أسس وظيفة التجزئة: كيف تضمن أمان البلوكشين

دالة التجزئة هي واحدة من الآليات الأساسية التي بُنيت عليها أمن المعلومات الحديث. إنها تحول بيانات الإدخال بأي حجم إلى مخرجات بطول ثابت باستخدام خوارزميات رياضية. هذه البساطة للوهلة الأولى تخفي أداة قوية تكمن وراء العملات الرقمية، وبلوكشين، والأنظمة التوزيعية.

كيف تعمل دالة التجزئة عمليًا

كل دالة هاش تولد مخرجات بنفس الحجم، بغض النظر عن حجم البيانات المدخلة. على سبيل المثال، يولد خوارزمية SHA-256 دائمًا نتيجة بحجم 256 بت، بينما تولد SHA-1 ملخصًا بحجم 160 بت.

دعونا نأخذ مثالاً محددًا. إذا قمنا بتمرير كلمات “Binance” و “binance” عبر SHA-256 ( نفس الخوارزمية المستخدمة في Bitcoin):

** SHA-256 :**

• تسجيل الدخول: Binance → الإخراج: f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• تسجيل الدخول: binance → الإخراج: 59bba357145ca539dcd1ac957abc1ec583319ddcae7f5e8b5da0c36624784b2

يرجى ملاحظة: حتى التغيير الطفيف في سجل الحرف الأول أدى إلى نتيجة مختلفة تمامًا. ومع ذلك، بغض النظر عن حجم البيانات المدخلة، يجب أن يكون الناتج دائمًا بحجم ثابت قدره 256 بت (64 رموز).

عند استخدام SHA-1 سنحصل على قيم أخرى:

** SHA-1: **

• تسجيل الدخول: Binance → الإخراج: 7f0dc9146570c608ac9d6e0d11f8d409a1ee6ed1
• الدخول: binance → الخروج: e58605c14a76ff98679322cca0eae7b3c4e08936

لكن طول المخرج يبقى ثابتًا - 160 بت.

الخصائص الأساسية لوظيفة التجزئة التشفيرية

تختلف دالة التجزئة التشفيرية عن العادية من حيث أن لديها خصائص خاصة تحمي البيانات من الهجمات. لكي تعتبر موثوقة، يجب أن تلبي دالة التجزئة التشفيرية ثلاث خصائص حاسمة:

التحمل للاصطدامات: عدم إمكانية العثور على مدخلين مختلفين ينتجان نفس الهاش. على الرغم من أن الاصطدامات موجودة دائمًا نظريًا ( بسبب العدد اللانهائي من المدخلات وعدد المخرجات المحدود )، فإن احتمالية اكتشافها عند استخدام دالة هاش موثوقة صغيرة جدًا لدرجة أن ذلك سيتطلب ملايين السنين من الحسابات.

القدرة على مقاومة العثور على الصورة الأولية الأولى: عدم القدرة على “عكس” دالة التجزئة، أي العثور على المدخلات باستخدام المخرجات المعروفة. هذه الخاصية حاسمة لحماية البيانات - على سبيل المثال، يمكن للخوادم تخزين تجزئات كلمات المرور بدلاً من كلمات المرور نفسها، دون المخاطرة بكشف الأصل.

مقاومة للعثور على رؤية أولية ثانية: عدم القدرة على العثور على مدخل بديل يولد نفس الهاش للنتيجة المعروفة بالفعل. بما أن أي وظيفة مقاومة للتصادم تكون تلقائيًا مقاومة أيضًا لهذا النوع من الهجمات، فإن هذه الخاصية تعتمد على الأولى.

عائلات خوارزميات SHA وأمانها

SHA يُفَسَّر على أنه خوارزميات التجزئة الآمنة ( خوارزميات التجزئة الآمنة ). هذه مجموعة من دوال التجزئة التشفيرية، والتي تشمل عدة أجيال:

• SHA-0 و SHA-1: لم تعد تعتبر آمنة، حيث تم اكتشاف تصادمات فيها
• SHA-2: تشمل SHA-256 و SHA-512 وغيرها من الخيارات; تعتبر آمنة حاليًا
• SHA-3: الجيل الأحدث، تم تطويره كبديل لـ SHA-2؛ يُعتبر أيضًا مقاومًا.

