الدور الحاسم للnonce في تشفير البلوكشين

الـ nonce، اختصار لـ “number used once” (عدد يستخدم لمرة واحدة)، هو عنصر أساسي في عمل سلاسل الكتل التي تستخدم آلية الإجماع عن طريق إثبات العمل (PoW). يلعب هذا الرقم الخاص دوراً أساسياً في تأمين والتحقق من الكتل.

ما هو nonce وكيف يعمل؟

الـ nonce هو رقم فريد يُعطى لكل كتلة في سلسلة الكتل أثناء عملية التعدين. ويعمل كمتغير يقوم المعدّنون بتعديله لمحاولة إنتاج تجزئة (بصمة رقمية) للكتلة تلبي معايير صعوبة محددة.

تتم العملية على النحو التالي:

1. يقوم المُعدّنون بتجميع كتلة جديدة مع المعاملات المعلقة
2. يتم إضافة nonce أولي إلى رأس الكتلة
3. يتم هاش الكتلة بالكامل ( في حالة البيتكوين، باستخدام خوارزمية SHA-256 )
4. يتم مقارنة الهش الناتج مع هدف الصعوبة الحالي للشبكة
5. إذا لم يتطابق الهاش، يتم تعديل النونس وتبدأ العملية من جديد

تستمر هذه العملية التكرارية حتى يجد المعدن nonce ينتج hash صالح. يُطلق على ذلك “التعدين”، الذي يؤمن blockchain من خلال جعل تعديل البيانات مكلفًا للغاية من حيث قوة الحوسبة.

أهمية nonce لأمان البلوكشين

يؤدي nonce عدة أدوار حاسمة في أمان شبكات blockchain :

• منع الإنفاق المزدوج: من خلال فرض تكلفة حسابية عالية للتحقق من كل كتلة، يجعل الـ nonce من المستحيل عمليًا التلاعب الاحتيالي في المعاملات.

• حماية ضد هجمات Sybil : تكاليف الحوسبة المرتبطة بـ nonce تثني المهاجمين عن إنشاء هويات وهمية متعددة للسيطرة على الشبكة.

• ضمان تفرد الكتل : كل nonce صالح هو فريد، مما يضمن أن كل كتلة متميزة وتؤكد بشكل نهائي مجموعة معينة من المعاملات.

التطبيق العملي في شبكة البيتكوين

في شبكة بيتكوين، تعتبر nonce مكونًا أساسيًا في عملية التعدين. إليك مثالاً ملموسًا على استخدامها:

تخيل أن عمال المناجم يقومون بتجميع كتلة جديدة تحتوي على 2500 معاملة. يضيفون nonce أولي، على سبيل المثال “28390”، إلى رأس الكتلة. ثم يقومون بحساب SHA-256 hash للمجموعة. إذا لم يبدأ الهاش الناتج بعدد الأصفار المطلوب ( المحدد من قبل مستوى الصعوبة الحالي)، يقوم عامل المنجم بزيادة nonce إلى “28391” ويعيد العملية. تتكرر هذه العملية آلاف أو ملايين المرات حتى يتم العثور على nonce صالح.

أنواع مختلفة من النونس في التشفير

هناك أنواع متعددة من النونسيات المستخدمة في التشفير، كل منها له دور محدد:

• Nonce cryptographique : تُستخدم في بروتوكولات الأمان لمنع هجمات إعادة التشغيل.
• Nonce وظيفة التجزئة : يستخدم في خوارزميات التجزئة لتعديل نتيجة الهاش.
• Nonce برمجي : يُستخدم في البرمجة لضمان تفرد البيانات أو تجنب النزاعات.

التمييز بين الهش وnonce

على الرغم من ارتباطهما، فإن الهاش وnonce هما مفهومين متميزين:

• التجزيء هو بصمة رقمية لمجموعة من البيانات، بحجم ثابت، يتم إنشاؤها بواسطة خوارزمية التجزئة.
• ال nonce هو رقم يستخدم لمرة واحدة، ويعمل كمتغير دخل لتعديل نتيجة الهاش.

في سياق البلوكشين، يقوم المعدنون بضبط nonce للحصول على hash يفي بمعايير صعوبة الشبكة.

الأمان: منع الهجمات المرتبطة بالنونسات

يمكن أن تكون النونسات هدفًا لهجمات تشفيرية محددة، بما في ذلك:

• هجوم إعادة استخدام nonce : استغلال nonce تم استخدامه أكثر من مرة.
• هجوم بواسطة nonce قابل للتنبؤ : استغلال nonces التي تم إنشاؤها بطريقة غير عشوائية.
• هجوم بواسطة nonce قديم : استخدام nonces قديمة لخرق الأمان.

لمنع هذه الهجمات، تشمل الممارسات الجيدة:

• ضمان فريدة وغير متوقعة لل nonce الناتجة
• استخدام مولدات الأعداد العشوائية القوية
• وضع آليات لاكتشاف ورفض النونسات المعاد استخدامها
• إجراء تدقيقات منتظمة للتنفيذات التشفيرية
• اتباع المعايير التشفيرية المعتمدة بدقة

في الختام، يعتبر nonce مكونًا أساسيًا في أمان سلاسل الكتل المعتمدة على إثبات العمل. إن فهمه أمر بالغ الأهمية للمستخدمين والمطورين الذين يتواجدون في نظام العملات المشفرة وتكنولوجيا البلوكتشين.