ما هي التجزئة Hash؟ بصمة الرقم في البلوكتشين وركيزة التشفير

في عالم البلوكتشين و Web3، فإن كلمة “التجزئة” موجودة في كل مكان - من توليد عنوان المحفظة المشفرة الخاصة بك، إلى التحقق من كل معاملة بيتكوين، إلى الرابط بين كل كتلة على البلوكتشين، لا يمكن الاستغناء عن هذه الدالة الرياضية الرائعة. فماذا تعني التجزئة بالضبط؟ ولماذا هي مهمة للغاية؟ دعونا نكشف الستار عن هذه التقنية الأساسية للتشفير.

!

مفهوم التجزئة الأساسية: بصمة رقمية

ببساطة، التجزئة هي دالة رياضية تقوم بتحويل بيانات بحجم عشوائي إلى سلسلة ثابتة الطول، والنتيجة الناتجة عادة ما تُسمى “قيمة التجزئة” أو “ملخص”.

تشبه هذه العملية إنشاء بصمة رقمية فريدة للبيانات - سواء كانت البيانات الأصلية عبارة عن جملة قصيرة أو كتاب إلكتروني كامل، بعد حساب دالة التجزئة، ستحصل دائمًا على سلسلة ثابتة الطول من الأحرف.

التجزئة الخصائص الأساسية: لماذا هي موثوقة للغاية

تعتبر دالة التجزئة أساس الأمان لتقنية البلوكتشين، لأنها تمتلك عدة ميزات رئيسية:

التأكيدية

تؤدي نفس بيانات الإدخال التي تم حسابها عبر نفس دالة التجزئة دائمًا إلى إنتاج نفس مخرجات التجزئة. بغض النظر عن من يقوم بالحساب وأين ومتى، طالما كانت الإدخالات متطابقة، ستكون المخرجات متطابقة.

تأثير الانهيار الثلجي

أي تغيير طفيف في بيانات الإدخال - حتى لو كان تغيير حالة حرف واحد أو إضافة علامة ترقيم - سيؤدي إلى تغيير كبير في قيمة التجزئة الناتجة.

على سبيل المثال، عند استخدام خوارزمية SHA-256 لحساب “Hello, World!”، تكون قيمة التجزئة الناتجة هي:

A591A6D40BF420404A011733CFB7B190D62C65BF0BCDA32B575A0F76C6E53A2E

وعند تغيير الحرف الصغير “w” إلى الحرف الكبير “W”، يصبح قيمة التجزئة بعد إدخال “Hello, World!” كما يلي:

64ec88ca00b268e5ba1a35678a1b5316d212f4f366b247724e663cd0da0927d5

هذا التغيير الطفيف في المدخلات الذي يؤدي إلى تغييرات كبيرة في المخرجات يُعرف بتأثير الانهيار، وهو القدرة الأساسية لدالة التجزئة في الكشف عن التلاعب بالبيانات.

أحادية الاتجاه

وظيفة التجزئة هي أحادية الاتجاه، مما يعني أنه يمكن حساب قيمة التجزئة فقط من الإدخال، ومن المستحيل تقريبًا استنتاج بيانات الإدخال الأصلية من قيمة التجزئة. تضمن هذه الخاصية التي تسمح بالتشفير فقط ولا تسمح بفك التشفير، أمان البيانات.

مقاومة الاصطدام

في علم التشفير، “التصادم” يشير إلى إدخالين مختلفين ينتجان نفس ناتج التجزئة. مقاومة التصادم تعني أن العثور على إدخالين مختلفين ينتجان نفس قيمة التجزئة يكاد يكون مستحيلاً حسابياً.

التجزئة في البلوكتشين: تجاوز التشفير

تلعب دالة التجزئة أدوارًا رئيسية متعددة في تقنية البلوكتشين، أكثر بكثير من مجرد معاملات التشفير.

تكامل البيانات ومكافحة التلاعب

التجزئة هي الأداة المثالية للتحقق من سلامة البيانات. أي تعديل على البيانات المخزنة سيؤدي إلى تغيير قيمة التجزئة، مما يكشف على الفور عن سلوك التلاعب.

في سيناريو إثبات البيانات، يمكن للمستخدم حساب التجزئة للبيانات الأصلية وتخزين قيمة التجزئة داخل السلسلة. عند الحاجة إلى التحقق من صحة البيانات، يكفي إعادة حساب تجزئة البيانات ومقارنتها بالقيمة المخزنة داخل السلسلة.

