معرفی فناوری بلاک چین، مزایا و کاربردهای آن در عرصه‌های مختلف

این مقاله به معرفی فناوری بلاک‌چین، ویژگی‌های اساسی آن، نحوه‌ی کارکرد و کاربرد آن در عرصه‌های مختلف می‌پردازد.

بلاک‌چین یک منبع اجتماعیِ غیرمتمرکز مبتنی بر حقیقت است که بر مبنای یک مدل پایگاه داده غیر متمرکز مشترک کار می‌کند. به عبارت دیگر بلاک‌چین یک پروتکل اعتماد است که بر اساس عناصر شبکه و عناصر رمزنگاری ساخته شده است و می‌تواند بدون  نیاز به مرجعِ واسطه یا مرکزی اعتماد به وجود آورد. [[۱]]

از این نظر، می‌توان از این فناوری برای ایجاد یک دفتر کل دیجیتالی توزیع شده‌ی مطمئن استفاده کرد که در آن توضیح داده می‌شود چه کسی مالک چه چیزی است و چه کسی با چه چیزی معامله یا تراکنش را انجام می‌دهد. دفتر کل توزیع شده (به انگلیسی:Distributed Ledger)، اجتماعی از داده‌های دیجیتال تکراری، اشتراک‌گذاری شده و همگام سازی شده‌است که از لحاظ جغرافیایی در جاهای مختلف، کشورها یا موسسات گسترده شده‌است. بر اساس این ایده، ساده است که اگر همه شاهد چیزی بوده، بدان باور داشته و با آن موافقت کنند، آنگاه معتبر و غیر قابل انکار است. شکل ۱ رابطه‌ی بین پایگاه‌های داده توزیع شده، فناوری دفتر کل توزیع‌شده و بلاک‌چین را توضیح می‌دهد.

شکل ۱-رابطه‌ی بین پایگاه‌های داده توزیع شده، فناوری دفتر کل توزیع‌شده و بلاک‌چین[[۲]]

کلیدهای رمزنگاری در اطمینان از حفظ حریم خصوصی و یکپارچگی بلاک‌چین ضروری هستند. به عنوان مثال، در بیت کوین، هر شرکت‌کننده دارای یک جفت کلید رمزنگاری است – یک کلید عمومی که شناسه‌ی طرف را در معرض دید عموم قرار دارد و یک کلید خصوصی که یک شناسه‌ی امن برای امضای تراکنش‌ها محسوب می‌شود (تقریباً مانند امضای شخص). کلید عمومیِ گیرنده‌ی تراکنش با ایجادکننده‌ی تراکنش قبلی، هش می‌شود و سپس با کلید خصوصیِ ایجادکننده امضا می‌شود. این اطلاعات سپس مجددا هش شده و به عنوان تراکنش هش‌شده برای تراکنش بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بلاک‌ها قبل از افزودن به بلاک‌چین اعتبارسنجی می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که اطلاعات دستکاری نشده است. سپس محاسبه‌ای بر روی هش رمزنگاری هر بلوک انجام می‌شود که فقط از داده‌های دقیق موجود در بلوک ایجاد می‌شود. هر بلوک شامل مقدار هش بلوک قبلی است، بنابراین اطلاعات جدید را با اطلاعات قدیمی‌تر به هم متصل می‌کند.

برای آگاهی دادن به طرف‌های شبکه در مورد افزودن قریب الوقوع یک بلوک، معمولا از یک الگوریتم gossip یا flooding استفاده می‌شود. هر کدام از طرف‌ها نسخه فعلی بلوک را دریافت می‌کنند و تصمیم می‌گیرند با استفاده از الگوریتم آن را بپذیرند یا رد کنند. در برخی از استانداردهای بلاک‌چین، فقط برخی از اعضای شبکه – که به آنها “ماینر” می گویند؛ وظیفه‌ی اعتبارسنجی تراکنش‌ها و افزودن بلاک‌ها را دارند.

