مَن المتحكِّم فعليًّا في سلسلة الكتل؟

سلسلة كتل البتكوين في مقابل عملة البتكوين

بحلول مايو ٢٠٢٠، انخفض عدد عملات البتكوين المُصدرة حديثًا والمتضمنة في مكافأة الكتلة بمقدار النصف لينخفض من ١٢,٥ إلى ٦,٢٥. وكما أُشير مسبقًا، فهذا الانخفاض بمقدار النصف، كما هو معروف، يحدث كل ٢١٠ آلاف كتلة أو تقريبًا كلَّ أربع سنوات كما يقتضي البروتوكول. لن يصبح هناك سوى ٢١ مليون عملة بتكوين، مع إصدار آخر ساتوشي (أصغر وحدة من عملة البتكوين) في وقتٍ ما في نحو عام ٢١٤٠. منذ ذلك الحين فصاعدًا، ستتألف مكافأة المعدِّنين فقط من رسوم المعاملة. وتختلف تلك الرسوم مع كل كتلة، ويحدِّدها الطلب على المعاملات وعددُ المعاملات التي تنتظر دمجها في كتلة جديدة.

جزء لا يتجزأ من آلية إثبات العمل هو مفهوم «التجزئة». تأخذ دالة تجزئة مجموعة من البيانات وتنشئ سلسلة فريدة من الحروف والأرقام، تُعرف ﺑ «سلسلة التجزئة» أو الهاش. إن دالة التجزئة التي يستخدمها بروتوكول البتكوين هي دالة أحادية الاتجاه حيث لا يمكن عكس سلسلة التجزئة الناتجة للكشف عن المدخلات. يمكن تجزئة أي بيانات وأي تغيير يحدث في الكود المصدر (حتى ولو بكسل واحد في صورة رقمية ما) ستنتج عنه سلسلة تجزئة مختلفة، مما يجعل سلسلة التجزئة طريقة مناسبة للتحقق من تغيير مدخلات معينة من عدمه.

شكل ٤-٢: مثال على خوارزمية التجزئة الآمنة ٢٥٦ بت: سلسلة تجزئة Hello World مقارنة بسلسلة تجزئة Hello Worl.

في بروتوكول سلسلة كتل البتكوين، تبدأ عملية إثبات العمل باستخدام المُعدِّن لخوارزمية محدَّدة لإنتاج «رقم عشوائي يستخدم لمرة واحدة فقط». ومن أجل «الفوز» بالسباق الخاص بإضافة كتلة جديدة، لا بد أن يحسب المعدِّن سلسلة تجزئة تبدأ على الأقل بالعدد نفسه من الأصفار الذي حدَّده البروتوكول مسبقًا، وهو ما يُعرف بالهدف. سيقوم كلُّ معدِّن بملايين المحاولات حتى يكون أول مَن يصل إلى سلسلة تجزئة تكون أقل من الهدف، ويفوز بسباق إضافة الكتلة. فكِّر في الأمر وكأن أجهزة كمبيوتر تضغط باستمرار على زرٍّ. مع كل ضغطة زر تبدأ مجموعة محددة من الإجراءات في إنتاج العدد عشوائيًّا. وفي النهاية، تصبح النتيجة هي استهلاك الطاقة والقوة الحوسبية لنظام المعدِّن. وبمجرد إنتاج العدد المستخدم لمرة واحدة فقط القصير بما يكفي، يدمج هذا العدد مع سلسلة التجزئة الخاصة بالكتلة الحالية، ويُجزَّأ مع الكتلة السابقة، ومِن ثَمَّ تنشئ «الكتلة» التالية من المعاملات المؤكدة على سلسلة كتل البتكوين.

يهدف النظام إلى الحفاظ على إنشاء الكتل عند معدَّل ثابت يصل إلى كتلة واحدة تقريبًا كل عشر دقائق. إذا تسبَّبت الزيادة في عدد المعدنين المتنافسين في زيادة إجمالي عملهم، أو «قوة التجزئة»، أو زاد عدد الأوامر المقدَّمة في الثانية، المعروف ﺑ «معدل التجزئة»، فإن النظام سوف «يعدِّل مستوى الصعوبة» فيضيف مزيدًا من الأصفار حتى يجعل الهدف أصعب، أو يقلل عددها حتى يجعل الهدف أسهل. تحدث عملية الضبط هذه كل ٢٠١٦ كتلة أو كلَّ أسبوعين تقريبًا.

