بلاک چین چیست؟ | معرفی تخصصی Blockchain به زبان ساده

 بلاک چین یک نوع فناوری ثبت و ضبط دیجیتالی است که برای ذخیره سازی و انتقال انواع مختلف داده ها طراحی شده است. این فناوری با وجود اینکه مفهوم آن دهه ها قبل معرفی شده بود، اولین بار در سال 2009 توسط شخص یا گروهی با نام مستعار ساتوشی ناکاموتو و در وایت پیپر بیت کوین به طور رسمی معرفی شد.

بلاک چین چیست؟

بلاک چین از دو کلمه "بلاک" (Block) و "چین" (Chain) تشکیل شده که معنای لغوی آن "زنجیره بلوک" است. این نام گذاری دقیقاً مطابق با کارکرد آن انتخاب شده، زیرا داده ها در فضاهایی به نام بلاک ذخیره می شوند و این بلاک ها به صورت زنجیروار به یکدیگر متصل هستند.

به عبارت دیگر، بلاک چین مجموعه ای از بلاک های متصل به یکدیگر است که هر بلاک یا بلوک آن حاوی تعدادی تراکنش می باشد. این ساختار زنجیره ای همان چیزی است که بلاک چین را از سایر انواع پایگاه داده متمایز می کند. در این فناوری، با وجود کاربران متعددی که به طور همزمان داده هایی را ثبت و اصلاح می کنند و ممکن است داده های آنها با هم تداخل داشته باشند، شبکه همچنان قادر به حفظ یکپارچگی محتوای پایگاه داده است.
یکی از ویژگی های مهم بلاک چین این است که کار ذخیره سازی داده ها بدون وجود یک مدیر و صاحب اختیار مرکزی امکان پذیر است و نمی توان با تخریب یک نقطه مرکزی، داده های ذخیره شده را تحریف یا نابود کرد. به این ویژگی، شبکه عمومی و غیرمتمرکز گفته می شود که باعث شده بلاک چین در مقایسه با سیستم های سنتی مانند صفحات اکسل یا سرورهای مرکزی، امنیت بیشتری داشته باشد.

علاوه بر این، هر بلاک برای تایید اعتبار داده های موجود در خود، از کد هش (Hash Code) استفاده می کند. از آنجا که هر بلاک به بلاک قبلی متصل است، امکان تغییر داده ها در بلاک های گذشته بدون تغییر تمام بلوک های بعدی و بدون همکاری شبکه وجود ندارد. همین موضوع امنیت و شفافیت شبکه بلاک چین را بی همتا کرده است. به محل نگهداری و حفظ اطلاعات بلاک چین ها، "دفتر کل توزیع شده" یا DLT گفته می شود. تمامی اطلاعات دفتر کل توزیع شده برای تمام اعضای حاضر در شبکه قابل دسترسی است و حتی جزئی ترین تغییرات در تبادلات هم برای همه به صورت شفاف قابل مشاهده و بررسی است.

بلاکچین صرفاً به ارز دیجیتال محدود نمی شود و می تواند در هر جا که نیاز به ثبت اطلاعات به صورت توزیع شده و امن باشد، کاربرد داشته باشد. از این فناوری می توان برای ایجاد برنامه های غیرمتمرکز (DApps)، سیستم های مدیریت زنجیره تامین، سیستم های رای گیری و موارد دیگر استفاده کرد.

اولین بلاک چین تاریخ چیست؟

اولین بلاک شبکه که قبل از آن، بلاک دیگری وجود ندارد، "جنسیس پلاک" نام دارد. معروف ترین شبکه های عمومی و غیر متمرکزی که از ویژگی های زنجیره بلوک استفاده می کند، رمز ارز بیت کوین، اتریوم و تتر هستند.

همچنین میتوتنید آخرین قیمت ارز های دیجیتال را در صفحه "لیست قیمت ارز دیجیتال" آلنداینوست مشاهده کنید.

تعریف بلاک چین به زبان بسیار ساده 

بلاک چین یک دفتر کل دیجیتالی است که اطلاعات را در بلاک های به هم متصل ذخیره می کند. تصور کنید دفتری را که همه می توانند در آن بنویسند و همه نسخه ای از آن دارند. هر صفحه جدید (بلاک) به صفحه قبلی متصل است و هیچکس نمی تواند صفحات قبلی را بدون اجازه دیگران تغییر دهد.

