فناوری راهبردی زنجیره بلوکی و کاربردهای آن

چکیده گزارش پژوهشی:

• فناوری زنجیره بلوکی(بلاک چین- Block Chain) یک پایگاه داده توزیع شده از اسناد و یا دفترکل عمومی از همه تراکنش ­ها یا رویدادهای دیجیتال است که توسط اجزای تشکیل­ دهنده ­اش به شکل مشترک اجرا می­ شود.
• تفاهم توزیع یافته و حفظ حریم خصوصی دو ویژگی مهم و اصلی فناوری زنجیره بلوکی است.­
• بیت کوین محبوب­ترین و بحث­ انگیزترین نمونه ای است که براساس فناوری زنجیره بلوکی به وجود آمده است.
• فناوری زنجیره بلوکی برای همه نوع تبادلات و تراکنش ­های مربوط به دارایی­ های دیجیتالی برخط قابل استفاده است.
• ویژگی ­هایی مانند متن ­باز بودن، رایگان بودن، امکان ثبت اسناد به صورت عمومی و غیرمتمرکز بودن فناوری زنجیره بلوکی باعث شده تا طی سال­های متوالی به طور بی­ نقص و موفق در برنامه ­های کاربردی بین­ المللی مالی و غیرمالی به کار گرفته شود.
• از جمله اختراعات ثبت شده در زمینه فناوری زنجیره بلوکی، استفاده از این فناوری در زمینه ثبت و شمارش آرای انتخاباتی است. 

زنجیره بلوکی(بلاک چین- Block Chain) یک فناوری جدید در زمینه رایانش ابری ایمن است که می تواند دنیای دیجیتال را متحول کند و در حال حاضر، بسیار مورد توجه اتاق های فکر و مراکز قانون پژوهی دنیاست و توسط گروه مشاوره گارتنر در مجموعه فناوری های نوظهوری که بیشترین انتظارات از آنها می رود، طبقه بندی شده است. همچنین، اهمیت کاربرد این تکنولوژی در حوزه های صنعتی، پزشکی، مالی، امنیتی و … باعث شده تا دولت ها نیز به استفاده از این فناوری توجه ویژه ای نمایند و سیاست بهره مندی از ابعاد مختلف این تکنولوژی را در دستور کار خود قرار دهند. در کشور نیز، مطالعات بر روی این تکنولوژی در سطح دانشگاهی و بعضاً سازمان ها آغاز شده و اگرچه در ابتدای این راه قرار داریم، اما مزایا و ویژگی های آن باعث شده تا روز به روز افراد، گروه ها، سازمان ها و نهادهای بیشتری برای حل مشکلات خود به چگونگی استفاده از این فناوری بی اندیشند. بنابراین در نوشتار پیش رو که تلخیصی از گزارش پژوهشی دفتر مطالعات ارتباطات و فناوری های نوین معاونت پژوهش های زیربنایی و امور تولیدی مرکز پژوهش های مجلس شورای اسلامی است، این فناوری و روند توسعه آن مورد بررسی قرار می گیرد و کاربردهای آن در حوزه مالی، بیمه، ثبت رسمی اسناد و مقابله با جعل معرفی می شود.

 فناوری زنجیره بلوکی چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
فناوری زنجیره بلوکی(بلاک چین- Block Chain) اساساً یک پایگاه داده توزیع شده از اسناد و یا دفترکل عمومی از همه تراکنش ها یا رویدادهای دیجیتال است که توسط اجزای تشکیل دهنده اش به شکل مشترک اجرا می شود. در واقع، این فناوری می تواند دنیای دیجیتال را متحول کند و با استفاده از خصوصیت تفاهم توزیع یافته برای هر تراکنش آنلاین قدیمی یا فعلی، تراکنش ها را به نحوی اجرا نماید که دارایی های دیجیتالی در آینده نیز قابل شناسایی باشند و این امر بدون به خطر افتادن حریم خصوصی و رعایت امنیت دارایی های دیجیتال و طرف های درگیر انجام می پذیرد. بنابراین، می توان از تفاهم توزیع یافته و حفظ حریم خصوصی به عنوان دو ویژگی مهم و اصلی فناوری زنجیره بلوکی نام برد.
در بیان ساده تر نیز، می توان گفت: منطق فناوری زنجیره بلوکی این است که همان طور که سرقت کلوچه از مغازه ای خلوت بسیار ساده تر از دزدیدن آن از یک فروشگاه بزرگ در حضور هزاران شاهد است فناوری زنجیره بلوکی با استفاده هنرمندانه از رمزنگاری و با توزیع اختیارات نظارت و مدیریت بر منابع اطلاعاتی و رایانشی و تاریخ مندسازی تراکنش ها مجموعه ای از مزایای امنیتی و کارکردی به وجود آورده است. در حال حاضر، بیت کوین محبوب ترین و بحث انگیزترین نمونه ای است که براساس فناوری زنجیره بلوکی به وجود آمده است.

