كيف يعمل التجزئة في Blockchain؟

تعد وظيفة التجزئة المشفرة، وهو مصطلح يُسمع غالبًا في سياق البيتكوين والعملات المشفرة، حجر الزاوية في تقنية blockchain. تأخذ هذه الوظيفة الرياضية مدخلاً، أو "رسالة"، وتحولها إلى سلسلة ثابتة الحجم من الأحرف، تُعرف باسم "التجزئة".

التجزئة، وهي عملية تطبيق وظيفة التجزئة على المدخلات، هي عنصر حاسم ليس فقط في بروتوكول البيتكوين ولكن في النطاق الأوسع لأمن المعلومات. في blockchain، تتضمن هذه العملية عادةً تحويل البيانات الموجودة داخل الكتلة إلى تجزئة يتم تخزينها بعد ذلك في تلك الكتلة.

تعتبر هذه الآلية حيوية للحفاظ على أمن وسلامة blockchain. من خلال فهم دور التجزئة، يكتسب المرء نظرة ثاقبة للجوانب الأساسية لتكنولوجيا blockchain وأهميتها في كل من مجال العملة المشفرة وأمن المعلومات.

ما هي وظيفة التجزئة في العملات المشفرة؟

دالة التجزئة، في الأساس، هي عملية رياضية تقبل المدخلات من أي حجم، وتعالجها، وتنتج مخرجات ذات حجم ثابت، تُعرف باسم التجزئة. وهذا التحول ثابت: بغض النظر عن طول الإدخال - سواء كان حرفًا واحدًا، أو كلمة، أو جملة، أو كتابًا كاملاً - فإن التجزئة، التي يشار إليها غالبًا باسم الملخص، تحافظ على طول ثابت.

تُستخدم ميزة وظائف التجزئة هذه على نطاق واسع في أمن المعلومات، وخاصة في حماية كلمات المرور. عندما تقوم بتسجيل حساب على موقع ويب، يتم تحويل كلمة المرور الخاصة بك عن طريق وظيفة التجزئة، مما يؤدي إلى ملخص التجزئة الذي يتم تخزينه بعد ذلك بواسطة الخدمة. عند تسجيل الدخول، تخضع كلمة المرور التي تدخلها لنفس وظيفة التجزئة، وتتم مقارنة التجزئة الناتجة بالتجزئة المخزنة للتحقق من هويتك.

تعمل هذه الطريقة على تحسين الأمان لأنه حتى إذا تمكن المتسلل من الوصول إلى قاعدة البيانات باستخدام ملخصات التجزئة هذه، فإن فك تشفير كلمة المرور الأصلية من التجزئة يمثل تحديًا كبيرًا. ويرجع ذلك إلى تصميم دالة التجزئة، مما يجعل من غير الممكن حسابيًا عكس العملية أو العثور على مدخلين مختلفين ينتجان نفس مخرجات التجزئة (خاصية تُعرف باسم مقاومة الاصطدام).

بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تطبق الأنظمة الحديثة تقنية "التمليح"، وهي تقنية تتم فيها إضافة قيمة فريدة إلى كلمة المرور قبل التجزئة. وهذا يضمن أنه حتى كلمات المرور المتطابقة تؤدي إلى تجزئات مختلفة، مما يزيد من تعقيد محاولات المتسللين لاستخدام الجداول المحسوبة مسبقًا (مثل جداول قوس قزح) لاختراق كلمات المرور. تعد آلية الأمان القوية هذه جزءًا لا يتجزأ من حماية بيانات المستخدم عبر منصات الإنترنت المختلفة.

الوظائف الرئيسية للتجزئة

التجزئة، وهي جانب أساسي من تكنولوجيا blockchain، تخدم العديد من الوظائف الهامة:

تعزيز الأمان : تم تصميم وظائف التجزئة لتكون عمليات أحادية الاتجاه، مما يجعل من الصعب للغاية الرجوع إلى الإدخال الأصلي من التجزئة الخاصة بها. تعتبر هذه الخاصية حاسمة في blockchain، حيث أن تغيير البيانات داخل الكتلة يؤدي إلى تغيير تجزئتها. وبالتالي، يصبح أي تعديل واضحًا، مما يحافظ على سلامة blockchain. هذه الطبيعة الأحادية الاتجاه للتجزئة تمنع التلاعب المحتمل بالبيانات، وتحافظ على مصداقية blockchain.

