بررسی کامل و جامع مفهوم بلاک چین؛ بلاک چین چیست و چگونه کار می کند

بلاک چین یک دفتر کل دیجیتال غیرمتمرکز است که سوابق را به طور ایمن در شبکه ای از رایانه ها نگهداری می کند که با شفافیت، تغییر ناپذیری و مقاومت در برابر دستکاری مشخص می شود. هر «بلاک» فردی داده ها را نگه می دارد و این بلاک ها در یک «زنجیره» زمانی به هم مرتبط هستند.

بلاک چین چیست؟

یک بلاک چین به عنوان یک پایگاه داده یا دفتر کل توزیع شده که بین گره های یک شبکه کامپیوتری به اشتراک گذاشته می شود، عمل می کند. در حالی که معمولاً با سیستم های ارزهای دیجیتال مرتبط است، جایی که نقشی حیاتی در تضمین یک رکورد امن و غیرمتمرکز از تراکنش ها ایفا می کند، کاربردهای آن فراتر از ارزهای دیجیتال گسترش می یابد. از بلاک چین ها می توان برای اطمینان از تغییرناپذیر بودن داده ها در صنایع مختلف استفاده کرد، به این معنی که نمی توان آن ها را تغییر داد.

تغییرناپذیری یک بلاک نیازمند اعتماد تنها در لحظه ای است که کاربر یا برنامه داده را وارد می کند. این ویژگی، اتکا به اشخاص ثالث قابل اعتماد، مانند حسابرسان یا سایر افراد را که ممکن است هزینه های اضافی و خطاهای احتمالی را ایجاد کنند، کاهش می دهد.

از زمان راه اندازی بیت کوین در سال 2009، کاربردهای فناوری بلاک چین افزایش یافته و منجر به ظهور ارزهای دیجیتال مختلف، پلتفرم های مالی غیرمتمرکز (DeFi)، توکن های غیرقابل تعویض (NFT) و قراردادهای هوشمند شده است.

بلاک چین شکلی از پایگاه داده مشترک را نشان می دهد که از نظر روش ذخیره سازی اطلاعات با پایگاه های داده معمولی تفاوت اساسی دارد. داده ها را در بلاک هایی سازماندهی می کند که از طریق تکنیک های رمزنگاری به هم مرتبط هستند.

• در حالی که انواع اطلاعات را می توان بر روی یک بلاک چین ثبت کرد، کاربرد غالب آن به عنوان دفتر کل معاملات بوده است.
• در مورد بیت کوین، بلاک چین به صورت غیرمتمرکز عمل می کند، به این معنی که هیچ نهاد یا گروهی دارای اختیار نیست. بلکه کنترل بین همه کاربران توزیع می شود.
• بلاک چین های غیرمتمرکز با تغییر ناپذیری مشخص می شوند که نشان می دهد داده های وارد شده قابل تغییر نیستند. برای بیت کوین، تراکنش ها به صورت دائمی مستند شده و برای همه قابل دسترسی است.

آشنایی با عملکرد یک بلاک چین

ممکن است در تجربه خود با صفحات گسترده یا پایگاه داده مواجه شده باشید. یک بلاک چین به شیوه ای مشابه عمل می کند و به عنوان پایگاه داده ای برای ورود و ذخیره سازی اطلاعات عمل می کند. با این حال، تمایز اولیه بین یک پایگاه داده یا صفحه گسترده معمولی و یک بلاک چین در سازماندهی و بازیابی داده ها نهفته است.

یک بلاک چین از اسکریپت هایی تشکیل شده است که عملکردهایی را که معمولاً با پایگاه های داده مرتبط است انجام می دهند، مانند ورود داده، دسترسی و ذخیره سازی. مشخصه آن ماهیت توزیع شده آن است، به این معنی که کپی های متعددی در ماشین های مختلف نگهداری می شوند و همه کپی ها باید سازگار باشند تا داده ها معتبر تلقی شوند.

