فناوری بلاکچین چگونه کار می کند؟
برای توضیح فناوری بلاکچین به زبان ساده باید ابتدا یک کیف پول ارز دیحیتال داشته باشید تا بتوانید با شبکه ارتباط برقرار کنید. تراکنشهای انجام شده با کیف پول از طریق کلید خصوصی امضا میشوند تا برای بلاکچین احراز هویت شوید. سپس تراکنش در سراسر شبکه بین گرهها توزیع میشود تا بررسی اولیه روی آن انجام شود.
تراکنش در فضایی موقت به نام ممپول (Memepool) منتظر میماند تا گرهها با استفاده از الگوریتمهای رمزنگاری صحت امضا و موجودی حساب فرستنده را بررسی کنند و از هر گونه امکان کلاهبرداری و خطا در انجام تراکنش جلوگیری کنند.
گرهها تراکنشهای معتبر و بدون خطا را در قالب یک بسته اطلاعاتی جدید به اسم بلاک قرار میدهند. در این مرحله بلاکچین باید تصمیم بگیرد که این بلاک باید در کجا قرار بگیرد. مکانیسم اجماع در این مرحله فعال میشود و تا ماینرها یا اعتبار سنجها (Validators) بسته به نوع شبکه با یکدیگر بر سر این موضوع رقابت کنند.
پس از پایان رقابت، یکی از ماینرها یا اعتبارسنجها بلاک تایید شده را با استفاده از توابع رمزنگاری مهر و موم میکند و یک رشته کد به نام هش تولید میکند. هر بلاک حاوی هش تمامی بلاکهای قبلی نیز هست و همین مسئله باعث میشود تا برای تغییر در هر بلاک نیاز به تغییر تمامی بلاکها باشد.
بلاک جدید رسما به یک عضو از شبکه بلاکچین تبدیل میشود و یک نسخه به روز شده برای تمامی گرهها ارسال میشود تا در جریان آخرین تراکنشهای انجام شده باشند. اکنون تراکنش انجام شده، غیر قابل بازگشت است و برای همیشه در تاریخچه بلاکچین باقی میماند.
تاریخچه بلاکچین
مسئله اعتماد به ساختارهای مرکزی یکی از بزرگترین چالشهایی بود که ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده بود. ایدههای اولیه تکنولوژی بلاکچین به سال ۱۹۷۹ باز میگردد. جایی که رالف مرکل (Ralph Merkle) در رساله دکترای خود برای امضای دیجیتال و توزیع کلید عمومی منتشر کرد که بعدها به درخت مرکل مشهور شد و در دنیای ارز دیجیتال هم به شدت کاربرد دارد.
پس از آن، دیوید چاوم (David Chaum) در سال ۱۹۸۲ در رساله دکترای خودش درباره ساخت یک سیستم ذخیره سازی برای ایجاد، نگهداری و برقراری اعتماد بین شبکههای کامپیوتری صحبت کرد. جرقههای اولیه فناوری بلاکچین از همینجا آغاز شد و دیجی کش به اولین پول دیجیتالی تبدیل شد که از فناوری غیر متمرکز استفاده میکرد.
از زمان ظهور دیجی کش تا سال ۲۰۰۸ پروژههای فراوانی برای توسعه فناوری بلاکچین راه اندازی شد و شکست خورد تا اینکه ساتوشی ناکاموتو با انتشار وایت پیپر بیت کوین مفاهیم امروزی بلاکچین را برای جهانیان تشریح کرد.
علل پیدایش تکنولوژی بلاکچین
ساتوشی اعتقاد داشت که واسطهها سرعت تراکنش مالی را در دنیا کاهش داده و هزینهها را بالا بردهاند. همچنین، او معتقد بود که متمرکز شدن ثروت در بانکها باعث فساد شده و کارایی سیستم مالی را به شدت پایین آورده است. امنیت و شفافیت، استقلال مالی و حریم خصوصی و همچنین ایجاد پول دیجیتال ضد تورم هم از دیگر دلایل پیدایش تکنولوژی بلاکچین بود.