حتى اليوم، لا يُعتبر سوى SHA-2 و SHA-3 موثوقين للاستخدام في التشفير. لا يزال SHA-256، الذي هو جزء من SHA-2، هو الخوارزمية الأساسية المستخدمة في Bitcoin.

دور وظيفة الهاش في عملية تعدين البيتكوين

تعدين Bitcoin يعتمد بشكل عميق على دوال التجزئة. يقوم المعدّنون بتنفيذ مجموعة من عمليات التجزئة، بما في ذلك التحقق من الأرصدة، وربط المدخلات والمخرجات للمعاملات، بالإضافة إلى تجزئة جميع العمليات في الكتلة لتشكيل شجرة ميركل.

أهم مهمة للعمالة هي العثور على هاش مقبول لكتلة مرشحة. يجب أن يبدأ هذا الهش من عدد معين من الأصفار، والذي يحدد صعوبة التعدين. يجب على العامل تجربة مدخلات مختلفة، مع تكرار عملية الهاش كل مرة حتى يجد نتيجة تتوافق مع هذا المعيار.

مستوى الصعوبة ليس ثابتًا. يقوم بروتوكول البيتكوين تلقائيًا بتكييف الصعوبة استنادًا إلى معدل الهاش للشبكة (إجمالي قوة الحوسبة لجميع المعدنين)، مما يوفر متوسط وقت للكتلة حوالي 10 دقائق. إذا انضم المزيد من المعدنين إلى الشبكة، تزداد الصعوبة؛ وإذا انخفض العدد، تنخفض الصعوبة وفقًا لذلك.

من المهم أن نفهم: عمال المناجم لا يبحثون عن تعارضات. لكل كتلة يوجد مجموعة من الحلول الصحيحة المحتملة (هاش، التي تبدأ بعدد معين من الأصفار )، ويجب على عامل المنجم أن يجد واحدة فقط منها. نظرًا لأن التعدين هو عملية مكلفة تتطلب الكثير من الطاقة، ليس لدى عمال المناجم حافز لخداع النظام.

القيمة العملية لدوال التجزئة في العملات المشفرة والأنظمة الاحترافية

تلعب دوال التجزئة التشفيرية دورًا لا يتجزأ في جميع جوانب تكنولوجيا البلوكشين. تُستخدم لـ:

• إنشاء روابط تشفيرية بين الكتل التي تشكل هيكل السلسلة نفسها
• تجميع ودمج المعاملات في الكتل
• إنشاء العناوين والمفاتيح الخاصة
• ضمان سلامة وموثوقية البيانات

تظهر القوة الحقيقية لدوال الهاش عند العمل مع كميات كبيرة من المعلومات. بدلاً من تخزين والتحقق من مجموعات البيانات الكاملة، يمكن توليد الهاش الخاص بها واستخدامه للتحقق السريع من السلامة. وهذا يحل مشكلة القابلية للتوسع وكفاءة التخزين.

في سياق blockchain، هذا يعني أن كميات هائلة من المعاملات يمكن أن تتجمع في هاش مضغوط واحد، والذي يعمل ك"بصمة" رقمية لكل كتلة. أي محاولة لتغيير البيانات في الكتل السابقة ستتطلب إعادة هاش للسلسلة بأكملها، مما يجعل مثل هذه الهجمات شبه مستحيلة.

الاستنتاج

دالة التجزئة ليست مجرد أداة رياضية؛ إنها أساس أمان وموثوقية نظام العملات المشفرة بأكمله. إن فهم مبادئ عمل دالة التجزئة التشفيرية، وخصائصها وآلياتها يوفر فهماً أعمق لكيفية تحقيق شبكات البلوكشين لمستوى عالٍ من الأمان واللامركزية. من Bitcoin إلى الأنظمة الموزعة الحديثة، تظل دالة التجزئة البطل غير المرئي الذي يضمن بقاء البيانات غير قابلة للتغيير وموثوقة.