تسهيل التحقق من البيانات : تعتبر التجزئة مفيدة في التحقق من صحة بيانات blockchain. من خلال مقارنة تجزئة الكتلة مع التجزئة المشار إليها في الكتلة اللاحقة، من الممكن التأكد من سلامة البيانات. في شبكات مثل البيتكوين، تتضمن كل كتلة تجزئة الكتلة السابقة، مما يؤدي إلى إنشاء سلسلة مترابطة. تؤدي أي محاولة لتغيير البيانات السابقة إلى تعطيل هذه السلسلة، مما يؤدي إلى إبطال التجزئة اللاحقة وتنبيه الشبكة بالتلاعب المحتمل.

العمل كمؤشرات كتلة : تعمل التجزئة أيضًا كمؤشرات داخل blockchain. من خلال تخزين تجزئة الكتلة في الكتلة التالية، يتم إنشاء رابط تسلسلي. تشكل طريقة الربط هذه بنية blockchain، حيث يتم ربط كل كتلة من خلال التجزئة الفريدة الخاصة بها، مما يضمن سلسلة زمنية وغير منقطعة من البيانات.

دعم آليات الإجماع : في شبكات blockchain التي تستخدم آليات إجماع إثبات العمل (PoW)، مثل Bitcoin، يعد التجزئة أمرًا محوريًا. يجب على القائمين بالتعدين حل الألغاز المعقدة المتعلقة بالتجزئة للتحقق من صحة وإضافة كتل جديدة إلى blockchain. صعوبة هذه الألغاز قابلة للتعديل، مما ينظم معدل إنشاء الكتل الجديدة ويحافظ على استقرار الشبكة. تضمن هذه العملية طريقة لامركزية وديمقراطية للتحقق من صحة المعاملات والحفاظ على blockchain.

بشكل عام، التجزئة ليست مجرد ميزة أمنية؛ إنها أداة متعددة الأوجه تدعم وظائف شبكات blockchain وسلامتها وموثوقيتها. من خلال تمكين تخزين البيانات بشكل آمن وقابل للتحقق ومترابط، لا غنى عن التجزئة في التشغيل الفعال والموثوق لأنظمة blockchain.

كيف يعمل التجزئة بشكل عام؟

تعد عملية التجزئة جزءًا لا يتجزأ من أمن البيانات وسلامتها، وتتكون من عدة خطوات رئيسية:

معالجة المدخلات من خلال خوارزمية التجزئة : يبدأ التجزئة ببيانات الإدخال، والتي يمكن أن تكون أي شيء بدءًا من سلسلة نصية إلى ملف أو سلسلة من المعاملات داخل blockchain. يخضع هذا الإدخال للمعالجة بواسطة خوارزمية التجزئة، والتي تطبق عمليات رياضية ومنطقية مختلفة. قد تتضمن هذه العمليات تحويلات رياضية، وعمليات حسابية للبت، ووظائف منطقية، وتحويل الإدخال إلى تجزئة.

إنشاء تجزئة فريدة كبصمة رقمية : نتيجة هذه العملية هي تجزئة، تشبه البصمة الرقمية للإدخال الأصلي. هذا التجزئة، الذي غالبًا ما يكون عبارة عن سلسلة من الأحرف السداسية العشرية، ثابت في الطول ويختلف بناءً على الخوارزمية المختارة. يكمن جوهر التجزئة في طبيعة وظيفتها ذات الاتجاه الواحد، مما يجعل من الصعب للغاية إجراء هندسة عكسية للمدخلات الأصلية من التجزئة. تعتبر هذه الخاصية حيوية في سيناريوهات مثل blockchain، حيث يؤدي تغيير البيانات في الكتلة إلى تغيير تجزئتها، وبالتالي الإشارة إلى التلاعب المحتمل بالبيانات.