بمجرد تحديد الفائز، فإن هذا المُعدِّن سيضيف هذه «الكتلة» الجديدة من المعاملات إلى سلسلة كتل البتكوين. ثم سيبدأ المعدِّنون الآخرون في اختبارِ صحة الكتلة الجديدة عن طريق التحقق من سلسلة التجزئة المضافة مقارنةً بنقاط بيانات أخرى معروفة. يُشار إلى هذه العملية باسم «الإجماع». فهي تُمكِّن آلاف المعدِّنين من التوصل إلى اتفاقٍ كلَّ عشر دقائق بشأن حالة الشبكة الحالية المتحقق منها. وحقيقة إمكانية حدوث هذه العملية على مثل هذا المستوى وخلال فترة قصيرة بين شبكة من أجهزة كمبيوتر غير معروف بعضها لبعض هي جوهر الابتكار الذي قدَّمته سلسلة كتل البتكوين.

إن نظام التحقق من الكتل وتأمينها هو نظام يستهلك عمدًا قدرًا هائلًا من الطاقة. هذا أمر جوهري لهيكل الحوافز الخاص بالبتكوين بأكمله؛ إذ يحدِّد كيفية تحويل القيمة من الأطراف المشاركة في المعاملة إلى المشغلين ثم إلى المعدِّنين، وكذلك كيفية تفادي المهاجمين والمضاربين. وعملية التحقق المكلِّفة أيضًا جزءٌ لا يتجزأ من عملية إنتاج النظام نفسه للقيمة. وإلا فلن يصبح تدمير النظام أمرًا مكلفًا بما يكفي بالنسبة إلى الأطراف السيئة. وأبسط سبل إنتاج القيمة وأكثرها انتشارًا هو الطاقة.

أما العملات المشفرة الأخرى، لا سيما الإيثريوم، فهي أكثر كفاءةً فيما يتعلق باستهلاك الطاقة، وكفاءتها قد تتحسَّن أكثر من ذلك مع تحدي آليات التأمين وتحقِّق أقلَّ استنزافٍ للطاقة، مثل إثبات حصة الملكية، وإثبات الحيز، أو غير ذلك من نُظم أخرى، لنُظم إثبات العمل.

يعتمد أمانُ سلسلة كتل البتكوين على صعوبة تزييفها. ففي حين أن «اختراق» التشفير سيسمح للمُعدِّن بحلِّ الدالة في وقتٍ أسرع، فهذا سيفرض تحدِّيين جديدين. أولهما هو أن الفائز بكل مكافأة كتلة سيصبح معروفًا لجميع المشاركين؛ ولذا في حال فوز مُعدِّن واحد بصفة مستمرة، يمكنك التأكد من أن مئات المشاركين الآخرين سوف يفتِّشون في الأمر لفهم السبب. ثانيهما، مستوى صعوبة دالة التجزئة الواجب حلُّها متغير. صُمِّم نظام البتكوين بحيث يَزيد من مستوى التعقيد أو يقلِّل منه تلقائيًّا، وهو ما يعتمد في الأساس على السرعة التي يتمكن بها المُعدِّن من حل دالة التجزئة. عند اختراق النظام، ربما يزيد المُعدِّن من سرعة العملية، مما يدفع النظام إلى زيادة صعوبة الدوال اللاحقة. لقد زادت صعوبة دالة التجزئة على مدى السنوات مع زيادة تطور أجهزة الكمبيوتر أكثر فأكثر.

شكل ٤-٣: جهاز تعدين البتكوين «أنتماينر» من طراز «إس ٩» بمعدَّل تجزئة ٥ ,١٣ تيرا هاش في الثانية.

إن التطوير المخصَّص للدوائر المتكاملة لهو أمرٌ ليس بجديد. فهذه هي الطريقة التي أصبحت بها هواتفنا المحمولة أصغر حجمًا، ولكنها، أكثر فعالية. ومع ذلك، فإن اعتصار مثل تلك القدرات من التقنية يستلزم وقتًا وموارد. ويمكن أن يستغرق البحث والتطوير لإنتاج دوائر جديدة متكاملة محدَّدة التطبيقات سنواتٍ، وقد يتكلف ملايين الدولارات. خاض المبادر الأول لتطوير دوائر متكاملة من هذا النوع لسلسلة كتل البتكوين غمار المخاطرة، وبمجرد أن بدأ في التعدين باستخدام التقنية الجديدة، صار رهانه معروفًا للجميع، مما ألهبَ حماس متابعيه الذين سرعان ما انضموا إليه ليطوروا الدوائر المتكاملة الخاصة بهم. اليوم، لا يمكن التعدين في البتكوين بنجاحٍ إلا باستخدام أحد أجهزة التعدين العديدة المتوفرة حاليًّا في السوق المعتمِدة على هذا النوع من الدوائر المتكاملة.

