اكتشف كيف يعمل الهاش في عالم البلوكشين

الهاش هو أحد المفاهيم الأساسية في التشفير الحديث وتقنية البلوكشين. على الرغم من أن الكثيرين يظنون أنه مصطلح تقني حصري، إلا أنه في الواقع عملية رياضية بسيطة نسبياً توفر أماناً استثنائياً. الهاش هو فن تحويل البيانات بأي حجم إلى سلسلة من الأحرف ثابتة وفريدة باستخدام دوال رياضية متخصصة. بدون هذه الدوال، لن يكون للبيتكوين وسلاسل الكتل وأنظمة التوزيع الحديثة وجود أصلاً.

تكمن القوة الحقيقية للهاش في قدرته على ضمان سلامة البيانات، والتحقق من صحتها، ومنع التلاعب بها. عند دمج تقنيات التشفير مع خوارزميات الهاش، يُنشأ آلية أمان تكاد تكون لا يمكن اختراقها. ستوجهك هذه المقالة إلى كيفية عمل الهاش بالضبط، ولماذا هو مهم جداً، وكيف تعتمد عليه البيتكوين والعملات الرقمية الأخرى بشكل كامل.

ما هو الهاش وكيف يتم توليده؟

الهاش هو أساساً عملية تحويل. يأخذ مدخلات من أي حجم—مستند كامل، كلمة بسيطة، أو ملايين الأحرف—ويحولها إلى مخرجات بحجم محدد وثابت. يتم ذلك باستخدام ما يُعرف بدوال الهاش، وهي صيغ رياضية تُنفذ كخوارزميات.

المثير للاهتمام هو أن أحد أهم خصائص الهاش هو الحتمية. هذا يعني أنه إذا أدخلت نفس البيانات عدة مرات في نفس دالة الهاش، ستحصل دائماً على نفس النتيجة تماماً. لن تتغير أبداً، ولن تكون مختلفة. هذا السلوك المتوقع هو ما يسمح لنظم البلوكشين بالعمل بدقة.

لفهم كيفية عمل الهاش بشكل أفضل، لنأخذ مثالاً محدداً. عندما تمرر كلمة “Bitcoin” عبر خوارزمية SHA-256، ستحصل دائماً على: 3f8ef… (رقم سداسي عشري مكون من 64 حرفاً). لكن إذا غيرت حتى حرف واحد—مثلاً، كتبت “bitcoin” بحروف صغيرة—سيكون الناتج مختلفاً تماماً: 6b88e… ستتغير جميع الأحرف الـ64 بشكل كامل.

هذه الحساسية الشديدة لأي تغيير في البيانات المدخلة هي بالضبط ما يجعل الهاش قوياً جداً. تغيير واحد في البيانات ينتج عنه نتيجة مختلفة تماماً. من المستحيل التنبؤ بالتغييرات الصغيرة التي ستسبب فروقاً كبيرة في الناتج. تُعرف هذه الخاصية بـ “تأثير الانفجار” في علم التشفير.

آلية الهاش: SHA-256 وخوارزميات أخرى

هناك العديد من خوارزميات الهاش المختلفة، كل منها مصمم لإنتاج مخرجات بأحجام مختلفة. خوارزمية SHA-256، التي يستخدمها البيتكوين، دائماً تنتج نتيجة بحجم 256 بت (أو 64 حرفاً سداسياً عشرياً). من ناحية أخرى، تنتج SHA-1 نتائج بحجم 160 بت، وSHA-512 تنتج 512 بت.

المهم هو أن نفهم أن هذه الأحجام للمخرجات ثابتة دائماً. لا يهم إذا أدخلت ملف نص صغير أو فيديو بحجم عدة جيجابايت عبر SHA-256، ستكون النتيجة دائماً 256 بت. هذه الخاصية تجعل الأنظمة قابلة للتوقع وقابلة للتوسع.

عائلة SHA (خوارزميات الهاش الآمنة) هي مجموعة كاملة من الدوال تشمل عدة أجيال. هناك SHA-0 وSHA-1 من الجيل الأول، ثم SHA-2 (الذي يتضمن SHA-256 وSHA-512)، وأحدثها SHA-3. ومع ذلك، ليست جميعها بنفس مستوى الأمان.

حالياً، يُعتبر SHA-2 وSHA-3 فقط آمنين من الناحية التشفيرية. SHA-0 وSHA-1 تم اختراقهما—وجد الباحثون طرقاً لإنشاء ما يُعرف بـ “تصادمات”، وهي عندما تنتج مدخلات مختلفة نفس الهاش. بالنسبة للأنظمة التي لا تزال تستخدم SHA-1، فهذا يمثل خطراً أمنياً كبيراً.