رابط أمان هيكل البلوكتشين

البلوكتشين الذي يمكن أن يصبح “سلسلة” يعتمد على دالة التجزئة. تحتوي كل كتلة على قيمة التجزئة للكتلة السابقة، مما يشكل رابطًا وثيقًا في علم التشفير.

إذا حاول شخص ما تغيير بيانات المعاملات في كتلة معينة، فسوف يتغير تجزئة تلك الكتلة، مما يؤدي إلى ضرورة تغيير تجزئة جميع الكتل اللاحقة، وتسبب هذه السلسلة من ردود الفعل في جعل التلاعب أمرًا صعبًا للغاية.

آلية توافق إثبات العمل

في البلوكتشين مثل بيتكوين الذي يعتمد على إثبات العمل (PoW) ، تعتبر دالة التجزئة هي جوهر عملية التعدين. يتنافس المعدنون للعثور على قيمة التجزئة التي تلبي معايير الصعوبة المحددة (مثل عدد الأصفار السابقة) ، وتضمن هذه العملية أمان الشبكة وتحقق إضافة كتل جديدة.

شجرة ميركل والتحقق الفعال

شجرة ميركل (Merkle Tree) هي هيكل بيانات يستخدم دالة التجزئة للتحقق بكفاءة من سلامة كميات كبيرة من البيانات.

في بيتكوين، يحتوي كل رأس كتلة على جذر ميركل، وهو قيمة تجزئة واحدة تم الحصول عليها بعد حساب تجزئة جميع المعاملات في الكتلة بشكل متكرر، مما يسمح بالتحقق بسرعة ما إذا كانت معاملة معينة تنتمي إلى تلك الكتلة دون الحاجة إلى تحميل جميع بيانات المعاملات.

توليد عنوان المحفظة

عنوان محفظتك للعملات المشفرة هو في الواقع أيضًا متولد من خلال دالة التجزئة. عادةً ما تقوم المحفظة أولاً بإنشاء مفتاح خاص، ثم تحصل على مفتاح عام من خلال خوارزمية التشفير المنحني، وأخيرًا يتم إجراء عملية التجزئة على المفتاح العام لتوليد عنوان المحفظة.

خوارزميات التجزئة الشائعة: الهيمنة على SHA-256

من بين العديد من خوارزميات التجزئة، تُعتبر SHA-256 (خوارزمية التجزئة الآمنة 256 بت) واحدة من أكثر الخوارزميات استخدامًا في مجال البلوكتشين حاليًا.

بغض النظر عن حجم بيانات الإدخال، فإن SHA-256 ينتج دائمًا تجزئة بطول 256 بت (64 حرفًا سداسيًا)، وتساعد هذه الاتساق في الخرج على جعله مناسبًا جدًا لمعالجة وتخزين في أنظمة دفتر الأستاذ الموزع.

مستقبل التجزئة: التحديات والتطور

مع تطور التكنولوجيا، فإن مجال التجزئة يتطور باستمرار:

• خوارزمية ما بعد الكم: تطوير دوال التجزئة القادرة على مقاومة هجمات الحوسبة الكمومية
• تحسين الأداء: البحث عن خوارزميات أكثر كفاءة، لزيادة قابلية التوسع في البلوكتشين
• تطبيقات جديدة: استكشاف التطبيقات الابتكارية في مجالات الهوية الرقمية، والتحقق اللامركزي وغيرها.

الخاتمة

تعمل دالة التجزئة كلاصق في عالم Web3، من خلال خصائصها الرياضية الفريدة، على ضمان أمان تقنية البلوكتشين وعدم قابلية التلاعب وقابلية التحقق.

من ضمان أمان المعاملات المالية، إلى التحقق من الهوية الرقمية، وصولًا إلى توفير الطاقة للتطبيقات اللامركزية، تظل دالة التجزئة حجر الزاوية التشفيري الذي لا غنى عنه في بنية البلوكتشين الأساسية. فهم كيفية عمل التجزئة هو درس لا بد منه لأي شخص يرغب في التعمق في تكنولوجيا البلوكتشين.

في عالم يتجه نحو الرقمنة بشكل متزايد، ستستمر هذه التقنية التي تبدو بسيطة ولكنها قوية للغاية في وضع أساس قوي لبناء مستقبل رقمي أكثر أمانًا وموثوقية.