البلوكتشين : إعادة تعريف بنية تحتية للتعاملات الرقمية

ملخص النقاط الرئيسية

• تعتبر البلوكشين دفتر أستاذ رقمي موزع يسجل بيانات المعاملات بشكل آمن على شبكة كمبيوتر عالمية، ولها دلالة ثورية مقارنة بأنظمة البنوك التقليدية.
• من خلال التشفير وآلية الإجماع، تضمن blockchain عدم قابلية البيانات للتغيير، وبمجرد تسجيل المعلومات، لا يمكن تعديلها أو تتبعها.
• تعتبر تقنية البلوك تشين داعمًا ليس فقط لاقتصاديات العملات الرقمية مثل البيتكوين والإيثيريوم، بل إن لها تطبيقات واسعة في مجالات متعددة مثل إدارة سلسلة التوريد، الرعاية الصحية، وأنظمة التصويت، مما يوفر الشفافية والأمان والثقة لمختلف الصناعات.

نقطة انطلاق الثورة التكنولوجية

لقد غيرت تقنية البلوك تشين بشكل عميق العديد من الصناعات، وخاصة في المجال المالي. بالمقارنة مع نموذج الإدارة المركزية للبنوك التقليدية، قدمت البلوك تشين نموذجًا جديدًا تمامًا: إدارة بيانات ومعاملات لامركزية وشفافة وآمنة. على الرغم من أن هذه التقنية قد تم تصميمها في الأصل كالبنية التحتية للعملات المشفرة مثل البيتكوين، إلا أن نطاق تطبيقاتها قد تجاوز بكثير قيود المجال المالي، ليشمل العديد من المجالات مثل تتبع سلسلة التوريد، سجل الصحة والعلاج، والتصويت الإلكتروني.

جوهر blockchain

ما هي تقنية البلوكشين؟

البلوكشين هو في جوهره نظام قاعدة بيانات خاص. إنه دفتر أستاذ رقمي غير مركزي يتم صيانته بشكل مشترك بواسطة شبكة من أجهزة الكمبيوتر الموزعة عالميًا. يتم تنظيم بيانات البلوكشين في كتل، وترتبط هذه الكتل بترتيب زمني وتحميها تقنيات التشفير. تضمن هذه البنية الشفافية والأمان وخصائص عدم القابلية للتغيير للبيانات.

بمجرد تأكيد كتلة وإضافتها إلى سلسلة الكتل، فإن البيانات المخزنة فيها تكاد تكون مستحيلة التعديل. هذا يختلف عن أنظمة البنوك التقليدية - حيث تعتمد البنوك التقليدية على سلطة مركزية لإدارة والتحقق من المعاملات، بينما تقوم هيكلية سلسلة الكتل اللامركزية بإزالة الاعتماد على سلطة واحدة. على سلسلة الكتل، يمكن للمشاركين إجراء المعاملات مباشرة بينهم دون الحاجة إلى تدخل وسطاء من الأطراف الثالثة.

على الرغم من وجود أنواع متعددة من سلاسل الكتل، ذات درجات متفاوتة من الخصائص اللامركزية، إلا أن مصطلح “سلسلة الكتل” عادة ما يشير إلى دفتر أستاذ رقمي لامركزي يُستخدم لتسجيل معاملات العملات المشفرة.

من تاريخ التكنولوجيا إلى واقع التطبيق

لم ينبع مفهوم blockchain من العملات المشفرة. في أوائل التسعينيات، قام عالم الكمبيوتر ستيوارت هابر (Stuart Haber) والفيزيائي و. سكوت ستورنيتا (W. Scott Stornetta) باستخدام تقنيات التشفير لإنشاء سلسلة كتل لحماية الوثائق الرقمية من التلاعب بالبيانات. أثارت هذه الأعمال الأساسية إلهام العديد من الباحثين في علم التشفير والخبراء في الكمبيوتر، مما أدى في النهاية إلى ظهور أول عملة مشفرة تعتمد على تكنولوجيا blockchain - البيتكوين.

