارسال تراکنش به شبکه: سپس تراکنش برای بررسی و تأیید توسط نودهای شبکه به بلاک‌چین ارسال می‌شود.
تایید و استخراج: نودها تراکنش‌های دریافتی را بررسی و تایید می‌کنند. در این مرحله، از جمله بررسی‌ها می‌توان به صحت امضای دیجیتالی و وجود موجودی کافی اشاره کرد. تراکنش‌های تایید شده در یک بلاک جدید قرار می‌گیرند.
اضافه شدن بلاک جدید به بلاک‌چین: پس از اینکه بلاک توسط ماینرها (در شبکه‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات کار) یا ولیدیتورها (در شبکه‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات سهام) تأیید شد، به بلاک‌چین اضافه می‌شود. تمام نودهای شبکه دفتر کل خود را با اضافه کردن بلاک جدید که حاوی تراکنش‌های مورد نظر است، به‌روزرسانی می‌کنند.
تأیید نهایی: پس از افزوده شدن بلاک به بلاک‌چین و با به‌روزرسانی دفتر کل، تراکنش به عنوان «تأیید شده» شناخته شده و ارز دیجیتال به آدرس گیرنده می‌رسد که در کیف پول وی قابل مشاهده است.
فناوری بلاک‌چین با توجه به دسترسی و مشارکت در شبکه به چندین دسته تقسیم می‌شود که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند.
بلاک‌چین‌های عمومی کاملاً غیرمتمرکز هستند و به هر کسی اجازه می‌دهند تا در فرایند اعتبارسنجی تراکنش‌ها مشارکت و آزادانه به داده‌ها دسترسی داشته باشد. بیت‌کوین و اتریوم از جمله مشهورترین مثال‌های بلاک‌چین عمومی هستند. اطلاعات تراکنش‌ها در این نوع بلاک چین‌ها، قابل ردیابی است و همگان می‌توانند به آن‌ها درسترسی داشته باشند.
در بلاک‌چین‌های خصوصی، تنها یک سازمان یا گروه مشخصی به شبکه دسترسی و کنترل دارند. این نوع شبکه برای کاربردهای سازمانی که نیاز به حفظ حریم خصوصی و امنیت بالا نسبت به برخی داده‌های محرمانه دارند، مناسب است.
بلاک‌چین‌های کنسرسیومی، نوعی از فناوری بلاک‌چین هستند که به صورت نیمه‌خصوصی عمل می‌کنند. این بلاک‌چین‌ها به دنبال تعادل بین شفافیت و حریم خصوصی و تا حدودی غیرمتمرکز هستند. در بلاک چین‌های کنسرسیومی، گروهی از سازمان‌ها و نهادهای مالی در حکمرانی و مدیریت شبکه همکاری می‌کنند و هر کدام بلاک چین خصوصی خودشان را دارند. فرایند اجماع در این نوع بلاک چین‌ها توسط مجموعه‌ای نودهای از قبل تعیین شده، کنترل می‌شود.
بلاک‌چین هیبریدی تلاش می‌کند تا بهترین ویژگی‌های بلاک‌چین‌های عمومی و خصوصی را با هم ترکیب کند. این شبکه‌ها امکان ارائه دسترسی عمومی به برخی داده‌ها و همزمان حفاظت از اطلاعات حساس را فراهم می‌آورد.
امنیت در شبکه‌های بلاکچینی، از اصلی‌ترین ویژگی‌هایی است که این فناوری را به ابزاری قدرتمند برای ایجاد اعتماد و شفافیت در معاملات دیجیتال تبدیل کرده است. در بلاک‌چین هر بلاک جدید در انتهای زنجیره اضافه می‌شوند و بلاک‌های قبلی را غیر قابل تغییر می‌سازد. اما چطور؟
فرایند هشینگ یا هش کردن، نقش مهمی در تامین امنیت و اعتبارسنجی کل زنجیره بلاک‌ها دارد. تابع هش، یک تابع ریاضی یک طرفه است که داده‌ها را دریافت و یک خروجی با طول ثابت ارائه می‌دهد. کوچکترین تغییری در داده ورودی تابع هش، یک خروجی کاملا متفاوت را ارائه اطلاعات هر بلاک به علاوه هش بلاک قبل از آن در تابع هش قرار داده شده و از آن هش گرفته می‌شود. به همین ترتیب، هش هر بلاک در هش تمام بلاک‌های بعد از خود تاثیر می‌گذارد. بنابراین تغییر در هر بخش بلاک، هش مربوطه را تغییر داده و تمام زنجیره (هش تمام بلاک‌های بعدی) را تحت تأثیر قرار می‌دهد. سایر عناصر امنیتی در بلاک‌چین شامل استفاده از کلیدهای خصوصی و عمومی و الگوریتم‌های رمزنگاری پیچیده است که در ادامه به معرفی برخی از آن‌ها پرداخته شده است.
