الهاش هو أساس أمان البلوكشين: كيف تعمل السحر التشفيري

إذا كنت قد تساءلت يومًا كيف يحمي البلوكشين المعاملات من التزوير، فإن الإجابة تكمن في أعماق وظائف التجزئة. التجزئة هي تقنية أساسية تحول أي بيانات إلى مجموعة فريدة وثابتة الحجم من الرموز. مفهوم بسيط، لكنه هو ما يجعل نظام العملات الرقمية بأكمله موثوقًا.

ماذا يعني التجزئة؟

على المستوى الأساسي، فإن التجزئة هي عملية تقوم خلالها البرامج بأخذ معلومات بأي حجم وتقديم نتيجة بحجم ثابت. تتشكل هذه النتيجة من خلال العمليات الرياضية المعروفة بوظائف التجزئة. على الرغم من وجود العديد من أنواع وظائف التجزئة، فإن الإصدارات التشفيرية غيرت قواعد اللعبة للعملات الرقمية.

الحتمية - هذا ما يجعل التجزئة قيمة للغاية. هذا يعني شيئًا بسيطًا: إذا كانت البيانات المدخلة ثابتة، فإن نتيجة التجزئة ستكون دائمًا هي نفسها. تُعرف هذه الخاصية باسم التجزئة أو الملخص.

على عكس دوال التجزئة العادية، يتم تطوير النسخ التشفيرية كدوال أحادية الاتجاه. بعبارة أخرى، من السهل الحصول على المخرج من المدخل، ولكن من المستحيل عمليًا إجراء العملية العكسية - العثور على المدخل مع وجود المخرج فقط. هذه اللامتناسقة هي التي تضمن الأمان.

كيف تعمل دوال التجزئة عمليًا؟

كل دالة تجزئة تولد مخرجات بحجم ثابت. على سبيل المثال، خوارزمية SHA-256 دائمًا ما تعطي نتيجة بحجم 256 بت، بينما تعطي SHA-1 160 بت. يحدث هذا بغض النظر عن عدد الرموز التي تمررها عبر الدالة.

لفهم نطاق التأثير، دعونا نأخذ مثالاً عملياً. إذا قمنا بتمرير كلمات “Binance” و “binance” عبر SHA-256:

• بينانس → f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• بينانس → 59BBA357145CA539dcd1AC957ABC1EC5833319DDCAE7F5E8B5DA0c36624784B2

حتى التغيير الطفيف (فرق تسجيل حرف واحد) يؤدي إلى نتيجة مختلفة تمامًا. ومع ذلك ، فإن كلا النتيجتين لهما نفس الحجم - 64 حرفًا ، أو 256 بت.

إذا تم تمرير نفس الكلمات عبر SHA-1:

• بينانس → 7f0dc9146570c608ac9d6e0d11f8d409a1ee6ed1
• بينانس → e58605c14a76ff98679322cca0eae7b3c4e08936

نتائج التجزئة SHA-1 أقصر من (40 حرفًا )، لكن المبدأ يبقى كما هو. بغض النظر عن عدد المرات التي تكرر فيها العملية، ستبقى النتائج متطابقة.

يتم فك اختصار SHA على أنه خوارزميات التجزئة الآمنة. هذه عائلة من الدوال التشفيرية، تشمل SHA-0 و SHA-1 ومجموعات SHA-2 و SHA-3. حتى اليوم، تعد SHA-2 و SHA-3 آمنتين فقط، حيث تم اكتشاف ثغرات في الإصدارات السابقة.

لماذا يعد التجزئة مهمًا جدًا للعملات المشفرة؟

تستخدم دوال التجزئة العادية في البحث في قواعد البيانات، وتحليل الملفات الكبيرة، وإدارة المعلومات. ولكن النسخ التشفيرية تنتشر بشكل أوسع بكثير - في تأمين المصادقة، والتوقيعات الرقمية، ومراقبة سلامة البيانات.

في سياق Bitcoin، يعتبر التجزئة ليس مجرد أداة مساعدة. إنه مدمج في كل جانب من جوانب الشبكة: من توليد العناوين إلى عملية التعدين وربط الكتل في السلسلة.

تظهر القوة الحقيقية للتجزئة عند العمل مع كميات هائلة من البيانات. بدلاً من تخزين والتحقق من كل حجم المعلومات، يمكنك تمريرها عبر دالة التجزئة والحصول على “بصمة” مدمجة. إذا كانت هذه البصمة تتطابق مع المرجع، فهذا يعني أن البيانات لم تتغير. وهذا يلغي الحاجة إلى حفظ ونقل الملفات الكبيرة.

في البلوكشين، تعتمد معظم بروتوكولات العملات المشفرة على التجزئة لدمج مجموعة من المعاملات في كتل ولإقامة روابط تشفيرية بين الكتل المتتالية. هذه العمليات هي التي تشكل السلسلة.

ثلاث خصائص حاسمة لوظائف التجزئة التشفيرية

لكي تعتبر دالة التجزئة التشفيرية موثوقة، يجب أن تلبي ثلاث خصائص رئيسية.