 چگونگی کارکرد فناوری زنجیره بلوکی
از آنجایی که مفهوم زنجیره بلوکی و بیت کوین اساساً به هم متصل اند و نامشان با هم عجین شده است، می توان مفهوم زنجیره بلوکی را با توضیح چگونگی کارکرد بیت کوین توضیح داد؛ هر چند که فناوری زنجیره بلوکی برای همه نوع تبادلات و تراکنش های مربوط به دارایی های دیجیتالی برخط قابل استفاده است.
تجارت اینترنتی به طور انحصاری با مؤسسات مالی که به عنوان طرف سوم با ارائه خدمات مطمئن، واسطه تراکنش های الکترونیکی اند، عجین است. نقش طرف سوم مورد اعتماد، شناسایی، محافظت و نگهداری از تراکنش هاست. درصد معینی از تقلب در معاملات برخط یا آنلاین اجتناب ناپذیر است و همین امر باعث می شود تا نیازمند حضور طرف سوم برای واسطه گری در تراکنش های مالی باشیم و این موجب بالا رفتن هزینه تراکنش ها می شود. بیت کوین به جای استفاده از طرف سوم مورد اعتماد در اجرای تراکنش برخط بین دو طرف، از نشانه های رمزگذاری استفاده می کند و هر تراکنش از طریق یک امضای دیجیتالی حفاظت می شود. سپس هر تراکنش که با کلید خصوصی فرستنده، امضای دیجیتالی شده باشد به کلید عمومی گیرنده ارسال می شود و به منظور خرج کردن پول، صاحب پول رمزگذاری شده باید ثابت کند که مالکیت کلید خصوصی را داراست. نهادی که ارز دیجیتالی را دریافت می کند، امضای دیجیتالی(مالکیت کلید خصوصی) آن را با استفاده از کلید عمومی فرستنده شناسایی می کند و هر تراکنش به تمامی گره های شبکه بیت کوین انتشار می یابد و بعد از شناسایی در دفتر کل عمومی ثبت می شود. در این میان، گره های شناسایی کننده باید پیش از ثبت هر تراکنش از دو موضوع اطمینان یابند:
1-پرداخت کننده، امضای دیجیتال معتبر رمزگذاری شده، برای انجام تراکنش را داراست.
2-پرداخت کننده، پول رمزگذاری شده کافی در حساب خود دارد.

در اینجا مسئله حفظ ترتیب تراکنش های منتشر شده به سایر گره ها در شبکه همتا به همتای بیت کوین مطرح می شود. تراکنش ها به ترتیبی که ایجاد شده اند انجام نمی شوند و به همین علت به سامانه ای نیاز داریم که به ما اطمینان دهد که پول رمزنگاری شده، دو بار پرداخت نشود. برای در نظر گرفتن این موضوع، تراکنش ها باید گره به گره در طول شبکه بیت کوین منتقل شوند و هیچ ضمانتی وجود ندارد که ترتیب دریافت تراکنش ها در گره ها با ترتیب ایجاد آنها مطابقت داشته باشد. این بدان معناست که مکانیزمی مورد نیاز است تا کل شبکه بیت کوین بتواند در مورد ترتیب تراکنش ها به توافق برسد و این مشکلی اساسی در سیستم های توزیع یافته است. بیت کوین این مشکل را با مکانیسم فناوری زنجیره بلوکی حل کرده است.

