هش بلاک چین(Blockchain hash) چیست؟ + انواع الگوریتم های هش

هش بلاک چین چگونه کار می کند؟

فرآیند هش در بلاک چین از یک مکانیزم پیچیده و در عین حال منظم پیروی می‌کند. زمانی که یک بلوک جدید از اطلاعات به زنجیره اضافه می‌شود، تمام داده‌های موجود در آن بلوک از طریق یک تابع هش پردازش می‌شوند. این داده‌ها شامل اطلاعات فرستنده و گیرنده تراکنش، مقدار تراکنش و سایر اطلاعات مرتبط است. پس از تولید هش، این مقدار به انتهای زنجیره اضافه می‌شود.

برای درک بهتر این فرآیند، می‌توان به نحوه عملکرد الگوریتم SHA-256 اشاره کرد که در شبکه بیت کوین استفاده می‌شود. این الگوریتم مراحل مختلفی را طی می‌کند:

• • تبدیل داده‌ها به فرمت باینری

• • ایجاد مقادیر هش اولیه

• • مقداردهی ثابت‌ها

• • تقسیم داده‌ها به بیت‌های کوچکتر

• • ایجاد برنامه پیام

• • اجرای حلقه فشرده‌سازی

• • اصلاح مقادیر نهایی

در زنجیره بلوک‌ها، هر بلوک مانند یک صفحه از یک کتاب است و هر صفحه با استفاده از یک مقدار هش تأیید می‌شود. این ساختار زنجیره‌ای به گونه‌ای طراحی شده که هر بلوک به بلوک قبلی متصل است. هنگامی که یک بلوک جدید ایجاد می‌شود، هش بلوک قبلی را نیز در خود ذخیره می‌کند. این ارتباط زنجیره‌ای باعث می‌شود که تغییر در هر بلوک، نیازمند تغییر در تمام بلوک‌های بعدی باشد.

درخت مرکل (Merkle Tree) نیز نقش مهمی در سازماندهی هش‌ها در بلاک چین ایفا می‌کند. این ساختار داده‌ای به شکل درخت، تراکنش‌های متعدد را به صورت سلسله مراتبی هش کرده و در نهایت یک هش واحد در ریشه درخت تولید می‌کند. این روش باعث می‌شود که تأیید تراکنش‌ها در یک بلوک بسیار کارآمدتر انجام شود، زیرا هر بلوک تنها نیاز به ذخیره یک هش واحد دارد.

تأیید تراکنش‌ها در شبکه بلاک چین نیز با استفاده از هش انجام می‌شود. وقتی یک تراکنش جدید انجام می‌شود، نودهای شبکه هش بلوک را دو بار محاسبه می‌کنند و آن را با هش بلوک جدید مقایسه می‌کنند. این فرآیند تأیید، اطمینان حاصل می‌کند که داده‌ها دستکاری نشده‌اند.

در فرآیند استخراج (ماینینگ) ارزهای دیجیتال، ماینرها باید مسئله هش پیچیده‌ای را حل کنند. آنها با استفاده از داده‌های موجود در بلوک به عنوان ورودی، سعی می‌کنند هشی تولید کنند که کمتر یا مساوی با هش هدف شبکه باشد. برنامه ماینینگ اعداد متغیر را تنظیم می‌کند تا زمانی که به هش مورد نظر برسد.

امنیت این سیستم در این واقعیت نهفته است که بلاک چین یک شبکه توزیع‌شده است و هر نود در شبکه یک کپی از کل زنجیره بلوک‌ها را نگهداری می‌کند. برای تغییر یا دستکاری داده‌ها در بلاک چین، یک هکر باید تمام کپی‌های موجود در شبکه را هک و تغییر دهد که عملاً غیرممکن است. این ویژگی، به همراه خصوصیات منحصر به فرد توابع هش، امنیت و قابلیت اعتماد بودن فناوری بلاک چین را تضمین می‌کند.

انواع توابع هش در بلاک چین

در بلاک چین، انواع مختلفی از توابع هش مورد استفاده قرار می‌گیرند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. این تنوع به این دلیل است که توابع هش مختلف دارای خصوصیات متفاوتی هستند و برای وظایف خاصی مناسب‌تر هستند. استفاده از ترکیبی از توابع هش مختلف، امنیت شبکه را افزایش می‌دهد، زیرا تغییر محتوا بدون تشخیص را بسیار دشوارتر می‌کند.