منذ ذلك الحين، شهدت سرعة اعتماد تقنية البلوك تشين نموًا متسارعًا، وأصبحت العملات المشفرة ظاهرة سائدة على مستوى العالم. على الرغم من أن تقنية البلوك تشين تُستخدم بشكل رئيسي في تسجيل معاملات العملات المشفرة، إلا أنها مناسبة أيضًا لمجموعة متنوعة من أشكال تسجيل البيانات الرقمية الأخرى، ويمكن توسيع تطبيقها لتشمل العديد من السيناريوهات العملية.

الخصائص الأساسية للبلوك تشين

لامركزية

تُخزَّن المعلومات في شبكة تتكون من العديد من أجهزة الكمبيوتر (المعروفة باسم “العُقَد”)، بدلاً من خادم مركزي واحد. الشبكات اللامركزية الكبيرة مثل البيتكوين لديها مقاومة قوية للهجمات. بالمقارنة، تعتمد الأنظمة المصرفية التقليدية على خوادم مركزية، مما يجعلها مصدرًا محتملاً لخلل نقطة واحدة.

الشفافية

تكون معظم شبكات البلوكتشين عامة، مما يعني أن جميع المشاركين يمكنهم الوصول إلى نفس قاعدة البيانات. معلومات المعاملات مرئية لكل مشارك في الشبكة، وهذه الشفافية تجعل من الصعب إخفاء الاحتيال.

عدم قابلية تعديل البيانات

بمجرد إضافة البيانات إلى blockchain، لا يمكن تعديلها دون الحصول على توافق الأغلبية في الشبكة. هذا يتناقض بشكل حاد مع أنظمة البنوك التقليدية، حيث قد يكون لدى المديرين صلاحية تعديل سجلات المعاملات التاريخية.

حماية أمان البيانات

تقدم التشفير وآليات الإجماع حماية قوية للبيانات، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر التلاعب والتزوير.

كفاءة التشغيل

من خلال القضاء على الوسائط الوسطى، يمكن أن تحقق تقنية البلوكشين سرعات معاملات أسرع وتكاليف أقل. يتم معالجة المعاملات بشكل أساسي بسرعة الوقت الفعلي، بينما قد تستغرق التحويلات عبر الحدود في البنوك التقليدية عدة أيام.

معنى اللامركزية في البلوكشين

في سياق blockchain ، تشير اللامركزية إلى توزيع السيطرة والسلطة في اتخاذ القرار بين العديد من المشاركين بدلاً من أن تكون مركزة في كيان واحد (مثل الحكومة أو البنك أو الشركة).

في شبكة بلوكتشين لامركزية، لا توجد أي سلطة مركزية أو وسطاء لإدارة تدفق البيانات أو عمليات التداول. بدلاً من ذلك، يتم التحقق من المعاملات وتسجيلها بواسطة شبكة من الحواسيب الموزعة التي تتعاون معًا للحفاظ على سلامة الشبكة. تُشكل هذه البنية مقارنة جذرية مع أنظمة المصارف التقليدية.

آلية تشغيل البلوكشين

المبادئ الأساسية

البلوكشين هو في جوهره دفتر أستاذ رقمي يسجل بشكل آمن المعاملات بين طرفين بطريقة غير قابلة للتلاعب. يتم تسجيل والتحقق من بيانات المعاملات هذه بواسطة شبكة عالمية من الحواسيب (العقد).

عندما ترسل أليس بيتكوين إلى بوب، سيتم بث هذه المعاملة إلى الشبكة بأكملها. كل عقدة تتحقق من المعاملة من خلال التحقق من التوقيع الرقمي وبيانات المعاملة الأخرى. بعد اكتمال التحقق من المعاملة، سيتم إضافتها مع معاملات أخرى إلى كتلة. يمكن فهم كل كتلة على أنها صفحة من دفتر الأستاذ الرقمي.