لا يُعرف عن المُعدِّنين تفاخرهم بأحدثِ ما لديهم من أجهزة وأضخمها؛ ولذا فالتحسينات الكبرى في تقنية الأجهزة لا تُدَرك غالبًا إلا بملاحظة التغيُّرات في توزيع مكافآت الكتل. ومع اكتشاف الميزة التي تقدمها كلُّ تقنية جديدة، ترتفع تكلفة التنافس في كلٍّ من الأجهزة والطاقة.

إحدى السمات الأساسية في هيكل الحوافز هذا هي أنه يسمح للنظام بألَّا يحتاج إلى إذن، في الأغلب — فلا يوجد مراقب يحدِّد مَن يمكنه المشاركة بصفته مستخدمًا، أو مشغِّلًا، أو معدِّنًا، ومَن لا يمكنه ذلك. فالنظام آمنٌ بما يكفي، والقواعد محدَّدة بطريقة تسمح لأي شخص أن يختار المشاركة بصفته مستخدِمًا، أو مشغِّل عقدة، أو مُعدِّنًا. ويمكن لأي أحد الدخول على النظام بمجرد تنزيل البرنامج.

تقدير القيمة في شبكة البتكوين

شكل ٤-٤: الفترة الزمنية منذ أن حدثت آخر معاملة بكل عملة بتكوين. المصدر: شركة آنتشيند كابيتال.

مع أن ارتفاع الطلب كان أسرع كثيرًا من قدرتنا على إتاحة عملات بتكوين إضافية، فإن أي انخفاض في الطلب لا يمكن تعويضه بانخفاض المعروض من العملات. وتتمثل النتيجة الإجمالية لركود عملات البتكوين والعرض المحدود في أن التغييرات الصغيرة نسبيًّا في الطلب تؤدي إلى تحرُّكات استثنائيَّة في الأسعار. لا توجد ببساطة آلية، إلى الآن على الأقل، تسمح لعرض العملة بضبط أوضاعه بالتوازي. ومِن ثَمَّ، من غير المستغرب أن يكون تقلب أسعار عملات البتكوين أشبه بالأصول الأخرى التي تتمتع بعرضٍ غير مرن، مثل النفط أو الذهب، منه بالعملات الورقية الرسمية.

سلسلة الكتل بوصفها بنيةً تحتية

لقد أثبت الابتكار الخاص بسلسلة كتل البتكوين أن الآلاف من الأفراد والكيانات يمكنهم الاجتماع معًا وإجراء معاملات عن طريق الوثوق في شبكةٍ بدلًا من اللجوء إلى أي طرف ثالث، وأنه من الممكن تحفيز مجتمع من الأفراد والمؤسسات لدعم البنية التحتية لهذه الشبكة. وتنفيذ البتكوين كنظام بسيط. لكن ماذا سيحدث عندما تطبَّق تلك المفاهيم نفسُها على نُظم أخرى من نُظم نقل القيمة؟ وكيف قد تتحول تلك النُّظم أو تتحوَّر أو تُستبدل تمامًا؟

إن العملات المشفرة والعملات الرقمية ما هي إلا أول تطبيق للتقنية الأساسية لسلسلة الكتل. خضعت تطبيقات أخرى كثيرة إلى التطوير ولا تزال هناك تطبيقات أخرى قيد التطوير، بدءًا من الخدمات القانونية الأكثر ذكاءً وحتى السجلات العقارية، وخدمات التوثيق ونُظم التصويت الانتخابي.

