البلوكتشين أساسيات: من المبدأ إلى التطبيقات العملية

ملخص النقاط الأساسية

• البلوكشين هو نظام تسجيل بيانات موزع، يضمن عدم قابلية تغيير بيانات المعاملات من خلال التشفير وآليات الإجماع.
• لقد وضعت الأساس التكنولوجي للأصول الرقمية مثل بيتكوين وإيثريوم، وهي تعمل على تغيير العديد من الصناعات مثل المالية وسلسلة التوريد والتصويت.
• اللامركزية والشفافية والأمان هي الخصائص الثلاث الرئيسية لهذه التقنية

كيف غيرت البلوك تشين المالية الحديثة

ظهور تقنية البلوكشين حطم الأنماط التقليدية لإدارة البيانات. على عكس تقنيات الإنترنت الأخرى، قدمت آلية جديدة تمامًا للثقة - لم يعد الاعتماد على المؤسسات المركزية، بل من خلال التعاون بين عدة مشاركين في الشبكة الموزعة للحفاظ على سلامة البيانات.

لقد أظهر هذا التحول قوته أولاً في مجال العملات المشفرة، لكن نطاق تطبيقه قد توسع بالفعل ليشمل تتبع سلسلة التوريد، وإدارة السجلات الطبية، وأنظمة التحقق من الهوية، وحتى آليات التصويت في العديد من المجالات. بغض النظر عن الصناعة، تعد تقنية البلوك تشين بتوفير شفافية أعلى، وأمان أقوى، وتكاليف معاملات أقل.

ما جوهر blockchain؟

من الناحية التقنية، تعتبر البلوكشين دفتر أستاذ موزع، يتم صيانته من قبل شبكة من الحواسيب المنتشرة في جميع أنحاء العالم. يقوم هذا الدفتر بتنظيم جميع معلومات المعاملات بترتيب زمني إلى “كتل”، حيث ترتبط كل كتلة ببعضها البعض من خلال خوارزميات التشفير.

على عكس قواعد البيانات التقليدية التي تُدار بواسطة هيئة واحدة، فإن التصميم اللامركزي للبلوك تشين يعني أنه لا يمكن لأحد التحكم في النظام من طرف واحد. يمكن أن تتم المعاملات بين المشاركين مباشرة، دون الحاجة إلى وسطاء. هذه البنية تغير بشكل جذري منطق إدارة البيانات.

من المهم ملاحظة أنه على الرغم من وجود أنواع متعددة من blockchain، إلا أننا عادة ما نتحدث عن تلك دفاتر السجلات الموزعة المستخدمة لتوثيق معاملات الأصول المشفرة.

تطور سلسلة الكتل

يمكن تتبع نشوء مفهوم blockchain الحديث إلى أوائل التسعينيات من القرن العشرين، عندما قام باحثان - عالم حاسوب وعالم فيزياء - بتطوير نموذج blockchain قائم على التشفير لمنع التلاعب بالمستندات الرقمية. ألهمت أعمالهم مجموعة كبيرة من عشاق التشفير والمبرمجين، مما أدى في النهاية إلى ظهور أول تطبيق حقيقي للـ blockchain - البيتكوين.

منذ ذلك الحين، زادت تأثير هذه التقنية بشكل يومي. إن الاستخدام العالمي للأصول الرقمية وتوسيع مجالات تطبيقها يجعل من البلوكشين قوة تقنية تحفز التحولات الصناعية.

المزايا الأساسية للبلوكشين

هيكل لامركزي تُخزن المعلومات بشكل موزع على العديد من العقد في الشبكة بدلاً من تركيزها في خادم واحد. تُعطي هذه الطريقة في التخزين الموزع الشبكات اللامركزية الكبيرة (مثل البيتكوين) قدرة قوية على مقاومة الهجمات.

شفافية كاملة تسمح معظم سلاسل الكتل العامة لجميع المشاركين بمشاهدة نفس السجل الكامل للمعاملات. كل معاملة تخضع للرقابة العامة، ويمكن لأي شخص التحقق منها.