كما أن خوارزميات الهاش التشفيرية مصممة أيضاً كـ دوال أحادية الاتجاه. وهذا أمر حاسم: من السهل حساب الهاش من المدخل، لكن من شبه المستحيل عكس العملية—أي، الحصول على المدخل الأصلي من الهاش فقط. محاولة عكس دالة الهاش تتطلب قوة حسابية هائلة، تستغرق وقتاً أطول من عمر الكون.

خصائص الأمان في الهاش التشفيري

لكي يُعتبر خوارز الهاش آمنًا تماماً في التطبيقات التشفيرية، يجب أن يحقق ثلاث خصائص أساسية للأمان. هذه الخصائص هي أساس سبب موثوقية الهاش في أنظمة حاسوبية حيوية مثل البلوكشين.

الخاصية الأولى: مقاومة التصادمات

تصادم يحدث عندما تنتج مدخلات مختلفة نفس الهاش تماماً. من الناحية النظرية، ستوجد تصادمات دائماً رياضياً—لأن هناك مدخلات لا نهائية ولكن عدد المخرجات محدود. ومع ذلك، يُعتبر دالة الهاش “مقاومة للتصادمات” عندما تكون احتمالية العثور على تصادم صغيرة جداً لدرجة تتطلب ملايين السنين من المحاولات الحاسوبية المستمرة.

SHA-256 قوية لدرجة أنها تعتبر عملياً مقاومة للتصادمات. على الرغم من أنه من الناحية النظرية قد توجد تصادمات، إلا أن العثور عليها سيكون أصعب من كسر أي نظام أمان تقليدي. بالمقابل، SHA-1 لم يعد آمناً، لأن الباحثين أثبتوا أنه من الممكن إنشاء تصادمات باستخدام موارد حسابية متاحة نسبياً.

الخاصية الثانية: مقاومة للـ preimage الأولى

هذه الخاصية مرتبطة مباشرة بطبيعة دالة الهاش الأحادية الاتجاه. دالة الهاش تكون مقاومة للـ preimage الأولى عندما يكون من المستحيل عملياً العثور على المدخل الأصلي إذا كان لديك فقط الهاش النهائي. بمعنى آخر، إذا أعطيت شخصاً هاشاً، لا ينبغي أن يستطيع حساب البيانات التي أنتجت ذلك الهاش.

هذه هي السبب في أن العديد من خدمات الويب تخزن هاشات كلمات المرور بدلاً من كلمات المرور نفسها. إذا تمكن مهاجم من الوصول إلى قاعدة البيانات، فسيحصل فقط على الهاشات، وليس على كلمات المرور الأصلية. يمكن للمستخدم التحقق من كلمة مروره عبر هاشها مرة أخرى ومقارنة النتيجة، لكن المهاجم لا يمكنه “الرجوع للخلف” للحصول على الكلمة الأصلية.

الخاصية الثالثة: مقاومة للـ second preimage

هذه الخاصية مختلفة قليلاً. تعني أنه إذا كان لديك مدخل وهاشه، فمن شبه المستحيل العثور على مدخل آخر مختلف ينتج نفس الهاش. على الرغم من أن هذا نوع من التصادم، إلا أن السياق مهم: الشخص سيكون عليه أن يجد تصادمًا محددًا لهاش معين معروف، وليس أي مدخلين ينتجان نفس الهاش.

أي دالة هاش مقاومة للتصادمات تكون تلقائياً مقاومة للـ second preimage، لأنه إذا كان من السهل العثور على second preimage، فسيكون من السهل أيضاً العثور على تصادمات بشكل عام. ومع ذلك، من الناحية النظرية، قد تكون دالة هاش مقاومة للتصادمات ولكنها ضعيفة أمام هجمات الـ preimage الأولى، رغم أن هذا نادر جداً في الممارسة.

الهاش وبيتكوين: أساس التعدين الآمن

يستخدم البيتكوين الهاش بعدة طرق. أولاً، يُستخدم لإنشاء عناوين البيتكوين من المفاتيح العامة. كما يُستخدم لإنشاء “معرفات” فريدة للمعاملات. لكن المكان الذي يتألق فيه الهاش هو في عملية التعدين.

في تعدين البيتكوين، يجب على المعدنين أخذ جميع المعاملات غير المؤكدة، وضعها في كتلة مرشحة، ثم يقومون بعمل هاش لهذه الكتلة مع تغيير قيمة تسمى “nonce”. كل محاولة تنتج هاشاً مختلفاً. الهدف هو العثور على هاش يبدأ بعدد معين من الأصفار. عدد الأصفار المطلوب يحدد صعوبة التعدين.

