بیتکوین یک پدیده علمی و فناورانه

بیتکوین پدیده علمی است که با استفاده از شبکه همتا به همتا، تابع هش، رمزنگاری کلید نامتقارن، الگوریتم اثبات کار و اثبات حصص، یک سیستم پرداخت الکترونیکی بدون واسطه و غیر متمرکز را ارائه می دهد. بیتکوین از طریق استخراج کنندگان، که باید مسائل ریاضی سخت را حل کنند، معاملات را در قالب chunks در بلاک های متصل به یکدیگر ثبت می کند. این بلاک ها تشکیل یک زنجیره بلوک یا بلاک چین می دهند که حساب دفتر عمومی تمام تراکنش های شبکه است. بیتکوین با ارزش دادن به قدرت محاسباتی و حصص دارایی، انگیزه ای برای حفظ امنیت و صحت شبکه ایجاد می کند. بیتکوین یک نوآوری در عرصه اقتصاد دیجیتال است که پتانسیل تغییر دادن روش های پرداخت، تجارت و حتی سیاست را دارد.

شبکه همتا به همتا (peer-to-peer) 

شبکه همتا به همتا یا P2P یک نوع شبکه است که در آن هر کامپیوتر یا گره (node) می تواند با دیگر گره ها مستقیماً ارتباط برقرار کند و داده ها را با آن ها به اشتراک بگذارد. در این شبکه، هیچ گره ای نقش مرکزی یا واسطه ندارد و هر گره مسئولیت بخشی از عملکرد شبکه را بر عهده دارد. برای مثال، شبکه تورنت (torrent) یک شبکه P2P است که در آن کاربران می توانند فایل های خود را با دیگران به صورت قطعات (chunks) تقسیم کرده و در دسترس قرار دهند.
بیتکوین نیز بر پایه یک شبکه P2P است که در آن گره های مختلف معاملات را با یکدیگر منتقل، ثبت و تایید می کنند. این شبکه به صورت خودکار و بدون نظارت یک سازمان یا دولت، عمل می کند. برای این کار، باید الگوریتم های خاصی را پیاده سازی کند که به آن ها اثبات کار (proof-of-work) و اثبات حصص (proof-of-stake) می گویند.

چانک (chunk) 

Chunks  قطعه‌هایی از داده‌ها است که در بلاک‌چین ذخیره می‌شوند. هر بلاک در بلاک‌چین شامل چندین chunks است که حاوی اطلاعات مربوط به تراکنش‌ها، حساب‌ها، قراردادهای هوشمند و غیره هستند .این chunks با استفاده از رمزنگاری کلید نامتقارن امنیت داده‌ها را تضمین می‌کنند.

الگوریتم اثبات کار (proof-of-work) 

اثبات کار یک الگوریتم است که برای حفظ امنیت شبکه بیتکوین استفاده می شود. این الگوریتم به گروه خاصی از گره های شبکه، به نام استخراج کنندگان (miners)، وظیفه می دهد که معاملات را در قالب بلوک های جدید به زنجیره بلوک (blockchain)، که حساب دفتر عمومی تمام معاملات است، اضافه کنند. برای این کار، استخراج کنندگان باید چالش ریاضی سخت و تصادفی را حل کنند. این چالش به صورت پیدا کردن 0 (nonce) است که با الحاق آن به سرآغاز (header) بلوک جاری، خروجی تابع هش (hash function) را کمتر از یک مقدار هدف (target) کند. تابع هش یک تابع است که داده های ورودی را به داده های خروجی با طول ثابت تبدیل می کند. این تابع باید خاصیت تک راه بودن (one-way) داشته باشد، یعنی راحت باشد که از ورودی به خروجی برسیم، اما سخت باشد که از خروجی به ورودی برگردیم. 
برای مثال، فرض کنید تابع هش SHA-256 را داریم که یک رشته ورودی را به یک رشته 64 رقم شانزده تایی خروجی تبدیل می کند. اگر ورودی “Hello, world!” باشد، خروجی این خواهد بود:
SHA-256(“Hello, world!”) = “64ec88ca00b268e5ba1a35678a1b5316d212f4f366b2477232534a8aeca37f3c”
اما اگر 0 را به ورودی اضافه کنیم، خروجی این خواهد بود:
SHA-256(“Hello, world!0”) = “5716bd15e9ed3f9eeb8f3564c701fce0a77d63c9a2d2e14f5df2b73a046e7eb9”
می بینید که با تغییر یک کاراکتر در ورودی، خروجی به طور قابل توجهی تغییر می کند. حال اگر بخواهیم 0 را پیدا کنیم که با الحاق آن به ورودی، خروجی کمتر از 0000 ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff باشد، چه باید کنیم؟
پاسخ این است که باید به صورت تصادفی 0 های مختلف را امتحان کنیم تا به 0 درست برسیم. در این مثال، 0 درست عدد 4250 است:
SHA-256(“Hello, world!4250”) = “0000c3af42fc31103f1fdc0151fa747ff87349a4714df7cc52ea464e12dcd4e9”
این عمل به نام استخراج (mining) است و نام دارد زیرا استخراج کننده باید زحمت زیادی بکشد تا به جواب برسد. هر چه مقدار هدف کوچکتر باشد، سخت تر خواهد بود که 0 را پیدا کنیم. مقدار هدف در شبکه بیتکوین به طور دینامیک تنظیم می شود تا متوسط زمان بین هر دو بلوک حدود 10 دقیقه باشد.

الگوریتم اثبات حصص (Proof of Stake) 

اثبات حصص یک الگوریتم اجماع برای شبکه‌های بلاک چینی است که با انتخاب اعتبارسنج‌ها بر اساس مقدار دارایی‌شان در ارز دیجیتال مرتبط، کار تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید را انجام می‌دهد. این کار برای جلوگیری از هزینه محاسباتی الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) است که نیاز به حل پازل‌های رمزنگاری دارد. در اثبات حصص، اعتبارسنج‌ها باید توکن‌های شبکه را خریداری و قفل کنند تا شانس دریافت پاداش را داشته باشند. پاداش به نسبت مقدار و مدت زمان قفل‌ماندن توکن‌ها تعیین می‌شود. اثبات حصص به عنوان یک روش بهینه‌تر و کم‌مصرف‌تر از اثبات کار مطرح شده است. 

نتیجه گیری:
این مقاله با بررسی جنبه های علمی بیتکوین، سعی کرده است که نحوه کارکرد آن را با استفاده از مفاهیم و الگوریتم های ساده و قابل فهم، توضیح دهد. ما به شبکه همتا به همتا، تابع هش، رمزنگاری کلید نامتقارن، الگوریتم اثبات کار و اثبات حصص،  chunkو بلاک چین پرداخته و نشان داده ایم که چگونه این عناصر با هم تعامل دارند تا یک سرویس ارز دیجیتال راه اندازی شود.