تتصل هذه الكتل ببعضها البعض بطرق تشفيرية، مما يشكل سلسلة الكتل (أي سلسلة من الكتل). يتم تحقيق عملية التحقق من المعاملات وإضافة الكتل من خلال آلية إجماع، وهي مجموعة من القواعد التي تحدد كيف تتفق عقد الشبكة على حالة سلسلة الكتل وصحة المعاملات.

عملية التداول الكاملة

الخطوة الأولى: تهيئة الصفقة ونشرها

عندما يتم بدء صفقة (مثل تحويل العملات المشفرة)، فإنه يتم بثها إلى شبكة العقد. تستخدم كل عقدة قواعد محددة مسبقًا للتحقق من هذه الصفقة.

الخطوة الثانية: مكونات الكتلة

تُجمع المعاملات الموثوقة في كتلة واحدة. تحتوي كل كتلة على:

• بيانات المعاملات (مثل تفاصيل التحويل)
• الطابع الزمني
• قيمة التجزئة التشفيرية (معرف فريد يتم إنشاؤه بواسطة خوارزمية التجزئة)
• قيمة هاش الكتلة السابقة (وهذا هو العنصر الأساسي لربط الكتل معًا لتشكيل سلسلة)

الخطوة الثالثة: التحقق من الإجماع

لإضافة كتلة جديدة إلى سلسلة الكتل، يجب على المشاركين في الشبكة التوصل إلى توافق حول صحتها. يتم تنفيذ هذه العملية التحقق باستخدام خوارزميات توافق محددة، وأهمها إثبات العمل (PoW) وإثبات الحصة (PoS).

الخطوة الرابعة: الهيكل السلسلي للبلوك تشين

بعد اكتمال التحقق، تتم إضافة الكتلة إلى سلسلة الكتل. كل كتلة لاحقة تشير إلى الكتلة السابقة، مما يشكل هيكلًا لا يمكن اختراقه. أي شخص يرغب في تعديل كتلة يجب أن يعدل جميع الكتل اللاحقة في نفس الوقت، وهذا شبه مستحيل من الناحية التقنية وتكلفته مرتفعة للغاية.

الخطوة الخامسة: الشفافية العامة

الخاصية الرئيسية الأخرى للبلوك تشين هي انفتاحها. عادةً ما يمكن لأي شخص التحقق من البيانات على البلوك تشين من خلال منصات عامة مثل متصفح الكتل، بما في ذلك جميع بيانات المعاملات وتفاصيل الكتل. على سبيل المثال، يمكنك عرض جميع المعاملات المسجلة على شبكة البيتكوين، بما في ذلك عناوين محافظ المرسل والمستلم ومبلغ التحويل والمعلومات الأخرى. يمكنك حتى تتبع جميع كتل البيتكوين حتى الكتلة الأصلية (الكتلة الأولى).

التشفير: حجر الزاوية لأمان blockchain

تعد التشفير أمرًا حيويًا للحفاظ على سجلات المعاملات الآمنة والشفافة وغير القابلة للتغيير في blockchain. تعتبر دالة التجزئة واحدة من أهم طرق التشفير في blockchain. إنها عملية تشفير تحول مدخلات ذات طول عشوائي إلى سلسلة ثابتة الطول.

عادةً ما تتمتع دوال التجزئة المستخدمة في سلسلة الكتل بخصائص مقاومة الاصطدام، مما يعني أن احتمال العثور على بيانات مختلفة تنتج نفس المخرجات يكاد يكون صفراً.

تأثير الانهيار الثلجي

خاصية تشفيرية أخرى مهمة في البلوك تشين هي تأثير الانهيار الثلجي، والذي يشير إلى أن التغييرات الطفيفة في بيانات الإدخال يمكن أن تؤدي إلى نتائج إخراج مختلفة تمامًا. على سبيل المثال، في دالة SHA256 المستخدمة في بيتكوين، فإن تغيير حالة الحرف فقط سيؤدي إلى تغيير جذري في نتيجة الإخراج.