في حين أن هذا الابتكار سيوفِّر بلا شك فرصًا لتحسين العمليات، إلا أن تتبُّع الرحلة يوفِّر أيضًا مزايا مهمة تتعلق بالسلامة، لا سيما فيما يخص الغذاء. اليوم، عند اكتشاف وجود تلوُّث في أحد أنواع الأغذية، تُسحب عمليًّا كلُّ الكمية الموجودة منه من أرفف المتاجر، ويصل الأمر أحيانًا إلى خسارةٍ تصل إلى مليارات الدولارات يتكبَّدها كلٌّ من تاجر التجزئة والمورِّد. ومع توفُّر مستوًى أفضل من التتبع، تأمُل وول مارت أن تتمكَّن من التعقُّب الأفضل لسلسلة توريد الأغذية لديها كما هو مطلوب، لتتحول من استخدام نهج السَّحب الكلي هذا إلى نهج استبعاد الفاسد فقط. فلن يصبح هناك داعٍ إلا لإزالة الأغذية الملوَّثة بالفعل من الأرفف، ولن تستغرق عملية التعرُّف على تلك الأغذية وإزالتها أكثر من عدة دقائق إلى بضع ساعات فقط، مقارنةً بالوضع الحالي الذي يمتد إلى أيامٍ وأسابيع.

يركِّز نوع التطوير الجاري على سلسلة الكتل في وول مارت بصورةٍ أساسية على توفير التكاليف. تستغل وول مارت نفوذها في السوق لتطبِّق النظام؛ وعلى هذا، فإن الوصول إلى سلسلة الكتل يحتاج إلى إذن، مما يعني وجوب منْح الموردين حقَّ الوصول إليها. لكن ماذا لو أن سلسلة الكتل مصممة بطريقةٍ تهتم على نحوٍ أقل بعملية تحقُّق وول مارت من الموردين الجدد وتُولي مسئوليةً أكبر للنظام نفسه؟ إلى أي مدًى قد يسهم نظام أكثرُ انفتاحًا، واستقلالًا، وأقلُّ تحيزًا أو انحيازًا في مساعدة المورِّدين المهمَّشين، الأقل حظًّا؟ وإلى أي مدًى قد تتأثر سلاسل التوريد في بقية العالم إذا تمكَّنت من الاستفادة من المعرفة التي اكتسبتها وول مارت على مدى السنوات في ضمان جودة سلسلة التوريد؟

يُعد مجتمع سلسلة الكتل التي لا تحتاج إلى إذنٍ للوصول إليها، الذي تكاتف من أجل إدارة شبكة البتكوين وتحديثها واستخدامها، نموذجًا للكثير من النُّظم الأخرى التي قد تصبح فعَّالة عند تطبيقها على نطاق واسع. تُظهر هذه النماذج بعضَ السمات المشابهة للمؤسسات والحكومات. لكن على عكس المؤسسات، يمكن لأي أحد أن يختار المشاركة. وعلى غرارِ الحكومات، فإن مشروعات سلاسل الكتل المختصة بالجودة تركِّز على أن تصب في المصلحة العامة. وعلى خلاف الحكومات، لا يُجبَر أحد على الاشتراك في النظام.

إن مثل تلك المشروعات الخاصة بسلاسل الكتل التي لا تضع في حسبانها التقنية فحسب وإنما أيضًا النظام البيئي بأكمله للأطراف المعنية لهي مشروعات أكثر تعقيدًا بكل تأكيد، لكنها توفِّر أيضًا فرصًا أكبر لتقديم الإمكانيات الكاملة التي توفرها قوالب النُّظم الجديدة تلك. وتُعد مشروعات سلاسل الكتل التي تركز على الاقتصادات النامية واعدة إلى أقصى حد؛ إذ يوجد عدد أقل من النُّظم القديمة التي بحاجة إلى إحلالها أو تقويضها. وتزداد احتمالية أن ترسِّخ نُظم الحوافز الجديدة جذورَها في الأماكن التي يعوزها حلٌّ «جيد بما يكفي». وتزداد احتمالية خضوع نماذج ثقة جديدة إلى التجربة في الأماكن التي يخفق فيها أداء النُّظم الراهنة أو النماذج التقليدية.

الرموز

سلسلة الكتل وإنترنت الأشياء: قصة تحذيرية

تجمع الحالة المثالية بالنسبة إلى الكثير من المتحمسين بين التقنية الدقيقة للاحتفاظ بالسجلات الخاصة بسلسلة الكتل وإنترنت الأشياء. الفكرة الأساسية هي ربط مزيد من «الأشياء» بالإنترنت، مثل أجهزتك المنزلية أو الروبوتات المستخدَمة في سلاسل التوريد أو أدوات المُزارِع. إن رقمنة مثل هذه الأنشطة لا بد أن يكون لها صدًى هائل في الأسواق النامية، في ظل تحقيق استفادة كبيرة من تجاوز نظام الميكنة القديم.