اندازه یک بلوک نشان‌دهنده‌ی اعتبار اجماع است. بلوک‌ها با استفاده از یک لیست لینک‌شده از اشاره‌گرهای هش به عنوان یک زنجیره‌ای که برحسب زمان مرتب شده است، جمع‌آوری و ذخیره می‌شوند. بنابراین هرگونه تغییر در داده‌های اصلی تراکنش یا حذف تراکنش‌ها یا بلوک‌های داخل یک زنجیره منجر به تفاوت هش با مقدار ذخیره شده در بلوک بعدی می‌شود. بنابراین بلاک‌چین یک دفترچه مجازی واقعی از تاریخ مالکیت بخشی از اطلاعات است و هرگونه دستکاری در این داده‌ها تشخیص داده می‌شود. همه‌ی گره‌ها نمای یکسانی(مقدار هش) از اطلاعات دارند. اگر یک گره مانند سایر گره‌ها مقدار دقیق هش را منعکس نکند، داده‌های آن گره در بلاک‌چین گنجانده نمی‌شود. بنابراین تا زمانی که بین گره‌ها در مورد نسخه قانونیِ بلاک‌چین اجماع حاصل نشود، چندین نسخه از بلاک‌چین می‌تواند وجود داشته باشد.

پیاده‌سازی بلاک‌چین به نرم‌افزارهای کاربردی ویژه‌ای نیاز دارد تا تا بتواند حاکمیت بلاک‌چین را ایجاد کند. در این راستا مهم است که سازمان‌ها بتوانند استاندارد بلاک‌چینِ باز مورد نظر خود را انتخاب کرده، تراکنش‌ها را ایجاد و راه‌اندازی کنند، از طرفی دیگر بتوانند پروتکل‌های ارتباطی مناسب را گزینش کرده، اندازه شبکه همتایان را تعیین نموده، روش‌های رمزنگاری را انتخاب کرده و الگوریتم‌های gossip یا flooding را در میان موارد دیگر تعریف کنند. برای به حداقل رساندن سرمایه‌گذاری‌های اولیه و کاهش ریسک پذیرش فناوری، بلاک‌چین مبتنی بر ابر به عنوان سرویس(cloud-based blockchain as a service) (BaaS) ارائه می‌شود.

بلاک‌چین‌های کاملا خصوصی یا مجاز در شرایطی استفاده می‌شوند که همه‌ی شرکت‌کنندگان در آن بلاک‌چین قبلاً از درجه‌ای از اعتماد در میان یکدیگر برخوردار بوده‌اند. بلاک چین‌های خصوصی کارآمدتر هستند زیرا وابستگی کمتری به ماینرها دارند و فرض بر این است که به همه گره‌های شبکه اعتماد شده است، در نتیجه هزینه تأیید کاهش می‌یابد. هویت آن گره‌هایی که به زنجیره بلوک اضافه گردیده‌اند، از قبل شناخته شده و توسط سازمان تعیین شده است.

• بلاک‌چین اولین کاربرد خود را در صنعت مالی یافت، جایی که اعتماد، امنیت و اطمینان در هر تراکنش مولفه‌هایی اساسی محسوب می‌شوند. این فاکتورها برای اطمینان از یکپارچگی هر معامله پولی، ضروری هستند. ارز دیجیتال یک ارز مجازی است و می‌تواند به عنوان یک پول رایج برای پرداخت کالا یا خدمات مورد استفاده قرار گیرد یا مانند سایر ارزهای خارجی با ارزهای دیگر مبادله شود. در حالی که این مفهوم، مفهومی کاملاً جدید نیست، پیاده‌سازی آن مستلزم استفاده از یک مقام مرکزی برای مدیریت اصالت و امنیت معاملات است.

  بلاک‌چین امکان استفاده غیرمتمرکز از ارزهای دیجیتال را بدون نیاز به تایید یک مرجع مرکزی برای صرف زمان، پول و منابع را فراهم کرده و لذا استفاده‌ی کم‌هزینه از ارزهای دیجیتال (و فیزیکی) را فراهم می‌کند. رمزنگاری داخلی به طور ذاتی یکپارچگی را تقویتنموده و از جعل آن جلوگیری می‌کند. رمزگذاری همچنین تراکنش‌ها را از هویت شرکت‌کنندگان جدا می‌کند.

  توانایی مبادله ایمن ارز به صورت غیرمتمرکز می‌تواند راه را برای پیشرفت سریع و یکپارچگی معاملات پولی در سراسر جهان باز کند. همزمان با قابلیت اتصال شبکه‌ها از طریق اینترنت و افزایش دسترسی به خدمات از طریق رایانش ابری، بلاک‌چین می‌تواند بازارهای جدیدی را برای خدماتی مانند ارزهای دیجیتال، پرداخت‌های موبایلی، نقل و انتقالات فرامرزی پول و تأمین سرمایه جمعی ایجاد نماید.