بلاکچین به جای اینکه اطلاعات در یک سرور مرکزی ذخیره شوند، آن ها را در هزاران کامپیوتر (نود) در سراسر جهان نگهداری می کند. این ویژگی باعث می شود اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد یا هک شود، داده ها همچنان در کامپیوترهای دیگر محفوظ بمانند.

آموزش تصویری  بلاکچین

یادگیری مفاهیم بلاک چین از طریق روش های تصویری می تواند درک عمیق تری نسبت به خواندن متون طولانی ایجاد کند. تصویر متحرک زیر مفاهیم پیچیده بلاک چین را به شکلی ساده و قابل فهم ارائه می دهند.

مثال ساده برای درک بلاک چین

فرض کنید من و گروهی از دوستانم می خواهیم سوابق مالی خود را نگهداری کنیم. به جای اعتماد به یک نفر برای نگهداری این سوابق، هر کدام از ما یک دفترچه داریم که تمام تراکنش ها در آن ثبت می شود. هر بار که تراکنشی انجام می شود، مثلاً علی 100 هزار تومان به رضا می دهد، این تراکنش به همه اعلام می شود. همه ما این تراکنش را در دفترچه های خود ثبت می کنیم. اگر کسی بخواهد تقلب کند و در دفترچه خود اطلاعات غلطی وارد کند، بقیه اعضای گروه متوجه می شوند چون دفترچه های آن ها اطلاعات متفاوتی دارد.

علاوه بر این، هر صفحه جدید دفترچه شامل خلاصه ای از صفحه قبلی است. بنابراین اگر کسی بخواهد صفحات قبلی را تغییر دهد، باید تمام صفحات بعدی را نیز تغییر دهد، که عملاً غیرممکن است. در نتیجه، بلاک چین یک فناوری است که به ما امکان می دهد بدون نیاز به اعتماد به یک مرجع مرکزی، داده ها را به صورت امن و غیرقابل تغییر ذخیره کنیم که هم شام ارزهای دیجیتال میشود و همش شامل NFT ها.

ویژگی های اصلی بلاک چین

سه ویژگی اصلی بلاک چین عبارتند از:

1. غیرمتمرکز بودن: هیچ نهاد واحدی کنترل کامل شبکه را در دست ندارد
2. شفافیت: همه تراکنش ها برای همه اعضای شبکه قابل مشاهده است
3. تغییرناپذیری: پس از ثبت داده ها، تغییر آن ها تقریباً غیرممکن است

تفاوت بلاک چین با پایگاه داده سنتی

در پایگاه های داده سنتی، یک مدیر مرکزی وجود دارد که می تواند داده ها را اضافه، حذف یا ویرایش کند. با این حال، در بلاکچین هیچ مرجع مرکزی وجود ندارد و هر تغییری باید توسط اکثریت شبکه تأیید شود. در واقع، وقتی در پایگاه داده سنتی، مدیر سیستم می تواند اطلاعات را تغییر دهد، در بلاک چین این امکان وجود ندارد. برای تغییر یک بلاک، باید تمام بلاک های بعدی نیز تغییر کنند که این کار مستلزم داشتن اکثریت قدرت محاسباتی شبکه است.

مهم ترین تفاوت ها عبارتند از:

• ساختار: پایگاه داده سنتی معمولاً جدولی است، اما بلاک چین زنجیره ای از بلاک هاست
• کنترل: پایگاه داده سنتی متمرکز است، بلاک چین غیرمتمرکز
• دسترسی: پایگاه داده سنتی خصوصی است، بلاک چین (عمومی) برای همه قابل مشاهده است
• امنیت: پایگاه داده سنتی به امنیت سرور متکی است، بلاک چین از رمزنگاری و اجماع استفاده می کند

مقایسه بلاک چین ها با سیستم های بانکی سنتی

سیستم های بانکی سنتی متمرکز هستند و یک نهاد مرکزی کنترل آن ها را در دست دارد، در حالی که بلاک چین ها غیر متمرکز هستند. همچنین، تراکنش ها در سیستم بانکی قابل برگشت هستند، اما در بلاکچین پس از تایید، تراکنش ها تغییرناپذیر می شوند. زمان تسویه در سیستم بانکی چند روز طول می کشد، در حالی که در بلاک چین به چند دقیقه یا ساعت کاهش می یابد.

