بلاک‌چین چیست و چگونه کار می‌کند؟

بیزینس آکادمی: بلاک‌چین (Blockchain) یکی از پدیده‌های برجسته فناوری است تغییرات عمده‌ای در چگونگی ذخیره و مبادله داده‌ها ایجاد کرد. 

این فناوری پایه که توسط ساتوشی ناکاموتو همراه بیت‌کوین (Bitcoin) معرفی شد، دنیای مالی، حمل و نقل، پزشکی و بهداشتی و حتی دموکراسی را متحول کرد. با این حال، بسیاری از افراد هنوز با مفهوم بلاک چین و نحوه کارکرد آن آشنا نیستند. در این مقاله، ما به بررسی عمیق بلاک چین و کاربردهای گسترده آن می‌پردازیم.

بلاک چین چیست؟

بلاک‌چین چیست؟

بلاک‌چین، که به عنوان زنجیره بلاکی نیز شناخته می‌شود، در واقع پایگاه داده‌ای توزیع‌شده و غیرمتمرکز است که به ثبت تراکنش‌ها و اطلاعات به صورت امن و شفاف می‌پردازد. این فناوری، با بهره‌گیری از رمزنگاری و الگوریتم‌های پیچیده، بستری امن و قابل اعتماد را برای تبادل اطلاعات و دارایی‌ها فراهم می‌کند.

مفاهیم کلیدی در بلاک‌چین

برای درک عمیق‌تر عملکرد بلاک‌چین، لازم است با برخی از مفاهیم کلیدی در این فناوری آشنا شویم:

• بلاک: واحد بنیادی بلاک‌چین، بلاک (Block) نامیده می‌شود. هر بلوک مجموعه‌ای از داده‌ها، از جمله اطلاعات تراکنش، مهر زمانی (Timestamp) و هش بلاک قبلی را در خود ذخیره می‌کند.
• هش: هش (Hash)، یک تابع رمزنگاری است که از هر بلاک، یک کد منحصر به فرد و غیرقابل جعل به نام هش ایجاد می‌کند. این کد، نقشی اساسی در حفظ یکپارچگی و امنیت زنجیره بلاکی ایفا می‌کند.
• زنجیره: بلاک‌ها به صورت زنجیره‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند و زنجیره بلاکی را تشکیل می‌دهند. هر بلاک به هش بلاک قبلی خود اشاره می‌کند و این امر، دستکاری یا حذف اطلاعات ثبت شده در بلاک‌ها را عملاً غیرممکن می‌سازد.
• غیر متمرکز سازی: در سیستم‌های سنتی، یک مرجع مرکزی مسئول مدیریت و نگهداری اطلاعات است. اما در بلاک‌چین، این اطلاعات به صورت توزیع‌شده در میان تمام گره‌های شبکه ذخیره می‌شوند. این امر، وابستگی به یک مرجع مرکزی را از بین برده و امنیت و شفافیت را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

بلاک چیست؟

بلاک چیست؟

بلاک‌ها به عنوان واحدهای بنیادی عمل می‌کنند و زنجیره‌ای از اطلاعات را تشکیل می‌دهند که تراکنش‌ها و داده‌ها را به طور امن و غیرقابل تغییر ثبت می‌کنند. هر بلاک مانند قطعه‌ای از پازل است که به طور پیوسته به زنجیره اضافه می‌شود و به حفظ یکپارچگی و صحت کلی سیستم کمک می‌کند.

هر بلاک از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش حیاتی در عملکرد آن ایفا می‌کنند:

