ما هي المعاملة غير الموثوقة في بلوكتشين؟

مقدمة العملة

تشهد كيفية إدارة الأعمال وإدارة الأصول وتبادل القيمة في العصر الرقمي تحولًا ثوريًا. تعد تقنية Blockchain في قلب هذا التحول. ولكن ما هو البلوك تشين بالضبط؟

Blockchain عبارة عن دفتر الأستاذ المشترك غير القابل للتغيير الذي يبسط عملية تسجيل المعاملات وتتبع الأصول داخل شبكة الأعمال. تعتبر الأصول غير الملموسة مثل الملكية الفكرية وبراءات الاختراع وحقوق التأليف والنشر والعلامات التجارية أمثلة على الأصول غير الملموسة. وبعبارة أخرى، إذا كانت لها قيمة، فيمكن تتبعها وتداولها على شبكة بلوكتشين. هذا يقلل من المخاطر مع خفض التكاليف بشكل كبير لجميع الأطراف المعنية.

في عالم الأعمال، تعد المعلومات الدقيقة في الوقت المناسب أمرًا بالغ الأهمية. نظرًا لأنها توفر بيانات فورية ومشتركة وشفافة تمامًا مخزنة على دفتر الأستاذ غير القابل للتغيير، تبرز بلوكتشين كتقنية يمكنها تقديم هذه المعلومات بسرعة. يمكن فقط للأعضاء الذين لديهم الأذونات اللازمة الوصول إلى دفتر الأستاذ هذا. يمكن لشبكة blockchain التعامل مع أوامر التتبع والمدفوعات والحسابات والإنتاج. علاوة على ذلك، نظرًا لأن جميع الأعضاء لديهم رؤية موحدة للحقيقة، يمكن عرض كل تفاصيل المعاملة من البداية إلى النهاية. لا تؤدي هذه الشفافية إلى زيادة الثقة فحسب، بل تفتح أيضًا الباب أمام كفاءات وفرص جديدة.

Nonce: من الأساسيات إلى بلوكتشين

قد يبدو مصطلح «Nonce» تقنيًا ومعقدًا، لكن جوهره بسيط. الرقم السري هو رقم فريد يلعب دورًا مهمًا في بلوكتشين والتشفير. وهي مشتقة من عبارة «الرقم المستخدم مرة واحدة فقط».

والنونس، في حالة بيتكوين، هو رقم مكون من أربعة بايت يتم إضافته إلى كتلة مجزأة - أو مشفرة - في عالم بلوكتشين. وعند إعادة الصياغة، يجب أن يفي هذا الرقم ببعض قيود مستوى الصعوبة التي تفرضها شبكة بلوكتشين. تتمثل الوظيفة الأساسية لـ nonce في أن تكون الرقم الذي يسعى عمال مناجم blockchain إلى حله. يحصل المُعدِّن على مكافأة الكتلة بعد حل المشكلة بنجاح.

يلعب Nonce دورًا مهمًا في أمان blockchain. يعتمد أمان بلوكتشين على قدرتها على إنشاء أرقام كبيرة ومشفرة تُعرف باسم «الهاشات» والتحقق من صحتها. تعتبر وظيفة التشفير التي تولد التجزئة حتمية، مما يعني أنها ستنتج دائمًا نفس النتيجة مع إعطاء نفس المدخلات. وتضمن هذه الطبيعة الحتمية أنه في حين أن إنشاء التجزئة يتسم بالكفاءة، يصبح استنتاج المدخلات الأصلية أمرًا صعبًا، وبالتالي زيادة أمان بلوكتشين.

ولتعزيز أمان بلوكتشين، يتم تشفير البيانات من الكتل السابقة أو «تجزئتها» في سلسلة من الأرقام، والتي تشكل رأس الكتلة للكتلة التالية. يحتوي عنوان الكتلة هذا على بيانات وصفية مهمة مثل رقم إصدار بلوكتشين، وهاش الكتلة السابقة، وجذر ميركل، والطابع الزمني، وهدف الصعوبة، والأهم من ذلك، الاسم غير الرسمي.

يتم استخدام nonce لمصادقة المعلومات داخل الكتلة. أثناء عملية التعدين، يتم إنشاء رقم عشوائي، وإلحاقه بتجزئة العنوان الحالي، ثم إعادة صياغته. بعد ذلك، تتم مقارنة القيمة الجديدة بتجزئة الهدف. إذا كانت قيمة التجزئة الناتجة تتطابق مع المتطلبات، فإن المُعدِّن يحل المشكلة بنجاح ويتم منحه الكتلة. إذا لم يكن الأمر كذلك، يتم زيادة قيمة nonce وتكرارها. تستمر هذه العملية التكرارية حتى يحقق المُعدِّن الهدف بنجاح.