دالة الهاش هي دالة أحادية الاتجاه، مما يعني أنه من غير الممكن حساب البيانات الأصلية من قيمة الهاش الناتجة.

كل كتلة في سلسلة الكتل تحتوي بشكل آمن على قيمة تجزئة الكتلة السابقة، مما يخلق سلسلة كتل قوية. أي شخص يرغب في تعديل كتلة يجب أن يعدل جميع الكتل اللاحقة، وهو أمر صعب تقنيًا ومكلف للغاية.

علم التشفير العام

طريقة تشفير أخرى مستخدمة على نطاق واسع في blockchain هي التشفير بالمفتاح العام (المعروف أيضًا باسم التشفير غير المتماثل) ، والذي يساعد في إنشاء معاملات آمنة وقابلة للتحقق بين المستخدمين. مبدأ عملها كالتالي: يمتلك كل مشارك زوجًا فريدًا من المفاتيح ، بما في ذلك مفتاح خاص سري ومفتاح عام مشترك.

عندما يقوم المستخدم بإجراء صفقة، فإنه يستخدم المفتاح الخاص به لتوقيع الصفقة، مما ينتج عنه توقيع رقمي. يمكن للمستخدمين الآخرين في الشبكة استخدام المفتاح العمومي للمرسل للتحقق من صحة الصفقة. هذه الطريقة تضمن أمان الصفقة، حيث لا يمكن إلا لحاملي المفتاح الخاص الشرعي تفويض صفقة، بينما يمكن لأي شخص التحقق من التوقيع باستخدام المفتاح العمومي.

آلية الإجماع: جوهر التنسيق الشبكي

آلية إجماع هي وسيلة تمكن المستخدمين أو الآلات من التنسيق في بيئة موزعة. يجب أن تضمن أن جميع المشاركين في النظام يمكنهم التوصل إلى توافق حول مصدر حقيقي واحد، حتى في حالة حدوث أعطال لبعض المشاركين.

تضمن آلية الإجماع أن جميع العقد في الشبكة تمتلك نسخًا متطابقة من السجل، حيث يتم تسجيل جميع المعاملات. عندما تمتلك عشرات الآلاف من العقد نسخة من بيانات سلسلة الكتل، تظهر بسرعة مجموعة من التحديات، مثل مشكلات تناسق البيانات وتهديدات العقد الخبيثة.

لضمان سلامة سلسلة الكتل، هناك آليات توافق متعددة تحدد كيفية توافق عقد الشبكة على حالة سلسلة الكتل.

إثبات العمل (PoW)

آلية إثبات العمل هي آلية توافق تُستخدم في العديد من شبكات blockchain للتحقق من المعاملات والحفاظ على سلامة الشبكة. هذه هي آلية التوافق الأصلية التي اعتمدتها البيتكوين.

في إطار PoW، يتنافس المعدنون فيما بينهم لحل مشكلة رياضية معقدة من أجل الفوز بحق إضافة الكتلة التالية إلى سلسلة الكتل. في عملية تُعرف بالتعدين، سيحصل أول معدّن يحل المشكلة على مكافأة من العملة المشفرة. يجب على المعدنين استخدام أجهزة كمبيوتر قوية لحل المشاكل الرياضية، واستخراج عملات مشفرة جديدة، وتأمين الشبكة. لهذا السبب، تتطلب عملية التعدين استهلاكًا كبيرًا من موارد الحوسبة والطاقة.

إثبات الحصص (PoS)

آلية إثبات الحصة هي نوع من آليات الإجماع تهدف إلى معالجة بعض عيوب إثبات العمل. في أنظمة إثبات الحصة، لا يحتاج مدققي الكتل إلى التنافس فيما بينهم لحل مسائل رياضية معقدة، بل يتم اختيارهم بناءً على كمية العملات المشفرة التي “تم قفلها” (المُستثمَرَة) في الشبكة.

