بلاک چین چیست و چگونه کار میکند؟

بلاک چین دفترکلی دیجیتال است که دادههای تراکنشها را بهصورت امن و غیرمتمرکز، در میان شبکهای از رایانهها ثبت و نگهداری میکند. این فناوری با بهرهگیری از رمزنگاری و سازوکارهای اجماع، از تغییرناپذیری اطلاعات اطمینان حاصل میکند؛ به این معنا که پس از ثبت داده، امکان تغییر یا دستکاری آن وجود نخواهد داشت. بلاک چین فناوری زیربنایی شبکههای رمزارزی همچون بیت کوین و اتریوم است و میتواند نقشی اساسی در ارتقای شفافیت، امنیت و اعتماد در حوزههایی فراتر از صنعت مالی ایفا کند.
فناوری بلاک چین با معرفی شیوهای غیرمتمرکز، شفاف و ایمن برای مدیریت دادهها و تراکنشها، دگرگونی چشمگیری در صنایع مختلف بهویژه در حوزه مالی ایجاد کرده است. هرچند نخستین کاربرد این فناوری در قالب رمزارزهایی نظیر بیت کوین ظهور یافت، اما دامنه کاربرد آن به حوزههایی چون مدیریت زنجیره تأمین، بهداشت و درمان، سامانههای رأیگیری و بسیاری عرصههای دیگر گسترش یافته است.
بلاک چین چیست؟
بلاک چین را میتوان نوعی خاص از پایگاه داده قلمداد کرد؛ پایگاه دادهای دیجیتال و غیرمتمرکز که بار ذخیره آن بر دوش شبکهای توزیع شده از رایانهها قرار دارد. دادهها در بلاک چین به صورت بلوکهایی سازماندهی میشوند که بهصورت زمانی پشت سرهم چیده و از طریق فناوری رمزنگاری ایمنسازی میشوند.
این ساختار باعث میشود دادهها بهشکلی شفاف، ایمن و تغییرناپذیر ذخیره شوند. پس از ثبت و تأیید هر بلوک، امکان ویرایش یا تغییر اطلاعات آن وجود نخواهد داشت. ماهیت نامتمرکز این فناوری، وابستگی به مرجع یا نهاد مرکزی را نیز از میان برداشته است. بهعبارت دیگر، کاربران میتوانند بدون نیاز به واسطه، بهصورت مستقیم با یکدیگر تعامل مالی داشته باشند.
بلاک چینها انواع مختلفی دارند که هر یک درجهای متفاوت از تمرکززدایی را ارائه میدهند. با این حال در اغلب موارد، اصطلاح «بلاک چین» به دفترکل غیرمتمرکزی اطلاق میشود که برای ثبت تراکنشهای رمزارزی مورد استفاده قرار میگیرد.
تاریخچهای مختصر از بلاک چین
نخستین الگوی مفهومی بلاک چین در اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی پدید آمد؛ زمانیکه «استوارت هیبر» (Stuart Haber)، دانشمند علوم رایانه و «دابلیو. اسکات استورنتا» (W. Scott Stornetta)، فیزیکدان، برای محافظت از اسناد دیجیتال در برابر دستکاری، از تکنیکهای رمزنگاری در قالب زنجیرهای از بلوکها بهره گرفتند.
پژوهشهای هیبر و استورنتا الهامبخش بسیاری از دانشمندان علوم رایانه و علاقهمندان به حوزه رمزنگاری شد و در نهایت، به پیدایش بیت کوین بهعنوان نخستین رمزارز مبتنی بر فناوری بلاک چین انجامید. از آن زمان تاکنون، دامنه پذیرش بلاک چین بهطرز چشمگیری افزایش یافته و رمزارزها به پدیدهای جهانی بدل شدهاند.
گرچه فناوری بلاک چین بیش از هر چیز برای ثبت تراکنشهای رمزارزی بهکار گرفته میشود، اما این فناوری، قابلیت ذخیرهسازی انواع دیگر دادههای دیجیتال را نیز دارد و میتواند در طیف متنوعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد.