نظرًا لصعوبة التعدين العالية، يتم فتح معظم الكتل بواسطة مجمعات التعدين، حيث قد يفتقر عمال المناجم الأفراد إلى قوة التجزئة اللازمة. من غير المحتمل أن يتم تخمين قيمة nonce بشكل صحيح في المحاولة الأولى، مما يتطلب من عمال المناجم اختبار العديد من قيم nonce قبل تحديد القيمة الصحيحة. يتم تحديد الوقت اللازم لإنشاء حل من خلال مستوى الصعوبة، الذي يقيس صعوبة إنشاء تجزئة أسفل الهدف. ولضمان اتساق الشبكة، تظل صعوبة الكتلة موحدة، مما يمنح جميع المُعدنين فرصة متساوية لاستنتاج التجزئة الصحيحة.

ألغاز التعدين والرقائق والتشفير

إن عالم بلوكتشين شاسع، وأحد أكثر جوانبه روعة هو عملية التعدين. تعتمد العديد من شبكات blockchain على التعدين لضمان أمنها واستمراريتها. ولكن كيف تتناسب الراية مع هذا اللغز؟

التعدين هو عملية حسابية تتم فيها إضافة المعاملات إلى دفتر الأستاذ العام، وهو blockchain. يقوم عمال المناجم بالتحقق من صحة المعاملات والتحقق منها للتأكد من صحتها. تتم إضافة هذه المعاملات إلى الكتلة بمجرد التحقق منها. ولكن قبل إضافة كتلة إلى بلوكتشين، يجب على المُعدنين حل لغز رياضي معقد، وهو المكان الذي تلعب فيه لعبة nonce دورًا.

حدث ذات مرة أثناء عملية التعدين: إن nonce هو رقم عشوائي زائف يستخدم بشكل أساسي كعداد في عملية التعدين في سياق تقنية blockchain. على سبيل المثال، يجب على مُعدِّني بيتكوين تخمين القيمة الصحيحة عدة مرات لحساب تجزئة الكتلة التي تلبي متطلبات محددة. يفوز أول مُعدِّن يكتشف عملة nonce تنتج هاش كتلة صالحة بالحق في إضافة الكتلة التالية إلى بلوكتشين ويتم مكافأته على جهوده.

فهم المعنى الحقيقي في بلوكتشين: رسم توضيحي بسيط

لفهم كيفية عمل الراية في بلوكتشين، دعونا نتخيل محاكاة الكتلة.

لكي يتم التعرف على الكتلة على أنها صالحة من خلال آلية إثبات العمل، يجب أن تكون التجزئة الناتجة إما رقمًا منخفضًا أو تبدأ بعدد محدد من الأصفار، يتم تحديده بمستوى الصعوبة المحدد. على سبيل المثال، إذا كانت الصعوبة تتطلب أن تبدأ التجزئة بأربعة أصفار، فسيصبح ذلك هدفنا. (الصور التالية تأتي من: https://pintu.co.id/)

الكتلة الأولية - قبل إضافة الاسم nonce، لا تفي هذه الكتلة بالمعايير.

في المجموعة الأولى، لدينا بيانات المعاملات، مثل تحويل 5 BTC من A إلى B. تجزئة هذه البيانات هي bc97ee.. 5052 عند التعبير عنها بالسداسي العشري. عند ترجمة الأحرف الأولية من الأرقام السداسية العشرية، فإن 'b' تعني 11، و 'c' تساوي 12، مما يجعل التجزئة تقرأ 111297... 5052 بالتنسيق العشري. هذا يعني أن الهاش الخاص بنا يبدأ بالرقم 1.

لتعديل رقم بداية التجزئة إلى 0، يقدم المُعدنون متغيرًا يمكنه تغيير نتيجة التجزئة. هذا المتغير هو nonce، وهو رقم عشوائي يمكن أن ينتج عنه تجزئة مختلفة عند إضافته. بعد إضافة nonce، يقوم المُعدِّن بتطبيق خوارزمية التجزئة SHA-256 لاشتقاق تجزئة جديدة.

الحظر باستخدام Nonce «1" - حتى مع nonce، لا تحقق الكتلة الهدف.

الكتلة التي تحتوي على Nonce «23" - على الرغم من اختلاف الاسم، تظل الكتلة غير متوافقة.