تمثل الحصة عدد العملات المشفرة التي يحتفظ بها المدقق كضمان. عادةً ما يتم اختيار المدققين في نظام إثبات الحصة بشكل عشوائي بناءً على حجم حصتهم لإنشاء كتل جديدة والتحقق من المعاملات. يحصلون على مكافآت من خلال فرض رسوم على المعاملات، مما يحفزهم على التصرف بما يتماشى مع مصالح الشبكة. إذا تصرفوا بشكل غير صحيح، فإنهم يواجهون خطر فقدان العملات المشفرة المرهونة.

آليات إجماع أخرى

إثبات العمل وإثبات الحصة هما من أكثر خوارزميات الإجماع شيوعًا، لكن هناك العديد من الأنواع الأخرى. البعض منها أنظمة هجينة تجمع بين عناصر من طريقتين، بينما يعتمد البعض الآخر على طرق مختلفة تمامًا.

على سبيل المثال، فإن إثبات الحصة المفوض (DPoS) مشابه لـ PoS، لكن الفرق هو أن ليس جميع المدققين مؤهلين لإنشاء كتل جديدة، بل يتم انتخاب مجموعة أصغر من المفوضين من قبل حاملي الرموز لتمثيلهم في ممارسة هذه السلطة.

بالمقارنة، يتم اختيار المدققين في إثبات السلطة (PoA) بناءً على سمعتهم أو هويتهم بدلاً من كمية العملات المشفرة التي يمتلكونها. يتم اختيار المدققين بناءً على موثوقيتهم، وإذا تصرفوا بشكل غير صحيح فقد يتم إزالتهم من الشبكة.

تصنيف أنواع الشبكات البلوكتشين

blockchain العامة

تعتبر سلسلة الكتل العامة شبكة مفتوحة لا مركزية، يمكن لأي شخص يرغب في المشاركة الانضمام إليها. تكون هذه الشبكات عادةً مفتوحة المصدر وشفافة ولا تتطلب إذنًا، مما يعني أن أي شخص يمكنه الوصول إليها واستخدامها. البيتكوين والإيثيريوم هما مثالان نموذجيان لسلاسل الكتل العامة.

سلسلة الكتل الخاصة

كما يوحي الاسم، فإن سلسلة الكتل الخاصة هي شبكة سلسلة كتل غير مفتوحة للجمهور. عادة ما يتم إدارة سلسلة الكتل الخاصة من قبل كيان واحد (مثل الشركات) لأغراض داخلية واستخدامات محددة. سلسلة الكتل الخاصة هي بيئة تتطلب إذنًا، ولديها قواعد واضحة تحدد من يمكنه عرض البيانات وكتابتها في السلسلة. هذه ليست أنظمة لامركزية، حيث توجد مستويات تحكم واضحة. ومع ذلك، نظرًا لأن العديد من العقد تحتفظ بنسخ من السلسلة، فقد تكون هذه الأنظمة موزعة.

شبكة البلوكتشين

البلوكتشين الائتماني هو مزيج من البلوكتشين العامة والبلوكشين الخاصة. في البلوكتشين الائتماني، تجتمع عدة منظمات معًا لإنشاء شبكة بلوكتشين مشتركة، تُدار وتُحكم من قبل عدة أطراف. يمكن أن تكون هذه الشبكات مفتوحة أو مغلقة، اعتمادًا على احتياجات أعضاء الائتلاف.

بين نظام مفتوح بالكامل (يمكن لأي شخص التحقق من الكتل) أو نظام مغلق تمامًا (حيث تحدد كيان واحد منتجي الكتل) ، تتبنى blockchain التحالف مسارًا وسطًا: يتم تعيين عدد من الأطراف المتساوية في القوة كمدققين. قواعد النظام مرنة: قد تكون رؤية blockchain محدودة فقط للمدققين أو الأشخاص المصرح لهم أو للجميع. إذا توصل المدققون إلى توافق في الآراء ، يمكن تنفيذ التغييرات بسهولة. طالما أن نسبة معينة من المدققين في التحالف تظل تتصرف بصدق ، فلن تكون هناك مشاكل في النظام.