تخزين التجزئة كتوقيع رقمي : بمجرد إنشائها، يتم تخزين التجزئة جنبًا إلى جنب مع البيانات داخل كتلة، لتكون بمثابة توقيع رقمي يتحقق من سلامة البيانات. عندما يكون استرجاع البيانات ضروريًا، فإن إعادة حساب التجزئة ومطابقتها مع التجزئة المخزنة تؤكد عدم التلاعب.

بالإضافة إلى هذه الخطوات، تلعب خوارزميات التجزئة دورًا محوريًا في تطبيقات الأمان الأخرى:

أنظمة مصادقة كلمة المرور: في مثل هذه الأنظمة، تتم تجزئة كلمة مرور المستخدم ومن ثم مقارنتها بالتجزئة المخزنة لكلمة المرور الصحيحة. يمنح التطابق إمكانية الوصول، مما يضمن أنه حتى في حالة اختراق قاعدة بيانات كلمات المرور، تظل كلمات المرور الفعلية مخفية بسبب تعقيد عكس عملية التجزئة.

في جوهرها، تعمل التجزئة كأداة أساسية لضمان أمن البيانات وسلامتها عبر التطبيقات المختلفة، بدءًا من معاملات blockchain وحتى حماية كلمة المرور. إن طبيعتها الأحادية الاتجاه وتعقيد العمليات المعنية يجعلها وسيلة قوية لحماية المعلومات الرقمية.

طرق التجزئة الشائعة السائدة في أنظمة blockchain

تستخدم تقنية Blockchain مجموعة متنوعة من خوارزميات التجزئة، لكل منها خصائص مميزة، لضمان أمان البيانات وسلامتها. بعض من أبرز خوارزميات التجزئة المستخدمة في blockchain هي:

SHA-256 (خوارزمية التجزئة الآمنة 256 بت) : تم تطوير SHA-256 بواسطة وكالة الأمن القومي (NSA) في عام 2001، وهي خوارزمية تجزئة بارزة في مجال blockchain. فهو ينشئ سلسلة مكونة من 64 حرفًا، مما يشكل تجزئة 256 بت. وقد جعلت ميزات الأمان القوية منه خيارًا شائعًا في العديد من العملات المشفرة، بما في ذلك البيتكوين.

Scrypt : Scrypt هي وظيفة اشتقاق رئيسية مصممة لتكون أكثر استهلاكًا للذاكرة من الخوارزميات الأخرى. إن متطلبات الذاكرة المتزايدة هذه تجعلها أكثر مقاومة للهجمات باستخدام الأجهزة المتخصصة. يتم استخدام Scrypt في العديد من العملات المشفرة، بما في ذلك Litecoin، مما يعزز أمانها ضد التهديدات القائمة على الأجهزة.

Ethash : تم تصميم Ethash خصيصًا لسلسلة كتل الإيثريوم، وهو عبارة عن خوارزمية تجزئة صلبة للذاكرة. لقد تم تصميمه ليكون مقاومًا لعمال المناجم ASIC (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات)، وهي عبارة عن أجهزة متخصصة للغاية مصممة للتعدين الفعال للعملات المشفرة. ويهدف تصميم إيثاش إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على عملية التعدين، مما يجعلها في متناول نطاق أوسع من المشاركين.

Equihash : Equihash هي خوارزمية تجزئة أخرى مرتبطة بالذاكرة معروفة بمقاومتها للتعدين ASIC. يتم استخدامه من قبل العديد من العملات المشفرة، مثل Zcash ، لتعزيز مشهد التعدين الأكثر إنصافًا حيث تقدم الأجهزة المتخصصة ميزة أقل.

في جوهر الأمر، على الرغم من أن هذه الخوارزميات تختلف في نهجها وخصائصها المحددة، إلا أنها تشترك جميعًا في غرض مشترك: تحويل المدخلات إلى تجزئة ذات حجم ثابت. تعمل هذه التجزئة بمثابة بصمة رقمية فريدة للمدخلات، وتلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على أمان وصحة معاملات وبيانات blockchain.