بلاک چین بیت کوین داده های تراکنش را جمع آوری می کند و آن ها را در یک فایل 4 مگابایتی به نام بلاک ثبت می کند، اگرچه اندازه بلاک ها می تواند در زنجیره های بلاکی مختلف متفاوت باشد. هنگامی که یک بلاک به ظرفیت خود می رسد، داده های درون آن از طریق یک تابع هش رمزنگاری پردازش می شود و در نتیجه یک مقدار هگزا دسیمال به نام هش هدر بلاک به دست می آید.

این هش متعاقباً در هدر بلاک بعدی گنجانده می شود و در کنار سایر جزئیات در هدر آن بلاک رمزگذاری می شود و در نتیجه یک زنجیره پیوسته از بلاک ها را تشکیل می دهد که ماهیت عبارت «blockchain» است.

فرآیند تراکنش ها

فرآیند تراکنش ها توسط بلاک چین خاص در حال استفاده تعریف می شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک تراکنش در بلاک چین بیت کوین از طریق کیف پول رمزنگاری، برنامه ای که تعامل با بلاک چین را تسهیل می کند- آغاز می شود، یک سری رویدادها آغاز می شود.

در مورد بیت کوین، تراکنش به یک استخر حافظه فرستاده می شود، جایی که ذخیره می شود و منتظر انتخاب توسط یک ماینر است. هنگامی که تراکنش در یک بلاک گنجانده شد و آن بلاک با تراکنش ها پر شد، نهایی می شود و فرآیند استخراج آغاز می شود.

هر گره در شبکه بلاک های خود را به این روش پیشنهاد می کند، زیرا آن ها تراکنش های مختلفی را انتخاب می کنند. هر گره بر روی بلاک های جداگانه خود عمل می کند و تلاش می کند تا با استفاده از یک “nonce” هدف دشواری را حل کند، که مخفف عددی است که یک بار استفاده شده است.

مقدار nonce یک جزء قابل تغییر در هدر بلاک است که با هر تلاش استخراج به تدریج افزایش می یابد. اگر هش تولید شده با معیارهای برابر یا کمتر از هش هدف مطابقت نداشته باشد، nonce یک افزایش می یابد و منجر به تولید یک هش جدید می شود و این روند ادامه می یابد. Nonce تقریباً هر 4.5 میلیارد بار (مدت زمان کمتر از یک ثانیه) بازنشانی می شود، در این مرحله یک مقدار اضافی به نام nonce اضافی به عنوان شمارنده تکمیلی استفاده می شود. این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که یک ماینر با موفقیت یک هش معتبر تولید کند، در نتیجه برنده رقابت و کسب پاداش مربوطه است.

فرآیند تولید هش تا زمانی که یک مورد معتبر کشف شود، “اثبات کار” نامیده می شود، که نشان می دهد ماینر محاسبات لازم را انجام داده است. تلاش محاسباتی گسترده مورد نیاز برای اعتبارسنجی هش دلیل انرژی و قدرت پردازش قابل توجه مصرف شده توسط شبکه بیت کوین است.

هنگامی که یک بلاک نهایی شد، تراکنش کامل تلقی می شود. با این حال، بلاک تا زمانی که پنج بلاک بعدی تأیید نشده باشد، تأیید نمی شود. این فرآیند تأیید معمولاً حدود یک ساعت طول می کشد، زیرا میانگین آن کمتر از 10 دقیقه در هر بلاک است (بلاک اولیه حاوی تراکنش شما، همراه با پنج بلاک اضافی، وقتی در 10 ضرب شود در مجموع 60 دقیقه می شود).

همه بلاک چین ها از این روش پیروی نمی کنند. به عنوان مثال، شبکه اتریوم از یک فرآیند انتخاب تصادفی برای انتخاب یک اعتبارسنجی از بین تمام کاربرانی که اتر استیک کرده اند استفاده می کند و آن ها را قادر می سازد تا بلاک هایی را که متعاقباً توسط شبکه تأیید می شوند تأیید کنند. این رویکرد در مقایسه با فرآیند استفاده شده توسط بیت کوین، به طور قابل توجهی سریعتر و انرژی کمتری مصرف می کند.