در واقع تکنولوژی بلاکچین به زبان ساده پاسخ محکمی به ناکارآمدی ساختاری، عدم شفافیت و شکنندگی سیستمهای مالی متمرکز بود. در سال ۲۰۰۸، اقتصاد دنیا با یکی از بزرگترین بحرانهای مالی تاریخ رو به رو شد که فروپاشی غولهای بزرگ وال استریت مانند لیمن برادرز (Lehman Brothers) را در پی داشت و به وضوح نشان داد که سیستمهای بانکداری متمرکز تا چه حد در برابر خطای انسانی، فساد سیستماتیک و مدیریت ریسک ضعیف و آسیب پذیر هستند.
در سال ۲۰۰۸، تلاشها و ایدهها برای ساخت یک معماری مالی جدید غیر متمرکز بر پایه الگوریتمهای ریاضی و رمزنگاری به بلوغ رسیده بود. گروههای طرفدار حفظ حریم خصوصی و آزادیهای فردی اعتقاد داشتند تنها از طریق ایجاد سیستمهای غیر متمرکز و پولهای الکترونیکی غیر قابل ردیابی میتوانند به اهدافشان برسند. تمامی این علتها باعث خلق بیت کوین و اولین بلاکچین عملی و بی نقص دنیا شد که هنوز هم در حال فعالیت است.
اجزای اصلی تکنولوژی بلاکچین چیست؟
فناوری بلاکچین یک فناوری جدید و مستقل نیست؛ بلکه ترکیبی از علوم کامپیوتر، سیستمهای توزیع شده و پروتکلهای رمزنگاری پیشرفته است. هدف نهایی این مجموعه ساخت یک سیستم بی نیاز از اعتماد و مقاوم در برابر سانسور است. در ادامه به سوال اجزای اصلی تکنولوژی بلاکچین چیست پاسخ میدهیم.

دفتر کل توزیع شده (Distributed Ledger)
دفتر کل توزیع شده (DLT) هسته مرکزی ذخیره سازی و همگام سازی دادهها در شبکههای همتا به همتا (P2P) مانند بلاکچین است. این دفتر کل بر خلاف پایگاههای داده متمرکز، کپی کاملی از تاریخچه تمامی تراکنشها و وضعیت فعلی سیستم را به صورت آنلاین در اختیار تمامی سرورها قرار میدهد. این توزیع شدگی دادهها باعث میشود تا شبکه تنها یک نقطه شکست نداشته باشد و در برابر حملات فیزیکی و سایبری تاب آوری بیشتری از خود نشان دهد.
بلاک
بلاکها در معماری بلاکچین ساختارهای دادهای غیر قابل تغییر هستند که وضعیت شبکه را در یک بازه زمانی ثبت و ذخیره سازی میکنند. از نظر فنی، هر بلاک دارای یک ظرفیت اطلاعاتی است که به دو بخش هدر بلاک و ریشه مرکل تقسیم میشود. هدر بلاک اطلاعات حساسی مانند هش بلاک پیشین، اطلاعات زمانی، میزان سختی شبکه و نانس (Nonce) است. در سوی دیگر، ریشه مرکل هش نهایی و خلاصه تمامی تراکنشهای موجود در بلاک را در خود ذخیره کرده است.
بدنه بلاک هم محلی است که کدهای اجرایی و لیست تراکنشهای خام در آن ذخیره میشوند. طراحی هوشمندانه بلاک به گونهای است که اگر حتی یک بیت از دادههای بدنه تغییر کند؛ ریشه مرکل تغییر کرده و به تبع آن هش کل هدر بلاک تغییر میکند. این اتفاق توسط بلاکچین یک دستکاری غیر مجاز شناسایی میشود و بلاک را از مجموعه حذف میکند.
گره (Nodes)
بلاکچین هیچ سرور مرکزی یا پایگاه داده ابری واحد ندارد؛ بلکه شبکهای از کامپیوترهای مستقل به نام گرهها است که پروتکل نرم افزاری بلاکچین را اجرا میکنند. این گرهها در یک شبکه همتا به همتا با یکدیگر در ارتباط دائم هستند و سطوح مختلفی از مسئولیت را بر عهده دارند.
