توقيع شنور

تعريف

توقيع شنور هو نظام توقيع رقمي ابتكره عالم الرياضيات وعالم التشفير الألماني كلاوس بيتر شنور، ويُعرف ببساطته الرياضية، وأمانه المُثبت، وخاصية الخطية الفريدة التي تُمكّن من تجميع التوقيعات المتعددة بكفاءة. في سياق تقنية البلوك تشين، أُضيفت توقيعات شنور إلى بيتكوين من خلال ترقية تابروت (BIP 340/341/342) التي فُعّلت في نوفمبر 2021، لتحل محل خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي (ECDSA) التي استخدمها بيتكوين منذ نشأته. يتمثل الابتكار الرئيسي لتوقيعات شنور لتطبيقات البلوك تشين في دعمها الأصلي لتجميع المفاتيح - حيث يُمكن دمج عدة مفاتيح عامة وتوقيعاتها المقابلة في زوج واحد من المفاتيح والتوقيعات لا يُمكن تمييزه عن معاملة توقيع فردي عادية. وهذا له آثار عميقة على الخصوصية، وقابلية التوسع، ووظائف العقود الذكية. تبدو محافظ التوقيعات المتعددة التي تستخدم شنور مُطابقة لمحافظ التوقيع الفردي على البلوك تشين، مما يُعزز الخصوصية. يُقلل حجم التوقيع المُدمج الأصغر من بيانات المعاملات، مما يُحسّن قابلية التوسع. بالإضافة إلى ذلك، تُتيح توقيعات شنور إمكانيات برمجة أكثر كفاءة ومرونة من خلال taproot ، الذي يستخدم بنية تُسمى MAST (أشجار البرمجة النصية البديلة المُدمجة مع شنور) للحفاظ على سرية شروط الإنفاق المعقدة ما لم يتم تنفيذها. ويستند الأساس الرياضي لتوقيعات شنور على مسألة اللوغاريتم المنفصل، وهو نفس الافتراض الذي يقوم عليه ECDSA، مما يضمن صلابة تشفيرية مُكافئة.

 الأصل والتاريخ

"تُعدّ توقيعات شنور أكثر أنظمة التوقيع الرقمي أناقةً، فخاصية الخطية فيها تجعلها متفوقةً بشكلٍ جوهريّ على بروتوكولات التشفير متعددة الأطراف." - بيتر ويل، مطوّر برنامج Bitcoin Core

 كيف تعمل هذه التقنية؟

"+—————————————————————+

| مخطط توقيع شنور | +—————————————————————+

+—————————————————————+ “`

 بعبارات بسيطة

1. توقيع شنور هو بمثابة نسخة أكثر أناقة من التوقيع الرقمي — يثبت ذلك أنك أذنت بإجراء معاملة دون الكشف عن هويتك مفتاح خاص، ولكنه يفعل ذلك باستخدام حسابات رياضية أبسط وتوقيع أصغر من طريقة ECDSA السابقة التي استخدمها بيتكوين.
2. تُعتبر الخدعة السحرية إضافة مميزة إذا احتاج كل من أليس وبوب إلى توقيع معاملة (توقيع متعدد)، يسمح شنور بدمج توقيعيهما رياضياً في توقيع واحد يبدو تماماً كأي توقيع آخر. أما مع خوارزمية ECDSA، فكان يجب تضمين كل توقيع على حدة.
3. هذا يحسن الخصوصية بشكل كبير — على سلسلة كتل بيتكوين، شنور متعدد توقيع تبدو المعاملة مطابقة تماماً للمعاملات العادية التي يوقعها شخص واحد. لا يمكن لأحد معرفة ما إذا كان شخص واحد أو خمسون شخصاً قد وقعوا على المعاملة، مما يعزز الخصوصية لجميع المشاركين.
4. فهو يوفر المساحة ويقلل الرسوم نظرًا لدمج التوقيعات المتعددة في توقيع واحد، فإن معاملات Schnorr متعددة التوقيعات تشغل مساحة أقل في الكتلة مقارنةً بمعاملات ECDSA متعددة التوقيعات. مساحة أقل تعني رسوم معاملات أقل للمستخدمين، وعدد معاملات أكبر لكل كتلة للشبكة.
5. يجمع تابروت كل ذلك معًا — يجمع تحديث Taproot الخاص بـ Bitcoin بين توقيعات Schnorr و MAST (أشجار النصوص البديلة Merkelized) لتمكين شروط الإنفاق المعقدة (مثل الأقفال الزمنية أو التوقيعات المتعددة أو الضمان) التي تظل خاصة تمامًا ما لم يتم اتخاذ مسار غير قياسي.

 أمثلة من العالم الحقيقي

المزايا

العيوب والمخاطر

نصائح لإدارة المخاطر:

• استخدم دائمًا محافظ الأجهزة أو البرامج التي خضعت لتدقيق جيد والتي تُنفذ بشكل صحيح عملية توليد أرقام عشوائية (nonce) لتوقيع Schnorr
• عند المشاركة في بروتوكولات Schnorr متعددة الأطراف (MuSig2)، تأكد من أن جميع الأطراف تتبع بروتوكول الالتزام الصحيح بالقيمة العشوائية (nonce).
• قم بترقية المحافظ إلى إصدارات متوافقة مع Taproot للاستفادة من مزايا الخصوصية والكفاءة التي توفرها Schnorr
• راقب بيئة بيتكوين بحثًا عن أفضل الممارسات التي اتبعتها شركة Schnorr/Taproot مع تطور التكنولوجيا.
• يجب أن ندرك أن شنور لا يغير نموذج الأمان الأساسي لبيتكوين، بل يعززه ضمن نفس الافتراضات التشفيرية.