SHA-256 (خانواده SHA-2) یکی از پرکاربردترین الگوریتم‌های هش در فناوری بلاک چین است. این الگوریتم که در سال 1997 توسط آژانس امنیت ملی آمریکا (NSA) طراحی شد، یک تابع هش 512 بیتی است که می‌تواند برای تأیید اعتبار هر نوع و اندازه فایلی استفاده شود. SHA-256 در شبکه بیت کوین برای تأیید صحت داده‌ها و محافظت در برابر دستکاری استفاده می‌شود. تنها نقطه ضعف SHA-256 سرعت نسبتاً پایین آن است، اگرچه این الگوریتم یکی از امن‌ترین توابع هش موجود محسوب می‌شود.

خانواده SHA-3 با الگوریتم Keccak-256 نیز از دیگر توابع هش مهم است. این الگوریتم ویژگی‌های امنیتی پیشرفته‌ای را معرفی می‌کند و در مقابل حملات احتمالی مقاوم‌تر است. Keccak-256 در شبکه اتریوم مورد استفاده قرار می‌گیرد و نقش مهمی در ایجاد امضاهای دیجیتال و تأیید تراکنش‌ها دارد.

MD5 یکی دیگر از الگوریتم‌های هش است که یک اثر انگشت 128 بیتی تولید می‌کند. این الگوریتم به طور گسترده به عنوان چک‌سام برای اطمینان از یکپارچگی داده‌ها در بلاک چین استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل قدمت آن، MD5 از ضعف‌های گسترده‌ای در برابر تصادم هش رنج می‌برد، اگرچه همچنان یکی از پراستفاده‌ترین الگوریتم‌های جهان است.

RIPEMD-160 نیز برای تأیید و اعتبارسنجی یکپارچگی فایل‌ها و مجموعه داده‌ها استفاده می‌شود. این الگوریتم یک مقدار هش 20 کاراکتری تولید می‌کند و در ایجاد جفت کلید خصوصی و عمومی کاربرد دارد.

الگوریتم Tiger که نسبت به خانواده‌های MD5 و SHA سریع‌تر و کارآمدتر است، از یک مکانیزم هش 192 بیتی استفاده می‌کند و در سیستم‌های مدرن کاربرد دارد. نسخه پیشرفته‌تر آن، Tiger2، پویایی بیشتری نسبت به نسخه اصلی دارد. این الگوریتم با استفاده از پارادایم Merkle-Damgård طراحی شده و شامل 24 دور عملیات مختلف مانند XOR، جمع و تفریق، چرخش و جستجوی S-box است.

CRC32 نیز یک کد تشخیص خطا است که معمولاً برای شناسایی تغییرات تصادفی در داده‌ها استفاده می‌شود. از آنجا که CRC32 همیشه برای داده‌های یکسان، خروجی هش یکسانی تولید می‌کند، گاهی به عنوان یک الگوریتم هش برای بررسی یکپارچگی فایل‌ها استفاده می‌شود.

انتخاب نوع تابع هش در بلاک چین به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• • سرعت پردازش مورد نیاز

• • سطح امنیت مورد نظر

• • منابع محاسباتی در دسترس

• • نوع کاربرد و هدف استفاده

• • مقاومت در برابر انواع خاصی از حملات

مهم است بدانیم که در اکثر پروژه‌های بلاک چینی، از ترکیبی از این توابع هش استفاده می‌شود تا امنیت بالاتری تأمین شود. این رویکرد چندلایه، ریسک آسیب‌پذیری‌های احتمالی را کاهش می‌دهد و اطمینان بیشتری از صحت و امنیت داده‌ها فراهم می‌کند.

بیشتر بخوانید: بهترین صرافی ارز دیجیتال بدون تحریم خارجی

کاربردهای هش در بلاک چین

هش در بلاک چین کاربردهای متنوع و گسترده‌ای دارد که هر یک نقش مهمی در عملکرد و امنیت این فناوری ایفا می‌کنند.

ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌ها

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای هش، ذخیره‌سازی و بازیابی داده‌هاست. در این زمینه، هش داده‌های شیء را به یک مقدار عددی مفید تبدیل می‌کند و این کار را با استفاده از الگوریتم‌ها یا توابع خاص انجام می‌دهد. توسعه‌دهندگان و ماینرها از جداول هش برای ذخیره داده‌هایی مانند سوابق مشتری و تراکنش‌ها به صورت جفت‌های کلید و مقدار استفاده می‌کنند. کدهای هش به اعداد صحیح با اندازه خاص تبدیل می‌شوند، در حالی که کلیدها برای شناسایی داده‌ها استفاده و به تابع هش تغذیه می‌شوند.