1. هدر بلاک: این بخش به عنوان سربرگ بلاک عمل می‌کند و اطلاعات متادیتای کلیدی را در مورد خود بلاک و زنجیره به طور کلی ذخیره می‌کند. این اطلاعات شامل موارد زیر می‌شود:
   1. نسخه بلاک: نشان‌دهنده نسخه پروتکل بلاکچین است که بلاک با آن مطابقت دارد.
   2. هش قبلی: شناسه منحصر به فرد بلاک قبلی در زنجیره، که پیوند بین بلاک‌ها را ایجاد می‌کند و ساختار زنجیره‌ای را حفظ می‌کند.
   3. مهر زمانی: نشان‌دهنده زمان دقیق ایجاد بلاک است.
   4. مرکل ریشه: خلاصه‌ای رمزنگاری شده از تمام تراکنش‌های موجود در بدنه بلاک، که برای تایید یکپارچگی و جلوگیری از دستکاری داده‌ها استفاده می‌شود.
   5. هدف: عددی که ماینرها برای حل معادلات رمزنگاری و افزودن بلاک به زنجیره از آن استفاده می‌کنند.
   6. آدرس نانس: شناسه‌ای منحصر به فرد که برای تمایز بلاک‌ها از یکدیگر استفاده می‌شود.
2. بدنه بلاک: این بخش حاوی داده‌های اصلی بلاک است، که شامل موارد زیر می‌شود:
   1. تراکنش‌ها: رکوردهایی از انتقال واحدهای پولی یا دارایی‌های دیجیتال بین آدرس‌های مختلف در شبکه بلاکچین.
   2. داده‌های اضافی: بسته به نوع بلاکچین، ممکن است شامل اطلاعات اضافی مانند بلوغ قراردادهای هوشمند یا تغییرات قوانین شبکه باشد.

ماین یا استخراج بلاکچین یعنی چه؟

استخراج یا ماینینگ (Mining) فرآیندی حیاتی است که به تأمین امنیت، صحت و کارآمدی این شبکه‌های توزیع‌شده کمک می‌کند. این فرآیند شامل حل معادلات رمزنگاری پیچیده با استفاده از قدرت محاسباتی کامپیوترها برای تایید تراکنش‌ها، ایجاد بلاک‌های جدید و افزودن آنها به زنجیره بلاکچین است.

نقش ماینینگ در بلاکچین

ماینینگ نقش‌های متعددی در بلاکچین ایفا می‌کند که عبارتند از:

• تأیید تراکنش‌ها: ماینرها تراکنش‌های جدید را بررسی می‌کنند و صحت آنها را از نظر اعتبار و تناقض با موجودی حساب‌ها تأیید می‌کنند.
• ایجاد بلاک‌های جدید: با حل معادلات رمزنگاری، ماینرها بلاک‌های جدیدی را ایجاد می‌کنند که تراکنش‌های تأیید شده را در خود جای می‌دهند.
• اضافه کردن بلاک‌ها به زنجیره: بلاک‌های جدید به زنجیره موجود متصل می‌شوند و سوابق تراکنش‌ها را به طور دائمی و غیرقابل تغییر ثبت می‌کنند.
• توزیع بلاکچین: ماینرها به عنوان نودهای شبکه عمل می‌کنند و رونوشتی از زنجیره بلاکچین را در سیستم‌های خود ذخیره می‌کنند. این امر به توزیع بلاکچین و حفظ امنیت آن کمک می‌کند.

ماینینگ بلاک چین

فرآیند ماینینگ

فرآیند ماینینگ به طور کلی شامل مراحل زیر است:

1. دریافت تراکنش‌های جدید: نودهای ماینر تراکنش‌های جدید را از طریق شبکه بلاکچین دریافت می‌کنند.
2. تأیید تراکنش‌ها: ماینرها صحت و اعتبار تراکنش‌ها را بررسی می‌کنند و از عدم تناقض آنها با موجودی حساب‌ها اطمینان حاصل می‌کنند.
3. بسته‌بندی تراکنش‌ها: تراکنش‌های تأیید شده در یک بلاک جدید گروه بندی می‌شوند.
4. اضافه کردن هدر بلاک: هدر بلاک که شامل اطلاعات متادیتای (Metadata) کلیدی مانند مهر زمان، هش قبلی و هدف است، به بلاک جدید اضافه می‌شود.
5. حل معادله رمزنگاری: ماینرها با استفاده از قدرت محاسباتی خود برای حل یک معادله رمزنگاری پیچیده که به آن هدف می‌گویند، رقابت می‌کنند.
6. یافتن هش معتبر: اولین ماینری که معادله را حل کند، یک “هش” معتبر برای بلاک پیدا می‌کند.
7. پخش بلاک جدید: بلاک جدید به همراه هش معتبر به سایر نودهای شبکه در بلاکچین پخش می‌شود.
8. تأیید بلاک: سایر نودها صحت بلاک جدید و تراکنش‌های موجود در آن را تأیید می‌کنند.
9. اضافه کردن بلاک به زنجیره: پس از تأیید، بلاک جدید به انتهای زنجیره بلاکچین اضافه می‌شود.