 الأسئلة الشائعة

س: لماذا لم تستخدم عملة البيتكوين توقيعات شنور منذ البداية؟

ج: عندما صمّم ساتوشي ناكاموتو بيتكوين عام ٢٠٠٨، كانت خوارزمية توقيع شنور لا تزال خاضعة لبراءة اختراع (براءة الاختراع الأمريكية رقم ٤,٩٩٥,٠٨٢، تاريخ الإيداع ١٩٨٩). ورغم انتهاء صلاحية براءة الاختراع عام ٢٠٠٨، كانت خوارزمية ECDSA هي المعيار المعتمد والمتاح مجانًا مع دعم واسع النطاق للتطبيق. اختار ساتوشي خوارزمية ECDSA لتجنب أي تعقيدات محتملة تتعلق ببراءة الاختراع، ولأنها كانت مُطبقة بالفعل على نطاق واسع في مكتبات التشفير.

س: ما هو MuSig2 وكيف يرتبط بـ Schnorr؟

ج: MuSig2 هو بروتوكول توقيع متعدد الجولات مبني على توقيعات شنور، طوّره جوناس نيك، وتيم رافينغ، ويانيك سورين. يسمح هذا البروتوكول لأطراف متعددة بإنتاج توقيع شنور واحد بشكل تعاوني، وهو توقيع لا يمكن تمييزه عن توقيع فردي عادي. وقد حسّن MuSig2 بروتوكول MuSig الأصلي بتقليل جولات الاتصال المطلوبة من ثلاث إلى اثنتين، مما يجعله أكثر عملية للتطبيقات الواقعية.

س: هل يجعل برنامج شنور البيتكوين أكثر خصوصية؟

ج: نعم، بشكل ملحوظ. مع تجميع مفاتيح Schnorr عبر Taproot، تظهر محافظ التوقيعات المتعددة، ومعاملات CoinJoin، وعمليات قناة Lightning، والعقود الذكية المعقدة جميعها كمعاملات توقيع واحد بسيطة على سلسلة الكتل. هذا يجعل من الصعب على شركات تحليل السلسلة التمييز بين أنواع المعاملات المختلفة، مما يُحسّن خصوصية جميع مستخدمي بيتكوين.

س: هل توقيعات شنور أكثر أمانًا من توقيعات ECDSA؟

ج: تُعتبر توقيعات شنور آمنة على الأقل مثل خوارزمية ECDSA، بل وربما أكثر أمانًا. تمتلك شنور برهانًا أمنيًا رسميًا في نموذج أوراكل العشوائي، يُظهر أن اختراق توقيعات شنور لا يقل صعوبة عن حل مسألة اللوغاريتم المنفصل. تفتقر خوارزمية ECDSA إلى برهان أمني واضح مماثل. إضافةً إلى ذلك، فإن توقيعات شنور غير قابلة للتلاعب، مما يُلغي فئة من الهجمات التي أثرت على معاملات بيتكوين باستخدام خوارزمية ECDSA.

س: هل تستطيع توقيعات شنور مقاومة هجمات الحوسبة الكمومية؟

ج: لا. مثل خوارزمية ECDSA، تعتمد توقيعات شنور على مسألة اللوغاريتم المنفصل للمنحنى الإهليلجي، وهي عرضة لخوارزمية شور على حاسوب كمومي ذي قدرة كافية. سيتعين استبدال كلا نظامي التوقيع ببدائل ما بعد الكموم إذا أصبحت الحواسيب الكمومية واسعة النطاق عملية. هذا مجال بحث نشط في أوساط مجتمع التشفير بأكمله.

مصادر

• BIP 340: توقيعات شنور لـ secp256k1 — github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0340.mediawiki
• شنور، سي بي "توليد التوقيعات بكفاءة بواسطة البطاقات الذكية" - مجلة علم التشفير، 1991
• Bitcoin Optech — bitcoinops.org (موارد Taproot/Schnorr)
• إتقان استخدام البيتكوين بقلم أندرياس م. أنتونوبولوس
• بلوكستريم ريسيرش - مواصفات بروتوكول MuSig2

نصيحة من UPay: إذا كنت تمتلك عملة بيتكوين، فقم بترقية محفظتك إلى محفظة تدعم توقيعات Taproot وSchnorr. باستخدام عناوين Taproot (التي تبدأ بـ 'bc1p')، ستستفيد تلقائيًا من تحسين الخصوصية، وخفض رسوم المعاملات، وأحدث نظام توقيع تشفيري متوفر على شبكة بيتكوين. كما أن كل معاملة Taproot تُجريها تُساهم في دعم منظومة بيتكوين بشكل عام من خلال تعزيز مستوى إخفاء الهوية لجميع مستخدمي Taproot.

تنويه: هذا المحتوى لأغراض تعليمية فقط ولا يُعدّ نصيحة مالية. يُرجى إجراء بحثك الخاص واستشارة مستشارين ماليين مؤهلين قبل اتخاذ أي قرارات استثمارية.

يو باي - إنشاء موسوعة العملات المشفرة