مع ذلك، فإن إنترنت الأشياء، بعدد أوامرها المحتمَلة اللامتناهية الصادرة من صناديق الشحن أو أجهزة الوزن الخاصة بحبوب القهوة، تجلب معها مشكلة كبيرة: ألا وهي القابلية للتوسُّع. فعدد المعاملات التي يمكن معالجتها في أي وقت هو عدد محدود.

إن قطط لعبة «كريبتوكيتيز»، وهي القطط القابلة للتكاثر رقميًّا التي نُوقشت سابقًا، قد أركعت فعليًّا شبكةَ الإيثريوم في عام ٢٠١٨. لقد ظلَّت تتكاثر قططٌ كثيرة لدرجة أنها خنقت شبكة الإيثريوم، مما أدى إلى بطء النظام بأكمله إلى درجة كبيرة.

لمواجهة مشكلة القابلية للتوسُّع لا سيَّما مع حالات استخدام إنترنت الأشياء، ظهرت تقنية «أيوتا» وهي سجلٌّ موزَّع مفتوح المصدر وعملة مشفرة مصمَّمين لتطبيقات إنترنت الأشياء. وبدلًا من استخدام سلسلة الكتل لإدارة الإجماع مثل أغلب المشروعات الأخرى الموجودة على الساحة، يطبِّق مطوِّرو «أيوتا» آليةً مختلفة، يُطلق عليها الرسم البياني غير الدوري الموجَّه.

في حين أن تقنية «أيوتا» سعت إلى الانتقال بالرسوم البيانية غير الدورية الموجَّهة من الإطار النظري إلى التطبيق على أرض الواقع؛ فقد ظهرت مشكلات وتحديات. بالنسبة إلى البتكوين، يقوم أمان النظام على التوسُّع الخطي مع النشاط. وأحد متطلبات هيكل الرسوم البيانية غير الدورية الموجَّهة هو أنه، كي يصبح النظام آمنًا، هناك حاجة إلى قدرٍ أكبر كثيرًا من النشاط مقارنةً بالمستوى المطلوب لنظام البتكوين.

لضمان الأمان في ظل تطوُّر الشبكة، أدخلت تقنية «أيوتا» دورًا يُعرف باسم المنسِّق. هذا في الواقع يجعل إدارة الشبكة وأمانها نشاطًا مركزيًّا إلى أن يصل النشاط إلى المستوى المطلوب حتى يعمل «بمفرده» من دون تنسيق مركزي.

وقعت «أيوتا» فريسةً لاختراقات أَمنية كبرى. ففي عام ٢٠٢٠، اكتُشف اختراق اختُلست فيه رموز من مَحافظ المستخدمين على الشبكة. واستُغلت ثغرة أمنية في برنامج المحافظ، مما سمح للمخترقين بالاستيلاء على رموز قيمتها ٢,٣ مليون دولار أمريكي قبل أن يوقف مهندسو «أيوتا» عمل المنسق، مما أغلق فعليًّا الشبكة بأكملها. من جانب، كان إيجابيًّا أن الشبكة تمكَّنت من التصدي للاختراق. ومن جانبٍ آخر، حقيقة أن الشبكة كانت قادرة على التصدي لاختراقٍ بهذه الطريقة أبرزت بشدة مدى مركزية هذه الشبكة في الوقت الحالي، والمهمة الصعبة التي بانتظارها للوفاء بالوعد المرجوِّ من المشروع.

شكل ٤-٥: سلسلة الكتل في مقابل الرسم البياني غير الدوري الموجَّه أو ما يُعرف ﺑ «تانجل». (المصدر: مؤسسة أيوتا).

لم يفقد الداعمون لتقنية «أيوتا» الأمل فيها؛ فقد انخفضت القيمة السوقية للمشروع انخفاضًا طفيفًا فقط حتى مع بقاء النظام غيرَ متصل بالإنترنت. مع ذلك، تُظهِر التحديات التي واجهها هذا المشروع ما لم يأتِ بعدُ في ظل نشأة مثل هذه التجارب، وتطوُّرها، ونجاحها، وأيضًا فشلها.