توانایی بلاک‌چین در ارائه الکترونیکی اسناد از یک معامله، نیاز به حجم زیادی از اسناد و مدارک (که معمولاً مشخصه‌ی حذف‌نشدنی معاملات قانونی محسوب می‌شوند) را از بین می‌برد.

یکی از این کاربردهای بلاک‌چین در این عرصه استفاده از قراردادهای هوشمند است، مفهومی که به سرعت در بسیاری از صنایع رواج یافته است و می‌تواند هزینه‌های معاملات را به شدت کاهش داده و شرایط خاص قرارداد را به‌صورت الکترونیکی در سیستم‌ها جاسازی کند. از اقداماتی که به طور خودکار براساس شرایط خاص از طریق یک قرارداد هوشمند انجام می‌شوند، می‌توان احراز هویت به طور خودکار و ایمن را عنوان کرد. به عنوان مثال، راننده‌ای که پرداخت خودرو وی عقب افتاده است، ممکن است نتواند ماشین خود را روشن کند. (قراردادهای هوشمند با جزئیات بیشتری در ادامه مورد بحث قرار گرفته است). در یک مثال دیگر، برخی از شرکت‌ها از تصدیق‌های دیجیتالی مبتنی بر بلاک‌چین برای ایجاد یک کاغذ الکترونیکی برای اختراعات و مالکیت معنوی استفاده می‌کنند که می‌تواند حل اختلافات را به‌صورت خودکار انجام داده و ساده نماید.

انرژی الکتریکی یا به‌واسطه‌ی الکترون‌های تولید شده از خورشید، باد یا سایر منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود و یا به‌واسطه‌ی منابع تجدید ناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی تولید می‌گردد. حال اینکه منبع انرژی الکتریکی تولید شده را در نهایت نمی‌توان تشخیص داد. پیگیری منابع انرژی یک کار سخت و پیچیده است، زیرا بسیاری از دولت‌ها از سیستم گواهینامه‌های تجاری(system of tradeable certificates) استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها به ثبت نیاز دارند که تولید هر واحد انرژی را ثبت کرده و گواهینامه‌هایی ایجاد کند که از طریق مجموعه‌ای از واسطه‌ها بین خریداران و فروشندگان مبادله ‌شود. یک پلت‌فرم مبتنی بر بلاک‌چین می‌تواند به تولیدکنندگان اجازه دهد تا بین تولیدکنندگان و همچنین با مصرف‌کنندگان انرژی مبادله گردد.

با سیستم مبتنی بر بلاک‌چین، تولیدکنندگان می‌توانند بلافاصله دستمزد بگیرند. از این نظر، بلاک‌چین می‌تواند به عنوان یک مکانیسم تعبیه شده برای حمایت از مفاهیمی نظیر خودکفایی در تولید برق توسط خود کاربران، مانند مفاهیمی که در حال حاضر در اروپا و کشورهای در حال توسعه مطرح است، مورد استفاده قرار گیرد. از چنین سیستم‌هایی می‌توان برای تأیید میزان انرژی تولید شده توسط خود کاربر در شبکه استفاده کرد تا میزان برق تولید شده به صورت دقیق در قبض‌ها ثبت‌شده و به‌نوعی از خود کاربر خریداری گردد.

بلاک‌چین می‌تواند به عنوان راهی برای مشروعیت بخشیدن و رمزگذاری اطلاعات به دست آمده از کشاورزان در مورد محصولات آن‌ها، از جمله کیفیت و قیمت تولید، مورد استفاده قرار گیرد. اگر این اطلاعات در دفتر کل توزیع شده قرار داده شود، می‌تواند در اختیار تأمین‌کنندگان ردیف دوم و سوم قرار گیرد و این امر فرایند عرضه‌ی محصولات و اطلاعات مربوط به پایداری مرتبط را قابل ردیابی و شفاف ‌کند. در چنین شرایطی موسسات وام‌دهنده‌ی مالی می‌توانند بر اساس شواهد و متناسب با شاخص‌های پایداری به ارائه‌ی اعتبار مطلوب بپردازند. وجود سرمایه در گردشِ ارزان‌تر منجر به بهبود بهره‌وری می‌شود چرا که این مساله مشاغل کوچکتر را قادر می‌سازد تا سرمایه‌گذاری خود را در مزارع خود افزایش دهند.

بلاک‌چین می تواند در دیجیتالی شدن صنعت مراقبت‌های بهداشتی نقش داشته باشد. توانایی سیستم‌های کامپیوتری یا نرم‌افزاری برای تبادل و استفاده از داده‌های سلامت از سه مدل اساسی پیروی می‌کند: Push، Pull و View.