ویژگیها و مزایای کلیدی بلاک چین
-
غیرمتمرکز بودن: اطلاعات بهجای ذخیره در یک سرور مرکزی، در میان شبکهای از رایانهها (نودها) توزیع میشود. شبکههای بزرگ و غیرمتمرکزی همچون بیت کوین، در برابر حملات سایبری، مقاومت بالایی دارند.
-
شفافیت: بیشتر بلاک چینها عمومی هستند؛ به این معنا که تمامی اعضای شبکه به پایگاه دادهای واحد دسترسی دارند و تمامی تراکنشها برای همگان (ذینفعان تعریفشده) قابل رؤیت است.
-
تغییرناپذیری: پس از ثبت اطلاعات در بلاک چین، امکان تغییر یا حذف آنها بدون اجماع شبکه وجود ندارد.
-
امنیت دادهها: فناوری رمزنگاری و ساز و کارهای اجماع، سدی محکم در برابر دستکاری دادهها ایجاد میکنند.
-
کارآمدی: بلاک چین با حذف واسطهها، امکان انجام تراکنشهایی سریعتر و ارزانتر را فراهم میآورد. این تراکنشها در بازهای نزدیک به زمان واقعی انجام میشوند.
خلاصهای از ساز و کار بلاک چین
۱. ثبت تراکنش
در نخستین گام، هرگاه یک تراکنش (برای مثال، انتقال یک رمزارز) کلید میخورد، جزئیات آن به شبکهای از نودها (گرهها) ارسال میشود. هر نود با استفاده از مجموعهای از قواعد از پیش تعیینشده، اقدام به اعتبارسنجی آن تراکنش میکند.
۲. تشکیل بلوک
تراکنشهای تأیید شده، در قالب یک بلوک تجمیع میشوند. هر بلوک شامل اطلاعات زیر است:
-
دادهها: مانند جزئیات تراکنشها
-
مهر زمانی (Timestamp)
-
هش رمزنگاریشده: شناسهای یکتا که از اجرای الگوریتم هش بر دادههای بلوک بهدست میآید.
-
هش بلوک پیشین: پیوندی است که بلوکها را بهصورت زنجیرهای به یکدیگر متصل میکند.
۳. سازوکار اجماع
برای آنکه بلوک جدید به زنجیره افزوده شود، همه مشارکتکنندگان شبکه باید روی صحت آن توافق جمعی داشته باشند. این توافق از طریق الگوریتمهای اجماع محقق میشود. دو نمونه رایج از این الگوریتمها عبارتاند از:
-
اثبات کار (PoW): در این روش که در شبکه بیت کوین بهکار میرود، نودها باید با صرف توان محاسباتی، مسائل پیچیدهای را حل کنند.
-
اثبات سهام (PoS): در بلاک چینهای جدیدتر مانند اتریوم مورد استفاده قرار میگیرد؛ در این مدل، اعتبارسنجها بار صحتسنجی تراکنشها را بر دوش میکشند و بر پایه میزان سهام یا دارایی خود در شبکه انتخاب میشوند.
۴. اتصال زنجیرهوار بلوکها
بلوکها پس از تأیید، به زنجیره افزوده میشود. هر بلوک جدید، بهواسطه شناسه (هش) بلوک پیشین به آن متصل است. این پیوند رمزنگاریشده، ساختاری غیرقابل دستکاری و مقاوم در برابر تغییر ایجاد میکند. بهبیان دیگر، برای آنکه بلوک جدید تأیید شود، باید به بلوک قبلی ارجاع دهد.
۵. شفافیت
یکی دیگر از ویژگیهای بلاک چین، شفافیت آن است. در اغلب شبکههای عمومی، تمامی دادههای مربوط به تراکنشها و بلوکها از طریق وبسایتهایی موسوم به اکسپلورر یا کاوشگر بلاک چین برای عموم قابل مشاهده است.
برای نمونه، در شبکه بیت کوین میتوان تمام تراکنشهای ثبتشده، از جمله آدرس کیف پول فرستنده و گیرنده، مبلغ انتقال، و سایر اطلاعات مرتبط را مشاهده کرد. همچنین، این امکان وجود دارد که تمامی بلوکهای شبکه را تا نخستین بلوک، موسوم به بلوک پیدایش (Genesis Block) رهگیری کرد.