عدم تمرکز بلاک چین

یک بلاک چین توزیع داده ها را در چندین گره شبکه، رایانه ها یا دستگاه هایی که نرم افزار بلاک چین را کار می کنند؛ در مکان های مختلف تسهیل می کند. این توزیع افزونگی را تقویت می کند و یکپارچگی داده ها را تضمین می کند. به عنوان مثال، اگر تلاشی برای اصلاح یک رکورد در یک گره انجام شود، گره های دیگر این تلاش را با ارجاع متقابل هش های بلاک خنثی می کنند. در نتیجه، هیچ گره واحدی توانایی تغییر اطلاعات در زنجیره را ندارد.

با توجه به این ساختار غیرمتمرکز، و اثبات رمزگذاری شده کار تکمیل شده؛ داده های درون بلاک چین، مانند تاریخچه تراکنش ها، تغییر ناپذیر می شوند. این داده ها می توانند شامل فهرست های تراکنش باشند، اما بلاک چین های خصوصی ممکن است طیفی از اطلاعات دیگر، از جمله قراردادهای قانونی، هویت های ایالتی، یا موجودی های شرکتی را نیز در بر گیرند. به طور معمول، بیشتر بلاک چین ها این موارد را مستقیماً «ذخیره» نمی کنند. در عوض، آن ها احتمالاً از طریق یک الگوریتم هش پردازش می شوند و توسط یک توکن در بلاک چین نشان داده می شوند.

شفافیت بلاک چین

ساختار غیرمتمرکز بلاک چین بیت کوین امکان مشاهده کامل همه تراکنش ها را فراهم می کند. کاربران می توانند بلاک چین را دانلود و بررسی کنند یا از کاوشگرهای بلاک چین برای مشاهده تراکنش ها در زمان واقعی استفاده کنند. هر گره نسخه مخصوص به خود از بلاک چین را حفظ می کند که با تایید و ادغام بلاک های جدید به روز می شود. در نتیجه، امکان ردیابی حرکت بیت کوین در طول سفر وجود دارد.

به عنوان مثال، مواردی وجود داشته است که صرافی ها به خطر افتاده و منجر به از دست دادن قابل توجه ارزهای دیجیتال شده است. اگرچه ممکن است عاملان ناشناس باقی بمانند، که فقط با آدرس کیف پول آن ها شناسایی می شوند؛ ارز دیجیتال سرقت شده را می توان به راحتی ردیابی کرد زیرا آدرس های کیف پول در بلاک چین ثبت می شود.

توجه به این نکته مهم است که اطلاعات موجود در بلاک چین بیت کوین و همچنین در اکثر بلاک چین های دیگر رمزگذاری شده است. این رمزگذاری تضمین می کند که فقط افراد مرتبط با یک آدرس خاص می توانند هویت خود را فاش کنند. بنابراین، کاربران بلاک چین می توانند ناشناس بودن خود را حفظ کنند و در عین حال شفافیت را حفظ کنند.

آیا بلاک چین امن است؟

فناوری بلاک چین امنیت و اعتماد غیرمتمرکز را از طریق مکانیسم های مختلف تضمین می کند. در مرحله اول، بلاک های جدید به طور مداوم به صورت خطی و زمانی اضافه می شوند، به این معنی که آن ها به «انتهای» زنجیره بلاک اضافه می شوند. هنگامی که یک بلاک اضافه می شود، تغییر هر یک از بلاک های قبلی غیرممکن می شود.

هر گونه تغییر در داده ها منجر به تغییر در هش بلاک مربوطه می شود. از آنجایی که هر بلاک شامل هش بلاک قبلی است، تغییر یک بلاک در نتیجه بر تمام بلاک های بعدی تأثیر می گذارد. به طور معمول، شبکه هر بلاک اصلاح شده را به دلیل عدم تطابق در هش ها رد می کند. با این وجود، چنین تغییراتی را می توان در شبکه های بلاک چین کوچکتر اجرا کرد.

توجه به این نکته مهم است که همه بلاک چین ها کاملاً ایمن نیستند. آن ها به عنوان دفتر کل توزیع شده ای عمل می کنند که برای ایجاد سطوح امنیتی معروف خود به کد متکی هستند. در صورت وجود نقص در کد، می توان از این آسیب پذیری ها سوء استفاده کرد. یک بلاک چین جدیدتر و کوچکتر ممکن است در برابر چنین حملاتی آسیب پذیرتر باشد.

