آشنایی با شبکه بلاکچین (Blockchain) و انواع آن

با ورود فناوری‌های نوین به بازارهای مالی، مفاهیمی آمده‌اند که فراتر از یک ابزار ساده، ساختار تعاملات تبادل داده‌ها و دارایی‌های ما را بازتعریف می‌کنند. بلاکچین (Blockchain) یکی از همین مفاهیم است. هرچند بسیاری از ما فناوری بلاکچین را صرفا با بیت‌کوین و بازار ارزهای دیجیتال به ذهن می‌آوریم، اما در واقع این تکنولوژی، گستره‌های عمیق‌تری نیز دارد. شبکه بلاکچین با ارائه یک بستر توزیع‌‌شده، غیرمتمرکز و دارای امنیت بالا و مقاوم در برابر دستکاری، تا حد بسیار زیادی به ما اجازه می‌دهد بدون نیاز به هرگونه واسطه، بانک یا نهاد متمرکزی، اطلاعات و دارایی‌های خود را با اعتمادی بسیار بالا انتقال دهیم. در این مقاله، قصد داریم به زبانی ساده، با آموزش بلاکچین، ساختار فنی، نحوه عملکرد، انواع شبکه های بلاکچین و کاربردهای آن آشنا شویم.

 

شبکه بلاکچین چیست؟ (تعریف ساده)

شبکه بلاک چین به زبان ساده، یک دفتر دیجیتال، غیرمتمرکز و اشتراکی است که تراکنش‌ها و اطلاعات گوناگون را به صورت کاملا غیرقابل تغییر و با امنیت بالا ثبت و ذخیره می‌کند. اگر بخواهیم بلاکچین به زبان ساده را با مثال توضیح دهیم، می‌توان آن را به یک دفترچه یادداشت دیجیتال تشبیه کنیم که کپی‌های کاملاً یکسانی از آن در سراسر جهان و در رایانه‌های مختلف ذخیره شده است؛ گویی که چندین شاهد مختلف بر یک اتفاق وجود دارد.

زمانی که یک تراکنش یا داده جدیدی در دفتر دیجیتال کل ثبت می‌شود، رایانه‌های متصل به شبکه که در اصطلاح نود (Node) خوانده می‌شوند، صحت آن را بررسی و تایید می‌کنند. پس از تایید جمعی نودها، این تراکنش به عنوان یک برگ جدید در دفترچه دیجیتال شناخته شده و به آن اضافه می‌شود. در اینصورت، در این صورت تغییر داده های قبلی بسیار سخت و قابل تشخیص می‌شود.

دلیل هم‌نشینی مفهومی بلاکچین و ارزهای دیجیتال از این واقعیت سرچشمه می‌گیرد که این فناوری، ابتدا به عنوان بستر اصلی و زیرساخت فنی شبکه بلاکچین ارز دیجیتال بیت‌کوین معرفی شد تا مشکل اعتمادسازی، بدون نیاز به واسطه‌های متمرکزی مانند بانک‌ها یا نهادهای نظارتی، حل شود. این در حالی است که تکنولوژی بلاکچین، فراتر از بازارهای مالی و به عنوان یک انقلاب ساختاری در مدیریت داده‌ها شناخته می‌شود که در صنایع گوناگون کاربرد دارد.

 

بلاکچین چگونه کار می‌کند؟

فرآیند شبکه‌های بلاکچین، مراحل زیر را طی می‌کند:

1. با ارسال یک درخواست تراکنش توسط کاربر آغاز می‌شود.

2. این درخواست ابتدا با کلید خصوصی کاربر تایید می‌شود و سپس به شبکه نودها ارسال می‌شود.

3. نودهای فعال در شبکه، صحت امضا، موجودی فرستنده و سایر موارد را بررسی و تایید می‌کند.

4. پس از تایید اولیه، چندین تراکنش با هم ادغام شده و در یک بلاک قرار داده می‌شوند.

5. این بلاک جدید در کنار سایر بلاک‌ها قرار می‌گیرد و به زنجیره بلاک‌های قبلی متصل شده و تراکنش‌های موجود در آن، غیرقابل تغییر می‌شوند.