رمزنگاری در بلاک چین
رمزنگاری ستون فقرات فناوری بلاک چین بهشمار میرود و نقشی اساسی در حفظ امنیت، شفافیت و مقاومت در برابر دستکاری دادهها ایفا میکند. یکی از مهمترین روشهای رمزنگاری در بلاک چین، «هشینگ» (Hashing) است؛ فرایندی رمزنگارانه که هر ورودی با هر اندازهای را به یک رشته خروجی با طول ثابت تبدیل میکند.
تابعهای هش مورد استفاده در بلاک چینها اغلب از نوع «مقاوم در برابر تصادم» (Collision-Resistant) هستند؛ به این معنا که احتمال آنکه دو ورودی متفاوت، خروجی یکسانی ایجاد کنند، عملاً نزدیک به صفر است. از دیگر ویژگیهای حیاتی این توابع، «اثر بهمن» (Avalanche Effect) است؛ یعنی حتی کوچکترین تغییر در ورودی، منجر به تغییری چشمگیر و غیرقابل پیشبینی در خروجی خواهد شد.
برای نمونه، تابع رمزنگاری SHA256 که در شبکه بیت کوین مورد استفاده قرار میگیرد، بهخوبی این ویژگیها را نمایش میدهد. توابع هش، یکطرفه نیز هستند؛ یعنی از نظر محاسباتی تقریباً غیرممکن است که بتوان از روی تفسیر و تغییر خروجی به داده اولیه دست یافت.
در ساختار بلاک چین، هر بلوک دارای هش بلوک قبلی است. این وابستگی رمزنگاریشده میان بلوکها، زنجیرهای مقاوم و یکپارچه ایجاد میکند. هرگونه تلاش برای تغییر محتوای یک بلوک، مستلزم بازنویسی تمامی بلوکهای پس از آن خواهد بود؛ فرآیندی که هم از نظر فنی دشوار است و هم از نظر اقتصادی بسیار پرهزینه.
علاوهبر هشینگ، یکی دیگر از ساز و کارهای رمزنگاری پرکاربرد در بلاک چین، رمزنگاری نامتقارن یا رمزنگاری کلید عمومی است. این روش، بستر امنی را برای تراکنشهای قابل راستیآزمایی میان کاربران فراهم میکند.
در این مدل، هر کاربر دارای یک جفت کلید منحصربهفرد است: یک کلید خصوصی که محرمانه نگهداشته میشود و یک کلید عمومی که برای همگان قابل مشاهده است. هنگام انجام تراکنش، فرستنده آن را با کلید خصوصی خود امضا میکند و یک امضای دیجیتال پدید میآورد. سایر کاربران شبکه میتوانند با استفاده از کلید عمومی فرستنده، صحت امضای دیجیتال و اعتبار تراکنش را بررسی کنند. این روش موجب امنیت بالا در تراکنشها میشود؛ چرا که تنها مالک واقعی کلید خصوصی قادر به صدور تراکنش است و هر کاربر دیگری میتواند با کلید عمومی، اصالت آن را راستیآزمایی کند.
ساز و کار اجماع چیست؟
سازوکار اجماع، الگوریتمی است که به کاربران یا ماشینها امکان میدهد در محیطی توزیعشده (غیرمتمرکز) با یکدیگر هماهنگ شوند. این الگوریتم باید بهگونهای طراحی شده باشد که حتی در صورت بروز خطا یا رفتار ناهنجار از سوی برخی بازیگران، تمامی اجزای شبکه بتوانند بر سر یک نسخهی واحد از حقیقت به توافق برسند. سازوکارهای اجماع تضمین میکنند که همه نودهای (گرههای) موجود در شبکه، نسخهای یکسان از دفترکل داشته باشند؛ دفتری که سوابق کلیه تراکنشها در آن ثبت شده است.