سیستم بیت کوین با قرار دادن تراکنش ها در گروهی از زنجیره های بلوکی و سپس اتصال این زنجیره های بلوکی به هم، آنها را مرتب می کند. تراکنش های هر بلوک باید به طور همزمان روی دهند. این زنجیره های بلوکی مانند زنجیره ای در یک خط با توالی زمانی به هم متصل هستند و هر بلوک خروجی تابع درهمسازی(هش) از بلوک پیشین خود را ذخیره می کند. اما، هنوز یک مشکل باقی است. هر گره روی شبکه می تواند درخواست تراکنش های تأیید نشده را گرفته و از آن یک بلوک بسازد و روی شبکه به عنوان پیشنهادی برای تولید بلوک بعدی زنجیره بلوکی منتشر کند.

حال شبکه چطور باید تصمیم بگیرد که کدام بلوک باید بلوک بعدی زنجیره بلوکی باشد؟ بیت کوین این مسئله را با تعریف یک معمای ریاضی حل کرده است. هر بلوکی که بخواهد به زنجیره بلوکی اضافه شود باید در محتوای خود پاسخی برای یک مسئله ریاضی بسیار خاص داشته باشد که به آن «اثبات کارکرد» می گویند. گره ای که یک بلوک را تولید می کند، باید ثابت کند که منابع محاسباتی کافی برای حل معمای ریاضی دارد. برای مثال یک گره باید بتواند یک «مقدار موقت» را بیابد که با استفاده از آن خروجی تابع درهم ساز بلوک پیشین یا هشی را که با تعدادی مشخص از صفرها شروع می شود، ایجاد کند. متوسط تلاش های لازم، براساس تعداد بیت های صفر مورد نیاز تعریف می شود. اما فرآیند بازشناسی آن بسیار ساده است و با اجرای یک تابع درهم ساز انجام پذیر است.

حل این معمای ریاضی ساده نیست و میزان پیچیدگی آن قابل تنظیم است. برای مثال می توان درجه دشواری مسئله را طوری تنظیم کرد که میانگین زمان حل آن برای یک گره در شبکه بیت کوین برای تولید بلوک ده دقیقه باشد و امکان اینکه بیش از یک بلوک در سیستم در زمان داده شده ساخته شود، بسیار ناچیز است. اولین گره ای که مسئله را حل کند بلوک خود را به سایر گروه های زنجیره بلوکی انتشار می دهد. اگر در حالت خاص بیش از یک بلوک به صورت همزمان ساخته شود، به چند انشعاب مختلف منجر خواهد شد. هر چند مسئله ای که باید حل شود به قدری پیچیده است که زنجیره بلوکی به سرعت تثبیت می شود و تمامی گره ها در مورد ترتیب زنجیره های بلوکی اخیر زنجیره توافق دارند. گره ها، منابع محاسباتی خود را برای حل مسئله به اشتراک می گذارند و بلوکی به عنوان «کمینه» می سازند و در نهایت برای تلاش هایشان پاداش می گیرند.

شبکه فقط بلندترین زنجیره بلوکی را به عنوان زنجیره بلوکی معتبر شناسایی می کند. از این رو برای یک مهاجم تقریباً غیرممکن است که بتواند تراکنش تقلبی خود را تعریف کند، زیرا نه تنها باید بلوکی تولید کند که مسئله ریاضی را حل کرده باشد، بلکه باید به طور همزمان زنجیره های بلوکی پیشین را نیز بازسازی کند، به طوری که سایر گره های شبکه، آنها را مجاز بدانند. این کار به علت اینکه زنجیره های بلوکی به صورت رمزگذاری شده به هم متصل شده اند دشوارتر نیز می شود.

 کاربردهای فناوری زنجیره بلوکی
فناوری زنجیره بلوکی اولین بار فقط برای تبادل ارزهای دیجیتالی به وجود آمده بود، ولی ویژگی هایی مانند متن باز بودن، رایگان بودن، امکان ثبت اسناد به صورت عمومی و غیرمتمرکز بودن آن باعث شده تا طی سال های متوالی به طور بی نقص و موفق در برنامه های کاربردی بین المللی مالی و غیرمالی به کار گرفته شود.

