بلاک چین چیست ؟

فناوری بلاک چین نوآوری‌های شگفت‌انگیزی را سبب شده است. در این مقاله بررسی می‌کنیم که فناوری بلاک چین چیست و چه خصوصیاتی دارد.

فناوری بلاک چین این روزها موضوعی است که تقریبا در گفتمان اکثر افراد جامعه جای خود را دارد؛ اما کم‌تر کسی دقیقا می‌داند بلاک چین چیست و تعاریف و برداشت‌های افراد اغلب آن‌چنان جامع نیست. این فناوری که در دهه‌ی گذشته رفته‌رفته رشد کرده است و هرروز توسط افراد بیشتری شناخته می‌شود، تاریخچه‌ی بیشتر از ده‌ساله دارد و می‌توان ریشه‌های اساسی ایده‌ی چنین شبکه‌ای را در  هزاره‌ی پیشین یافت. در این مقاله قصد داریم ابتدا به‌طور خلاصه مقدمه‌ای از تعریف بلاک چین ارائه کنیم و در ادامه‌ی آن ساختار بلاک چین، انواع بلاک چین، کاربردهای بلاک چین، امنیت بلاک چین و آینده‌ی بلاک چین را بررسی کنیم، مثل همیشه زومیت را همراهی کنید.

اغلب افراد بلاک چین را ارز دیجیتال تلقی می‌کنند و این دو گزاره را به‌ جای یکدیگر به کار می‌برند. در ابتدا تأکید کنیم که ارز دیجیتال بخشی از بلاک چین بود؛ اما بلاک چین در حال حاضر فناوری بسیار بزرگ‌تر از ارز دیجیتال به شمار می‌رود و جایگاه خاص و ویژه‌ای برای خود در علوم کامپیوتر پیدا کرده است

بلاک چین چیست؟

عبارت بلاک چین از دو کلمه Block و Chain تشکیل شده است که به‌صورت تحت‌اللفظی می‌توان زنجیره‌ای از بلاک‌ها معنی کرد؛ اما برای درک مفهوم فناوری بلاک چین نیاز به تعریف تمام تکه‌های پازل داریم. خالی از لطف نیست که بدانید دو کلمه‌ی بلاک و چین در اسناد اصلی ساتوشی ناکاموتو به‌صورت جداگانه به کار رفته‌اند و در سال ۲۰۱۶ کلمه‌ی مرکب بلاک چین به شهرت رسیده است.

به‌طور کلی می‌توان گفت بلاک چینیا به‌عبارتی زنجیره بلوکی، پایگاه داده‌ای متشکل از فهرست سوابق تراکنش‌هایی است که همواره رشد می‌کند و بر تعداد آن افزوده می‌شود. به این سوابق بلاک (Block) می‌گویند که از طریق رمزنگاری (Cryptography) به یکدیگر متصل می‌شوند. بلاک‌ها در زنجیره‌ای از نودهایی (Node) با شبکه‌ی همتا‌به‌همتا قرار می‌گیرند و به مخزن ذخیره‌سازی که تشکیل می‌شود، دفتر کل دیجیتال (Digital Ledger) می‌گویند. به‌ عبارتی ‌دیگر، بلاک چین به‌عنوان نوعی دفتر کلی توزیع‌شده (Distributed Ledger) شناخته می‌شود که تاریخچه‌ی دارایی دیجیتال را با استفاده از غیر متمرکزسازی و هش رمزنگاری (Cryptographic Hash) غیر قابل تغییر و شفاف می‌کند.

یک مثال ساده برای درک بلاک چین مقایسه‌ی آن با سرویس Google Doc است. زمانی‌که یک کاربر سندی ایجاد می‌کند و آن را با گروهی از افراد به اشتراک می‌گذارد، در واقع سند به‌ جای اینکه کپی یا واگذار شود، توزیع می‌شود. این فرایند زنجیره‌ی توزیع غیر متمرکز به وجود می‌آورد که همه‌ی افراد به‌صورت هم‌زمان به سند دسترسی دارند. هیچ‌کدام از افراد در انتظار اعمال تغییرات توسط فرد دیگری مسدود نمی‌شوند و تمام اصلاحات روی سند بدون معطلی ثبت می‌شوند و اعمال تغییرات کاملا شفاف صورت می‌پذیرد. البته که فناوری بلاک چین بسیار پیچیده‌تر از Google Doc است.