زمانی که دهها هزار نود در سراسر جهان، رونوشتهایی از دادههای بلاک چین را نگهداری میکنند، چالشهایی نظیر ناهمخوانی دادهها و بروز رفتار مخرب از سوی برخی نودها میتواند رخ دهد. بهمنظور حفظ یکپارچگی بلاک چین، از سازوکارهای اجماع مختلفی بهره گرفته میشود تا نحوه دستیابی نودها به توافق، بهصورت شفاف و قابلاعتماد مشخص باشد. در ادامه، به مهمترین این سازوکارها نگاهی میاندازیم:
انواع سازوکارهای اجماع
اثبات کار (Proof of Work یا PoW) چیست؟
اثبات کار یا PoW، یکی از قدیمیترین و شناختهشدهترین سازوکارهای اجماع در بلاک چین است و نخستین بار در شبکه بیت کوین مورد استفاده قرار گرفت. در این مدل، ماینرها برای افزودن بلوک جدید به زنجیره، باید یک مسئله پیچیده ریاضی را حل کنند.
فرآیند موسوم به «ماینینگ» (استخراج)، رقابتی میان ماینرها برای یافتن پاسخ صحیح این معادله است. اولین ماینری که موفق به حل آن شود، اجازه ثبت بلوک جدید را پیدا کرده و در ازای آن، پاداشی در قالب رمزارز دریافت میکند. از آنجا که حل این معادلات نیازمند توان محاسباتی بالا و منابع انرژی قابلتوجه است، اثبات کار فرآیندی پرهزینه و پرمصرف بهشمار میرود. بااینحال، همین ویژگی، امنیت و مقاومت بالایی در برابر حملات برای شبکه فراهم میکند.
اثبات سهام (Proof of Stake یا PoS) چیست؟
اثبات سهام یا PoS، سازوکاری است که برای رفع برخی کاستیهای PoW طراحی شده است. در مدل PoS، اعتبارسنجها (Validators) بهجای رقابت برای حل مسائل ریاضی، بر اساس میزان رمزارزی که در شبکه بهوثیقه گذاشتهاند یا استیک کردهاند، انتخاب میشوند.
سهام در اینجا بهمعنای مقدار رمزارزی است که اعتبارسنج بهعنوان ضمانت در شبکه قفل کرده است. معمولاً اعتبارسنجها بهصورت تصادفی و البته متناسب با میزان سهام خود برای تأیید تراکنشها و تولید بلوکهای جدید انتخاب میشوند. این اعتبارسنجها، بهجای پاداش بلوک، کارمزد تراکنشها را دریافت میکنند.
در صورتیکه اعتبارسنج رفتاری مخرب یا خلاف منافع شبکه داشته باشد، بخشی یا تمام سهام قفل شدهی او ضبط خواهد شد. این سازوکار، انگیزهای برای رفتار صادقانه و در راستای حفظ سلامت شبکه ایجاد میکند.
سایر ساز و کارهای اجماع رایج
اگرچه PoW و PoS رایجترین الگوریتمهای اجماع هستند، اما در سالهای اخیر مدلهای متنوع دیگری نیز توسعه یافتهاند. برخی از آنها، ترکیبی از عناصر PoW و PoS را بهکار میگیرند و برخی دیگر، رویکردی کاملاً متفاوت دارند.
برای مثال، اثبات سهام نیابتی (Delegated Proof of Stake یا DPoS) شباهت زیادی به PoS دارد، با این تفاوت که در این مدل، دارندگان توکنها، نمایندگانی را برای اعتبارسنجی و تولید بلوک انتخاب میکنند. این نمایندگان وظیفه اجرای تراکنشها را از جانب جامعه بر عهده دارند.
مدلی دیگر بهنام اثبات اعتبار (Proof of Authority یا PoA) شناخته میشود. در این سازوکار، اعتبارسنجها نه بر اساس میزان دارایی رمزارزی، بلکه بر اساس هویت و شهرت خود انتخاب میشوند. چنانچه اعتبارسنجی رفتار ناصحیح از خود نشان دهد، از شبکه حذف خواهد شد.
