لقد غصت مؤخرًا في أساسيات blockchain وأدركت أن الكثير من الناس لا يفهمون حقًا ما يعنيه الـ nonce في الأمان، على الرغم من أنه أساسي لكيفية عمل العملات الرقمية.

لذا دعني أشرح الأمر. الـ nonce هو في الأساس رقم يُستخدم مرة واحدة، وهو ضروري جدًا لنظام إثبات العمل الذي يؤمن شبكات البلوكشين مثل البيتكوين. فكر فيه كقطعة اللغز التي يحاول المعدنون دائمًا تركيبها. أثناء التعدين، يأخذ المعدنون المعاملات المعلقة، يجمعونها في كتلة، ثم يبدأون في تعديل متغير الـ nonce هذا. يواصلون تعديله مرارًا وتكرارًا، ويشغلونه عبر تجزئة SHA-256، محاولين العثور على ذلك الرقم السحري الذي ينتج تجزئة تلبي متطلبات صعوبة الشبكة. عادةً، يعني ذلك العثور على تجزئة تحتوي على عدد معين من الأصفار في البداية.

ما يميز هذا الأمر هو أنه يجعل التلاعب شبه مستحيل. إذا حاول شخص ما تعديل معاملة في كتلة، فإن التجزئة بأكملها تتغير، وسيضطر إلى إعادة حساب الـ nonce من الصفر. مع الحاجة إلى مليارات التجزئات في الثانية، يصبح التكلفة الحسابية باهظة جدًا. لهذا السبب، فهم وظيفة الـ nonce في الأمان مهم جدًا لفهم عدم قابلية التغيير في البلوكشين.

في البيتكوين تحديدًا، تعمل العملية على النحو التالي. يجمع المعدنون كتلة جديدة تحتوي على معاملات معلقة، يضيفون الـ nonce إلى رأس الكتلة، يجزئون كل شيء باستخدام SHA-256، ثم يتحققون مما إذا كانت التجزئة تلبي هدف الصعوبة في الشبكة. إذا لم تكن كذلك، يزيدون الـ nonce ويحاولون مرة أخرى. يستمر هذا التجربة والخطأ حتى يعثروا على الـ nonce الفائز. ثم تقوم الشبكة بضبط الصعوبة تلقائيًا للحفاظ على أوقات الكتل ثابتة. مزيد من قوة التعدين؟ تزداد الصعوبة. أقل من ذلك؟ تنخفض.

بعيدًا عن التعدين، يمتد استخدام الـ nonce في تطبيقات الأمان أيضًا لمنع هجمات إعادة التشغيل والدفاع ضد هجمات السيبل حيث يحاول المهاجمون إغراق الشبكة بهويات زائفة. يكلف العثور على الـ nonces الصحيحة حسابيًا بشكل كبير، مما يضع سعرًا للهجوم على الشبكة. أي جهة خبيثة تحاول السيطرة على حصة كبيرة من الشبكة ستحتاج إلى قوة حوسبة هائلة.

تظهر الـ nonces أيضًا في سياقات مختلفة. فالـ cryptographic nonces تمنع هجمات إعادة التشغيل عن طريق إنشاء قيم فريدة لكل جلسة. وتغير الـ hash function nonces البيانات المدخلة لتغيير نتائج التجزئة. وفي البرمجة، تضمن تفرد البيانات. لكن تطبيقات البلوكشين هي الأكثر وضوحًا الآن.

هناك تمييز مهم يجب ملاحظته بين التجزئات والـ nonces. فالتجزئة تشبه بصمة أصابع البيانات، وهي مخرجات ثابتة الحجم مشتقة من المدخلات. أما الـ nonce فهو المتغير الذي يتلاعب به المعدنون لإنتاج تجزئات مختلفة. يعملان معًا لكن لكل منهما غرض مختلف.

من ناحية الأمان، هناك هجمات مرتبطة بالـ nonce يجب معرفتها. إعادة استخدام الـ nonce خطيرة لأنه إذا استخدم شخص ما نفس الـ nonce في عمليات التشفير، فقد يهدد أمان البيانات ويكشف عن المفاتيح السرية. هجمات الـ predictable nonce تحدث عندما تتبع الـ nonces نمطًا يمكن للمهاجمين توقعه. وهجمات الـ stale nonce تتعلق باستخدام nonces قديمة لخداع الأنظمة.

الوقاية بسيطة نظريًا، لكنها تتطلب تنفيذًا قويًا. يجب أن تكون الـ nonces عشوائية وفريدة حقًا. يجب على الأنظمة رفض الـ nonces المعاد استخدامها. تحتاج المكتبات التشفيرية إلى تحديثات منتظمة. المراقبة المستمرة لنمط استخدام الـ nonces تساعد في اكتشاف طرق هجوم جديدة. المفتاح هو أن وظيفة الـ nonce في الأمان هي في النهاية إضافة حاجز حسابي يجعل الهجمات غير مجدية اقتصاديًا.

لهذا السبب، صمد تصميم البيتكوين لأكثر من عقد من الزمن. آلية الـ nonce، جنبًا إلى جنب مع توافق PoW، تخلق نظامًا حيث تتجاوز تكلفة هجوم الشبكة أي مكاسب محتملة. إنه أمان أنيق من خلال الاقتصاد.