6. در نهایت، تراکنش کاربر، تکمیل می‌شود.

 

اما تفاوت بلاکچین با پایگاه داده‌های سنتی چیست؟ در پایگاه داده سنتی (Traditional Database)، مدل Client Server حاکم است. توضیح آن که در این مدل، یک مدیر یا سازمان مرکزی وجود دارد که بر تمامی دسترسی‌ها نظارت کرده و این اختیار را دارد که داده‌ها را ایجاد، بررسی، ویرایش یا حذف کند. این ساختار اگرچه بسیار بهره‌ور و کاربردی است، اما تمرکز اطلاعات در یک نقطه، ریسک بزرگی به همراه دارد، به این معنا که اگر هکری به سرور دسترسی پیدا کند یا مدیریت سیستم مرتکب اشتباه یا حتی سوءرفتار شود، ممکن است تمام تاریخچه داده‌ها به سادگی دستکاری شده یا از بین می‌رود. در مقابل، شبکه بلاکچین بر پایه تکنولوژی DLT یا همان دفتر کل توزیع‌شده پیش می‌رود. در این سیستم، هیچ کنترل‌گر مرکزی یا مدیر پایگاه داده‌ای وجود ندارد؛ بلکه نسخه‌ای همانند از کل دیتابیس در اختیار تک‌تک نودهای فعال قرار دارد.

تفاوت دیگر این است که پایگاه داده سنتی بر تغییرپذیری و تصحیح آسان خطاها تمرکز دارد، اما بلاکچین، توسط افراد بسیار دشوار و پرهزینه است. به عبارتی، هنگامی که دیتا وارد زنجیره می‌شود، به صورت ریاضی و رمزنگاری‌شده به تمام بلاک‌های قبلی پیوند داده می‌شود و هرگونه تغییر در یک بلاک، مستلزم تغییردادن تمامی بلاک‌های پس از آن و نیز کسب موافقت اکثریت نودهای شبکه بلاکچین به صورت هم‌زمان است؛ چیزی که از نظر پردازش کامپیوتری بسیار سخت و مستلزم صرف هزینه بالاست.

 

ساختار فنی شبکه بلاکچین

شبکه بلاکچین فقط یک بستر برای ثبت تراکنش‌ها نیست، بلکه ساختاری فنی و چندلایه دارد که امنیت، شفافیت و غیرمتمرکز بودن آن را ممکن می‌کند. از نحوه ذخیره داده‌ها گرفته تا نقش نودها، اجماع و رمزنگاری، هر بخش وظیفه‌ای مشخص را بر عهده دارد. در ادامه با بخش‌های مختلف این ساختار آشنا می‌شویم.

 

بلوک (Block) چیست و چه اجزایی دارد؟

در ساختار فنی بلاکچین، هر بلوک (بلاک) مانند یک برگ دیجیتال از دفتر کل عمل می‌کند که داده‌ها را در خود جای می‌دهد. هر بلوک شامل دو بخش اصلی و متمایز است: سربرگ بلوک (Block Header) و بدنه بلوک (Block Body):

 

• سربرگ بلوک (Block Header): حاوی متاداده‌ها و شناسنامه‌ی امنیتی بلاک است. این بخش شامل نسخه پروتکل (Protocol Version)، هش بلوک قبلی (Previous Block Hash) که زنجیر اتصال به گذشته و تضمین‌کننده امنیت زنجیره است، مهر زمانی (Timestamp) برای ثبت دقیق زمان ساخت بلاک، نانس (Nonce) (یک مقدار عددی حدسی که ماینرها برای حل پازل ریاضی شبکه به کار می‌برند) و ریشه مرکل (Merkle Root) (یک هش واحد که به عنوان اثر انگشت و خلاصه تمام تراکنش‌های داخل بدنه عمل می‌کند) می‌باشد.

 

• بدنه بلوک (Block Body): در برگیرنده لیست کامل و داده‌های مربوط به تراکنش‌های تایید شده است که شامل اطلاعات فرستنده، گیرنده، امضای دیجیتال و مقدار دارایی منتقل‌شده می‌شود.