الف) کاربردهای مالی زنجیره بلوکی
• استفاده از زنجیره بلوکی در بازار سهام: در حال حاضر به صورت نظری شرکت ها می توانند به طور مستقیم سهامشان را از طریق زنجیره بلوکی صادر کنند. این سهام ها می تواند بعداً در بازار ثانویه که روی زنجیره بلوکی نصب شده است، خرید و فروش شود.
• استفاده از زنجیره بلوکی در امور بیمه: اورلجر شرکتی است که با استفاده از فناوری زنجیره بلوکی خصوصیات منحصر به فرد مشخص کننده الماس ها از قبیل ارتفاع، عرض، وزن و … را به صورت رمزگذاری شده در یک دفتر کل ثبت می کند و شرکت های بیمه، آژانس های مجری قانون، مالکان و مدعیان می توانند برای شناسایی و تأیید الماس ها از آن استفاده کنند.
• استفاده از زنجیره بلوکی در قراردادهای هوشمند : استفاده از فناوری زنجیره بلوکی موجب شده ثبت، شناسایی و اجرای قراردادهای هوشمند آسان تر شود. شرکت های متن باز مانند اتریوم و کودیوس امکان استفاده قراردادهای هوشمند از فناوری زنجیره بلوکی را فراهم کردند. بسیاری از شرکت هایی که روی موضوع بیت کوین و فناوری زنجیره بلوکی کار می کردند قراردادهای هوشمند را نیز پشتیبانی می کنند و همچنین بسیاری از وضعیت هایی که در آن سرمایه تنها با وجود شرایط خاصی قابل انتقال بود(از قبیل ایجاد قراردادهای حضوری توسط وکلا و یا ارائه خدمات سپرده توسط بانک ها) با کمک قراردادهای هوشمند جایگزین شد. «دارایی هوشمند» مفهوم مرتبط دیگری است که درخصوص کنترل مالکیت دارایی ها از طریق زنجیره بلوکی و با استفاده از قراردادهای هوشمند به کار برده می شود. در اینجا دارایی می تواند اتومبیل، خانه، تلفن هوشمند و غیره از نوع فیزیکی و یا اینکه سهام شرکت ها از نوع غیرفیزیکی باشد.

ب) کاربردهای غیرمالی زنجیره بلوکی

• دفتر اسناد رسمی: استفاده از زنجیره بلوکی برای گواهی محضری و رسمی، باعث حفظ حریم خصوصی صاحبان اسناد و افراد خواهان تأیید اسناد می شود. با انتشار مدارک با استفاده از رمزگذاری فایل ها در زنجیره بلوکی، مدت زمان انجام امور در دفاتر اسناد رسمی به شدت کاهش خواهد یافت.

• ذخیره سازی غیرمتمرکز: اگرچه روش های ذخیره سازی ابری برای ذخیره سازی اسناد، عکس ها، فیلم ها و فایل های موسیقی نظیر دراپ باکس و گوگل درایو به شدت در حال محبوبیت یافتن است، اما این روش های ذخیره سازی معمولاً با چالش هایی در زمینه های امنیت حریم خصوصی و کنترل اطلاعات مواجه اند. مسئله اصلی این است که فرد باید در مورد فایل های محرمانه و شخصی خود به مرجع ثالثی اعتماد کند. «استوراج» زنجیره بلوکی براساس پلتفرم ذخیره سازی ابر توزیع شده همتا به همتا دارد که امکان انتقال و به اشتراک گذاری اطلاعات را بدون نیاز به مرجع ثالث برای کاربران فراهم کرده است. این موضوع به افراد اجازه می دهد تا پهنای باند اینترنتی استفاده نشده یا فضای دیسک خالی رایانه های شخصی خود را در برابر پرداخت های مبتنی بر بیت کوین در اختیار کسانی که نیاز به ذخیره فایل های بزرگ دارند، قرار دهد. نبود کنترل مرکزی اکثر خطاها و مشکلات سنتی اطلاعاتی را از بین می برد و همچنین باعث افزایش امنیت حریم خصوصی و کنترل داده می شود.