اجزای اصلی بلاک چین

شبکه بلاکچین از چندین جزء کلیدی تشکیل شده که هر کدام نقش مهمی در عملکرد و امنیت این فناوری ایفا می کنند:

بلاک (Block) و ساختار آن

بلاک، واحد اصلی ذخیره سازی اطلاعات در بلاک چین است. هر بلاک مانند صفحه ای از یک دفتر کل دیجیتال عمل می کند و از دو بخش اصلی تشکیل شده است: هدر بلاک (Block Header) و بدنه بلاک (Block Body).

بدنه بلاک حاوی اطلاعات تراکنش ها شامل آدرس فرستنده، آدرس گیرنده و مقدار انتقال است و هدر بلاک شامل اطلاعات متادیتا برای شناسایی و اعتبارسنجی بلاک است و معمولاً دارای این اجزاست:

• نسخه بلاک: نشان دهنده نسخه نرم افزاری یا پروتکلی که بلاک بر اساس آن ایجاد شده
• هش بلاک قبلی: کد منحصر به فردی که بلاک را به بلاک قبلی متصل می کند
• مهر زمانی (Timestamp): زمان تقریبی ایجاد بلاک
• سختی شبکه: میزان دشواری حل معمای رمزنگاری
• ریشه درخت مرکل: هشی که از تمام تراکنش های موجود در بلاک محاسبه می شود

نانس (Nonce) و هش (Hash) در بلاک ها

نانس، مخفف عبارت "Number Only Used Once" به معنای "عددی که تنها یک بار استفاده می شود" است. این عدد 32 بیتی تصادفی که در فرآیند ماینینگ تولید می شود، نقش کلیدی در امنیت بلاک چین دارد. هش، کد منحصر به فردی است که از داده های موجود در یک بلاک تولید می شود و مانند اثر انگشت دیجیتال عمل می کند. هر تغییر کوچک در محتوای بلاک، باعث تغییر کامل هش می شود. برای مثال، اگر مقدار انتقال از 0.5 به 0.6 بیت کوین تغییر کند، کد هش کاملاً متفاوت خواهد بود. ماینرها با تغییر نانس تلاش می کنند هشی پیدا کنند که از مقدار هش هدف کمتر باشد. این فرآیند اساس الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) است.

نود یا گره (Node) و تفاوت آن با ماینر

نودها دستگاه هایی هستند که به شبکه بلاک چین متصل می شوند و نسخه ای از کل بلاک چین را نگهداری می کنند. هر نود جدید پس از پیوستن به شبکه، نسخه کاملی از سیستم را دریافت می کند. وظایف اصلی نودها شامل لیست زیر میشود:

• ذخیره سازی و تایید تراکنش ها
• اجرای قوانین پروتکل
• ارتباط با سایر نودها و تضمین یکپارچگی شبکه

نکته:  ماینرها نود هایی هستند که علاوه بر تایید تراکنش ها، وظیفه ایجاد بلاک های جدید را نیز بر عهده دارند. به عبارت دیگر، همه ماینرها نود هستند، اما همه نودها ماینر نیستند.

ماینرها و فرآیند استخراج بلاک

ماینرها با استفاده از قدرت محاسباتی خود، مسائل ریاضی پیچیده را حل می کنند تا بلاک های جدید را ایجاد کنند. فرآیند استخراج شامل موارد زیر میشود:

• جمع آوری تراکنش های تایید شده
• ایجاد یک بلاک جدید
• حل معمای رمزنگاری (یافتن نانس مناسب)

و زمانی که نانس مناسب پیدا شد، بلاک آماده است تا به شبکه اضافه شود. وقتی بلاک با موفقیت به شبکه اضافه شد، تمام نودها آن را تایید می کنند و ماینر پاداش شبکه (مانند بیت کوین) را دریافت می کند. سختی شبکه بیت کوین مقیاسی برای اندازه گیری میزان دشواری تولید یک بلاک جدید است. هرچه سختی شبکه بیشتر شود، تولید بلاک یا بلوک جدید دشوارتر می شود. این سختی به طور دوره ای تنظیم می شود تا زمان متوسط ایجاد بلاک ها ثابت بماند (در بیت کوین حدود 10 دقیقه).