باستخدام قيمة 1، يكون الهاش الجديد المشتق هو 306b... ba6a. ومع ذلك، فإن هذا لا يلبي هدفنا المتمثل في البدء بأربعة أصفار. يقوم عمال المناجم بعد ذلك بتعديل قيم nonce بالتسلسل، وتطبيق خوارزمية SHA-256 في كل مرة، بهدف تحقيق تجزئة تتوافق مع مستوى الصعوبة.

الكتلة الناجحة - بـ «16663"، تبدأ تجزئة الكتلة بالأصفار الأربعة المطلوبة.

بعد العديد من التجارب، تم اكتشاف أن القيمة الاسمية البالغة 16,663 تنتج تجزئة تبدأ بالأصفار الأربعة المرغوبة.

تسمى هذه الطريقة التكرارية لتطبيق تقنيات التجزئة وتعديل nonces بالتعدين. عمال المناجم في سباق لتحديد الاسم الصحيح وتنفيذ التجزئة بما يتماشى مع الهدف المحدد. تتم مكافأة أول مُعدِّن يقوم بصياغة كتلة متوافقة (ابحث عن كتلة صغيرة ينتج عنها تجزئة أقل من الهدف)، غالبًا بعملة البيتكوين.

اكتشاف Nonce من خلال التجربة والخطأ

التعدين هو عملية تكرارية. يقوم المُعدنون بضبط قيمة nonce وإعادة صياغة بيانات الكتلة إلى أجل غير مسمى حتى يعثروا على قيمة التجزئة التي تلبي معايير الشبكة. غالبًا ما يُقارن هذا باليانصيب، حيث يقوم عمال المناجم بإجراء العديد من التخمينات للعثور على الرقم الفائز (مرة واحدة). يضمن تعقيد هذه العملية أمان الشبكة من خلال جعل تغيير أي معلومات بمجرد إضافتها إلى blockchain أمرًا صعبًا من الناحية الحسابية ويستهلك الكثير من الموارد.

دور الأجهزة

يؤثر عدد عمال المناجم والقوة الحسابية التي يجلبونها إلى الشبكة على صعوبة تحديد الاسم الصحيح. يمكن لموارد الحوسبة عالية الأداء معالجة المعادلات الرياضية المعقدة بسرعة أكبر، مما يمنح عمال المناجم ميزة في العثور على nonce الصحيح. يتم تعديل مستوى الصعوبة مع نمو شبكة بلوكتشين وانضمام المزيد من عمال المناجم إلى المعركة لضمان إضافة الكتل بمعدل ثابت نسبيًا.

لماذا يهم النونس؟

يضمن nonce أن كل كتلة لها قيمة فريدة، حتى لو كانت المعاملات الواردة فيها متطابقة. هذا التفرد أمر بالغ الأهمية لأمان بلوكتشين. من خلال مطالبة المُعدنين بحل المشكلة، تضمن الشبكة أن أي جهة فاعلة ضارة ستجد أن تغيير بيانات المعاملات مكلف للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً.

نهج إيثريوم الفريد في التعامل مع Nonce

جلبت إيثريوم، وهي منصة بلوكتشين رائدة، العديد من الابتكارات في مجال بلوكتشين. وتتمثل إحدى ميزاته المميزة في مقاربته للنونس، والذي يختلف قليلاً عن شبكات بلوكتشين الأخرى.

نوعان من النونس في إيثريوم

في حين أن مصطلح «nonce» قد يبدو فريدًا في تطبيقه، إلا أن إيثريوم تستخدمه بطريقتين متميزتين:

1. إثبات الحصة: انتقلت إيثريوم من آلية إثبات العمل (PoW) إلى آلية إثبات الحصة (PoW). في PoS، لا ينطبق مفهوم nonce كما هو مستخدم في عملية التعدين التقليدية لـ PoW بشكل مباشر. بدلاً من أن يتنافس عمال المناجم على حل ألغاز التجزئة، يتم اختيار المدققين في PoS لإنشاء كتل جديدة بناءً على عدد العملات التي يمتلكونها ويرغبون في «تخزينها» أو قفلها كضمان. كلما زاد عدد العملات التي يراهنون عليها، زادت فرصة اختيارهم للتحقق من صحة مجموعة من المعاملات. لا تتضمن هذه الآلية الموفرة للطاقة عملية التعدين التقليدية، مما يلغي الحاجة إلى PoW nonce في سياق إنشاء الكتل.
2. الحساب غير الرسمي: تظل هذه ميزة فريدة لإيثريوم. يعمل الحساب مرة واحدة كعداد معاملات لكل حساب على شبكة Ethereum. في كل مرة ترسل فيها معاملة من حساب إيثريوم الخاص بك، تزداد قيمة nonce هذه بمقدار واحدة، مما يضمن أن كل معاملة من حسابك فريدة من نوعها.