امضاهای رمزنگاری

امضاهای رمزنگاری یکی دیگر از کاربردهای مهم هش در بلاک چین است. هش به رمزگذاری و رمزگشایی امضاهای دیجیتال کمک می‌کند که برای تأیید فرستندگان و گیرندگان پیام استفاده می‌شود و امکان بازیابی سریع داده‌ها را فراهم می‌کند. در این فرآیند، قبل از تغییر امضای دیجیتال از یک تابع هش استفاده می‌شود و امضا به طور جداگانه برای گیرنده ارسال می‌شود. هنگام دریافت پیام، همان تابع هش با استفاده از امضا، خلاصه پیام را ایجاد می‌کند که سپس با خلاصه پیام ارسال شده مقایسه می‌شود تا از یکسان بودن آنها اطمینان حاصل شود.

درخت مرکل

درخت مرکل یکی دیگر از کاربردهای حیاتی هش در بلاک چین است. این ساختار با هش کردن تراکنش‌های فردی و سپس ترکیب و هش کردن متوالی این نتایج، یک هش جامع در ریشه خود تولید می‌کند. این ساختار منحصر به فرد، فرآیند تأیید تراکنش‌ها در یک بلوک را بهینه می‌کند. از آنجا که هر بلوک در بلاک چین فقط نیاز به ذخیره این هش واحد دارد، درخت‌های مرکل به طور قابل توجهی کارایی و مقیاس‌پذیری شبکه را افزایش می‌دهند.

مکانیزم‌های اجماع

مکانیزم‌های اجماع نیز به شدت به هش وابسته هستند. در فرآیندهایی مانند اثبات کار یا اثبات سهام، هش اطمینان حاصل می‌کند که تمام نودها در مورد اعتبار و ترتیب تراکنش‌ها به توافق می‌رسند. خاصیت هش – جایی که حتی یک تغییر کوچک در داده‌های ورودی منجر به خروجی هش کاملاً متفاوتی می‌شود – برای حفظ قابلیت اطمینان و امنیت فرآیند اجماع ضروری است.

تأمین امنیت داده‌ها

هش همچنین نقش مهمی در تأمین امنیت بهتر داده‌ها ایفا می‌کند. این فناوری برای تأیید اصالت داده‌ها در زمان واقعی استفاده می‌شود. این تأیید اصالت داده‌ها بدون نیاز به سخت‌افزار یا نرم‌افزار اضافی انجام می‌شود و در کار خود بسیار کارآمد است. هش در مقایسه با سیستم‌های احراز هویت مبتنی بر سخت‌افزار مانند توکن‌های مجازی و سیستم‌های احراز هویت دو عاملی (2FA)، روشی کارآمدتر و مؤثرتر برای تأیید اصالت داده‌هاست.

از دیگر کاربردهای مهم هش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• • قابلیت مقایسه آسان: هش برای مقایسه دو فایل و تأیید تفاوت آنها با نگاه کردن به مقدار هش آنها استفاده می‌شود.

• • تأیید ساده‌تر: هش یکپارچگی داده‌های منتقل شده از یک مکان به مکان دیگر را تأیید می‌کند.

• • کنترل سرعت: هش سرعت بازیابی داده‌های در حال انتقال را کنترل و این سرعت را با توجه به حجم داده‌ها متعادل می‌کند.

استفاده از هش در ماینینگ ارزهای دیجیتال نیز بسیار حیاتی است. در رمزارزهایی که از اثبات کار استفاده می‌کنند، ماینینگ شامل هش کردن اعداد تصادفی برای رسیدن به یک مقدار هش خاص با تعدادی صفر در ابتدای آن است. این فرآیند تصادفی منابع زیادی مصرف می‌کند و همین امر باعث می‌شود که یک بازیگر مخرب نتواند به راحتی شبکه را تحت کنترل خود بگیرد.

امنیت و هش در بلاک چین

امنیت بلاک چین به شدت به خصوصیات توابع هش وابسته است. یکی از حیاتی‌ترین جنبه‌های امنیتی، مقاومت در برابر تصادم است که تضمین می‌کند یافتن دو ورودی متفاوت که هش یکسانی تولید کنند، تقریباً غیرممکن است. این ویژگی برای جلوگیری از فعالیت‌های متقلبانه ضروری است، زیرا منحصر به فرد بودن هر تراکنش را تضمین می‌کند.

