سلاسل التجزئة وربط الكتل

تربط سلسلة التجزئة كتل البيانات بحيث تحتوي كل كتلة على تجزئة الكتلة السابقة. يؤدي تعديل أي كتلة إلى تغيير تجزئتها، ما يبطل جميع الكتل اللاحقة. وينشئ ذلك سجلًا لا يسمح بالإضافة إلا في نهايته، مع إمكانية كشف العبث به.

تحتوي كل كتلة على: (1) حمولة البيانات (المعاملات)، (2) تجزئة الكتلة السابقة (مؤشر إلى الكتلة السابقة)، (3) طابع زمني، (4) قيمة nonce (لإثبات العمل PoW)، (5) جذر Merkle للمعاملات. تحتوي الكتلة الأولى (كتلة التكوين) على previous_hash = "0"*64.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

إذا عدّل مهاجم بيانات الكتلة 3، تتغير تجزئة الكتلة 3. وتشير الكتلة 4 إلى التجزئة القديمة للكتلة 3، فتنقطع السلسلة عند الكتلة 4. ويجب على المهاجم إعادة حساب تجزئات الكتل 3 و4 و5 وغيرها حتى الوصول إلى طرف السلسلة. ومع إثبات العمل PoW، يكون ذلك غير ممكن عمليًا من الناحية الحسابية.

توفر سلاسل التجزئة إمكانية كشف العبث، لكنها لا تضمن عدم القابلية للتغيير بمفردها. فمن دون آليات إضافية (إثبات العمل PoW والتوقيعات الرقمية والتوزيع)، يستطيع مهاجم يسيطر على السلسلة إعادة كتابتها. والإجماع الموزع هو ما يجعل سلسلة الكتل مقاومة للعبث عمليًا.

قاعدة السلسلة الأطول في Bitcoin: تكون السلسلة الصالحة التي تحتوي على أكبر قدر متراكم من إثبات العمل هي السلسلة المعتمدة. إذا أنشأ مهاجم تفرعًا للسلسلة، يمدّد المعدّنون الصادقون السلسلة الصادقة بسرعة أكبر (وفق افتراض نسبة 51%). ويكون تفرع المهاجم أقصر، فيُهمَل.

تنزّل عملاء SPV (التحقق البسيط من المدفوعات) في Bitcoin ترويسات الكتل التي يبلغ حجمها 80 بايت فقط (وتحتوي على التجزئة السابقة وجذر Merkle وقيمة nonce والطابع الزمني وbits). أما العقد الكاملة فتخزّن جميع المعاملات. ويتحقق عملاء SPV من معاملة باستخدام إثبات Merkle مقابل جذر Merkle الموجود في الترويسة.

تحتوي كتلة التكوين في Bitcoin (الكتلة 0، في 3 يناير 2009) على prev_hash = 0x000...0. وقد أدرج Satoshi العنوان الرئيسي "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks" في معاملة coinbase لإثبات الطابع الزمني.

ظهرت سلاسل التجزئة قبل سلاسل الكتل. ومن استخداماتها: قوائم إبطال الشهادات (المترابطة باستخدام التجزئة)، وسلامة السجلات (تجزئة إدخال السجل السابق)، وسلسلة الثقة في DNSSEC. ويعمّم هذا المفهوم أي بنية لا تسمح إلا بالإضافة في نهايتها، بحيث يلتزم كل إدخال بجميع الإدخالات السابقة.

لتسريع المزامنة الأولية، يضمّن Bitcoin Core نقاط تحقق ثابتة: تجزئات كتل معروفة الصلاحية عند ارتفاعات معينة. ويمكن للعميل الذي يبدأ المزامنة تخطي التحقق من إثبات العمل للكتل السابقة لنقطة التحقق، مع الوثوق بالتجزئة المضمّنة في الكود. والمقابل هو تقليل تقليل الثقة إلى الحد الأدنى.

يستخدم Git المبدأ نفسه: يُعرَّف كل commit بتجزئة SHA-1/SHA-256 لمحتواه مضافًا إليها تجزئة commit الأب. ويؤدي استخراج commit محدد باستخدام تجزئته إلى الحصول على تلك الحالة بالضبط. ويمثل كامل سجل Git شجرة من الكائنات المرتبطة بالتجزئة.

لماذا يجب على المهاجم إعادة حساب جميع تجزئات الكتل اللاحقة بعد تعديل إحدى الكتل؟

تربط سلاسل التجزئة الكتل عبر مؤشرات تشفيرية. وينتشر التعديل إلى جميع الكتل اللاحقة. وعند دمجها مع إثبات العمل PoW والإجماع الموزع، يجعل ذلك سلسلة الكتل غير قابلة للتغيير عمليًا. التالي: أشجار Merkle لتحقيق سلامة المعاملات بكفاءة.