انواع شبکههای بلاک چین
۱. بلاک چین عمومی (Public Blockchain)
بلاک چین عمومی، شبکهای غیرمتمرکز و آزاد است که هر فردی میتواند بدون محدودیت در آن مشارکت داشته باشد. این نوع شبکهها عموماً متنباز، شفاف و بدون نیاز به مجوز هستند؛ به این معنا که همه کاربران میتوانند به اطلاعات آن دسترسی داشته باشند و در فرآیندهایی چون اعتبارسنجی تراکنشها نقش ایفا کنند.
شبکههایی مانند بیت کوین و اتریوم از جمله نمونههای شاخص بلاک چینهای عمومی بهشمار میروند.
۲. بلاک چین خصوصی (Private Blockchain)
همانطور که از نام آن پیداست، بلاک چین خصوصی، شبکهای محدود و در انحصار یک نهاد یا سازمان خاص است و دسترسی به آن برای عموم آزاد نیست. این نوع بلاک چینها معمولاً توسط شرکتها یا نهادهای خاص برای اهداف داخلی و تعریفشده راهاندازی میشوند.
بلاک چینهای خصوصی، محیطهایی مبتنی بر مجوز هستند؛ یعنی فقط افراد یا نهادهایی که از پیش شناسایی و تأیید شدهاند، اجازه مشاهده یا نگارش داده در این زنجیره را دارند. به همین دلیل، این شبکهها برخلاف بلاک چینهای عمومی، غیرمتمرکز واقعی محسوب نمیشوند؛ چراکه ساختار حاکمیتی مشخصی دارند. بااینحال، این بلاک چینها میتوانند توزیعشده باشند؛ به این معنا که چندین نود کپی یکسانی از زنجیره را نگهداری میکنند.
۳. بلاک چین کنسرسیومی (Consortium Blockchain)
بلاک چین کنسرسیومی، ساختاری ترکیبی از مدلهای عمومی و خصوصی است. در این نوع شبکهها، چند نهاد مختلف برای تشکیل و مدیریت مشترک یک بلاک چین با یکدیگر همکاری میکنند. این شبکهها میتوانند بسته به نیاز اعضای کنسرسیوم، باز یا بسته باشند.
در این مدل، برخلاف بلاک چین عمومی که هر کسی میتواند نقش اعتبارسنج داشته باشد، یا بلاک چین خصوصی که تنها یک نهاد همه کارها را در اختیار دارد، اعتبارسنجی بلوکها در دست گروهی از اعضای منتخب با قدرت برابر است.
قوانین حاکم بر این نوع بلاک چین انعطافپذیر است:
-
زنجیره میتواند تنها برای اعتبارسنجها قابل مشاهده باشد،
-
فقط برای افراد دارای مجوز نمایش داده شود،
-
یا برای عموم کاربران قابل مشاهده باشد.
در صورتیکه اعتبارسنجها به اجماع برسند، اعمال تغییرات در شبکه بهراحتی امکانپذیر خواهد بود. بهبیان ساده، تا زمانیکه اکثریت این بازیگران رفتاری صادقانه داشته باشند، عملکرد کلی شبکه با مشکلی مواجه نخواهد شد.
فناوری بلاک چین در چه حوزههایی کاربرد دارد؟
گرچه فناوری بلاک چین هنوز در مراحل ابتدایی رشد خود قرار دارد، اما تاکنون توانسته است در صنایع گوناگونی جای خود را باز کند. در ادامه، با برخی از رایجترین کاربردهای فعلی این فناوری آشنا میشویم.
۱. رمزارزها
فناوری بلاک چین اساساً بهمنظور پشتیبانی از رمزارزها توسعه یافت؛ رمزارزهایی که بلاک چین را بهعنوان دفترکل غیرمتمرکز و ایمن برای ثبت تراکنشها بهکار میگیرند.
در حالیکه تراکنشهای مالی فرامرزی سنتی مستلزم دخالت واسطهها و متحمل هزینههای سنگین هستند، بلاک چین امکان انجام انتقالات بینالمللی را سریعتر، ارزانتر و شفافتر فراهم میکند. علاوهبر ذخیره ارزش، بسیاری از کاربران بیت کوین و دیگر رمزارزها از آنها برای ارسال حوالههای بینالمللی استفاده میکنند.