لماذا يهم الحساب غير الرسمي

ترتيب المعاملات

يضمن الحساب مرة واحدة معالجة المعاملات بالترتيب الذي تم استلامها به. ليس هناك ما يضمن أن المعاملات المرسلة بتتابع سريع ستتم معالجتها بالترتيب الذي تم إرسالها به في الأنظمة الموزعة. ومع ذلك، مع الحساب nonce، يجب على عمال المناجم معالجة المعاملات بالترتيب المحدد بواسطة قيمة nonce. على سبيل المثال، لن تتم معالجة المعاملة التي تحتوي على nonce بقيمة 1 إلا بعد معالجة المعاملة التي تحتوي على nonce بقيمة 0.

منع هجمات إعادة التشغيل

يعد الحساب nonce أمرًا بالغ الأهمية في منع هجمات إعادة التشغيل. وبدون ذلك، قد يقوم الفاعل الضار بإعادة إرسال المعاملة أو «إعادة تشغيلها» عدة مرات، مما قد يؤدي إلى إنفاق مزدوج. ومع ذلك، مع ذلك، تكون كل معاملة متميزة، حتى لو ظل المبلغ والمستلم ثابتين. وبسبب هذا التفرد، سترفض شبكة إيثريوم أي معاملة متكررة باستخدام اسم مستخدم بالفعل، مما يمنع هجمات إعادة التشغيل.

مثال عملي

تخيل أنك تمتلك عنوان Ethereum، وقد أرسلت العديد من المعاملات من هذا العنوان. سيكون لكل من هذه المعاملات اسم فريد، بدءًا من 0 للمعاملة الأولى وزيادة بمقدار واحد لكل معاملة لاحقة. لا يمثل هذا nonce عدد المعاملات التي أرسلتها فحسب، بل يضمن أيضًا تفرد وأمان كل معاملة.

مستقبل Nonce في بلوكتشين

ومع استمرار تطور تقنية بلوكتشين، يزداد أيضًا دور وأهمية الاسم غير الهام. سوف يستكشف هذا الفصل الأخير التطورات والتحديات المحتملة والآثار الأوسع نطاقًا لـ nonce في مشهد blockchain المتطور باستمرار.

خوارزميات Nonce التكيفية

مع زيادة القوة الحاسوبية المتاحة لعمال المناجم، هناك حاجة متزايدة لخوارزميات nonce التكيفية. وستعمل هذه الخوارزميات على ضبط صعوبة العثور على الرقم القياسي الصحيح في الوقت الفعلي، مما يضمن إضافة الكتل إلى بلوكتشين بمعدل ثابت، بغض النظر عن قوة التجزئة الإجمالية للشبكة.

الحوسبة الكمومية والنونس

يطرح ظهور الحوسبة الكمومية تحديات وفرصًا لتقنية blockchain. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية العثور على الاسم الصحيح بشكل أسرع بكثير من الأنظمة الحالية. في حين أن هذا يمكن أن يسرع التحقق من صحة المعاملات، إلا أنه قد يعطل أيضًا توازن القوى في أنظمة إثبات العمل. يبحث مطورو بلوكتشين بالفعل عن خوارزميات nonce التي من شأنها أن تكون مقاومة للكم.

بروتوكولات الأمان المحسّنة

نظرًا لأن التهديدات الإلكترونية أصبحت أكثر تعقيدًا، سيصبح دور nonce في ضمان أمن المعاملات أكثر أهمية. قد تستخدم أنظمة blockchain المستقبلية العديد من nonces أو تجمع قيم nonce مع تقنيات التشفير الأخرى لتعزيز الأمان.

اعتبارات بيئية

أثارت العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة للعثور على الاسم الصحيح في أنظمة إثبات العمل مخاوف بيئية. قد تبحث أنظمة بلوكتشين المستقبلية عن طرق أكثر كفاءة في استخدام الطاقة لاستخدام nonces أو التحول نحو إثبات الحصة أو آليات الإجماع الأخرى التي لا تعتمد على عملية التعدين كثيفة الاستهلاك للطاقة.

الاستنتاج

وعلى الرغم من أن مصطلح nonce يبدو مفهومًا بسيطًا، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في عالم بلوكتشين المعقد. مما لا شك فيه أن nonce سيتكيف مع تطور التكنولوجيا، مما يضمن بقاء بلوكتشين آمنًا وفعالًا وملائمًا في العصر الرقمي.