في التجزئة، تعد مقاومة الاصطدام سمة أساسية

في التجزئة، يشير الاصطدام إلى حدوث مدخلين مختلفين يولدان نفس مخرجات التجزئة. من الناحية النظرية، هذا ممكن لأن مجموعة جميع مخرجات التجزئة الممكنة محدودة، في حين أن مجموعة المدخلات المحتملة لا نهائية. ومع ذلك، فإن احتمال حدوث تصادم في الممارسة العملية منخفض للغاية، مما يجعل خوارزميات التجزئة مقاومة لمثل هذه الأحداث، وإن لم تكن محصنة تمامًا.

بأخذ مثال SHA-256، المستخدم في blockchain الخاص بالبيتكوين، فإنه ينتج تجزئة يبلغ طولها 256 بت. يُترجم هذا إلى 2^256 مجموعة تجزئة فريدة محتملة، وهو رقم كبير جدًا يصعب فهمه. ولتوضيح ذلك، فإن 2^256 يمكن مقارنته تقريبًا بعدد الذرات الموجودة في الكون المرئي.

عندما يتجاوز عدد المدخلات إجمالي التجزئة الفريدة المحتملة، من الناحية النظرية، سينتج عن مدخلين على الأقل نفس التجزئة، مما يؤدي إلى حدوث تصادم. ولكن في الواقع، فإن العدد الفلكي للمجموعات الفريدة في SHA-256 يجعل الاحتمال العملي لمواجهة مثل هذا الاصطدام ضئيلًا.

هذا العدد الهائل من النواتج المحتملة يحمي التجزئة من الاستغلال. يضمن الحجم الهائل لهذه الأرقام احتمالية منخفضة للغاية لحدوث تصادمات، مما يساهم في أمان وموثوقية التجزئة في تقنية blockchain. على الرغم من الاحتمال النظري، فإن المخاطر العملية لمثل هذه الأحداث في خوارزميات التجزئة المصممة جيدًا مثل SHA-256 ضئيلة للغاية، مما يعزز فعاليتها في تأمين المعاملات الرقمية وسلامة البيانات في أنظمة blockchain.

تم تصميم وظائف التجزئة لتكون غير قابلة للعكس

يعد عكس دالة التجزئة للتأكد من مدخلاتها الأصلية مهمة صعبة للغاية، وتقترب من المستحيل مع التكنولوجيا الحالية. في الأساس، تم تصميم وظائف التجزئة لتكون عمليات ذات اتجاه واحد. نظرًا للمخرجات، فإنه من غير الممكن تقريبًا استنتاج المدخلات الأصلية التي أنتجتها.

تُعرف الطريقة الأساسية لمحاولة هذا الانعكاس باسم القوة الغاشمة، والتي تتضمن تجربة كل سلسلة ممكنة بشكل منهجي حتى العثور على السلسلة الصحيحة. ومع ذلك، فإن التطبيق العملي لهذا النهج هو موضع شك كبير. إن القوة الحسابية المطلوبة لتنفيذ مثل هذه العملية تتجاوز قدرات حتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر تقدمًا.

على سبيل المثال، لنتأمل هنا جهاز IBM Summit، وهو أحد أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم، وهو قادر على تنفيذ عدة تريليونات من العمليات الحسابية في الثانية. حتى مع قوة المعالجة الهائلة هذه، سيحتاج Summit إلى قدر هائل من الوقت، ربما يمتد لسنوات، وكمية مذهلة من الطاقة لإجراء هندسة عكسية لتجزئة واحدة بنجاح. يسلط هذا السيناريو الضوء على عدم العملية وشبه الاستحالة لعكس التجزئة، خاصة تلك المعقدة مثل SHA-256 المستخدمة في تقنيات blockchain.

تعزز هذه الصعوبة المتأصلة الجانب الأمني للتجزئة في تطبيقات التشفير. فهو يضمن أن البيانات الحساسة، بمجرد تجزئتها، تظل آمنة حتى ضد أكثر المحاولات تعقيدًا لفك التشفير، مما يجعل وظائف التجزئة حجر الزاوية في بروتوكولات الأمن السيبراني الحديثة وسلامة blockchain.

يرجى ملاحظة أن Plisio يقدم لك أيضًا:

قم بإنشاء فواتير تشفير بنقرتين and قبول التبرعات المشفرة

12 تكاملات

6 مكتبات لغات البرمجة الأكثر شيوعًا

19 عملات مشفرة و 12 بلوكشين