سیر تاریخی بلاک چین از آغاز و نوآوری‌های این فناوری

در طول چند دهه‌ی گذشته برخی فناوری‌ها تأثیر فراوانی تمام سطوح جامعه داشته‌اند و انقلابی در نوع زندگی افراد ایجاد کردند. برای مثال، معرفی تلفن همراه و تا به امروز که روزانه گوشی‌های هوشمند جدید با قابلیت‌های خیره‌کننده رونمایی می‌شوند و نه‌تنها صنعت سرگرمی، بلکه نوع کسب درآمد بخشی از گروه‌ها را متحول کردند.

اکنون اما در میانه‌ی انقلاب فناورانه‌ی دیگری با نام شبکه بلاک چین به سر می‌بریم؛ شبکه‌ای توزیع‌شده از پایگاه داده که هر لحظه رشد و خود را تثبیت می‌کند.

با نگاهی مختصر به دهه‌ی گذشته می‌توان دید که نخستین نوآوری بزرگ بلاک چین، تولد بیت کوین به‌عنوان نخستین رمزارز بود. ارزش بازار بیت کوین در حال حاضر بین ۱۰ تا ۲۰ میلیارد دلار شناور است و روزانه توسط میلیون‌ها کاربر برای پرداخت‌های متفاوت استفاده می‌شود.

دومین نوآوری مربوط به بلاک چین اساسا درک این موضوع بود که فناوری پایه‌ای بیت کوین را می‌توان از رمزارز جدا کرد و آن را برای تسهیل دستیابی به اهداف دیگر مورد استفاده قرار داد.

سومین نوآوری این فناوری، تولد «قرارداد هوشمند» بود که در نسل دوم سیستم بلاک چین با نام اتریوم معرفی شد و آینده‌ی درخشانی را می‌توان برای آن پیش‌بینی کرد.

چهارمین نوآوری بزرگ در شبکه‌های مبتنی بر بلاک چین، معرفی اثبات سهام (Proof-of-Stake) به‌ جای روش اثبات کار (Proof-of-Work) برای برقراری امنیت شبکه بود. در حال حاضر اغلب شبکه‌های بلاک چین از فرایند اثبات کار برای حفظ امنیت شبکه بهره می‌برند که بر اساس آن، گروهی که بیشترین قدرت پردازشی برای تولید (استخراج) بلاک‌ها را در اختیار دارد، تصمیم نهایی را اتخاذ می‌کند و درباره‌ی تراکنش‌ها و بلاک‌ها به اجماع می‌رسد؛ اما در مقابل، فرایند PoS با توجه‌ به مقدار کوین‌های بومی شبکه که تحت مالکیت دارند و در اختیار آن می‌گذارند، به افراد اجازه می‌دهد در تولید و اعتبارسنجی تراکنش بلوک مشارکت کنند. به‌ عبارتی ‌دیگر، افراد با سرمایه‌گذاری در شبکه بلاک چین، مجوز اعتبارسنجی و استخراج و دریافت پاداش بیشتر را از شبکه کسب خواهند کرد.

پنجمین نوآوری در افق فناوری بلاک چین، Scaled Blockchain (بلاک چین مقیاس‌بندی شده) است. در حال حاضر، در دنیای بلاک چین هر کامپیوتر موجود در شبکه، تمام تراکنش‌ها را پردازش می‌کند. این مسئله سبب کندی سرعت شبکه می‌شود. بلاک چین مقیاس‌بندی‌شده می‌تواند بدون کاهش امنیت، موجب افزایش سرعت پردازش شود. در این روش، با تشخیص تعداد کامپیوترهای مورد نیاز برای اعتبارسنجی هر تراکنش و تقسیم کار پردازش بین آن‌ها، نتیجه با سرعت بیشتری مرتب می‌شود. درنهایت، با افزایش چشم‌گیر سرعت پردازش تراکنش‌ها، شبکه بلاک چین آمادگی لازم برای رقابت با شبکه‌های پرداخت مثل VISA و SWIFT را پیدا می‌کند.