 

هش (Hash) چیست و چه نقشی در بلاکچین دارد؟

هش، همچون رمز بقا و ضامن کارکرد ایمن فناوری بلاکچین است. هش همچون گذرگاهی عمل می‌کند که هر نوع دیتا را به عنوان ورودی دریافت و یک خروجی ترکیبی از کد و عدد و کاراکتر، با طول ثابت و مشخص تولید می‌کند؛ چیزی شبیه مورد زیر:

 

e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855

 

در شبکه بلاکچین، هر تغییر ناچیز در ورودی، هش نهایی را به صورت بنیادی دگرگون خواهد کرد. پیوستگی زنجیره با قرار گرفتن هش هر بلوک در سربرگ بلوک بعدی تضمین می‌شود؛ به نحوی که اگر فردی بخواهد داده‌های یک بلوک ثبت‌شده در گذشته را تغییر دهد، هش آن بلوک دگرگون شده و تمام بلاک‌های بعدی زنجیره نامعتبر می‌شوند.

در مبحث ماینینگ و شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار (PoW)، مفهوم هش‌ریت (Hash Rate) یا نرخ هش اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در پاسخ به اینکه هش‌ریت در شبکه بلاکچین به چه معناست، باید گفت که هش‌ریت نشان‌دهنده مجموع کل توان محاسباتی و سرعتی است که دستگاه‌های ماینر متصل به شبکه برای حل معادلات رمزنگاری در هر ثانیه صرف می‌کنند. هرچه این توان پردازشی بالاتر باشد، امنیت شبکه بلاکچین به طور تصاعدی افزایش می‌یابد؛ چرا که هزینه انجام یک حمله 51 درصدی برای تصاحب اکثریت قدرت شبکه توسط خرابکاران غیرممکن و بسیار سنگین خواهد شد.

 

نودها (Nodes) و نقش آن‌ها در شبکه

هر فرد یا رایانه‌ای که در شبکه بلاکچین حضور دارد و به دیگر نودهای همتا متصل شده باشد، به عنوان یک نود (Node) در شبکه بلاکچین شناخته می‌شود. نودها ستون فقرات ساخت شبکه بلاکچین و رکنی هستند که باعث می‌شود شبکه بلاکچین، نظارت متمرکزی نداشته باشد و در عین حال، ایمن باشد. این رایانه‌ها بسته به نوع و سطحی که در شبکه فعالیت می‌کنند (مانند فول‌نودها یا لایت‌نودها) وظایف متعددی از جمله انتشار تراکنش‌های جدید در سراسر شبکه، ذخیره کپی کاملی از کل تاریخچه تراکنش‌ها و راستی‌آزمایی انطباق بلاک‌های جدید با قوانین اجماع را بر عهده دارند.

 

مکانیزم اجماع چیست؟ (PoW و PoS)

یک شبکه بلاکچین، برای دستیابی به صحت اطلاعات ثبت‌شده در زنجیره بلوکی، به پروتکلی به نام مکانیزم اجماع (Consensus Mechanism) اتکا دارد. این پروتکل تضمین می‌کند که تمام نسخه‌های کپی‌شده دفتر کل دیجیتال، در میان نودهای سراسر دنیا کاملاً یکسان باشند. 2 روش رایج و بسیار شناخته‌شده در این حوزه عبارتند از:

 

• اثبات کار (Proof of Work): این روش که نخستین مرتبه در شبکه بلاکچین بیت‌کوین به کار رفت، به نوعی ماینرها را ملزم به رقابتی مبتنی بر حل مسائل پیچیده ریاضی با استفاده از انرژی الکتریکی و توان سخت‌افزاری بالا می‌کند. در مدل PoW هر ماینری که سریع‌تر عمل کند و به پاسخ برسد، می‌تواند بلوک جدید را ثبت و پاداش بلاک را به همراه کارمزد شبکه، از آن خود کند. عیب اصلی این شیوه، مصرف شدید انرژی و سرعت نسبتا پایین تایید تراکنش‌ها است.