• اینترنت اشیای غیرمتمرکز: فناوری زنجیره بلوکی پیاده سازی سکوهای اینترنت اشیای غیرمتمرکز را تسهیل می کند و امکان تبادل ایمن و مطمئن اطلاعات و ثبت داده ها را فراهم می آورد. در چنین ساختاری زنجیره بلوکی نقش دفتر کل عمومی را بر عهده دارد و تمامی پیام های مبادله شده بین دستگاه های هوشمند در یک ریخت شناسی اینترنت اشیای غیرمتمرکز به صورت مطمئن ثبت می شود. «فیلامنت» شرکت نوپایی است که بسته نرم افزاری اینترنت اشیای غیرمتمرکز را با استفاده از زنجیره بلوکی بیت کوین تولید کرده است.

• روش های ضدجعل مبتنی بر زنجیره بلوکی: می توان سناریویی را تصور کرد که در آن برندها، تجار و بازارهای تجاری همگی به عنوان بخشی از یک شبکه زنجیره بلوکی باشند و گره های این شبکه اطلاعاتی را ذخیره کنند تا اصل بودن کالاها قابل شناسایی باشد با استفاده از این فناوری بخش تأمین کالا در فروشگاه ها برای تشخیص و تأیید اعتبار کالای خود، دیگر به تکیه بر تأیید یک مرجع مرکزی نیازی ندارند. «بلاک وریفای»(شناسایی بلاک) روشی ضدجعل مبتنی بر زنجیره بلوکی است که کار بخش کالا برای فروشندگان را شفاف می کند و برنامه های کاربردی آن در زمینه های دارویی، کالاهای قیمتی، الماس و صنایع الکترونیک تهیه شده است.

• استفاده برنامه های کاربردی اینترنتی از زنجیره بلوکی: خادم های نام دامنه فعلی توسط دولت های خارجی و شرکت های بزرگ کنترل می شوند و می توانند از قدرتشان برای دزدیدن، یا جاسوسی نحوه استفاده افراد از اینترنت استفاده کنند. استفاده از فناوری زنجیره بلوکی به این معناست که خادم نام دامنه یا دفترچه تلفن اینترنت به طریقی غیرمتمرکز محافظت می شود و هر کاربری می تواند داده دفترچه تلفن یکسانی را روی رایانه خود داشته باشد.

 مخاطره های فناوری زنجیره بلوکی
زنجیره بلوکی یک فناوری پیشرفته با چشم انداز روشن است، اما همان طور که برای تطبیق همه نوآوری های اصلاحی اتفاق می افتد، مخاطره های مشخصی در رابطه با تطبیق با فناوری زنجیره بلوکی نیز وجود دارند:

• تغییر رفتار: تغییرات الزامی هستند، اما همیشه در برابر تغییر مخالفت هایی وجود دارد. مدیران عالی و تصمیم گیرنده باید با این حقیقت روبرو شوند که در دنیای زنجیره بلوکی که نیازی به حضور مرجع سوم نیست، تراکنش های الکترونیک به صورت ایمن و کامل انجام می پذیرند.

• مدت زمان: مدت زمان اجرای خدمات در حال پیدایش فعلی مبتنی بر زنجیره بلوکی مشکلی را به وجود آورده است. تصور کنید برای اولین بار در حال اجرای یک تراکنش زنجیره بلوکی هستید. باید یکسری دانلود از کل زنجیره بلوکی موجود را انجام دهید و پیش از آنکه بتوانید اولین تراکنش خود را انجام دهید باید کل زنجیره بلوکی شناسایی و معتبر شود. با توجه به اینکه تعداد زنجیره های بلوکی مداوم در حال افزایش است، این امر می تواند بیش از چند ساعت طول بکشد.