اکنون اجازه بدهید کمی در زمان به عقب برگردیم و سابقه‌ی بلاک چین را کندوکاو کنیم. به‌طور خلاصه، در ریشه‌یابی قدم‌های ابتدایی برای ظهور بلاک چین می‌توان بیش‌ از سه دهه به عقب برگشت:

• سال ۱۹۸۲ میلادی (۱۳۶۱ شمسی):

دیوید چائوم (David Chaum) برای نخستین بار پروتکل شبیه به بلاک چین را در رساله‌ی خود با نام «Computer Systems Established, Maintained, and Trusted by Mutually Suspicious Groups» ارائه کرد.

• سال ۱۹۹۱ میلادی (۱۳۷۰ شمسی):

استوارت هابر (Stuart Haber) و دابلیو اسکات استورنتا (W. Scott Stornetta) زنجیره‌ای از بلاک‌های رمزنگاری‌شده را برای نخستین بار معرفی کردند.

• سال ۱۹۹۸ میلادی (۱۳۷۷ شمسی):

دانشمند علوم کامپیوتر نیک سابو (Nick Szabo) روی پروژه «Bit Gold» به‌عنوان ارز دیجیتال غیر متمرکز مطالعه و نظریه‌پردازی کرد. برخی افراد بر این باورند که ساتوشی ناکاموتوی احتمالی، آقای سابو است.

• سال ۲۰۰۰ میلادی (۱۳۷۹ شمسی):

استفان کنست (Stefan Konst) نظریه‌ی خود درباره‌ی زنجیره‌های رمزنگاری‌شده امن را به همراه ایده‌هایی برای اجرای آن منتشر کرد.

• سال ۲۰۰۸ میلادی (۱۳۸۷ شمسی):

توسعه‌دهنده یا توسعه‌دهندگانی با نام مستعار ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto) نخستین اوراق سفید (White Papers) برای ایجاد مدلی از شبکه بلاک چین را منتشر کردند.

• سال ۲۰۰۹ میلادی (۱۳۸۸ شمسی):

ناکاموتو نخستین شبکه بلاک چین را به‌عنوان دفتر کل توزیع‌شده‌ی عمومی برای تراکنش‌های انجام‌شده با بیت کوین، پیاده‌سازی کرد. 

• سال ۲۰۱۴ میلادی (۱۳۹۳ شمسی):

فناوری بلاک چین از ارز دیجیتال تفکیک شد و قابلیت‌های آن برای سایر تراکنش‌های مالی و بین سازمانی مورد بررسی قرار گرفت. نسخه‌ی دوم بلاک چین پا به عرصه‌ی ظهور گذاشت که شامل اپلیکیشن‌هایی فرای ارز می‌شود. سیستم بلاک چین اتریوم، برنامه‌های کامپیوتری را به بلاک‌ها وارد کرد که جایگزین ابزارهای مالی مانند اوراق قرضه شدند که به‌عنوان قرارداد هوشمند شناخته می‌شوند.

بلاک (Block)

هر زنجیره از بلاک‌های متعددی تشکیل می‌شود و هر بلاک سه عنصر اساسی دارد:

• داده‌های موجود در بلاک.
•  یک عدد ۳۲ بیتی که Nonce می‌نامیم. این عدد وقتی بلاک ایجاد می‌شود، به‌صورت تصادفی تولید خواهد شد و سپس عنوان سربرگ هش (Header Hash) بلاک را تولید می‌کند.
• هش یک عدد ۲۵۶ بیتی است که با عدد Nonce ترکیب می‌شود. این عدد باید با تعداد زیادی صفر شروع شود؛ به‌ عبارتی ‌دیگر عدد اعشاری بسیار کوچکی خواهد بود.