با این حال، یک مهاجم برای موفقیت در یک حمله 51 درصد حداقل به 51 درصد از توان محاسباتی شبکه نیاز دارد. در مورد بلاک چین های بزرگتر مانند بیت کوین، دستیابی به این امر تقریبا غیرممکن است. زمانی که یک مهاجم سعی می کند نقشه خود را اجرا کند، شبکه به احتمال زیاد فراتر از بلاک هایی که قصد دستکاری آن ها را داشتند، پیشرفت کرده است. این به دلیل نرخ هش فوق العاده بالای این شبکه ها است، به طوری که شبکه بیت کوین تا سپتامبر 2024 به حدود 640 اگزهاش در ثانیه (18 صفر) رسیده است.

بلاک چین اتریوم در برابر تلاش های هک بسیار ایمن است، زیرا هر مهاجم بالقوه باید کنترل بیش از 50 درصد اتر موجود در شبکه را به دست آورد. تا سپتامبر 2024، بیش از 33.8 میلیون اتریوم توسط بیش از یک میلیون اعتباردهنده به اشتراک گذاشته شده است. در نتیجه، یک مهاجم یا یک گروه باید بیش از 17 میلیون ETH داشته باشد و به اندازه کافی خوش شانس باشد که بلاک ها را به اندازه کافی اعتبارسنجی کند تا بلاک های آن ها پذیرفته شود.

فناوری بلاک چین و بیت کوین

مفهوم فناوری بلاک چین در ابتدا در سال 1991 توسط محققین استوارت هابر و دبلیو اسکات استورنتا پیشنهاد شد که هدف آن ها ایجاد سیستمی بود که تضمین کند مهرهای زمانی اسناد را نمی توان تغییر داد. با این حال، تا زمانی که بیت کوین در ژانویه 2009 معرفی شد، بلاک چین اولین کاربرد عملی خود را پیدا کرد.

بیت کوین بر روی یک چارچوب بلاک چین عمل می کند. در مقاله تحقیقاتی بنیادی برای ارز دیجیتال، خالق مستعار آن، ساتوشی ناکاموتو، آن را به عنوان «یک سیستم نقدی الکترونیکی جدید که کاملاً همتا به همتا و بدون شخص ثالث قابل اعتماد است» توصیف کرد. ضروری است بدانیم که بیت کوین از فناوری بلاک چین برای حفظ یک دفتر کل شفاف از پرداخت ها و تراکنش ها بین طرفین استفاده می کند.

بلاک چین

فناوری بلاک چین به عنوان روشی ایمن و غیرقابل تغییر برای ثبت مجموعه وسیعی از نقاط داده عمل می کند. این داده ها ممکن است شامل تراکنش ها، آرای انتخاباتی، سطوح موجودی، سوابق شناسایی ایالتی، اسناد دارایی و برنامه های کاربردی متعدد دیگر باشد.

در حال حاضر، ده ها هزار ابتکار وجود دارد که پتانسیل بلاک چین را فراتر از ثبت تراکنش های صرف بررسی می کند، از جمله کاربرد آن به عنوان مکانیزم رای گیری امن در فرآیندهای دموکراتیک.

تغییر ناپذیری ذاتی بلاک چین به طور قابل توجهی امکان رای گیری تقلبی را پیچیده می کند. به عنوان مثال، یک سیستم رأی گیری می تواند طراحی شود که در آن به هر شهروند یک کشور یک رمزارز یا توکن منحصر به فرد اختصاص داده شود.

به نامزدها آدرس های کیف پول خاصی اختصاص داده می شود که به رای دهندگان اجازه می دهد رمز یا ارز دیجیتال خود را به آدرس نامزد مورد نظر خود منتقل کنند. ویژگی های شفاف و قابل ردیابی بلاک چین شمارش آرای انسانی را غیرضروری می کند و خطر دستکاری در برگه های رای فیزیکی را کاهش می دهد.