ديمومة البيانات بمجرد كتابة البيانات على سلسلة الكتل، يصبح من الصعب للغاية تعديلها، ما لم يتم الحصول على توافق إجماع من الشبكة بأكملها.

آلية حماية التشفير من خلال خوارزميات التشفير وآلية توافق الشبكة، يتم حماية البيانات في النظام بشكل متعدد، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر التلاعب.

تحسين كفاءة التداول من خلال القضاء على الوسطاء، يمكن أن تحقق البلوكشين معالجة معاملات أسرع وأرخص، ويمكن أن تتم تسوية المعاملات بشكل شبه فوري.

اللامركزية: روح blockchain

في نظام blockchain، تعني اللامركزية توزيع السلطة وحق اتخاذ القرار بين المشاركين في الشبكة، بدلاً من أن تكون مركزة في يد هيئة حكومية أو شركة معينة.

في هذا الهيكل، لا يوجد جهة تحكم أو وسيط واحد. تتم جميع المعاملات من خلال التحقق والتسجيل في شبكة موزعة، ويتشارك جميع المشاركين في الشبكة المسؤولية عن الحفاظ على سلامة النظام. لقد غير هذا تمامًا طريقة فهم الناس لـ “الثقة”.

آلية عمل البلوكشين

دور دفتر الأستاذ تعمل blockchain كدفتر أستاذ رقمي آمن، يسجل موثوق المعاملات بين مختلف الأطراف ويمنع الوصول غير المصرح به.

سجل موزع عند حدوث صفقة (مثل قيام المستخدم A بتحويل الأصول الرقمية إلى المستخدم B)، يتم بث هذه الصفقة إلى شبكة الكمبيوتر العالمية. تتحقق كل كمبيوتر في الشبكة من الصفقة، وتتحقق من صحة التوقيع الرقمي وبيانات الصفقة الأخرى.

بعد إكمال التحقق، يتم تجميع هذه المعاملة مع المعاملات الأخرى التي تم التحقق منها في كتلة جديدة. تشبه هذه العملية كتابة صفحة جديدة في دفتر حسابات.

تتصل عدة كتل ببعضها البعض من خلال وسائل تشفير، لتشكيل سلسلة متزايدة باستمرار. تحتوي كل كتلة على ميزات التشفير للكتلة السابقة، مما يضمن أن أي محاولة لتغيير السجل التاريخي سيتم اكتشافها على الفور.

لضمان توافق جميع المشاركين على حالة blockchain، يستخدم النظام آلية الإجماع. هذه مجموعة من القواعد التي تسمح للعقد في الشبكة بالتنسيق من أجل الوصول إلى توافق حول صحة المعاملات الجديدة وحالة النظام.

من التداول إلى السجل: تحليل خطوة بخطوة

الخطوة الأولى: بدء المعاملة والتحقق منها

عندما يقوم المستخدم بإجراء عملية تجارية، يتم إرسال هذه العملية إلى كل عقدة في الشبكة. كل عقدة تتحقق وفقًا للقواعد المحددة مسبقًا، وتؤكد شرعية العملية.

الخطوة الثانية: مكونات الكتلة

تُجمع المعاملات التي تم التحقق منها في كتلة جديدة. تحتوي كل كتلة على:

• بيانات التداول — معلومات التداول المحددة
• طابع زمني — يسجل اللحظة الدقيقة لإنشاء الكتلة
• بصمة البيانات — معرف فريد يتم إنشاؤه بواسطة خوارزمية التجزئة
• بصمة الكتلة السابقة — هذه الوصلة تربط جميع الكتل معًا

الخطوة الثالثة: الوصول إلى توافق الشبكة

لإضافة كتلة جديدة إلى السلسلة، يجب على المشاركين في الشبكة التوصل إلى توافق بشأن صلاحيتها. يتم تحقيق ذلك من خلال خوارزمية الإجماع، وأكثرها شيوعًا هي إثبات العمل (PoW) وإثبات الحصة (PoS):

نموذج إثبات العمل في هذه الآلية (تستخدم البيتكوين هذه الطريقة)، يحتاج المدققون إلى استخدام القدرة الحاسوبية لحل الألغاز الرياضية المعقدة. المدقق الذي يحل اللغز أولاً يكسب حق إضافة كتلة جديدة ويحصل على أصول مشفرة كمكافأة. تتطلب هذه العملية استثمار كميات كبيرة من الموارد الحاسوبية والطاقة.