زمانی‌که نخستین بلاک زنجیره ایجاد می‌شود، عدد nonce هش رمزنگاری را تولید می‌کند. داده‌های درون بلاک مهروموم می‌شوند و برای همیشه به عدد نانس و هش گره می‌خورند، مگر آنکه استخراج شود.

ماینر (Miner)

ماینرها یا استخراج‌کنندگان در فرایند استخراج، بلاک‌های جدید روی زنجیره می‌سازند. در لاک چین هر بلاک عدد نانس و هش منحصربه‌فردی دارد؛ اما از سویی دیگر به هش بلاک قبلی در زنجیره نیز ارجاع می‌دهد؛ بنابراین، استخراج یک بلاک به‌ هیچ ‌وجه آسان نیست، به‌خصوص در زنجیره‌های بزرگ این کار به‌شدت دشوار خواهد بود.

ماینرها نرم‌افزارهای خاصی را برای انجام محاسبات مسائل پیچیده‌ی ریاضی استفاده می‌کنند تا عدد نانس خاصی را به دست آورند که هش قابل قبول بلاک چین را تولید کند. از‌آنجایی‌که عدد نانس ۳۲ بیت و هش ۲۵۶ بیتی است، تقریبا ۴ میلیارد ترکیب احتمالی برای عدد نانس و هش وجود دارد که باید برای دستیابی به ترکیب درست استخراج شوند. زمانی‌که فرایند پیدا کردن ترکیب صحیح موفقیت‌آمیز باشد، ماینر «Golden Nonce» را پیدا کرده است و بلاک جدید آن در زنجیره قرار خواهد گرفت.

ایجاد تغییر در هر بلاکی در زنجیره، مستلزم استخراج دوباره‌ی تمام بلاک‌های بعدی است. به همین دلیل دست‌کاری ‌کردن شبکه بلاک چین بسیار دشوار است زیرا دستیابی به نانس طلایی بسیار زمان‌بر می‌شود و قدرت محاسباتی به‌شدت زیادی طلب می‌کند. همچنین، زمانی‌که یک بلاک جدید استخراج می‌شود، تغییرات درون آن توسط تمام نودهای فعال در شبکه پذیرفته می‌شود و استخراج‌کننده پاداش دریافت می‌کند.

نود (Node)

یکی از مهم‌ترین خصوصیات بلاک چین، غیر متمرکزسازی است. بدین معنا که هیچ کامپیوتر یا سازمانی نمی‌تواند مالک زنجیره شود. در عوض، شبکه‌ی آن متشکل است از دفتر کل توزیع‌شده از طریق نودهایی که به زنجیره متصل هستند. نود در شبکه‌ی بلاک چین به هر دستگاه الکترونیکی می‌گویند که بتواند نسخه‌ای از بلاک چین را ذخیره کند و به عملکرد شبکه کمک کند. هر کاربر شماره شناسایی اختصاصی دریافت می‌کند.

هر کاربر روی شبکه با نام نود (Node) شناخته می‌شود و تمام کاربران نسخه‌ی به‌روزی از دفتر کل را در اختیار دارند. هر نودی روش متفاوتی برای ارتباط با سایر نودها دارد که روش آن بلاک چین به بلاک چین متفاوت است.

در گام نخست، یک کاربر تراکنشی را در شبکه درخواست می‌کند. با ثبت درخواست، یک بلاک (Block) با تمام اطلاعات تراکنش ساخته می‌شود. این بلاک رمزنگاری می‌شود تا امنیت اطلاعات تأمین شود. سپس، بلاک جدید بین تمام نودهای فعال در شبکه پخش می‌شود تا سایر نودها اعتبار درخواست کاربر را تأیید کنند. بلاک چین برای تأیید و اعتبارسنجی درخواست‌ها از فرایند الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) بهره می‌برد. زمانی‌که بلاک ایجادشده معتبر باشد، در زنجیره قرار می‌گیرد و تراکنشی که کاربر درخواست کرده است، اجرا می‌شود.