نحوه عملکرد بلاک چین

عملکرد بلاک چین بر پایه فرآیندهایی دقیق و هوشمندانه استوار است که امنیت و شفافیت این فناوری را تضمین می کند. بیایید ببینیم یک تراکنش چگونه در این سیستم ثبت و تایید می شود.

مراحل ثبت تراکنش در شبکه بلاک چین

فرآیند ثبت تراکنش در بلاک چین از چند مرحله کلیدی تشکیل شده است:

1. ایجاد تراکنش: کاربر تراکنشی را با مشخص کردن آدرس گیرنده، مقدار و کارمزد ایجاد می کند.
2. امضای دیجیتال: تراکنش با استفاده از کلید خصوصی فرستنده امضا می شود تا هویت فرستنده تأیید شود.
3. ارسال به شبکه: تراکنش به شبکه ارسال و در فضای موقت به نام ممپول (Mempool مخفف Memory Pool) ذخیره می شود.
4. اعتبارسنجی اولیه: گره ها تراکنش را بررسی می کنند تا از صحت آن اطمینان حاصل کنند. این بررسی شامل تأیید موجودی کافی، صحت امضا و بررسی مقدار نانس است.
5. استخراج بلاک: ماینرها تراکنش ها را از ممپول انتخاب کرده و به بلاک های خود اضافه می کنند.
6. حل مسئله ریاضی: ماینرها برای اضافه کردن بلاک خود به زنجیره، باید یک مسئله ریاضی پیچیده را حل کنند.
7. افزودن به بلاکچین: پس از حل مسئله، بلاک جدید به زنجیره اضافه می شود و تراکنش ها تایید می شوند.

الگوریتم اجماع و تأیید تراکنش ها

الگوریتم اجماع، روشی است که از طریق آن، تمام اعضای شبکه به توافقی مشترک در مورد وضعیت فعلی دفتر کل می رسند. در واقع، این الگوریتم اعتبار و اعتماد را در شبکه بلاک چین ایجاد می کند که فرآیند اجماع سه کاربرد مهم دارد:

1. یکپارچه سازی اطلاعات در سیستم
2. مدیریت شبکه با انتخاب برخی اعضا به عنوان رهبر
3. بررسی و تصمیم گیری درباره صحت تراکنش ها

زمانی که تراکنشی به شبکه ارسال می شود، گره ها آن را بررسی می کنند. اگر تراکنش صحیح باشد، گره تاییدیه ای مبنی بر صحت آن به شبکه ارسال می کند. مجموعه ای از تراکنش ها یک بلاک را تشکیل می دهند. اگر بیش از ۵۱٪ گره ها، اضافه شدن این بلاک را تایید کنند، بلاک جدید به سیستم اضافه می شود.

نقش ممپول (Mempool) در بلاک چین بیت کوین

ممپول (مخفف Memory Pool) فضایی موقت برای نگهداری تراکنش های تایید نشده است. در واقع، قبل از اینکه یک تراکنش توسط همه گره های شبکه تأیید شود، در این فضا نگهداری می شود تا یک گره (Node) آن را گرفته و به دفتر کل اضافه کند. ممپول ویژگی های کلیدی خاصی دارد که شامل:

• ظرفیت محدود: هر ممپول ظرفیت مشخصی دارد. برای مثال، در بلاکچین اتریوم، محدودیت پیش فرض ۴۰۹۶ تراکنش در وضعیت "انتظار" است.
• اولویت بندی: تراکنش ها بر اساس کارمزد پرداختی اولویت بندی می شوند. ماینرها معمولاً ابتدا تراکنش هایی با بیشترین کارمزد را انتخاب می کنند.
• وضعیت تراکنش ها: تراکنش ها در ممپول می توانند در وضعیت "در انتظار" یا "موفقیت" قرار گیرند.