تطبيقات عملية لإستخدام blockchain

على الرغم من أن تقنية blockchain لا تزال في مرحلة مبكرة نسبيًا ، إلا أنها قد أثبتت بالفعل تطبيقات عملية في العديد من المجالات. تشمل التطبيقات الأكثر شيوعًا حاليًا:

تجارة العملات المشفرة

تم تطوير تقنية blockchain في الأصل لدعم إنشاء العملات المشفرة، وكدفتر أستاذ آمن وموزع لتسجيل المعاملات. تنطوي التحويلات الدولية التقليدية على العديد من الوسطاء ورسوم مرتفعة، بينما توفر blockchain تحويلات دولية أسرع وأقل تكلفة وذات شفافية أعلى. بالإضافة إلى كونها وسيلة لتخزين القيمة، يستخدم الكثيرون البيتكوين والعملات المشفرة الأخرى لإجراء التحويلات العالمية.

عقد ذكي

العقود الذكية هي عقود ذاتية التنفيذ، يمكن برمجتها للتنفيذ تلقائيًا عند استيفاء شروط معينة. تتيح تقنية البلوكشين إنشاء وتنفيذ العقود الذكية بطريقة آمنة ومركزية. إحدى التطبيقات الأكثر شعبية للعقود الذكية هي التطبيقات اللامركزية (DApps) والمنظمات المستقلة (DAOs)، التي تشكل جزءًا مهمًا من منصات التمويل اللامركزي (DeFi). تستخدم منصات DeFi تقنية البلوكشين لتقديم خدمات مالية مثل الاقتراض والتمويل والتداول، دون الحاجة إلى الاعتماد على المؤسسات المالية التقليدية، مما يعزز ديمقراطية استخدام الأدوات المالية.

توكنيزات الأصول

يمكن تحويل الأصول المادية (مثل العقارات أو الأسهم أو الأعمال الفنية) إلى رموز رقمية على البلوكشين. يمكن أن يعزز ذلك من سيولة الأصول ويوسع نطاق فرص الاستثمار.

التحقق من الهوية الرقمية

يمكن استخدام blockchain لإنشاء هويات رقمية آمنة وغير قابلة للتلاعب، يمكن استخدامها للتحقق من المعلومات الشخصية والبيانات الحساسة الأخرى. مع تزايد رقمنة معلوماتنا الشخصية وأصولنا، ستزداد أهمية هذا النوع من التطبيقات.

نظام التصويت الإلكتروني

يمكن استخدام تقنية blockchain لإنشاء نظام تصويت آمن وشفاف من خلال توفير سجل لامركزي ومقاوم للتلاعب لجميع الأصوات، مما يقضي على إمكانية الاحتيال الانتخابي ويضمن سلامة التصويت.

إدارة سلسلة التوريد

يمكن استخدام blockchain لإنشاء سجل كامل لجميع المعاملات في سلسلة التوريد. يمكن تسجيل كل معاملة (أو مجموعة من المعاملات) ككتلة في blockchain ، مما يخلق سجلاً غير قابل للتغيير وشفافاً لعملية سلسلة التوريد بأكملها.

آفاق مستقبل blockchain

توفر تقنية blockchain وسيلة آمنة وشفافة لتسجيل المعاملات وتخزين البيانات. هذه تقنية تغير العديد من الصناعات، وتجلب مستوى جديد من الثقة والأمان للعالم الرقمي.

سواء كان ذلك لتحقيق المعاملات من نقطة إلى نقطة، أو إنشاء أشكال جديدة من الأصول الرقمية، أو دفع تطوير التطبيقات اللامركزية، فإن تقنية البلوكشين قد فتحت عالمًا من الإمكانيات اللامحدودة. مع استمرار تطور هذه التقنية وتوسيع نطاق استخدامها، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من سيناريوهات التطبيقات المبتكرة تظهر في السنوات القليلة القادمة.