گرههای کامل حکم ستون فقرات امنیتی بلاکچین را دارند. آنها کل تاریخچه بلاکچین را دانلود و ذخیره کرده و به صورت کاملا مستقل، تمامی قوانین اجماع و صحت تک تک تراکنشها را بدون نیاز به اعتماد به هیچ شخص ثالثی اعتبار سنجی میکنند. گرههای سبک هم تنها هدر بلاکها را برای همگام سازی سریع دانلود میکنند و برای تایید جزئیات به گرههای کامل متکی هستند.
مکانیزم اجماع (Consensus Mechanism)
مکانیزم اجماع راهکار نبوغ آمیز علوم کامپیوتر برای حل مسئله پیچیده تحمل خطای بیزانسی در سیستمهای غیر متمرکز است. در شبکه بلاکچین هزاران گره ناشناس حضور دارند و ممکن است که برخی از آنها خرابکار، هکر یا دارای قطعی اینترنت باشند. مکانیزم اجماع مجموعهای از قوانین ریاضی و اقتصادی است که تضمین میکند شبکه بر سر یک پاسخ مشخص به توافق میرسد.
ماینر (miner)
ماینر نقش بازیگر اصلی در بلاکچینهایی با مکانیزم اجماع اثبات کار مانند بیت کوین را بازی میکند. هدف آنها پردازش تراکنشهای در انتظار است تا از تقلب جلوگیری شود و تراکنشها در قالب جدید بلاک بسته بندی شوند.
ماینرها در یک رقابت پردازشی بسیار سنگین سعی میکنند تا معماهای پیچیده ریاضی را از طریق حدس زدن متغیری به نام نانس حل کنند تا به هش معتبر شبکه دست پیدا کنند. اولین ماینر که زودتر به جواب برسد؛ بلاک خودش را به شبکه پیشنهاد میدهد و در ازای مصرف انرژی و تامین امنیت پاداش دریافت میکند. این فرآیند آن قدر ادامه پیدا میکند تا یک زنجیره بلوکی کامل ساخته شود.
در پاسخ به این سوال که زنجیره بلوکی چیست هم باید گفت که مجموعهای از بلاکها پس از استخراج در کنار یکدیگر قرار میگیرند و از طریق هش با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند که به آن زنحیره بلوکی گفته میشود.
اعتبار سنج (Validator)
اعتبار سنجها نسل تکامل یافته ماینرها هستند که در بلاکچینهایی با مکانیزم اجماع اثبات سهام مانند اتریوم و سولانا فعالیت میکنند. اعتبار سنجها نیازی به سخت افزار قوی و پر مصرف برای رقابت محاسباتی ندارند و تنها با وثیقه گذاشتن مقداری توکن بومی بلاکچین در یک قرارداد هوشمند فعال میشوند.
شبکه به صورت الگوریتمی و شبه تصادفی، یک اعتبار سنج را برای ساخت بلاک جدید انتخاب میکند و گروهی دیگر از اعتبار سنجها صحت بلاک را تایید خواهند کرد. امنیت در این معماری بر پایه جریمه استوار است. اگر یک اعتبار سنج آفلاین باشد یا تلاشی برای تایید تراکنش جعلی انجام دهد؛ بلاکچین از طریق مکانیزم اسلشینگ (Slashing) بخشی از وثیقهاش را برای همیشه مصادره میکند و میسوزاند.
ممپول (Mempool)
ممپول ساختاری از دادهها است که در حافظه موقت هر یک از گرهها به صورت محلی نگهداری میشود. هر زمان کاربر تراکنشی را به شبکه ارسال میکند؛ ابتدا توسط گرهها از نظر صحت امضای دیجیتال و موجودی کافی بررسی میشود. در صورت معتبر بودن، تراکنش وارد ممپول میشود و در وضعیت تایید نشده یا معلق قرار میگیرد.
ممپول یک اتاق انتظار برای تراکنشها است تا ماینرها یا اعتبار سنجها بیایند و تراکنشها را بر اساس میزان کارمزد پیشنهادی کاربر، مرتب و انتخاب کنند. پس از اینکه تراکنش با موفقیت توسط ماینر یا اعتبار سنج در یک بلاک قرار گرفت و به زنجیره بلاکچین اضافه شد؛ شبکه تراکنش را از ممپول تمامی گرهها پاک میکند.