نموذج إثبات الملكية تستخدم الجيل الجديد من blockchain (مثل Ethereum) هذه الطريقة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. لا يوجد تعدين تنافسي هنا، بل يشارك المدققون من خلال رهن الأصول المشفرة. يتم اختيار عقدة عشوائيًا من مجموعة المدققين بناءً على مبلغ الرهن لإنشاء كتل جديدة. يحصل المدققون على مكافآت من رسوم المعاملات، وإذا كان هناك أي سلوك غير لائق، فإنهم يواجهون خطر مصادرة الأصول المرهونة.

الخطوة الرابعة: تمديد السلسلة

بعد التأكيد، يتم إضافة الكتلة إلى سلسلة الكتل. تشير كل كتلة لاحقة إلى معلومات الكتلة السابقة، مما يضمن قوة هيكل السلسلة بأكملها ويجعلها مقاومة لأي شكل من أشكال التعديل غير المصرح به.

الخطوة الخامسة: قابلية التحقق من المعلومات

الميزة الأخرى لسلسلة الكتل هي قابليتها الكاملة للتدقيق. من خلال أدوات تصفح الكتل المتاحة علنًا، يمكن لأي شخص عرض البيانات على السلسلة، بما في ذلك جميع معلومات المعاملات وسجلات الكتل بالتفصيل.

كمثال على شبكة البيتكوين، يمكن للمستخدمين تتبع كل معاملة بيتكوين، ورؤية عنوان المرسل، وعنوان المستلم، ومقدار التحويل، وغيرها من المعلومات. يمكن حتى الرجوع إلى الكتلة الأولى للنظام - كتلة التكوين.

علم التشفير: حجر الزاوية في أمان البلوكشين

لضمان صحة وشفافية ومقاومة التلاعب في سجلات المعاملات، تعتمد تقنية البلوكشين على التشفير. ومن بين التقنيات الأكثر أهمية هي دالة التجزئة - وهي خوارزمية تحول بيانات مدخلة بطول عشوائي إلى سلسلة نصية بطول ثابت.

في أنظمة blockchain، تتمتع دوال التجزئة بخصائص مقاومة التصادم، حيث تكون احتمالية العثور على مدخلين مختلفين ينتجان نفس المخرج ضئيلة للغاية. لكن الميزة الرئيسية هي أنه حتى لو تغير المدخل قليلاً (مثل تغيير حالة حرف واحد)، فسيكون المخرج مختلفاً تماماً.

خذ خوارزمية SHA256 كمثال (التي تُستخدم على نطاق واسع في عدة سلاسل كتل)، أي تعديل طفيف في المدخلات سيؤدي إلى قيمة تجزئة مختلفة تمامًا.

علاوة على ذلك، فإن دالة التجزئة هي دالة أحادية الاتجاه - لا يمكن استنتاج الإدخال الأصلي من المخرجات.

نظرًا لأن كل كتلة تحتوي على قيمة تجزئة الكتلة السابقة، فإن هذا يخلق بنية سلسلة كتل قوية. إذا حاول شخص ما التلاعب بكتلة معينة، سيتعين عليه إعادة حساب جميع الكتل التي تلي تلك الكتلة، وهو ما يعد صعبًا للغاية من الناحية الحسابية، كما أن التكلفة ستكون مرتفعة جدًا.

تقنية تشفير مهمة أخرى هي التشفير بالمفتاح العام (التشفير غير المتماثل). إنها تضمن أن يتمكن الطرفان في المعاملة من التفاعل بأمان وقابلية للتحقق.

آلية عملها هي كما يلي: يمتلك كل مستخدم زوجًا من المفاتيح - مفتاح خاص يجب أن يكون سريًا ومفتاح عام علني. عندما يبدأ المستخدم عملية تداول، يقوم بتوقيع الصفقة بمفتاحه الخاص، مما ينتج عنه توقيع رقمي. يمكن للمشاركين الآخرين في الشبكة استخدام المفتاح العام للجهة المُصدِرة للتحقق من صحة هذا التوقيع. تضمن هذه الآلية أنه لا يمكن تفويض الصفقة إلا من قبل المالك الحقيقي للمفتاح الخاص، ولكن يمكن لأي شخص التحقق من صحة التوقيع.