بلاک چین در مقابل بانک ها

بلاک چین ها اغلب به عنوان یک عنصر دگرگون کننده در صنعت مالی، به ویژه در مورد سیستم های پرداخت و عملیات بانکی در نظر گرفته می شوند. با این وجود، تمایز قابل توجهی بین بانک های سنتی و بلاک چین های غیرمتمرکز وجود دارد. برای نشان دادن تفاوت های بین بانک و فناوری بلاک چین، می توانیم سیستم بانکی را در رابطه با پیاده سازی بلاک چین بیت کوین بررسی کنیم.

چگونه از بلاک چین استفاده می شود؟

اکنون مشخص شده است که بلاک های درون بلاک چین بیت کوین برای ذخیره اطلاعات تراکنش ها طراحی شده اند. در حال حاضر، بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر بر روی بلاک چین های مختلف کار می کنند. با این حال، فناوری بلاک چین روشی قابل اعتماد برای ذخیره انواع مختلف داده ها نیز ثابت می کند.
چندین شرکت در حال بررسی برنامه های بلاک چین شامل Walmart، Pfizer، AIG، Siemens، و Unilever هستند. به عنوان مثال، IBM بلاک چین Food Trust خود را برای نظارت بر سفر محصولات غذایی از مبدا تا مقصد نهایی خود توسعه داده است.

دلیل این امر چیست؟ بخش مواد غذایی شیوع بسیاری از E. coli، سالمونلا، و لیستریا را تجربه کرده است. در موارد خاص، مواد مضر به طور ناخواسته به مواد غذایی وارد شده است. از نظر تاریخی، شناسایی منبع این شیوع یا علت بیماری های مرتبط با مصرف مواد غذایی هفته ها طول کشیده است.

با استفاده از فناوری بلاک چین، شرکت ها می توانند مسیر یک محصول غذایی را از مبدا آن، از طریق هر ایستگاه واسطه، تا نقطه تحویل آن ردیابی کنند. علاوه بر این، این سازمان ها همچنین می توانند تمام موارد دیگری را که محصول ممکن است با آن ها تعامل داشته باشد، ردیابی کند، که امکان شناسایی سریع تر مسائل را فراهم می کند که به طور بالقوه باعث نجات جان افراد می شود. این به عنوان نمونه ای از کاربرد بلاک چین عمل می کند، در حالی که بسیاری از پیاده سازی های دیگر یا در حال وجود هستند یا در دست کاوش هستند.

بانکداری و مالی

بخش بانکداری و مالی از ادغام فناوری بلاک چین در عملیات خود، به ویژه در بانکداری شخصی، سود قابل توجهی خواهد داشت. مؤسسات مالی سنتی معمولاً فقط در ساعات کاری استاندارد، پنج روز در هفته کار می کنند. در نتیجه، اگر مشتری سعی کند یک چک را در روز جمعه در ساعت 6 بعد از ظهر واریز کند، احتمالا باید تا صبح دوشنبه منتظر بماند تا وجه در حسابش ظاهر شود.

حتی سپرده هایی که در ساعات کاری انجام می شوند ممکن است به یک تا سه روز برای تأیید نیاز داشته باشند، در درجه اول به دلیل حجم بالای تراکنش هایی که بانک ها باید پردازش کنند. در مقابل، بلاک چین به طور مداوم و بدون وقفه عمل می کند.

با استفاده از فناوری بلاک چین، بانک ها می توانند به مصرف کنندگان این امکان را بدهند که تراکنش های خود را صرف نظر از تعطیلات یا زمان روز در عرض چند دقیقه یا ثانیه – مدت زمان لازم برای افزودن یک بلاک به بلاک چین – انجام دهند. علاوه بر این، بلاک چین این پتانسیل را به بانک ها ارائه می دهد تا انتقال وجه سریع تر و ایمن تر را بین مؤسسات تسهیل کنند. با توجه به مبالغ قابل توجهی که وجود دارد، حتی چند روز ترانزیت می تواند هزینه ها و خطرات قابل توجهی را برای بانک ها به همراه داشته باشد.

