فهم الإنفاق المزدوج: تحدي أمني حاسم في تقنية البلوكتشين

ما هو الإنفاق المزدوج؟

الإنفاق المزدوج يمثل تحديًا أمنيًا أساسيًا في أنظمة العملات الرقمية حيث يمكن إنفاق نفس الأموال عدة مرات ضمن نفس الفترة الزمنية. بدون تدابير حماية مناسبة، فإن أي بروتوكول يفشل في معالجة هذه الثغرة يترك المستخدمين غير متأكدين مما إذا كانت أموالهم قد تم نقلها بشكل مشروع أو تم تكرارها بشكل احتيالي في مكان آخر.

في أنظمة العملات المشفرة، يعد منع تكرار الوحدات الرقمية أمرًا بالغ الأهمية. سيتعرض النظام للانهيار إذا تمكن المستخدم من استلام 10 وحدات ونسخها ولصقها لإنشاء 100 وحدة. بالمثل، ستتعرض سلامة النظام للخطر إذا كان يمكن إرسال نفس الـ 10 وحدات في نفس الوقت إلى مستلمين مختلفين. لكي تعمل الأموال الرقمية بشكل صحيح، يجب تنفيذ آليات قوية لمنع مثل هذه الاحتمالات.

طرق الوقاية من الإنفاق المزدوج

الحلول المركزية

تعتبر الأساليب المركزية لمنع الإنفاق المزدوج بسيطة نسبيًا في التنفيذ. فهي تنطوي على كيان أو منظمة واحدة تدير النظام وتتحكم في إصدار وتوزيع وحدات العملة الرقمية. يُعتبر نظام eCash لديفيد تشاوم مثالًا بارزًا على هذا النهج.

لإصدار الأصول الرقمية التي تحاكي خصائص النقد الفيزيائي ( مما يسمح بالمعاملات المجهولة ونظير إلى نظير )، قد يستخدم البنك التوقيعات العمياء - وهو مفهوم قدمه عالم التشفير ديفيد تشاوم في ورقته البحثية عام 1982 "التوقيعات العمياء للمدفوعات غير القابلة للتتبع."

على سبيل المثال، إذا طلب مستخدم $100 في عملة رقمية، يقوم البنك بإنشاء أرقام عشوائية كمعرفات فريدة، يتم تعيين قيمة محددة لكل منها. للحفاظ على الخصوصية ومنع التتبع، يقوم المستخدم بتطبيق عامل إخفاء على كل رقم قبل إرساله إلى البنك للتوقيع. ثم يقوم البنك بتوقيع هذه الأرقام، مؤكداً أن كل منها قابل للتبادل بالمبلغ المحدد، ويخصم المبلغ من حساب المستخدم وفقًا لذلك.

عند إنفاق هذه الأموال، يقوم المستخدم بإزالة عامل التعتيم لكشف المعرف الفريد، والذي يجب على المستلم التحقق منه على الفور مع البنك لمنع الإنفاق المزدوج. بمجرد استخدامها، تصبح هذه "الشيكات" الرقمية غير صالحة، ويجب طلب شيكات جديدة للمعاملات المستقبلية.

بينما يقدم eCash من تشوم مزايا الخصوصية، فإن موثوقيته تعتمد بالكامل على البنك المركزي. تحمل الشيكات الرقمية قيمة فقط لأن البنك يوافق على احترامها، ويظل المستخدمون معتمدين على التشغيل المستمر للبنك - وهو بالضبط الاعتماد الذي تهدف العملات المشفرة إلى القضاء عليه.

حلول لامركزية

يقدم منع الإنفاق المزدوج بدون سلطة مركزية تحديات أكبر. في الأنظمة اللامركزية، يجب على المشاركين في الشبكة وضع قواعد إجماع تشجع على السلوك غير الاحتيالي وتحفز المشاركة الصادقة.

كانت الابتكار الرائد لبيتكوين هو حلها لمشكلة الإنفاق المزدوج. على الرغم من أنه لم يتم تسميته بشكل صريح في الورقة البيضاء الأصلية، إلا أن الهيكل البياني الذي اقترحه ساتوشي ناكاموتو - المعروف الآن باسم blockchain - عالج هذه القضية الحرجة.

تعمل سلسلة الكتل كقاعدة بيانات متخصصة بخصائص فريدة. يقوم المشاركون في الشبكة (العقد) بمزامنة نسخ من هذه القاعدة مع مشاركين آخرين، مما ينشئ دفتر أستاذ موزع. يسمح هذا النظام العام والشفاف لجميع المشاركين بالتحقق من تاريخ المعاملات الكامل بدءًا من الكتلة الأصلية، مما يجعل الأنشطة الاحتيالية مثل الإنفاق المزدوج قابلة للاكتشاف والتجنب.