بنابراین ممپول نقش حیاتی در مدیریت جریان تراکنش ها در شبکه بلاکچین ایفا می کند و به کاربران امکان می دهد تراکنش های خود را با سرعت و امنیت بیشتری انجام دهند.

مزایا و معایب بلاک چین

باید در نظر گرفت که فناوری بلاک چین با وجود مزایای چشمگیر، چالش هایی نیز دارد که باید قبل از پیاده سازی آن در نظر گرفته شوند.

مزایای بلاک چین:

• توزیع شدگی و امنیت بالا: اطلاعات بلاک چین در هزاران دستگاه در شبکه ای از گره ها ذخیره می شوند که این سیستم را در برابر خرابی های فنی و حملات مخرب بسیار مقاوم می کند. با استفاده از رمزنگاری، امنیت تراکنش ها تضمین شده و خطر کلاهبرداری کاهش می یابد.
• حذف واسطه ها: کاربران نیازی به شناخت طرف مقابل معامله یا اعتماد به مرکز واحدی مانند بانک ندارند. این ویژگی باعث می شود شرکت ها و افراد به صورت مستقیم با هم در ارتباط باشند و در هزینه و زمان صرفه جویی کنند.
• شفافیت و تغییر ناپذیری: پس از ثبت اطلاعات در بلاک چین، حذف یا تغییر آن بسیار دشوار است. همه تراکنش ها برای همه اعضای شبکه قابل مشاهده بوده و امکان حسابرسی و ردیابی وجود دارد.

معایب بلاک چین:

• مصرف بالای انرژی: بلاک چین هایی که از الگوریتم اثبات کار استفاده می کنند، بسیار ناکارآمد هستند. بیت کوین در سال گذشته انرژی معادل مصرف متوسط ۱۵۹ کشور را مصرف کرد.
• مقیاس پذیری محدود: با افزایش تعداد کاربران، مشکلات مقیاس پذیری بلاک چین های عمومی (مانند بیت کوین و اتریوم) به وجود می آید. توان عملیاتی بیت کوین حدود ۷ تراکنش در ثانیه است که در مقایسه با شبکه ویزا با ۱۷۰۰ تراکنش در ثانیه بسیار کم است.
• نیاز به فضای ذخیره سازی: بلاک چین بیت کوین در حال حاضر به حدود ۲۰۰ گیگابایت فضای ذخیره نیاز دارد.

انواع بلاک چین و تفاوت آنها

طبقه بندی انواع بلاک چین بر اساس سطح دسترسی، هدف استفاده و میزان تمرکز زدایی انجام می شود. درک این تفاوت ها برای انتخاب نوع مناسب بلاکچین در پروژه های مختلف ضروری است.

بلاک چین عمومی (Public)

بلاک چین عمومی شبکه ای باز است که هر فردی می تواند به آن بپیوندد و در فرآیند اعتبارسنجی مشارکت کند. این نوع بلاک چین کاملاً غیرمتمرکز بوده و هیچ نهاد مرکزی کنترل آن را در دست ندارد. مشهورترین نمونه های آن بیت کوین و اتریوم هستند. ویژگی اصلی بلاک چین عمومی، شفافیت بالا و امنیت قوی است، اما مقیاس پذیری پایین و سرعت کمتر از معایب آن محسوب می شود.

بلاک چین خصوصی (Private)

برخلاف نوع عمومی، بلاکچین خصوصی فقط برای اعضای مشخصی قابل دسترسی است. این بلاک چین ها معمولاً توسط یک سازمان مدیریت می شوند و برای کاربردهای داخلی مانند مدیریت داده های حساس طراحی شده اند. سرعت پردازش بالاتر و مصرف انرژی کمتر از مزایای این نوع است، اما از نظر تمرکززدایی و شفافیت محدودیت دارد.

بلاک چین هیبریدی و کنسرسیومی

بلاک چین هیبریدی ترکیبی از ویژگی های بلاک چین عمومی و خصوصی است. در این مدل، برخی داده ها عمومی و برخی خصوصی هستند. بلاکچین کنسرسیومی نیز توسط گروهی از سازمان ها مدیریت می شود، نه یک سازمان واحد. بلاک چین هیبریدی مصالحه ای بین امنیت، مقیاس پذیری و تمرکززدایی است.