مقاومة التصادم

تحدث التصادمات عندما تولد مدخلات مختلفة نفس التجزئة. تقنيًا، فإن التصادمات حتمية لأي دالة تجزئة - حيث أن المدخلات لا حصر لها وعدد المخرجات محدود. ولكن تعتبر دالة التجزئة مقاومة للتصادمات إذا كانت احتمالية العثور على مثل هذا التصادم صغيرة لدرجة أنه سيكون من الضروري القيام بملايين السنين من الحسابات.

SHA-256 — مثال على دالة قوية تكاد تعتبر غير قابلة للتصادم. ومع ذلك، لم تعد SHA-0 وSHA-1 تعتبران آمنتين، حيث تم اكتشاف ثغرات فيهما. فقط مجموعة SHA-2 وSHA-3 تحتفظ بحالة مقاومة التصادم.

مقاومة لاكتشاف أول نظرة أولية

تتعلق هذه الخاصية ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الدوال أحادية الاتجاه. إذا كان لديك التجزئة، فمن المستحيل تقريبًا العثور على بيانات الإدخال التي أنشأتها. سيتعين على المهاجم تجربة مليارات التوليفات بطريقة التجربة والخطأ.

تعتبر هذه الميزة مهمة جداً لحماية كلمات المرور. العديد من الخدمات عبر الإنترنت لا تخزن كلمات المرور نفسها، بل تخزن تجزئتها. حتى إذا وقعت قاعدة البيانات في أيدي المهاجم، فلن يتمكن من استعادة كلمات المرور الأصلية.

مقاومة لإيجاد النظرة الأولية الثانية

هذا النوع من الهجمات أكثر تعقيدًا من السابق. لدى السارق المدخل الأول و التجزئة الخاصة به، ثم يحاول العثور على المدخل الثاني الذي يمكن أن يولد نفس التجزئة. على عكس التجربة البسيطة، هنا هناك حاجة للعمل المستهدف مع تجزئة محددة.

من المنطقي أن تكون الدالة المقاومة للتصادم محمية أيضًا من هذا الهجوم - لأن الأخير يتضمن دائمًا العثور على تصادم. ولكن يمكن العثور على الصورة الأصلية حتى في دالة مقاومة للتصادم، لأنها لا تتطلب مدخلين عشوائيين.

دور التجزئة في تعدين البيتكوين

التعدين ليس مجرد عملية الحصول على عملات جديدة. إنها عملية معقدة مليئة بالتجزئة في كل مرحلة: من التحقق من الرصيد إلى ربط المعاملات في شجرة ميركل.

السبب الرئيسي الذي يجعل Bitcoin آمنًا هو تكاليف الحوسبة للتعدين. يجب على المعدنين إجراء عدد هائل من عمليات التجزئة لإيجاد الحل الصحيح للكتلة التالية.

في عملية إنشاء مرشح الكتلة، يقوم المُعدّن بالتجريب مع عدة مدخلات مختلفة. تعتبر الكتلة صالحة فقط إذا كان التجزئة الخاصة بها تبدأ بعدد معين من الأصفار. هذا العدد من الأصفار يحدد صعوبة التعدين ويتم تعديله ديناميكيًا.

معدل التجزئة للشبكة هو إجمالي القدرة الحاسوبية لجميع المشاركين. عندما يرتفع معدل التجزئة، يقوم بروتوكول Bitcoin تلقائيًا بزيادة الصعوبة بحيث يبقى متوسط وقت البحث عن الكتلة حوالي 10 دقائق. إذا انخفض معدل التجزئة، تنخفض الصعوبة، مما يسهل العمل.

من المهم أن نلاحظ أن المعدنين لا يبحثون عن التصادمات. بدلاً من ذلك، يبحثون عن مخرج صالح واحد من بين العديد من الحلول الممكنة التي تتوافق مع عتبة الصعوبة الحالية. لكل كتلة، هناك عدة تجزئات مقبولة، ويجب على المعدن العثور على واحدة على الأقل.

إن هذه العملية الحسابية تجعل الغش مستحيلاً. إذا أراد شخص ما تزوير تاريخ المعاملات، فسيتعين عليه إعادة حساب جميع الكتل من لحظة الهجوم حتى اليوم - وهو إنفاق غير مُبرر اقتصاديًا. كلما انضم المزيد من المُعدنين إلى الشبكة، أصبح الهجوم أكثر تعقيدًا، وازداد أمان السلسلة.

الاستنتاج

التجزئة ليست مجرد لعبة رياضية. إنها الأساس الذي تستند إليه جميع الأصول المشفرة والأنظمة الموزعة. توفر دوال التجزئة التشفيرية الأمان والثبات في البيانات والتوثيق بطرق كانت مستحيلة من قبل.

فهم كيفية عمل هذه الوظائف ليس تمرينًا أكاديميًا. إنه مفتاح لفهم لماذا يصعب اختراق البلوكشين، ولماذا أموالك محمية، ولماذا يمكن أن توجد الأنظمة اللامركزية بدون هيئة مركزية للإدارة. بالنسبة لأي شخص يرغب في التعمق أكثر في النظام البيئي للعملات المشفرة، فإن المعرفة بالتجزئة أمر ضروري تمامًا.