برای معامله گران سهام، فرآیند تسویه و تسویه می تواند تا سه روز یا بیشتر ادامه یابد، به ویژه در معاملات بین المللی، که منجر به مسدود شدن موقت وجوه و سهام می شود. از نظر تئوری، بلاک چین می تواند این بازه زمانی را به میزان قابل توجهی کوتاه کند.

ارز

بلاک چین به عنوان فناوری اساسی برای ارزهای رمزپایه مانند بیت کوین عمل می کند. این چارچوب با دور زدن محدودیت های ارزی، ناپایداری ها یا زیرساخت های ناکافی از طریق یک شبکه غیرمتمرکز که برای هر کسی که به اینترنت متصل است قابل دسترسی است، تراکنش های بین مرزی کارآمدتر را تسهیل می کند.

مراقبت های بهداشتی

متخصصان مراقبت های بهداشتی می توانند از فناوری بلاک چین برای مدیریت ایمن سوابق پزشکی بیماران خود استفاده کنند. هنگامی که یک پرونده پزشکی ایجاد و احراز هویت شد، می توان آن را روی بلاک چین ثبت کرد و به بیماران اطمینان داد که اطلاعات تغییرناپذیر باقی می مانند. این سوابق سلامت شخصی را می توان با یک کلید خصوصی رمزگذاری و روی بلاک چین ذخیره کرد و اطمینان حاصل کرد که دسترسی به افراد مجاز محدود می شود و بنابراین محرمانه بودن حفظ می شود.

مزایا و معایب بلاک چین

علیرغم پیچیدگی های آن، پتانسیل بلاک چین به عنوان یک سیستم ثبت سوابق غیرمتمرکز عملاً نامحدود است. این برنامه حفظ حریم خصوصی کاربر، افزایش امنیت، کاهش هزینه های پردازش و به حداقل رساندن خطاها را ارائه می دهد، که نشان می دهد برنامه های آن ممکن است بسیار فراتر از مواردی باشد که در حال حاضر شناخته شده است. با این حال، معایب قابل توجهی نیز وجود دارد.

مزایا

• افزایش دقت از طریق حذف دخالت انسان در فرآیند تأیید
• صرفه جویی در هزینه با حذف نیاز به تأیید شخص ثالث
• عدم تمرکز مقاومت در برابر دستکاری را افزایش می دهد
• معاملات امن، محرمانه و کارآمد هستند
• تکنولوژی شفاف
• یک جایگزین بانکی و وسیله ای برای محافظت از اطلاعات شخصی افراد در کشورهایی با دولت های ناپایدار یا توسعه نیافته ارائه می دهد

معایب

• هزینه های بالای تکنولوژیک مرتبط با پیاده سازی بلاک چین خاص
• ظرفیت تراکنش محدود در هر ثانیه
• ارتباط با فعالیت های غیرقانونی، به ویژه در وب تاریک
• چارچوب های نظارتی بر اساس منطقه متفاوت است و مبهم باقی می ماند
• محدودیت در ظرفیت ذخیره سازی داده ها

نتیجه گیری

فناوری بلاک چین عمدتاً به دلیل ارتباط آن با بیت کوین و ارزهای دیجیتال به رسمیت شناخته شده است و به طور فعال در سناریوهای مختلف عملی استفاده می شود. به عنوان اصطلاحی که اغلب توسط سرمایه گذاران در سرتاسر جهان ذکر می شود، بلاک چین این پتانسیل را دارد که با کاهش نیاز به واسطه، دقت، کارایی، امنیت و مقرون به صرفه بودن عملیات تجاری و دولتی را افزایش دهد.

با ورود به دهه سوم تکامل بلاک چین، موضوع دیگر این نیست که آیا شرکت های مستقر از این فناوری استفاده می کنند یا خیر، بلکه این است که چه زمانی این فناوری را انجام خواهند داد. در حال حاضر، شاهد افزایش توکن های غیرقابل تعویض (NFT) و توکن سازی دارایی ها هستیم. در آینده نزدیک، ممکن است شاهد ادغام چندین بلاک چین، توکن ها و هوش مصنوعی در برنامه های تجاری و مصرف کننده باشیم.