شرح آلية الإجماع

خوارزمية الإجماع هي مجموعة من الآليات التنسيقية التي تمكّن المشاركين في الشبكة الموزعة من العمل معًا. إنها تضمن أنه حتى في حالة حدوث أعطال في بعض العقد، لا يزال بإمكان الشبكة بأكملها التوصل إلى توافق بشأن حالة البيانات.

تضمن هذه الآلية أن جميع العقد في الشبكة الموزعة تحتفظ بنفس نسخة السجل، والتي تسجل جميع المعاملات المنفذة.

عندما تحتفظ آلاف العقد بنسخة واحدة من البيانات، يصبح من السهل ظهور مشاكل عدم التزامن أو العقد الخبيثة. لذلك، ظهرت أنواع مختلفة من آليات الإجماع، التي تحدد كيفية تنسيق العقد للتوصل إلى توافق.

أنواع آليات الإجماع الرئيسية

إثبات العمل (PoW) هذا هو نموذج الإجماع الأولي الذي لا يزال يعمل في شبكات مثل البيتكوين. في نظام إثبات العمل (PoW)، يتنافس المشاركون لحل مسائل رياضية صعبة للحصول على حق التحقق والمكافآت. هذا يتطلب استخدام أجهزة حاسوبية عالية الأداء واستثمار كميات كبيرة من الطاقة، مما يجعله مكلفًا للغاية.

إثبات الحصة (PoS) تم تصميم PoS للتغلب على بعض نقاط الضعف في PoW. في هذا النموذج، لا توجد منافسة على التعدين. بدلاً من ذلك، يختار النظام المتحققين بناءً على حجم الأصول الرقمية المرهونة لديهم. يمثل الرهان هامش ضمان. يحصل المتحققون المختارون على رسوم المعاملات كحافز، وإذا كان هناك سلوك ضار، فقد يفقدون الرهان.

أنماط الإجماع الأخرى بالإضافة إلى PoW و PoS، هناك العديد من خوارزميات التوافق الأخرى في السوق. بعضها يمزج بين خصائص الطريقتين الرئيسيتين، بينما يبتكر البعض الآخر طرق توافق جديدة بالكامل.

إثبات حقوق التفويض (DPoS) تتشابه هذه الآلية مع PoS، لكن هناك فرق رئيسي: لا يشارك حاملو العملات مباشرة في التحقق، بل يصوتون لاختيار مجموعة من الممثلين لتمثيلهم في إنشاء الكتل.

إثبات موثوق (PoA) تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار سمعة أو هوية المدققين بدلاً من كمية الأصول التي يمتلكونها. يتم اختيار المدققين بناءً على موثوقيتهم، وإذا كان هناك سلوك غير صحيح يمكن إزالتهم من الشبكة.

ثلاثة أشكال لشبكة البلوكشين

سلسلة عامة

البلوكشين العام هو شبكة لامركزية مفتوحة تمامًا، يمكن لأي شخص الانضمام إليها بحرية. عادة ما تستخدم هذه الأنواع من الشبكات كود مفتوح المصدر وتعمل بشفافية، دون الاعتماد على ثقة طرف ثالث. كل من بيتكوين وإيثيريوم ينتميان إلى هذه الفئة.

سلسلة خاصة

سلسلة خاصة هي شبكة مغلقة تحت السيطرة، عادة ما تمتلكها وتشغلها منظمة واحدة. تقييد المشاركين وتضع قواعد تحدد من يمكنه رؤية وتسجيل المعاملات. على الرغم من أن السلسلة الخاصة ليست لامركزية، إلا أنها يمكن أن تكون موزعة، مما يتيح لعدة عقد تخزين نسخ من البيانات.

