أساسيات التجزئة: كيف تعمل ولماذا هي مهمة للبلوكشين

آلية عمل التجزئة

التجزئة هي عملية تحويل بيانات بأي حجم إلى سلسلة ثابتة من الرموز باستخدام خوارزميات رياضية خاصة. كل دالة تجزئة تعطي نتائج بنفس الحجم، بغض النظر عن حجم ملف الإدخال.

رأينا مثالًا عمليًا. إذا قمنا بتمرير كلمتي “Binance” و “binance” من خلال خوارزمية SHA-256 ( ذاتها المستخدمة في Bitcoin)، فإننا سنحصل على:

• بينانس → f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• بينانس → 59BBA357145CA539dcd1AC957ABC1EC5833319DDCAE7F5E8B5DA0c36624784B2

حتى التغيير الطفيف في تسجيل الحرف الأول أنشأ تسلسلًا مختلفًا تمامًا. ومع ذلك، فإن كلا النتيجتين لهما بالضبط 256 بت (64 رمزًا ). هذه هي السمة الأساسية للتجزئة - استقرار حجم الإخراج.

ماذا يجعل دالة التجزئة تشفيرية

تعتبر دوال التجزئة التشفيرية إصدارات متخصصة من خوارزميات التجزئة العادية التي تطبق مبادئ التشفير. خوارزميات التجزئة الآمنة SHA ( هي عائلة من الدوال التشفيرية التي تشمل عدة مجموعات: SHA-0 وSHA-1 وSHA-2 وSHA-3.

في الوقت الحاضر، تعتبر SHA-2 و SHA-3 آمنتين فقط. تم الاعتراف بأن SHA-0 و SHA-1 قديمتين وهما عرضة للثغرات بسبب وجود تصادمات فيها - وهي حالات عندما تعطي مدخلات مختلفة نفس المخرج. SHA-256 هي جزء من SHA-2 وتظل معيارًا موثوقًا في شبكات العملات المشفرة.

ثلاث خصائص رئيسية لوظيفة التجزئة الموثوقة

مقاومة التصادمات

على الرغم من أن الاصطدامات ستظل موجودة رياضيًا ) بسبب اللانهاية من المدخلات المحتملة والحدود من المخرجات (، فإن الدالة الثابتة تجعل من المستحيل عمليًا العثور عليها. بالنسبة لـ SHA-256، قد يتطلب العثور على اصطدام واحد حتى ملايين السنين من الحسابات. لذلك، تعتبر دالة التجزئة ثابتة ليس من الاصطدامات بشكل عام، ولكن من إمكانية اكتشافها في وقت معقول.

اللاتراجع )المقاومة للرؤية الأولى(

تتيح هذه الخاصية عدم “فك” البيانات المدخلة من خلال النتيجة. إذا كان لديك تجزئة، فلا يمكنك تحديد أي نص أنشأها، إلا عن طريق تجربة جميع الاحتمالات الممكنة. في التطبيق العملي، يعني هذا أن خدمات الويب يمكن أن تخزن تجزئات كلمات المرور بدلاً من كلمات المرور نفسها - حتى إذا حصل المهاجم على قاعدة بيانات التجزئات، فلن يتمكن من فك تشفيرها بسرعة.

المرونة تجاه الرؤية الأولية الثانية

تعمل هذه الخاصية على الحماية من الهجمات عندما يحاول المهاجم العثور على مدخل بديل ينتج نفس التجزئة مثل الأصلية. إذا كانت دالة التجزئة مقاومة للتصادم، فإنها محمية تلقائيًا من هذا النوع من الهجمات.

التطبيق العملي في blockchain و التعدين

بالنسبة لبيتكوين والعملات المشفرة الأخرى، فإن التجزئة ليست مجرد أداة إضافية، بل هي تقنية أساسية. يستخدم البلوكتشين التجزئة على عدة مستويات: للتحقق من المعاملات، وإنشاء شجرة ميركل، وربط الكتل ببعضها البعض في سلسلة مستمرة.

أكثر العمليات استهلاكًا للطاقة هي التعدين. يقوم المعدنون بأخذ العديد من المدخلات العشوائية، ويقومون بتجزئتها عبر SHA-256 ويبحثون عن نتيجة تبدأ بعدد معين من الأصفار. يتم ضبط صعوبة هذه المهمة تلقائيًا: إذا زاد عدد المعدنين وارتفع معدل التجزئة للشبكة، تزداد الصعوبة بحيث يبقى متوسط الوقت لتكوين كتلة حوالي 10 دقائق.

لحظة مثيرة للاهتمام: يوجد عدة حلول مقبولة لكتلة واحدة ) عدة تجزئات تلبي الشرط (، لذلك لا يتنافس المعدنون على النتيجة الدقيقة، بل فقط على البحث عن أي خيار صالح. وهذا يجعل النظام أكثر مرونة وإنصافاً.

لماذا تعتبر التجزئة حاسمة للأمان

تحدد خاصية التجزئة أن نفس المدخل دائمًا ما ينتج نفس المخرج. وهذا يسمح بالثقة في سلامة البيانات: إذا كنت تعرف التجزئة الصحيحة لملف أو معاملة، فإن أي تغيير حر في أي جزء منها سيؤدي إلى تغيير التجزئة على الفور. وبالتالي، يحتفظ البلوكشين بعدم العشوائية لكل كتلة، وأي محاولة لتغطية التزوير تكون مرئية على الفور.

علاوة على ذلك، يتيح التجزئة العمل مع كميات هائلة من المعلومات بشكل مضغوط. بدلاً من “تذكر” الملف الكبير بالكامل، تتذكر النظام فقط تجزئته. هذا يوفر بشكل كبير الموارد ويسرع من التحقق.

الاستنتاج

التجزئة ذات الخصائص التشفيرية هي أحد الأعمدة الأساسية للبلوكشين الحديث. يساعد فهم كيفية عمل هذه الوظائف، ومرونتها ضد أنواع مختلفة من الهجمات، ودورها في عملية التعدين، في تعزيز الوعي بأمان وموثوقية شبكات العملات المشفرة. تظل خوارزمية SHA-256 وغيرها من خوارزميات مجموعة SHA-2 هي المعيار الذهبي لأنها لم تظهر بعد ثغرات عملية، مما يعني أن البلوكشين التي تعتمد عليها تظل محمية من الهجمات الحديثة.