کلید خصوصی یک رشته داده منحصربه‌فرد و محرمانه است که به کاربر اختصاص داده می‌شود و در امنیت دیجیتالی او نقش دارد. این کلید برای امضای دیجیتال تراکنش‌ها و به عنوان اثباتی از مالکیت دارایی‌های دیجیتالی و تایید هویت کاربر عمل می‌کند.
کلید عمومی از کلید خصوصی متناظر با آن مشتق شده است و می‌تواند به طور عمومی به اشتراک گذاشته شود . کلید عمومی به نودها این امکان را می‌دهد تا صحت یک تراکنش و هویت فرد تراکنش کننده را از طریق رمزگشایی امضای دیجیتال تایید کنند. در محیط بلاک‌چین، کلیدهای خصوصی و عمومی یک فرایند رمزنگاری هستند که به ایجاد یک سیستم امن برای انجام تراکنش‌ها کمک می‌کنند. ترکیب این دو کلید اطمینان حاصل می‌کند که تراکنش‌ها نه تنها تأیید و امضا شده‌اند، بلکه بدون آنکه هویت کاربران را فاش سازند، قابل ردیابی و شفاف نیز هستند. لازم است بندانید که آدرس عمومی، نسخه هش شده و کوتاه شده کلید عمومی است.
در شبکه‌های بلاکچینی که از الگوریتم اثبات کار استفاده می‌کنند، ماینرها مسئولیت حل یک مسئله ریاضی پیچیده در فرآیند استخراج بلاک‌ها را بر عهده دارند. این مسئله بسیار دشوار و زمان‌بر است و ماینرها برای پیدا کردن جواب مناسب باید از دستگاه‌های خاصی با توان محاسباتی بالا استفاده کنند.
هنگامی که یک ماینر موفق به حل مسئله ریاضی و پیدا کردن عدد نانس مناسب می‌شود، بلاک جدیدی را ایجاد می‌کند و به زنجیره اضافه می‌شود. سپس سایر نودها این تغییرات را تایید کرده و پاداش ماینر برای کار انجام‌شده تعیین می‌شود. این الگوریتم با ایجاد یک فرآیند محاسباتی پیچیده، اطمینان حاصل می‌کند که تغییر دادن تاریخچه بلاک‌چین عملاً غیرممکن است.
با توجه به نگرانی‌های مربوط به مصرف انرژی در الگوریتم اثبات کار، اثبات سهام به عنوان جایگزینی کارآمدتر مطرح شده است. در شبکه‌هایی که از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کنند، نیازی به انجام کار محاسباتی نیست. اثبات سهام، بدان معناست که اعضا (اعتبارسنج یا ولیدیتور) با قفل کردن (استیک کردن) ارزهای بومی شبکه به عنوان یک وثیقه، قابل اعتماد بودن خود را اثبات می‌کنند و به تایید تراکنش‌ها می‌پردازند. این الگوریتم توانایی تولید بلاک‌ها با فاصله زمانی یا سرعت منظم‌تری را دارد و از مصرف انرژی بسیار کمتری نسبت به اثبات کار برخوردار است.
تکنولوژی بلاک‌چین توسط یک شبکه از نودها (Nodes) مدیریت می‌شود و هیچ فرد یا نهادی قدرت انحصاری در اختیار ندارد. هر بلاک‌چین دارای یک الگوریتم اجماع است که به کلیه نودهای شبکه کمک می‌کند تا بر روی تغییرات و تصمیم‌گیری‌های مشترک متفق شوند. این اجماع تضمین می‌کند که تغییرات در بلاک‌چین تنها با رای اکثریت تایید شوند و اعتماد به شبکه حفظ شود.
بلاک‌چین دارای دفتر کل عمومی است که اطلاعات تراکنش‌ها و داده‌ها را در اختیار عموم قرار می‌دهد. این اطلاعات در تمام شبکه بلاک‌چین قابل دسترسی و مشاهده است و هیچ چیز از کسی پنهان نمی‌ماند. این ویژگی شفافیت و امکان بررسی داده‌ها را تضمین می‌کند.
مکانیسم بلاک‌چین طوری است که وقتی بلاک‌های جدید به دفتر کل اضافه می‌شوند، دیگر کسی نمی‌تواند به عقب برگردد و آن را دستکاری، حذف یا ویرایش کند. بلاک‌چین به گونه‌ای طراحی شده است که هرگونه تغییر، حذف یا ویرایش در داده‌ها بعد از ثبت تقریبا غیرممکن است. این ویژگی امنیت بالایی را فراهم می‌کند و اطلاعات در جریان تراکنش‌ها به صورت شفاف قابل مشاهده هستند. همچنین، بلاک‌چین با استفاده از رمزنگاری، از داده‌ها و تراکنش‌ها در مقابل تهدیدهای امنیتی محافظت می‌کند.
بلاک‌چین، با وجود مزایای فراوانی که دارد، با چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز روبرو است. در این بخش، به بررسی برخی از مشکلات و محدودیت‌های کلیدی فناوری بلاک‌چین می‌پردازیم.