 

• اثبات سهام (Proof of Stake): در این الگوریتم مدرن‌تر که در شبکه بلاکچین اتریوم استفاده می‌شود، دیگر نیازی به خرید تجهیزات گران‌قیمت استخراج و مصرف انرژی فزاینده نیست. در PoS، کاربرانی که دارایی‌های خود را در شبکه ارز دیجیتال استیک یا قفل می‌کنند، به سنجشگر اعتبار (Validator) تبدیل می‌کند و شبکه با توجه به معیارهایی، هر بار یکی از سنجشگرهای اعتبار را برای ساخت بلوک انتخاب می‌کند. به عبارتی در این مدل، خبری از مسابقه و رقابت نیست، بلکه ملاک تامین امنیت شبکه از طریق سپرده‌گذاری دارایی در شبکه است.

 

انواع شبکه‌های بلاکچین

حال با این تنوع و گستردگی شبکه بلاکچین، واقعا چند شبکه بلاکچین وجود دارد یا چه انواعی از آن را می‌توان طراحی کرد؟ باید بدانیم که شبکه‌های بلاکچین اساساً از حیث میزان باز بودن دسترسی به اطلاعات و حاکمیت، به دسته‌های مختلفی تفکیک می‌شوند.

 

بلاکچین عمومی (Public)

شبکه بلاکچین عمومی، شبکه‌ای است که در آن کاربران بدون نیاز به مجوز (Permissionless) تراکنش می‌کنند و هیچ محدودیت دسترسی برای کاربران اعمال نمی‌شود. هر کسی در هر نقطه از دنیا می‌تواند با دانلود نرم‌افزار مربوطه، تراکنش‌ها را تماشا کند، داده جدید را ثبت نماید یا به عنوان نود یا اعتبارسنج در امنیت شبکه سهیم شود. بیت‌کوین و اتریوم بارزترین مثال‌های این دسته‌بندی هستند. بلاکچین عمومی از بالاترین حد عدم‌تمرکز و مقاومت فوق‌العاده در برابر تحریم و سانسور بهره‌مند است، اما سرعت کمتری در پردازش تراکنش‌های هم‌زمان دارد.

 

بلاکچین خصوصی (Private)

برخلاف مدل عمومی، بلاکچین خصوصی به عنوان شبکه‌ای مبتنی‌بر مجوز (Permissioned) است که مالکیت و مدیریت آن در انحصار یک سازمان یا شرکت مشخص قرار دارد. تنها کاربران از پیش احراز هویت شده و تایید صلاحیت شده از سوی شرکت ارائه‌دهنده شبکه، مجاز به ورود، خواندن دیتا یا مشارکت در شبکه هستند. این شبکه‌ها بیشتر برای کاربردهای درون‌سازمانی یا سیستم‌های پشتیبانی داخلی شرکت‌ها که مایل نیستند اطلاعات تجاری محرمانه خود را عمومی کنند، استفاده می‌شود. بلاکچین خصوصی Hyperledger Fabric شرکت IBM یکی از شبکه‌های شناخته‌شده در این حوزه است.

 

بلاکچین کنسرسیومی (Consortium)

بلاکچین کنسرسیومی یا فدرال حالتی نیمه‌متمرکز دارد و ترکیبی از بلاکچین عمومی و خصوصی است. در این مدل، حاکمیت شبکه به جای یک سازمان واحد، میان چند سازمان همکار و معتبر توزیع شده است. برای مثال، اگر چند بانک بزرگ بین‌المللی بخواهند سیستمی یکپارچه برای مبادلات ارزی ایجاد کنند، بلاکچین کنسرسیومی بهترین گزینه است. تصمیم‌گیری‌ها و تایید بلاک‌ها بر اساس توافق میان نودهای منتخب این سازمان‌ها صورت می‌گیرد. این بستر ضمن حفظ محرمانگی نسبی اطلاعات، از تمرکزگرایی محض مدل خصوصی می‌کاهد و همکاری‌های اقتصادی چندجانبه را روان‌تر می‌کند.

 

مقایسه انواع بلاکچین و کاربرد هر کدام

برای پروژه‌هایی که نیازمند اعتمادسازی عمومی است، انواع شبکه های بلاکچین عمومی تنها مسیر عملی هستند. در سمت مقابل، سازمان‌های بزرگی که اولویت اصلی آن‌ها حفظ محرمانگی اسرار تجاری و انطباق با قوانین حاکمیتی است، شبکه‌های بلاکچینی خصوصی را برمی‌گزینند. برای هم‌افزایی فرامرزی در صنایعی چون بیمه، بهداشت و ترانزیت کالا نیز پلتفرم‌های کنسرسیومی بیشترین بهره‌وری را از خود نشان می‌دهند.