تُكرر هذه العملية مليارات المرات في الثانية في شبكة البيتكوين. إنها عملية حسابية مكلفة جداً وتستهلك الكثير من الموارد. على المعدن أن يجرب العديد من التركيبات قبل أن يعثر على هاش صالح يفي بشرط “يبدأ بعد X أصفار”.

الذكاء في هذا النظام هو أن الصعوبة تتعدل تلقائياً كل 2016 كتلة. إذا زادت قوة الحوسبة الإجمالية للشبكة، تزداد الصعوبة تلقائياً للحفاظ على متوسط زمن الكتلة حوالي 10 دقائق. وإذا انخفضت، تنخفض الصعوبة تلقائياً. هذا يحافظ على استقرار الشبكة.

وبفضل أن الهاش دالة أحادية الاتجاه وحتمية، من المستحيل تقريباً تزوير كتلة صحيحة بدون القيام بالعمل الحسابي. إذا حاول شخص ما تعديل معاملة قديمة في كتلة قديمة، سيتغير هاشها تماماً، مما يكسر السلسلة بأكملها بعدها. ستظهر التلاعبات فوراً. هذا هو أساس أمان البيتكوين.

لماذا الهاش ضروري للبلوكشين؟

السبب الرئيسي لضرورة الهاش في البلوكشين يتجاوز عملية التعدين. الهاش يتيح لأي شبكة موزعة التحقق من سلامة البيانات دون الاعتماد على سلطة مركزية.

تخيل موقفاً: يرسل لك شخص ملف بيانات ضخم، لنقل 10 جيجابايت. بدلاً من التحقق يدوياً من كل بت، يمكنك ببساطة عمل هاش للملف ومقارنته مع هاش معروف سابقاً. إذا تطابقا، فانت تعرف أن الملف لم يتغير. الهاش يعمل كـ “بصمة رقمية” للبيانات.

في البلوكشين، كل كتلة تحتوي على هاش للكتلة السابقة. هذا يخلق سلسلة غير قابلة للكسر من التشفير. إذا حاول شخص ما تعديل كتلة قديمة، سيتغير هاشها، مما يجعل الكتلة التالية غير متطابقة، وهكذا. التلاعب يُكتشف فوراً في الشبكة.

هذه البنية من الهاشات المرتبطة هي ما يجعل سجلات البلوكشين تقريباً غير قابلة للتغيير. ليس من المستحيل رياضياً تغيير كتلة قديمة، لكنه غير منطقي اقتصادياً. ستحتاج إلى إعادة حساب هاش تلك الكتلة وكل الكتل التي تليها، مع المنافسة ضد الشبكة التي تواصل إنتاج كتل جديدة. في البيتكوين، يتطلب الأمر السيطرة على أكثر من 50% من قوة الهاش للشبكة—وهو مهمة مكلفة جداً.

بعيداً عن بيتكوين، يُستخدم الهاش في جميع العملات الرقمية وأنظمة البلوكشين تقريباً. إيثيريوم يستخدم Keccak-256 (نسخة من معيار SHA-3). شبكات أخرى تستخدم خوارزميات مختلفة، لكن المبدأ هو نفسه: الهاش يوفر قابلية التحقق بدون ثقة.

كما يُستخدم الهاش خارج سياق البلوكشين. المطورون يستخدمونه لإنشاء هياكل بيانات فعالة تسمى “جداول الهاش”. أنظمة التخزين السحابي تستخدمه للكشف عن تلف الملفات. المتصفحات تستخدمه للتحقق من سلامة التنزيلات. وفي المؤسسات الكبيرة، يُستخدم للمراجعة والتحقق من عدم تعديل البيانات.

الخلاصة: الهاش كحجر زاوية للأمان الرقمي

يمثل الهاش أحد أدوات التشفير الحديثة الأكثر قوة. مزيجه من الحتمية، مقاومة التلاعب، ووظيفة الأحادية الاتجاه يخلق آلية أمان أثبتت فعاليتها على مدى عقود.

فهم كيفية عمل الهاش ليس مهمًا فقط لفهم البلوكشين والبيتكوين—بل هو أساسي لتقدير كيف يعمل الأمان الرقمي بشكل عام. من التحقق من كلمات المرور إلى اكتشاف تلف البيانات، الهاش موجود في كل مكان، يعمل بصمت للحفاظ على سلامة أنظمتنا الرقمية.

في عالم تزداد فيه الثقة الرقمية أهمية، يوفر الهاش طريقة قابلة للتحقق، قابلة لإعادة الإنتاج، وقابلة للمراجعة لتأكيد أن البيانات هي بالضبط ما ينبغي أن تكون عليه. لأي شخص مهتم بالتشفير، البلوكشين، أو أمن المعلومات، فهم الهاش بعمق أمر ضروري تماماً. إنه الأساس الذي تقوم عليه تكنولوجيا البلوكشين الحديثة.