هش در بلاک چین به گونه‌ای طراحی شده که نسبت به تغییرات ورودی بسیار حساس است. حتی کوچک‌ترین تغییر در داده‌های ورودی منجر به تولید هشی کاملاً متفاوت می‌شود. این حساسیت برای حفظ یکپارچگی بلاک چین حیاتی است، زیرا به نودها اجازه می‌دهد هرگونه دستکاری در داده‌ها را به سرعت تشخیص دهند.

ساختار زنجیره‌ای بلاک چین نیز نقش مهمی در امنیت آن ایفا می‌کند. هر بلوک شامل لیستی از تراکنش‌ها، یک مهر زمانی و هش بلوک قبلی است. این ساختار، زنجیره‌ای از بلوک‌ها را ایجاد می‌کند که هر کدام به بلوک قبلی وابسته هستند. اگر کسی تلاش کند تراکنشی را در یک بلوک قبلی تغییر دهد، هش آن بلوک تغییر خواهد کرد و در نتیجه تمام بلوک‌های بعدی نامعتبر خواهند شد.

امنیت شبکه بلاک چین همچنین از ماهیت غیرمتمرکز آن نشأت می‌گیرد. از آنجا که هر نود در شبکه یک کپی کامل از زنجیره بلوک‌ها را نگهداری می‌کند، برای تغییر یا دستکاری داده‌ها، یک مهاجم باید همزمان تمام کپی‌های موجود در شبکه را هک و تغییر دهد. این کار از نظر عملی غیرممکن است و همین امر امنیت بلاک چین را تضمین می‌کند.

هش در مکانیزم‌های اجماع نیز نقش مهمی در حفظ امنیت شبکه ایفا می‌کند. در سیستم اثبات کار، ماینرها باید مسئله‌ای محاسباتی پیچیده را حل کنند که نیازمند منابع قابل توجهی است. این فرآیند باعث می‌شود که حمله به شبکه از نظر اقتصادی غیرعملی باشد، زیرا هزینه‌های محاسباتی مورد نیاز برای انجام حمله بسیار بالاست.

برای تقویت امنیت شبکه، بلاک چین از چندین لایه محافظتی استفاده می‌کند:

• • تأیید اعتبار تراکنش‌ها توسط چندین نود مستقل

• • استفاده از امضاهای دیجیتال برای تأیید هویت فرستنده

• • بررسی مداوم یکپارچگی زنجیره بلوک‌ها

• • اجرای پروتکل‌های اجماع برای جلوگیری از تراکنش‌های دوگانه

• • محافظت در برابر حملات مختلف مانند حملات 51 درصدی

با پیشرفت فناوری‌های محاسباتی، به ویژه با ظهور محاسبات کوانتومی، نیاز به توسعه توابع هش مقاوم در برابر حملات کوانتومی افزایش یافته است. محققان به طور فعال در حال بررسی الگوریتم‌های جدیدی هستند که می‌توانند کارایی و امنیت توابع هش را بهبود بخشند. آینده بلاک چین و کاربردهای آن ممکن است به طور قابل توجهی به پیشرفت‌های فناوری هش وابسته باشد.

کلام پایانی

هش بلاک چین به عنوان ستون فقرات امنیتی این فناوری، نقشی حیاتی در تضمین یکپارچگی و امنیت داده‌ها ایفا می‌کند. این تابع ریاضی با تبدیل داده‌های ورودی به رشته‌ای با طول ثابت، امکان تأیید اعتبار تراکنش‌ها را بدون نیاز به افشای اطلاعات حساس فراهم می‌کند.

ویژگی‌های منحصر به فرد هش مانند غیرقابل برگشت بودن، حساسیت به تغییرات و مقاومت در برابر تصادم، این فناوری را به ابزاری ایده‌آل برای کاربردهای متنوعی از جمله ذخیره‌سازی داده‌ها، امضاهای دیجیتال، درخت مرکل و مکانیزم‌های اجماع تبدیل کرده است. انواع مختلف توابع هش مانند SHA-256، Keccak-256 و MD5 هر کدام برای کاربردهای خاصی بهینه شده‌اند.

منابع:

What Is a Hash? Hash Functions and Cryptocurrency Mining

Blockchain Hash: what is it and what is it for

Hash Functions and the Blockchain Ledger

How does hashing work?

Blockchain Hashing: Ensuring Security and Immutability