پاداش ماینینگ

به عنوان پاداش تلاش خود برای تأمین امنیت و کارآمدی شبکه، ماینرها مقداری از واحد پول دیجیتال جدید به عنوان کارمزد دریافت می‌کنند. این امر انگیزه‌ای برای ماینرها ایجاد می‌کند تا به رقابت در حل معادلات رمزنگاری و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره ادامه دهند.

اثرات ماینینگ

ماینینگ نقش کلیدی در حفظ امنیت و صحت بلاکچین دارد. با این حال، این فرآیند می‌تواند پرمصرف و چالش‌برانگیز باشد. به همین دلیل، الگوریتم‌های مختلفی برای ماینینگ توسعه یافته‌اند که به دنبال یافتن تعادلی بین امنیت، کارایی و مصرف انرژی هستند.

در حال حاضر، محبوب‌ترین الگوریتم ماینینگ، اثبات کار (PoW) است که در آن ماینرها با یکدیگر در حل معادلات رمزنگاری پیچیده رقابت می‌کنند. با این حال، الگوریتم‌های جدیدتری مانند اثبات سهام (PoS) در حال ظهور هستند که به دنبال جایگزینی PoW با رویکردی کارآمدتر و سازگارتر با محیط زیست هستند.

بلاک‌چین چگونه کار می‌کند؟

فرآیند کلی عملکرد بلاک‌چین را می‌توان در مراحل زیر خلاصه کرد:

1. ایجاد تراکنش: یک تراکنش جدید در شبکه اعلام می‌شود. این تراکنش می‌تواند شامل انتقال وجه، ثبت یک قرارداد یا هر نوع تبادل اطلاعاتی دیگر باشد.
2. تایید تراکنش: گره‌های شبکه، صحت و اعتبار تراکنش را بررسی می‌کنند. این فرآیند با استفاده از الگوریتم‌های اجماع، مانند اثبات کار یا اثبات سهام، انجام می‌شود.
3. ایجاد بلوک جدید: پس از تایید تراکنش، یک بلوک جدید حاوی اطلاعات تراکنش و هش بلوک قبلی ایجاد می‌شود.
4. افزودن بلوک به زنجیره: بلوک جدید به انتهای زنجیره بلوکی اضافه می‌شود و به روزرسانی در تمام گره‌های شبکه صورت می‌گیرد.

نودها در شبکه بلاکچین

نقش نودها یا گره‌ها در شبکه بلاک‌چین

گره یا نود (Node)، ستون اصلی شبکه بلاک‌چین هستند. هر گره، نسخه‌ای از زنجیره بلوکی را در اختیار دارد و وظایف متعددی را بر عهده دارد، از جمله:

• تأیید تراکنش‌ها: گره‌ها تراکنش‌های جدید را بررسی می‌کنند تا از صحت و اعتبار آنها اطمینان حاصل شود.
• ایجاد بلوک‌های جدید: گره‌ها در فرآیند ایجاد بلوک‌های جدید و افزودن آنها به زنجیره بلوکی مشارکت می‌کنند.
• انتشار اطلاعات: گره‌ها اطلاعات مربوط به تراکنش‌ها و زنجیره بلوکی را با سایر گره‌ها به اشتراک می‌گذارند.

امنیت بلاک‌چین چگونه تامین می‌شود؟

امنیت بلاک‌چین بر روی چندین اصل بنیادی بنا شده است:

• رمزنگاری: بلاک‌چین‌ها از رمزنگاری قدرتمند برای محافظت از داده‌ها و تراکنش‌ها استفاده می‌کنند. این امر شامل استفاده از توابع هش برای رمزنگاری بلاک‌ها، امضای دیجیتال برای تأیید تراکنش‌ها و رمزنگاری کلید عمومی (Public-key cryptography) برای احراز هویت و کنترل دسترسی است.
• تمرکززدایی: برخلاف سیستم‌های سنتی که توسط یک نهاد مرکزی کنترل می‌شوند، بلاک‌چین‌ها به صورت توزیع‌شده در سراسر شبکه‌ای از کامپیوترها اجرا می‌شوند. این امر دستکاری یا تقلب در داده‌ها را دشوار می‌کند، زیرا هیچ نقطه واحدی برای حمله وجود ندارد.
• شفافیت: تمام تراکنش‌ها و اطلاعات موجود در بلاک‌چین برای همه اعضای شبکه قابل مشاهده است. این شفافیت به ایجاد اعتماد و کمک به شناسایی و جلوگیری از فعالیت‌های غیرقانونی کمک می‌کند.
• پروتکل‌های اجماع: بلاک‌چین‌ها از پروتکل‌های اجماع برای دستیابی به توافق در مورد وضعیت زنجیره و افزودن بلاک‌های جدید استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از تلاش‌های یک یا چند نود برای کنترل شبکه یا دستکاری در داده‌ها جلوگیری کنند.