• خود راه اندازی: برای تبدیل قالب یا چارچوب های کاری موجود به قالب استفاده در زنجیره بلوکی جدید، نیازمند اجرای مجموعه ای از وظایف خاص به منظور این تبدیل قالب هستیم. برای مثال در مورد حق استفاده از تعرفه انتخاباتی اسناد موجود در یک سازمان یا شعبه استان و یا شهرستان نگهداری می شوند باید به قالب مورد پذیرش برای زنجیره بلوکی تبدیل شوند و این خود امری زمان بر و هزینه بر است.

• قوانین دولتی: در دنیای جدید تراکنش های مبتنی بر زنجیره بلوکی، سازمان های دولتی با توجه به نگرانی های خود از مخاطرات استفاده از این فناوری ها می توانند عمل تطبیق پذیری با این فناوری جدید را با صدور قوانین جدید برای کنترل آن، کند نمایند. در برخی موارد اصلاح قوانین لازم است و در برخی موارد احتمالاً با استفسار از قوه مقننه، قوانین سابق برای کارکردهای جدید نیز مفید خواهند بود.

• فعالیت های فریبکارانه: با توجه به خصوصیب استعاری تراکنش های زنجیره بلوکی و سهولت در انتقال مقادیر ارزشمند، افراد متقلب ممکن است از آن برای فعالیت های متقلبانه استفاده کنند. گفته می شود که با وجود مقررات کافی و با پشتیبانی فناوری، آژانس های مجری قانون می توانند بر فعالیت آنها نظارت نموده و آنها را تحت پیگیری قانونی قرار دهند.

• رایانه های کوانتومی: بنیان فناوری زنجیره بلوکی بر این اصل متکی است که از نظر ریاضی، برای یک شخص منفرد، با توجه به کمبود قدرت محاسباتی رایانه ها، غیرممکن است که بتواند سیستم را به بازی بگیرد. ولی با ظهور رایانه های کوانتومی در آینده، کلیدهای رمزگذاری ممکن است به قدری ساده شوند که شکستن آنها برای افراد بدخواه در یک زمان منطقی قابل دسترسی باشد. این موضوع کل سیستم را به زانو درخواهد آورد. البته طراحی کلیدها می تواند قدرتمندتر شود تا شکست آنها ساده نباشد.

 آینده زنجیره بلوکی در دوره محبوبیت گارتنر
فناوری زنجیره بلوکی در نمودار دوره محبوبیت گروه گارتنر در دو سال متوالی مورد اشاره قرار گرفته است. ابتدا به صورت غیرمستقیم در سال 2015 در قالب ارزهای رمزپایه و مبادله ارز رمزپایه و سپس در سال 2016 به صورت مستقل. براساس پیش بینی گارتنر این فناوری طی پنج تا ده سال آینده به طور کامل عملیاتی خواهد شد. البته پیش بینی و ملاحظات دیگر خبرگان بر این است که بسیار زودتر از یک تا دو سال آینده شاهد عملیاتی شدن بسیاری از پروژه های مبتنی بر فناوری زنجیره بلوکی خواهیم بود.

 جمع بندی
فناوری زنجیره بلوکی با توجه به طیف وسیع کاربردهای آن قابلیت طی چند سال آینده تغییرات شگرفی در نهادهای مالی و غیرمالی دنیا ایجاد خواهد کرد و هر کشور به تناسب نیازهای خود از این فناوری بهره خواهد برد. در کشور ما نیز، حل مسائل جاری با استفاده از فناوری زنجیره بلوکی قابل بررسی است. موارد بسیاری از خدمات الکترونیکی نیازمند پایگاه های اطلاعاتی متداخل که نیازمند همکاری میان دستگاه های اجرایی نیاز دارند هم اکنون به دلایل مختلف از جمله عدم اعتماد دستگاه ها به یکدیگر از پیشرفت لازم برخوردار نیستند یاحتی کنار گذاشته شده اند. فناوری زنجیره بلوکی این قابلیت را دارد که تفاهم و اعتماد را میان دستگاه ها جاری سازد و جریان اطلاعات لازم میان دستگاه ها برای الکترونیکی شدن خدمات و تحقق دولت الکترونیکی در حوزه هایی که تامنون قابل الکترونیکی کردن نبود را نیز فراهم بیاورد.