عندما يتم بث معاملة إلى الشبكة، لا يتم تأكيدها على الفور، بل يجب أولاً تضمينها في كتلة من خلال عملية التعدين. يجب على المستلمين اعتبار المعاملات صالحة فقط بعد إضافتها إلى سلسلة الكتل واستلام تأكيدات كافية. بدون هذه التأكيدات، يواجه المستلمون خطر عدم تلقي الأموال الموعودة إذا حاول المرسل إنفاق نفس العملات في مكان آخر.

بمجرد التأكيد بشكل صحيح، تنتقل ملكية العملات إلى المستخدم الجديد، ويمكن للشبكة بأكملها التحقق من هذا التغيير. لهذا السبب يُنصح بالانتظار للحصول على تأكيدات متعددة قبل قبول المدفوعات - حيث أن كل كتلة إضافية تزيد من الجهد الحسابي المطلوب لتغيير سجل المعاملات.

هجمات الإنفاق المزدوج على شبكة البيتكوين

تمنع آلية إجماع البيتكوين بشكل فعال الإنفاق المزدوج طالما أن البروتوكول يعمل بشكل صحيح. عندما ينتظر المستلمون تأكيدات كافية ( عادةً ست كتل أو حوالي ساعة واحدة )، لا يمكن للمرسل بسهولة عكس المعاملات دون السيطرة على كمية هائلة من القوة الحاسوبية.

ومع ذلك، تستهدف عدة أنواع من هجمات الإنفاق المزدوج المعاملات غير المؤكدة بشكل خاص. في الحالات التي يكون فيها الانتظار لتأكيد الكتل غير عملي - مثل مطاعم الوجبات السريعة خلال الفترات المزدحمة أو لعمليات الشراء ذات القيمة المنخفضة - تصبح الشركات التي تقبل المعاملات غير المؤكدة عرضة لهجمات الإنفاق المزدوج.

هناك ثلاث طرق شائعة للإنفاق المزدوج:

• هجوم 51%: يحدث عندما تسيطر كيان ما على أكثر من 50% من إجمالي معدل الهاش للشبكة، مما يسمح له بالتلاعب في ترتيب المعاملات أو حتى عكس المعاملات الأخيرة. في حين أنه من غير المرجح حدوث ذلك على شبكة البيتكوين بسبب قوتها الكبيرة في معدل الهاش، فإن الشبكات الصغيرة الأخرى تبقى عرضة لهذا التهديد.

• هجوم السباق: يحدث عندما يقوم المهاجم ببث معاملتين متضاربتين في نفس الوقت، مع تأكيد واحدة فقط في النهاية. يرسل المهاجم دفعة إلى تاجر بينما يرسل في نفس الوقت نفس الأموال مرة أخرى إلى نفسه مع رسوم معاملات أعلى. من المحتمل أن يتم تأكيد المعاملة ذات الرسوم الأعلى أولاً، مما يلغي الدفعة للتاجر. يستهدف هذا الهجوم بشكل خاص البائعين الذين يقبلون المعاملات غير المؤكدة.

• هجوم فيني: يتطلب من المهاجم تعدين كتلة مسبقًا تحتوي على معاملة ترسل العملات إليهم دون بثها على الفور. يقومون أولاً بإنفاق نفس العملات في معاملة عادية (دفع للتاجر)، ثم يطلقون كتلتهم المسبقة التعدين، والتي تتجاوز الدفع للتاجر. يتطلب هذا الهجوم توقيتًا دقيقًا ويعتمد أيضًا على قبول التجار للمعاملات غير المؤكدة.

كما توضح أساليب الهجوم هذه، فإن الانتظار للحصول على تأكيدات متعددة من الكتل يقلل بشكل كبير من خطر الوقوع ضحية لمحاولات الإنفاق المزدوج.

الآثار العملية لمستخدمي العملات الرقمية

الإنفاق المزدوج يمثل تحديًا كبيرًا للأنظمة النقدية الرقمية، حيث يسمح للجهات الخبيثة بإنفاق نفس الأموال عدة مرات لتحقيق مكاسب مالية. بدون تدابير مضادة فعالة، ستقوض هذه الثغرات الثقة في النظام بأكمله.

لقد ساعد تطوير التوقيعات العمياء في معالجة العديد من قيود الأنظمة المالية المركزية. ومع ذلك، جاء الاختراق الحقيقي مع إنشاء آليات إثبات العمل وتقنية البلوكشين، التي مكنت بيتكوين من الظهور كشكل قوي من المال اللامركزي. لقد ألهمت هذه الابتكارات آلاف مشاريع العملات الرقمية، كل منها يبني على هذه المبادئ الأساسية للأمان.

بالنسبة لمستخدمي العملات المشفرة، فإن فهم مخاطر الإنفاق المزدوج وأهمية تأكيدات المعاملات أمر ضروري للمشاركة الآمنة في الاقتصاد الرقمي. عند استلام مدفوعات كبيرة، يجب دائمًا الانتظار لعدد التأكيدات الموصى به قبل اعتبار المعاملات نهائية - وعادة ما يكون ستة تأكيدات لبيتكوين وأعداد متغيرة لعملات مشفرة أخرى اعتمادًا على نموذج أمانها.