تهدیدات امنیتی بلاک‌چین

تنها حالتی که می‌توان یک شبکه بلاکچین را هک کرد و یا در آن دستکاری کرد حمله 51 درصدی است.

در یک حمله 51 درصد، یک مهاجم کنترل بیش از 50 درصد از قدرت محاسباتی شبکه را به دست می‌آورد. این امر به مهاجم اجازه می‌دهد تا تراکنش‌ها را معکوس کند، بلاک‌های جدید را ایجاد کند یا حتی زنجیره را به دو شاخه تقسیم کند.

امنیت شبکه بلاکچین

چرا دستکاری بلاک چین غیرممکن است؟

بلاک‌چین‌ها از پروتکل‌های اجماع برای دستیابی به توافق در مورد وضعیت زنجیره و افزودن بلاک‌های جدید استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از تلاش‌های هکرها برای تغییر داده‌ها و کنترل شبکه جلوگیری کنند.

چگونگی حفظ عدم تغییرپذیری

برای حفظ عدم تغییرپذیری بلاک‌چین، از چندین مکانیزم امنیتی استفاده می‌شود:

زنجیره‌های بلاک: هر بلاک در بلاک‌چین به بلاک قبلی خود از طریق یک هش منحصر به فرد مرتبط است. تغییر هر بلاک مستلزم تغییر تمام بلاک‌های بعدی در زنجیره است، که از نظر محاسباتی بسیار دشوار و از نظر اقتصادی غیرقابل توجیه است.

مهرهای زمانی: هر بلاک در بلاک‌چین دارای یک مهر زمانی است که نشان‌دهنده زمان ایجاد آن است. تغییر مهر زمان بلاک مستلزم تغییر ساعت تمام نودهای شبکه است که عملاً غیرممکن است.

امضای دیجیتال: هر تراکنش در بلاک‌چین با کلید خصوصی فرستنده امضا می‌شود. این امضا به تأیید اعتبار تراکنش و جلوگیری از جعل آن کمک می‌کند.

اثبات سهم: از الگوریتم‌های اجماع مبتنی بر اثبات سهم (PoS) برای تأمین امنیت شبکه استفاده می‌شود. در PoS، ماینرها برای تأیید تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌های جدید به زنجیره، باید مقداری از واحد پول دیجیتال را به عنوان وثیقه سپرده ‌گذارند. هرگونه تلاش برای دستکاری در شبکه، می‌تواند منجر به از دست رفتن وثیقه ماینر متخلف شود.

بلاکچین یک فناوری نوظهور و انقلابی است که پتانسیل تغییر شیوه‌های سنتی ذخیره و انتقال داده‌ها را دارد. این فناوری بر اصول توزیع شده بودن، امنیت کریپتوگرافی، ساختار زنجیره‌ای بلاک‌ها و فرایند اجماع استوار است. در بلاکچین، داده‌ها به صورت بلاک‌های رمزگذاری شده و به هم متصل در یک شبکه گسترده از رایانه‌ها توزیع می‌شوند. هر بلاک جدید پس از تأیید و اجماع در شبکه، به زنجیره اضافه می‌شود و امکان تغییر یا حذف آن وجود ندارد. این ساختار منحصربفرد، شفافیت، امنیت و قابلیت ردیابی کامل داده‌ها را فراهم می‌کند. بلاکچین کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف از جمله ارزهای دیجیتال، سیستم‌های پرداخت، ثبت اسناد، زنجیره تأمین و حکمرانی دارد و پتانسیل تحول در نحوه مدیریت و انتقال داده‌ها را به همراه دارد.