 

 

معروف‌ترین شبکه‌های بلاکچین

شبکه بلاکچین، تنوع عظیمی از شبکه‌ها با تارگت‌های مختلف را در خود دارد. کاربران برای انتقال دارایی، خرید توکن یا تعامل با قراردادهای هوشمند، همواره به دنبال شناسایی بهترین شبکه بلاکچین یا پرسرعت‌ترین شبکه بلاکچین هستند. در ادامه، برخی از معروف‌ترین شبکه‌های بلاکچین موجود در جهان در جدول زیر به شکلی ساختاریافته مورد بررسی قرار گرفته‌اند:

 

 

کارمزد تراکنش در شبکه بلاکچین

هر فرایندی که در دنیای بلاکچین انجام می‌پذیرد، از یک انتقال دارایی ساده تا اجرای قراردادهای هوشمند، مستلزم پرداخت هزینه‌ای برای اجراست که کارمزد شبکه در بلاکچین یا کارمزد شبکه‌های بلاکچین نام دارد. درک نحوه محاسبه و نوسان این کارمزدها به سرمایه‌گذاران کمک می‌کند تا مبادلات مالی خود را بهتر مدیریت کنند. تفاوت اصلی میان هزینه شبکه و کارمزد صرافی در این است که کارمزد صرافی هزینه‌ای برای خدمات کارگزاری پلتفرم است، در حالی که هزینه کارمزد شبکه تراکنش به طور مستقیم، برای تایید پردازش به دفتر کل توزیع‌شده بلاک‌چین واریز می‌شود.

 

هدف از وجود کارمزد در شبکه بلاک‌چین چیست؟

شاید این پرسش مطرح شود که هدف اصلی وجود کارمزد تراکنش در شبکه بلاک‌چین چیست یا اساسا چه نیازی به دریافت این هزینه‌ها از کاربران وجود دارد؟ فی یا کارمزد در ساختار فنی بلاکچین نقشی فراتر از یک هزینه ساده را بازی می‌کند. اهداف محوری وجود کارمزد را می‌توان در چند بعد کلی تشریح کرد:

 

• امنیت و سد دفاعی در مقابل حملات سایبری: اولین و حیاتی‌ترین دلیل، جلوگیری از بمباران شبکه با تراکنش‌های فیک و اسپم (Spam) است. اگر اجرای تراکنش‌ها (مثلاً جابه‌جایی تتر روی شبکه ترون یا هر بلاکچین دیگری) رایگان بود، هکرها می‌توانستند با فرستادن میلیاردها تراکنش صوری و پی‌درپی، توان پردازشی و حافظه نودها را فلج کنند. تعیین کارمزد، هرچند اندک، مانع مادی بسیار مؤثری در برابر این نوع حملات ایجاد می‌کند.

 

• جبران زحمات و تأمین پاداش مشارکت‌کنندگان: کارمزدها مستقیماً به تأمین‌کنندگان امنیت و ثبت‌کنندگان اطلاعات شبکه تعلق می‌گیرد. در مدل‌های اثبات کار، این پاداش‌ها عاید ماینرهایی می‌شود که با تجهیزات گران‌قیمت کار می‌کنند. در مدل‌های اثبات سهام، کارمزد پرداختی به اعتبارسنج‌هایی می‌رسد که رمزارز بومی شبکه را برای حفظ یکپارچگی بلاکچین استیک کرده‌اند. این انگیزه مالی سبب می‌شود تا نودها مشتاقانه به راستی‌آزمایی تراکنش‌های سالم ادامه دهند.