۲. قراردادهای هوشمند
قرارداد هوشمند، نوعی قرارداد خوداجراست که بهگونهای برنامهنویسی میشود تا در صورت تحقق شرایط مشخصشده، بهطور خودکار اجرا شود. فناوری بلاک چین بستری امن و غیرمتمرکز برای ایجاد و اجرای اینگونه قراردادها فراهم کرده است.
یکی از مهمترین کاربردهای قراردادهای هوشمند در برنامههای غیرمتمرکز (DApps) و سازمانهای خودگردان غیرمتمرکز (DAOs) است که بخش مهمی از پلتفرمهای دیفای (DeFi) را تشکیل میدهند. دیفای با تکیه بر بلاک چین، خدمات مالی مانند وامدهی، وامگیری و مبادله رمزارز را بدون نیاز به واسطههای سنتی ارائه میدهد و به این ترتیب، دسترسی عمومی به خدمات مالی را میسر میسازد.
۳. توکنسازی (Tokenization)
داراییهای حقیقی نظیر املاک، سهام یا آثار هنری میتوانند از طریق فرایند توکنسازی، به توکنهای دیجیتال روی بلاک چین تبدیل شوند. این فرآیند باعث افزایش نقدشوندگی داراییها شده و امکان دسترسی گستردهتر به فرصتهای سرمایهگذاری را فراهم میسازد.
۴. هویت دیجیتال
فناوری بلاک چین میتواند برای ایجاد هویتهای دیجیتال ایمن و مقاوم در برابر دستکاری مورد استفاده قرار گیرد. این هویتها میتوانند در فرآیند احراز هویت اشخاص و مدیریت اطلاعات حساس نقشآفرینی کنند. با گسترش حضور افراد و داراییهایشان در فضای دیجیتال، اهمیت چنین راهکارهایی بیش از پیش آشکار خواهد شد.
۵. رأیگیری الکترونیکی
با فراهم آوردن یک دفترکل غیرمتمرکز و غیرقابلتحریف از آرای ثبتشده، بلاک چین امکان طراحی سیستمهای رأیگیری ایمن و شفاف را فراهم میکند؛ سامانهای که میتواند جلوگیری از تقلب انتخاباتی را تضمین کرده و اعتبار فرآیند رأیگیری را حفظ کند.
۶. مدیریت زنجیره تأمین
فناوری بلاک چین میتواند برای ثبت کلیه تراکنشها در زنجیره تأمین بهکار گرفته شود. هر تراکنش یا مجموعهای از تراکنشها در قالب یک بلوک در بلاک چین ذخیره میشود و زنجیرهای شفاف، قابل ردیابی و غیرقابل تغییر از کل فرآیند تأمین ایجاد میکند. این مزیت بهویژه در صنایع غذایی، دارویی و لجستیک، نقشی حیاتی در ردیابی منشأ و اعتبار محصولات ایفا میکند.
سخن پایانی
فناوری بلاک چین، راهکاری نوین، ایمن و شفاف برای ثبت تراکنشها و ذخیرهسازی دادهها فراهم کرده است. این فناوری با تقویت سطح اعتماد و امنیت در فضای دیجیتال، بهسرعت در حال برپایی انقلابی فراگیر در صنایع مختلف است.
بلاک چین چه در قالب تسهیل تراکنشهای همتابههمتا، چه از طریق خلق اشکال جدیدی از داراییهای دیجیتال یا با فراهمکردن زیرساخت اجرای برنامههای غیرمتمرکز، افقهای تازهای را پیش روی جهان قرار داده است.
با تداوم پیشرفت این فناوری و گسترش پذیرش عمومی آن، میتوان انتظار داشت که در سالهای آینده، کاربردهایی نوآورانه و تحولآفرین از بلاکچین در حوزههای گوناگون ظهور یابند؛ کاربردهایی که چهبسا شیوه تعامل ما با داده، دارایی و اعتماد را بهطور بنیادین تغییر دهند.