مقیاس‌پذیری یکی از چالش‌های اساسی در حوزه بلاک‌چین است و به توانایی یک بلاک‌چین برای پردازش تعداد بیشتری از تراکنش‌ها در واحد زمان اشاره دارد. واحد زمان برای این معیار، معمولا با ثانیه تعیین می‌شود. برای مثال، شبکه بیت‌کوین در حال حاضر تنها قادر به پردازش حدود ۷ تراکنش در هر ثانیه است. این نرخ پردازش بسیار پایین‌تر از شبکه‌های متمرکزی مانند ویزا است که تا ۶۵٬۰۰۰ تراکنش در ثانیه را پشتیبانی می‌کنند.
برای برطرف کردن این چالش و افزایش مقیاس‌پذیری بلاک‌چین‌ها، راهکارهای مختلفی ارائه شده است. این راهکارها شامل بهبود عملکرد شبکه و ایجاد تکنولوژی‌های لایه دو مانند لایتنینگ و شاردینگ می‌شوند.
همچنین در بعضی موارد، تغییر اندازه بلاک به عنوان یک راهکار مهم در جهت بهبود مقیاس‌پذیری بلاک‌چین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تغییرات به بلاک‌چین‌ها اجازه می‌دهند تا تعداد بیشتری از تراکنش‌ها را در هر بلاک پردازش کنند و به این ترتیب نرخ TPS را افزایش دهند.
الگوریتم اثبات کار مورد استفاده در برخی از شبکه‌های بلاک‌چین، هزینه محاسباتی زیادی در بر دارد و منجربه مصرف مقدار زیادی انرژی می‌شود. این مسئله همچنین باعث ایجاد نگرانی‌های محیط زیستی شده است. البته، جایگزینی این الگوریتم اجماع با الگوریتم‌های اجماع مؤثرتر و کم‌مصرف‌تر مانند اثبات سهام (PoS)، به طور قابل توجهی سبب کاهش مصرف انرژی شبکه شده است.
وجود نهادهای نظارتی و قوانین مختلف در کشورهای گوناگون برای فناوری بلاک‌چین چالش‌برانگیز شده است. تعیین مقررات مربوط به حریم خصوصی، امنیت، و استفاده قانونی از بلاک‌چین هنوز در مراحل اولیه بوده و می‌تواند برای توسعه‌دهندگان و کاربران در هاله‌ای از ابهام قرار داشته باشد.
یک آسیب‌پذیری بنیادین در بلاک‌چین‌ها، احتمال وقوع حمله 51 درصدی است. این حمله، زمانی رخ می‌دهد که گروهی از ماینرها با در اختیار داشتن بیش از 51 درصد از هش ریت شبکه، کنترل شبکه را در دست می‌گیرند و اقدامات مخرب انجام می‌دهند. ساتوشی ناکاموتو (خالق بیت‌کوین) از همان ابتدای امر، به این آسیب‌پذیری امنیتی اشاره کرده است.
ماهیت شبه ناشناس بودن بلاک‌چین، ضمن افزایش امنیت و حفظ حریم خصوصی کاربران، امکان انجام معاملات و فعالیت‌های غیرقانونی را نیز تسهیل می‌کند. این امر به افراد اجازه می‌دهد تا کالاها و خدمات غیرقانونی را در فضای مجازی تهاتر کنند و انتقال‌های مالی خود را با استفاده از ارزهای دیجیتال انجام دهند.
فناوری بلاک‌چین از تلفیق چندین فناوری پیشرفته بهره می‌برد که اطلاعات را درون یک دفتر کل توزیع شده (DLT) ذخیره می‌کند. این دفتر کل توزیع شده کلیدی برای ثبت و تأیید تراکنش‌ها در سراسر شبکه می‌باشد و بلاک‌چین با بهره‌گیری از یک ساختار لایه‌ای، پشتیبانی و تسهیل این روند را ممکن می‌سازد. برای معرفیلایه های بلاک چین می‌توان به پنج لایه اصلی اشاره کرد:
در این مطلب، به بررسی فناوری بلاک‌چین و کاربردهای آن پرداختیم. شبکه‌های بلاک‌چین با استفاده از یک کامپیوتر و اتصال به اینترنت قابل دسترسی هستند. هرچه تعداد نودهای شرکت‌کننده در بلاک‌چین بیشتر باشد، امنیت آن نیز بهبود می‌یابد و نگرانی‌های امنیتی کمتری وجود دارد. بلاک‌چین دارای پتانسیل بسیار بالایی است و می‌تواند در جهان واقعی کاربردهای بی‌شماری داشته باشد.
شیما یزدانی نویسنده محتوا و معامله‌گر (تریدر) در زمینه ارزهای دیجیتال هستم. دارای مدرک دکتری مکانیک (گرایش تبدیل انرژی) از دانشگاه حکیم سبزواری و 4 سال سابقه در امر ...
