شهدت تقنية Blockchain نموًا هائلاً في الآونة الأخيرة، مما يسهل التطبيقات الثورية عبر الصناعات.
أحد الجوانب الرئيسية التي غالبًا ما يتم اعتبارها أمرًا مفروغًا منه هو الدور الحاسم لوظائف التجزئة التشفيرية في تمكين خصائص الأمان الأساسية لسلسلة الكتل.
تشكل وظائف التجزئة الأساس الذي يتم بناء نظام blockchain بأكمله عليه - فبدون وظائفها، لن تكون طبيعة blockchain اللامركزية التي لا تعتمد على الثقة ممكنة.
ستستكشف هذه المقالة كيفية عمل وظائف التجزئة وأهميتها الحيوية لأمان blockchain.
ولكن أولاً، ما هي دالة التجزئة التشفيرية على وجه التحديد؟
ما هي دالة التجزئة التشفيرية؟
دالة التجزئة التشفيرية هي خوارزمية تقوم بربط البيانات ذات الحجم التعسفي بسلسلة بتات ذات حجم ثابت.
تُمثل سلسلة البتات هذه، وهي قيمة تجزئة أو مُلخص، بيانات الإدخال. تتميز دوال التجزئة بأربع خصائص رئيسية تجعلها مفيدة لسلاسل الكتل:
سهلة الحساب
من السهل حساب قيمة التجزئة لأي بيانات إدخال مُحددة. ومع ذلك، من غير الممكن رياضيًا استخلاص بيانات الإدخال الأصلية من قيمة التجزئة وحدها.
توزيع موحد
تظهر قيم التجزئة عشوائيًا وفريدة حتى مع التغييرات الطفيفة في بيانات الإدخال. لا توجد أنماط يمكن للمهاجم استغلالها.
وظيفة أحادية الاتجاه
من غير الممكن حسابيًا العثور على مدخلين مختلفين ينتجان نفس قيمة التجزئة أو إعادة بناء بيانات الإدخال الأصلية من قيمة التجزئة الخاصة بها.
حساب سريع
تم تصميم وظائف التجزئة لتكون سريعة وفعالة للغاية في الحوسبة، حتى بالنسبة لكميات كبيرة من البيانات، بحيث يمكن توسيع نطاقها لشبكات blockchain.
تشمل دوال التجزئة التشفيرية الشائعة الاستخدام في سلاسل الكتل SHA-256 وRIPEMD-160 وKeccak. تضمن خصائصها سلامة بيانات سلاسل الكتل وأمانها بطرق مهمة متعددة.
إذن، كيف تُعزز دوال التجزئة أمن سلسلة الكتل؟ إليك بعض الطرق الرئيسية:
الحفاظ على سلامة البيانات من خلال التجزئات
في blockchain، تحتوي كل معاملة على معلومات مثل المرسل والمستلم والمبلغ الذي يتم التعامل معه.
يتم تجزئة بيانات المعاملة هذه باستخدام وظيفة تشفير لإنتاج معرف معاملة فريد، يُعرف باسم تجزئة المعاملة.
يتم بعد ذلك تجميع المعاملات المتعددة في كتلة وبيانات أخرى مثل تجزئة الكتلة السابقة.
يتم بعد ذلك تجزئة بيانات الكتلة لإنتاج تجزئة الكتلة، والتي تشكل هوية الكتلة على السلسلة.
بسبب خصائص التوزيع أحادي الاتجاه والموحد، فإن أي تغيير في بيانات المعاملة أو الكتلة، حتى لو كان بت واحد فقط، سيؤدي إلى قيمة تجزئة مختلفة تمامًا.
يمكن للعُقد الأخرى على الشبكة التحقق بسهولة من سلامة الكتلة بإعادة حساب قيمة التجزئة الخاصة بها من بيانات الكتلة. إذا تطابقت قيم التجزئة، فهذا يُثبت عدم تعديل أو تلاعب محتويات الكتلة منذ إضافتها إلى السلسلة.
إن محاولة تعديل معاملة واحدة من شأنها أن تؤدي إلى فشل التحقق من التجزئة وإبطال الكتلة بأكملها.
توفر آلية التجزئة هذه ضمانات سلامة البيانات دون الحاجة إلى سلطة مركزية.
تتوصل العُقد إلى توافق في الآراء بشأن سلسلة الكتل الصالحة بقبول الكتل التي تستوفي تجزئاتها معايير صعوبة الشبكة فقط. أما العُقد الصادقة، فترفض وتتجاهل أي كتل غير صالحة أو تالفة أو معدلة.
منع الإنفاق المزدوج من خلال التجزئة
بالإضافة إلى سلامة البيانات، تساعد وظائف التجزئة سلاسل الكتل على منع الإنفاق المزدوج - لا يمكن إنفاق نفس الأصول الرقمية أكثر من مرة.
عندما يبدأ المستخدم معاملة، يجب أن تشير المدخلات إلى مخرجات المعاملات غير المنفقة من المعاملات السابقة.