ماشین مجازی
ماشین مجازی از بلاکچینهای نسل دوم وارد بازار شد تا این فناوری را از یک سیستم ساده انتقال پول به یک کامپیوتر جهانی ارتقا دهد. ماشین مجازی مانند یک محیط مستقل است که توانایی اجرای تمامی برنامهها را دارد و در دل تمامی گرههای کامل شبکه اجرا میشود.
زمانی که یک قرارداد هوشمند فراخوانی میشود؛ ماشین مجازی کدهای کامپایل شده قرارداد را یک به یک پردازش میکند. اهمیت ماشین مجازی در این است که محاسبه وضعیت را به صورت کاملا قطعی انجام میدهد. اگر یک قرارداد هوشمند خاص در هزاران گره مختلف اجرا شود؛ خروجی و تغییرات ایجاد شده در پایگاه داده شبکه در تمامی آنها دقیقا یکسان خواهد بود.
قراردادهای هوشمند (Smart Contracts)
قرارداد هوشمند مانند توافقی است که بین دو طرف بسته میشود؛ اما برای اجرای توافق نیاز نیست که شخص ثالثی درگیر باشد. تمامی قوانین و شرایط معامله در قرارداد ذکر میشوند و قرارداد هوشمند با توجه به قوانین و شرایط از پیش تعیین شده اجرای قرارداد را به صورت خودکار پیش میبرد. هر طرف پس از عمل به تعهداتش به وعدههای داده شده از طرف مقابل خواهد رسید.
توابع هش (Hash Functions)
توابع هش الگوریتمهای ریاضی قطعی و یک طرفهای هستند که هر مقدار داده ورودی با هر حجمی را به یک خروجی رمزنگاری شده با طول ثابت تبدیل میکنند. در ساختار بلاکچین هر بلاک هاوی هش بلاک پیشین خود است و همین پیوند رمزنگاری شده است که ویژگی تغییر ناپذیری دادهها را تضمین میکند.
درخت مرکل (Merkle Tree)
درخت مرکل یک ساختار داده درختی دودویی است که برای خلاصه سازی و اعتبار سنجی کارآمد مجموعه بزرگی از دادهها استفاده میشود. در یک بلاک هش تک تک تراکنشها به صورت جفت جفت با یکدیگر ترکیب و مجددا هش میشوند تا در نهایت به یک هش واحد به نام ریشه مرکل برسند که در هدر بلاک قرار میگیرد.
ویژگی های بلاک چین
شبکههای بلاکچین دارای ویژگیهای مختلفی از جمله عدم تمرکز، تغییر ناپذیری، شفافیت، امنیت و قابلیت ردیابی هستند که باعث شده تا به یکی از پرطرفدارترین تکنولوژیهای دو دهه اخیر تبدیل شوند. در ادامه هر یک از این ویژگیهای بلاکچین به زبان ساده توضیح داده شده است.

عدم تمرکز
عدم تمرکز در بلاکچین به معنای توزیع قدرت پردازش، ذخیره سازی و تصمیم گیری میان هزاران گره مستقل در سراسر جهان است. از نظر فنی، این ویژگی باعث میشود تا نقطه شکست واحد حذف شود تا از کار افتادن یا هک شدن یک سرور هیچ اختلالی در عملکرد کل شبکه ایجاد نکند.
عدم تمرکز باعث میشود تا سرعت انجام تراکنشها بیشتر شود و هزینه کمتری بابت هر تراکنش نسبت به سیستمهای سنتی پرداخت کنید. عدم تمرکز به معنای حذف اتاقهای پایاپای و بانکهای کارگزار است تا کاربران به صورت مستقیم به تبادل ارزش بپردازند.