Push شامل ارسال اطلاعات از یک ارائه‌دهنده‌ی خدمات بهداشتی به دیگری است. در ایالات متحده، یک استاندارد ایمن به نام Direct امکان انتقال داده‌های رمزگذاری‌شده بین ارائه‌دهندگان خدمات بهداشتی را فراهم می‌کند و به سیستم دایرکتوری ارائه‌دهندگان و توافق‌نامه‌های قانونی برای اشتراک داده‌ها نیاز دارد.

Pull شامل یک ارائه‌دهنده خدمات بهداشتی است که اطلاعات را جستجو می‌کند تا آن را از دیگری دریافت نماید.

View شامل ارائه دهنده‌ خدمات بهداشتی است که داده‌ها را در رکورد ارائه‌دهنده‌ی دیگر مشاهده می‌کند.

این سه عملیات معمولاً از طریق ترتیبات غیررسمی غیرمجاز بین سازمان‌هایی انجام می‌شود که هیچ‌گونه حسابرسی استانداردی ندارند و تابع سیاست‌های نهادی، اقدامات پزشکی محلی، قوانین ایالتی و اجرای حریم خصوصی ملی هستند. بلاک‌چین امکان ایجاد دفتر کل توزیع شده با امضا را فراهم می‌کند که پرونده‌های پزشکی را مشروعیت می‌بخشد و فرایند اشتراک‌گذاری ایمن بین ارائه‌دهندگان خدمات بهداشتی، شرکت‌های بیمه و بیماران را مقرون به صرفه می‌کند. چنین سوابقی همچنین می‌تواند به طور ایمن و کنترل شده برای حمایت از مطالعات پزشکی با محققان به اشتراک گذاشته شود.

بلاک‌چین همچنین می‌تواند هزینه‌های ردیابی و رهگیری داروها را بر اساس شماره سریال، طبقه و تاریخ انقضا کاهش دهد و می‌تواند هزینه‌های تأیید اعتبار دارو و تجهیزات پزشکی را کم کند. سازمان بهداشت جهانی تخمین می‌زند که بیش از ۸ درصد از تجهیزات پزشکیِ در گردش تقلبی هستند. قانون امنیت زنجیره‌تامین مواد دارویی در سال ۲۰۱۳[۱] (DSCSA) تولید‌کنندگان محصولات دارویی را ملزم می‌کند تا تمامیِ محصولات خود را با استفاده از سریال مرتب کنند. علاوه بر این، شرکت‌کنندگان در زنجیره تامین باید اطلاعات مربوط به تولید، شریک تجاری و مالکیت محصول را به اشتراک بگذارند. این امر مشارکت‌کنندگان زنجیره تأمین را ملزم می‌کند تا برای ردیابی محصولاتِ تولید‌کننده از سیستم‌های الکترونیکی استفاده نمایند، در نتیجه مشارکت‌کنندگانِ زنجیره تأمین مجبورند تا با واسطه‌سازی برخی از مراجع، حجم وسیعی از اطلاعات را بین نهادهای ناشناخته به اشتراک بگذارند که یک کار واقعاً دلهره‌آور است. با این حال، توانایی بلاک‌چین در واسطه‌زدایی در جریان اطلاعات می‌تواند اعتماد فوری را به طور موثرتر از یک سیستم متمرکز واحد ایجاد کند.

[۱] The 2013 Drug Supply Chain Security Act (DSCSA)

در بخش‌های مرتبط با رسانه، هنر و سرگرمی، بلاک‌چین این پتانسیل را دارد که هزینه معاملات را حذف یا به طرز چشمگیری کاهش دهد. به عنوان مثال، بلاک‌چین می‌تواند یک وب‌سایت خبری را قادر سازد تا به جای دریافت هزینه ماهیانه‌ از خوانندگان خود، به‌ازای خواندن هر مقاله هزینه را از آن‌ها دریافت کند. از دفتر کل بلاک‌چین می‌توان برای حفاظت از مالکیت معنوی مانند موسیقی و فیلم با تأیید صحت محتوا استفاده کرد، حقوق کپی‌رایت را اعمال کرد و از دزدی هنری یا ادبی در هنگام توزیع محتوا جلوگیری نمود.