سلسلة التحالف

سلسلة التحالف تقع بين السلسلة العامة والسلسلة الخاصة، حيث يتم إنشاؤها وإدارتها من قبل عدة منظمات. يمكن أن تكون هذه الشبكة عامة أو محدودة الوصول وفقًا لاحتياجات المشاركين. على عكس السلاسل العامة المفتوحة تمامًا أو السلاسل الخاصة التي تسيطر عليها جهة واحدة، فإن حقوق التحقق في سلسلة التحالف تكون بيد عدد من الأطراف المتساوية. إذا تمكنت هذه الأطراف من التوصل إلى إجماع، سيكون من الأسهل دفع تحديثات النظام. طالما أن غالبية الأعضاء تستمر في التصرف بأمانة، يمكن للنظام أن يبقى مستقرًا.

التطبيقات الواقعية للبلوك تشين

على الرغم من أن تقنية البلوكشين لا تزال في مراحلها الأولى من التطوير، إلا أنها قد وجدت تطبيقات في عدة صناعات.

تداول الأصول الرقمية

تدعم تقنية البلوكشين إنشاء الأصول المشفرة وتسجيل المعاملات. مقارنةً بالتحويلات الدولية التقليدية (التي تتضمن وسطاء متعددين وتكاليف مرتفعة)، فإن البلوكشين يمكن أن يحقق تحويلات مالية أسرع وأرخص وأكثر شفافية. يستخدم العديد من المستخدمين أصول مثل البيتكوين للتحويلات العالمية.

العقود الذكية والتطبيقات اللامركزية

العقود الذكية هي برنامج كود يمكن تنفيذه تلقائيًا، حيث يتم تنفيذ الإجراءات المحددة مسبقًا تلقائيًا عند استيفاء شروط معينة. توفر blockchain بيئة آمنة ومركزية لبناء وتشغيل هذه العقود.

تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات اللامركزية (DApp) والمنظمات الذاتية (DAO)، وهي جزء مهم من نظام التمويل اللامركزي (DeFi). توفر منصات DeFi خدمات مالية مثل الإقراض والاقتراض والتداول عبر blockchain، دون الحاجة إلى الاعتماد على المؤسسات المالية التقليدية، مما يجعل الوصول إلى الأدوات المالية أكثر ديمقراطية.

الرقمنة للأصول الحقيقية

يمكن “تشفير” الأصول المادية (مثل العقارات والأسهم والأعمال الفنية) - تحويلها إلى تمثيل رقمي على البلوكشين. هذه الطريقة يمكن أن تحسن من سيولة الأصول وتوسع من قنوات الوصول إلى فرص الاستثمار.

نظام إدارة الهوية

يمكن استخدام blockchain لإنشاء أنظمة هويات رقمية آمنة وغير قابلة للتلاعب، للتحقق من هوية الأفراد وحماية البيانات الحساسة. مع تزايد رقمنة الحياة، سيستمر الطلب على هذا النوع من التطبيقات في الزيادة.

التصويت الديمقراطي

تجعل تقنية البلوكشين التصويت الآمن والشفاف ممكنًا، وتستبعد فرص الاحتيال. إنها تقدم نظام سجلات تصويت لامركزي ومقاوم للتلاعب.

شفافية سلسلة التوريد

يمكن أن تنشئ البلوكشين دفتر حسابات يتتبع جميع المعاملات في سلسلة التوريد. بهذه الطريقة، يتم تسجيل كل معاملة ككتلة على السلسلة، مما يضمن عدم قابلية تغيير عملية سلسلة التوريد بالكامل وشفافيتها.

الخاتمة

يمثل blockchain تحولاً في نمط تسجيل البيانات وتخزينها. إنه لا يجلب فقط التقدم التكنولوجي، بل يمثل أيضًا وسيلة جديدة لبناء الثقة في العصر الرقمي. من المعاملات من نظير إلى نظير إلى أشكال الأصول الرقمية المبتكرة، وصولاً إلى تطوير التطبيقات اللامركزية - يفتح blockchain بابًا إلى إمكانيات جديدة.

مع نضوج هذه التقنية، يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من حالات الاستخدام الإبداعية في مجالات مثل المالية وسلسلة التوريد والمصادقة على الهوية.