تغییرناپذیری
تغییرناپذیری شبکههای بلاکچین از طریق توابع هش رمزنگاری شده به دست میآید. زمانی که دادهها در یک بلاک ثبت میشود؛ خروجی هش آن با بلاک بعدی پیوند میخورد. کوچکترین تلاش برای ویرایش یک تراکنش قدیمی، هش همان بلاک را نامعتبر میکند. این ویژگی، بازنویسی تاریخچه شبکه را از نظر محاسباتی غیر ممکن میکند و تضمین میکند که دفتر کل شبکه یک منبع حقیقت مطلق و غیر قابل دستکاری است.
شفافیت
شفافیت در بلاکچینهای عمومی به صورت شبه ناشناس پیاده سازی میشود. هویت واقعی افراد پشت آدرسهای رمزنگاری شده پنهان است؛ اما جریان حرکت تمامی داراییها از زمان پیدایش شبکه تا به امروز برای همه قابل مشاهده و رهگیری است.
این ویژگی به تحلیل گران مالی اجازه میدهد تا دادههای درون زنجیرهای، جریان نقدینگی، رفتار نهنگها و سلامت دارایی نهادها یا سبدهای کپی تریدینگ به صورت ۲۴ ساعته و بدون نیاز به حسابرسی شخص ثالث را بررسی و راستی آزمایی کنند.
امنیت
امنیت برنامه بلاکچین حاصل ترکیب رمزنگاری کلید عمومی و خصوصی و الگوریتمهای اجماع است. در این ساختار، هر کاربر با در اختیار داشتن کلید خصوصی کنترل انحصاری داراییاش را در اختیار دارد و جعل امضای دیجیتال عملا محال است. از سوی دیگر، مکانیزمهای اجماع با اعمال هزینههای سنگین فیزیکی یا ریسک مصادره دارایی هر گونه انگیزه اقتصادی برای هک کردن شبکه یا انجام حمله ۵۱ درصدی را از بین میبرند.
انواع بلاک چین
برای توضیح انواع بلاک چین به زبان ساده باید گفت که در مسیر تکامل معماریهای تخصصی و هدفمند برای کاربردهای مختلف بلاک چین روی کار آمده است. از نظر مهندسی سیستم، بلاکچینها بر اساس دو پارامتر بنیادین مدل دسترسی و مدل حاکمیت و اجماع دسته بندی میشوند. امروزه، این تنوع ساختاری به سازمانها، دولتها و جوامع متن باز اجازه میدهد تا بر اساس نیاز دقیق خود بلاکچین مناسب را انتخاب کنند. در ادامه به صورت کوتاه هر کدام از انواع بلاکچین را توضیح خواهیم داد.

بلاکچین عمومی
بلاکچینهای عمومی کاملا غیر متمرکز، متن باز و بدون نیاز به مجوز هستند. در این معماری هیچ کنترل کنندهای وجود ندارد و هر کاربر میتواند به عنوان یک گره در شبکه مشارکت کند یا تراکنش ارسال کند یا اینکه در فرآیند اجماع مشارکت داشته باشد.
بلاکچین خصوصی
بلاکچینهای خصوصی نیازمند مجوز برای دسترسی هستند و تحت حاکمیت و کنترل انحصاری یک سازمان یا نهاد واحد عمل میکنند. در این بلاکچین دسترسی به شبکه، حق خواندن دادهها و مهمتر از همه حق تایید تراکنشها به شدت محدود و نیازمند احراز هویت است.
بلاکچین هیبریدی
بلاکچین هیبریدی یک معماری ترکیبی هوشمندانه است که بهترین ویژگیهای هر دو بلاکچین خصوصی و عمومی را با خود به همراه دارد. در این مدل، سازمانها یک دفتر کل خصوصی برای پردازش سریع و نگهداری اطلاعات حساس دارند؛ اما در عین حال به یک بلاکچین عمومی بزرگ هم متصل میشوند تا یک لنگرگاه اعتماد داشته باشند.
بلاکچین کنسرسیومی
بلاکچین کنسرسیومی یک شبکه مجوز محور است که به جای یک سازمان، چندین سازمان مستقل بر آن حاکمیت میکنند. در این معماری، پروتکل اجماع تنها توسط گرههای از پیش تعیین شده متعلق به اعضای کنسرسیوم اجرا میشود.