بلاک‌چین می‌تواند فرصتی را برای مصرف‌کنندگان ایجاد کند تا اطلاعات هویتی شخصی خود را کنترل کرده و از آن کسب درآمد کنند. بلاک‌چین می‌تواند فقط برای نشان دادن بخش‌هایی از هویت شخصی مورد استفاده قرار گیرد، این اطلاعات می‌تواند به تبلیغ‌کننده یا افرادی که به دنبال مدل‌سازی رفتار مصرف‌کننده هستند، کمک کند. این افراد از طریق بلاک‌چین مبلغی را که باید برای آن پرداخت کنند به مصرف‌کننده می‌پردازند.

در قلبِ ادغام فناوری بلاک‌چین در زنجیره تامین، قرارداد هوشمند قرار دارد که در اصل یک قرارداد خود اجر(self-executing smart contracts)است. این قراردادها مجموعه‌ای از منطق‌ها هستند که بر اساس قوانین حاکم بر معاملات کسب‌وکاری که در نرم افزار رایانه تجسم‌یافته‌اند و در شبکه‌‌ی بلاک‌چین توزیع شده‌اند، اجرا می‌شوند. واضح است که گره‌های این شبکه، شرکت‌کنندگان در زنجیره تامین را تشکیل می‌دهند. هنگام اجرا، منطق تعیین می‌کند که چگونه یک تراکنش در بلاک‌چین ارسال می‌شود.

قراردادهای هوشمند نیازمند هماهنگی و توافق فوق‌العاده و شفافیت شرایط و اقدامات در مورد نحوه تأیید آن‌ها هستند. موارد زیر برخی از اجزای تشکیل‌دهنده‌ی قرارداد هوشمند را نشان می‌دهند:

• ایجاد قرارداد – ایجادکننده‌ی یک قرارداد باید قراردادی ایجاد کند که قابلیت سفارشی شدن برای اهداف مختلف را داشته باشد. کد نرم افزاری، به نام کد زنجیره‌ای، باید به‌گونه‌ای نوشته شود که قواعد قرارداد را دربر‌گیرد.

• تعریف شبکه – کاربران باید قادر باشند تا شبکه‌ی طرف‌هایی را که در اجرای قرارداد هوشمند گنجانده شده‌اند را تعریف کنند.

• استقرار – قرارداد باید بر روی بستر بلاک‌چین انتخاب شده، اجرا شود. قبل از استقرار، کاربران می‌توانند قرارداد را به‌منظور نقص‌یابی یا سنجش عملکرد آن در یک محیط شبیه‌سازی شده، آزمایش کنند. شکل ۳ نحوه ایجاد و استقرار قرارداد را نشان می دهد.

• نمایندگان – پس از ایجاد و استقرار قرارداد، برنامه‌های توزیع شده(که نمایندگان نرم افزار(software agents) نامیده می‌شوند) در شبکه پراکنده می‌شوند و نمایندگان به جای طرف‌های مختلف باید با بستر بلاک‌چین تعامل داشته باشند. بر اساس نوع استفاده از قرارداد، نمایندگان می‌توانند بر روی پلتفرم دلخواه مانند شبکه‌ای از رایانه یا دستگاه یا بر روی ابر فعال شده بلاک‌چین را مشاهده نموده و آن را بر اساس رویدادها به‌روزرسانی ‌نمایند، علاوه بر این نمایندگان بر اساس مواردی که در قرارداد هوشمند تعریف شده است، به طور مداوم بر بلاک‌چین نظارت می‌کنند. شرایط استثنا و رسیدگی به خطا باید در کد قرارداد مورد نظر قرار گیرد.

• نظارت-پس از استقرار، ایجادکننده‌ی قرارداد می‌تواند وضعیت قرارداد را از طریق یک داشبورد با شاخص‌های عملکردی استاندارد یا تعریف شده توسط کاربر (KPI) نظارت کند. نمایندگان بر اساس اطلاعات موجود در بلاک چین، وضعیت را به سازنده قرارداد و همچنین سایر طرفین گزارش می‌دهند.

شکل ۵- ایجاد و استقرار قرارداد هوشمند

1. [۱] Technology in Supply Chain Management and Logistics, Current Practice and Future Applications ISBN: 978-0-12-815956-9[۲] http://www3.weforum.org/docs/WEF_Introduction_to_Blockchain_for_Supply_Chains.pdf

   [۳] http://www3.weforum.org/docs/WEF_Building-Blockchains.pdf

   [۴] http://www3.weforum.org/docs/WEF_Building_Value_with_Blockchain.pdf