 

• مکانیسم اولویت‌بندی عادلانه: از آنجایی که ظرفیت ثبت هر بلوک محدود است، پرداخت کارمزد به عنوان معیاری برای صف‌بندی تراکنش‌ها عمل می‌کند. کاربرانی که مایلند تراکنش آن‌ها با فوریت بالاتری تایید و پردازش شود، کارمزد بیشتری ثبت می‌کنند و تاییدکنندگان نیز طبیعتاً این تراکنش‌ها را برای دریافت درآمد بالاتر در اولویت اول قرار می‌دهند. اغلب ابزارهای مدرن کیف پول بلاکچین یا بلاکچین ولت به کاربران اجازه می‌دهند تا سطح کارمزد را به صورت دستی متناسب با سرعت مورد نیاز خود تغییر دهند.

 

اهمیت امنیت در شبکه بلاکچین

امنیت شبکه بلاکچین، کانون اصلی اعتماد کاربران به این اکوسیستم است. برخلاف پایگاه داده‌های سنتی که امنیت آن‌ها به دیوار آتشین و سیاست‌های حفاظتی سازمان‌های متمرکز بستگی دارد، امنیت در دنیای بلاکچین از تلفیق رمزنگاری ریاضی، ساختار داده‌های زنجیره‌ای و غیرمتمرکز بودن شبکه حاصل می‌شود. هر تراکنش با امضای دیجیتال رمزنگاری‌شده تایید می‌شود تا اطمینان حاصل شود که فرستنده واقعی آن را ایجاد کرده است.

ویژگی تغییرناپذیری (Immutability) در ساختار زنجیره‌ای مانع از دستکاری داده‌ها پس از تایید نهایی می‌شود. از آنجا که هر بلاک دارای پیوندی مستقیم به بلاک پیشین از طریق تابع هش است، کوچک‌ترین تغییر در اطلاعات یک بلاک، بقیه بلاک‌های بعدی زنجیره را فوراً بی‌اعتبار ساخته و توسط اکثریت شبکه دفع می‌شود. این پویایی رمزنگاری، احتمال کلاهبرداری یا نفوذ هکرها را برای دگرگون ساختن تاریخچه مالی به حداقل می‌رساند. امنیت بالای بلاکچین، انگیزه بزرگی را برای توسعه برنامه‌های غیرمتمرکز، صرافی‌ها و ساختارهای مالی مطمئن فراهم کرده است.

 

کاربردهای بلاکچین فراتر از ارز دیجیتال

هرچند پیوند آغازین این تکنولوژی با رمزارزها بوده است، اما امروزه کارایی و کاربردهای بلاکچین بسیار فراتر از سیستم‌های مالی است. شفافیت، عدم‌نیاز به واسطه و تغییرناپذیری داده‌ها، قابلیت‌های نوینی را در سایر حوزه‌ها نمایان ساخته است:

 

• ردیابی زنجیره تامین: بلاک‌چین در حمل‌ونقل، بهداشت و غذا و ردیابی کالاها اهمیت حیاتی دارد. با استفاده از بلاکچین، کارخانه‌ها، تامین‌کنندگان و مشتریان نهایی می‌توانند تک‌تک مراحل تولید، حمل‌ونقل و انبارداری کالاها را به صورت آنی و بدون امکان جعل، تحت نظارت داشته باشند. این شفافیت مانع از قاچاق، توزیع داروهای تقلبی و تقلب‌های لجستیکی گسترده می‌گردد.

 

• مدیریت هویت و ثبت اسناد رسمی: روش‌های سنتی ثبت املاک، سوابق تحصیلی یا اسناد رسمی همواره با ریسک بالای جعل و بروکراسی سنگین اداری همراه است. با استفاده از پلتفرم‌های بلاکچینی، مدارک هویتی و مالکیتی به صورت رمزنگاری‌شده و غیرقابل دستکاری ثبت می‌شوند و صحت آنها در کسری از ثانیه از هر نقطه دنیا قابل استعلام است.

 

• هوشمندسازی صنایع به کمک قراردادهای هوشمند: این قراردادها کدهایی هستند که با قرارگیری در شبکه بلاکچین اتریوم یا شبکه‌های مشابه، به محض برآورده شدن شروط تعیین‌شده بین طرفین، معامله یا پرداختی را به طور اتوماتیک و بدون نیاز به تایید هیچ نهاد واسطی نهایی می‌کنند. این ویژگی هزینه‌های حقوقی و اداری را به شدت کاهش می‌دهد.