تتضمن المدخلات تجزئات المعاملات الناتجة المشار إليها وبيانات التوقيع التي تثبت الملكية.
تُضمَّن المعاملة الجديدة بعد ذلك في كتلة، وتُعَدُّ المخرجات المرجعية مُنفَقَدة. وتُسجَّل المعاملات التي تحتويها بشكل دائم على سلسلة الكتل الثابتة.
تعني الخاصية أحادية الاتجاه للتجزئات أنه من المستحيل عمليًا على المهاجم أن يحسب معاملات مختلفة تجزئ إلى نفس إخراج المعاملة.
يؤدي هذا إلى إبطال أي محاولات إنفاق مزدوجة، حيث يمكن للعقد ببساطة التحقق من عدم إنفاق المدخلات مسبقًا على السلسلة.
تضمن التجزئات إمكانية المطالبة بكل ناتج معاملة فريد مرة واحدة فقط، مما يحافظ على ندرة الأصول الرقمية وسلامتها.
تأمين البلوكشين من خلال الأدلة
تستخدم تقنية البلوكشين أدلة تشفير مبنية حول وظائف التجزئة لتحقيق نموذج الثقة والأمان اللامركزي.
يستخدم نظام إثبات العمل (PoW) مثل البيتكوين فكرة التجزئة النقدية - يتنافس المعدنون ليكونوا أول من يجد قيمة nonce التي، عند دمجها مع بيانات الكتلة وتجزئتها، تلبي صعوبة هدف التجزئة للشبكة.
يتطلب هذا موارد حاسوبية هائلة لتجزئة الكتلة مليارات المرات باستخدام أرقام عشوائية مختلفة حتى يتم العثور على تجزئة صحيحة. وهذا يُثبت أن العمل قد بُذل لإنشاء الكتلة.
يتم تعديل الصعوبة لاستهداف كتلة جديدة كل 10 دقائق، مما يجعل إنشاء الكتلة متوقعًا ولكن من الصعب تزييفه.
تخطط سلاسل الكتل الأخرى، مثل إيثيريوم، للانتقال إلى نموذج إثبات الحصة (PoS)، حيث يقوم المدققون بوضع الأموال وتجميدها للتحقق من صحة الكتل الجديدة.
في إثبات الحصة (PoS)، يجب على المُصدِّقين تقديم دليل تشفيري، مثل توقيع مقترح الكتلة بمفتاح سري حديث. يتم التحقق من الدليل من خلال المفتاح العام للمُصدِّق لضمان كونهم جهات معنية شرعية.
تدعم دوال التجزئة هذه البراهين بضمان عدم إمكانية تعديل رؤوس الكتل والمعاملات والبيانات الأخرى دون إبطال الإثبات. كما أنها تضمن عملية الإجماع والتحقق في صميم شبكات البلوك تشين اللامركزية.
تأمين مفاتيح التشفير من خلال التجزئات
بالإضافة إلى تأمين بيانات blockchain، يتم استخدام وظائف التجزئة أيضًا لتأمين مفاتيح التشفير الخاصة.
عند إنشاء مفتاح خاص جديد ، يتم دمجه مع قيمة ملح عشوائية ويتم تجزئته عدة مرات باستخدام خوارزمية مثل PBKDF2.
إن توسيع نطاق المفتاح بهذه الطريقة يزيد بشكل كبير من صعوبة قدرة المهاجمين على تخمين كلمات مرور المستخدمين أو اكتشاف المفاتيح الخاصة. ويضمن ذلك استحالة استرداد المفاتيح بسهولة حتى في حال اعتراض القيم المُجزأة.
كما تجمع توقيعات HMAC أيضًا بين مفتاح تشفير ومحتوى رسالة مجزأة للتحقق من سلامة الرسالة وأصالتها.
تُشتق عناوين بلوكتشين أيضًا من خلال التجزئة وترميز المفتاح العام. وتعني خاصية الاتجاه الواحد أنه بينما يمكن لأي شخص التحقق من المدفوعات المرسلة إلى عنوان ما، لا يمكن لأحد سوى مالكه توقيع المعاملات منه تشفيريًا.
تلعب التجزئة دورًا مهمًا في تأمين اقتصاد التشفير من خلال اشتقاق وإدارة مفاتيح قوية وغير قابلة للكسر.
خاتمة
باختصار، تعتبر وظائف التجزئة التشفيرية بمثابة الأبطال المجهولين الذين يعززون الأمن والثقة في شبكات blockchain.
إن خصائصها المتمثلة في سهولة حسابها ولكن من غير الممكن عكسها أو التنبؤ بها تدعم سلامة بيانات blockchain ومنع الإنفاق المزدوج.
تُؤمّن التجزئات أيضًا آليات الإجماع من خلال إثباتات العمل والحصّة. بفهم آلية عمل دوال التجزئة والأدوار الحيوية التي تؤديها، نكتسب فهمًا أعمق لأمن سلسلة الكتل.
