على الرغم من وجودها لأكثر من عقد، بيتكوين، الشبكة الرئيسية، تواجه صعوبة في مواكبة نظرائها الأكثر ابتكارًا. كل ترقية على الشبكة تتطلب توافقًا وتنسيقًا كبيرًا من المحققين والمنقبين، مما يبطئ من قدرة بيتكوين على التكيف مع صناعة سلسلة الكتل المتغيرة.

بعد عام 2017 والمقدمة لشاهد SegreGate.iod (SegWit), انتظرت البيتكوين 4 سنوات كاملة من أجل ترقية جديدة.ترقية تابروتثم تمت إدخاله في عام 2021 بعد التوافق بنسبة 90٪. يتكون ترقية Taproot من ثلاث مقترحات لتحسين البيتكوين (BIPs) التي تعمل على تحسين المرونة والقابلية للتوسيع والأمان على الشبكة. يحل مقترح أول تلك المقترحات مخطط التوقيع الرقمي Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) بآلية أسرع وأكثر أمانًا، وهي توقيعات Schnorr.

يستكشف هذا المقال هذا البديل المفيد، وكيف يؤثر على شبكة البيتكوين.

ما هي توقيعات شنور؟

توقيعات Schnorr هي نظام توقيع رقمي يتميز ببساطته. تشبه توقيعات Schnorr إلى حد ما النظام المُنفذ سابقًا، ECDSA، ومع ذلك، يتمتع النظام السابق بعدة مزايا، بما في ذلك المعاملات متعددة التوقيع.

تم إنشاء توقيعات Schnorr من قبل عالِم تشفير ألماني في وقت مبكر من عام 1980 ولكنها فشلت في التطبيق في مجال العملات الرقمية الرئيسي نظرًا لبراءة اختراع انتهت في عام 2008.

ما هو التوقيع الرقمي؟

جميع العملات التشفيرية تدور حول شيء يُسمى التواقيع الرقمية. وذلك لأن الملكية على البلوكشين لا تُمثل بواسطة مفاهيم تقليدية مثل الوثائق القانونية والتواقيع الفعلية. الطبيعة الرقمية للعملات المشفرة تتطلب أن تُثبت الملكية من خلال البيانات الرقمية. الطريقة التشفيرية لإثبات هذه الملكية تُعرف باسمالتوقيع الرقمي.

التواقيع الرقمية تتم إنشاؤها من خلال عمليات رياضية معقدة تعرف بتشفير المفتاح الخاص-العام. تتضمن جميع معاملات البيتكوين نوعين من المفاتيح، مفاتيح عامة ومفاتيح خاصة. المفاتيح الخاصة في الأساس عبارة عن مجموعة من الأرقام العشوائية التي يصعب تخمينها بشكل كبير. تُولد عشوائيًا عن طريق الكمبيوتر ويمكن الوصول إليها فقط من قبل صاحب الحساب أو منفذ المعاملة. يمكنك أن تفكر فيها على أنها كلمات مرور تُحتفظ بها بشكل خاص من قبل المستخدم وتُحفظ سريّة.

يتم ربط المفاتيح العامة رياضياً بالمفاتيح الخاصة. ولكن على عكس هذه الأخيرة، فإنها عامة ومرتبطة بكل عملية تقوم بها المستخدم من نفس عنوان المحفظة. جوهر زوج المفاتيح الخاصة-العامة هو أن صاحب المفتاح الخاص يمكنه إنشاء المفتاح العام المقابل، ولكن لا يمكن القيام بالشيء نفسه بالعكس.

التواقيع الرقمية تتم إنشاؤها عن طريق إثبات امتلاك مفتاح خاص دون الكشف عن الرئيسية نفسها. يشتمل هذا العملية على عمليات رياضية معقدة مثل التجزئة (hashing) وهيكل النصوص. قبل أن يتمكن أي عملية على شبكة البتكوين من الاكتمال، يجب إنشاء توقيع رقمي والتحقق منه.

يُعرف طريقة إنشاء والتحقق من هذه التواقيع باسم نظام. سبق أن استخدم بيتكوين نظام ECDSA، الذي اعتمد على المنحنيات البيضاوية والحقول المحدودة. ومع إدخال Taproot، صوت مقدمو الأدلة والمنقبون في الشبكة لتغيير نظام التوقيع الرقمي إلى تواقيع Schnorr، وهي آلية بديلة تقدم المزيد من المزايا.

ما هو ECDSA؟

ECDSA هو نظام التوقيع الرقمي السابق الذي استخدمته بيتكوين، وتم اختيار هذا الأسلوب في الغالب بسبب توفره. في وقت ابتكار بيتكوين، كان هناك براءة اختراع على تواقيع Schnoor التي جعلت النظام حصريًا لمبتكريه. علاوة على ذلك، كان نظام ECDSA الذي اعتمد على المنحنيات البيضاوية والحقول المحددة لمقدمته هو الإصدار الأفضل اختبارًا.

كيف تعمل تواقيع شنور؟

مثل ECDSA، تعتمد توقيعات Schnorr على تقنية التشفير بزوج المفتاح الخاص والعام. ومع ذلك، في هذا النظام، تختلف العمليات الحسابية الرياضية لتوفير توقيع رقمي قليلاً.

التواقيع Schnorr هي، بطرق معينة، نسخة محسنة من نظام ECDSA. لا تزال حسابات Schnorr تشمل تشفير المنحنى البيضاوي (ECC)؛ ومع ذلك، تكون المشاكل أكثر تبسيطًا قليلاً، مما يسمح لكل عملية بأخذ مساحة أقل (تخزين) في كتلة. التواقيع ECDSA لا تحتوي على حجم تخزين قياسي، لكنها تتراوح بين 72 و 71 بايتًا. من ناحية أخرى، تكون تواقيع Schnorr أكثر انضباطًا، بحجم توقيع أقصى يبلغ 64 بايتًا.

تُسمى الحسابات للتوقيع الرقمي في Schnorr أيضًا خطية. وهذا يشير إلى بساطة العملية الحسابية التي تتيح التعديل لإنشاء نتائج تشفيرية بديلة. واحدة من تلك النتائج هي بروتوكول MuSig، الذي يجمع بين تواقيع متعددة على معاملة معقدة لإنشاء توقيع واحد فقط، بغض النظر عن عدد المفاتيح العامة المشاركة.

مزايا توقيعات شنور

نظام توقيع العملات الرقمية ECDSA كان يترأس كخوارزمية توقيع عملات رقمية لبيتكوين لأكثر من عقد لأنه كان يعمل بشكل جيد. ولكن التطوير الحقيقي يتطلب ابتكارات جديدة أو أفضل. على الرغم من كونه نظامًا قديمًا، إلا أن Schnorr يقدم المزيد من المزايا لشبكة بيتكوين، حيث يبرز منها قابلية التوسع، واحدة من أكبر المشاكل التي واجهت شبكة بيتكوين منذ بدايتها.

توسيع القدرة على التحمل

تعد قابلية التوسع واحدة من أكثر المشكلات انتشارا في صناعة blockchain. يشير إلى قدرة الشبكة على الأداء بكفاءة تحت ضغط المعاملات المتزايدة بالإضافة إلى زيادة عقد blockchain. باعتبارها الشبكة الأولى ، تفتخر Bitcoin بملايين المستخدمين ، لكن هذا العدد كان يثقل كاهل الشبكة في السابق ، مما تسبب في زيادة رسوم المعاملات وبطء أوقات معالجة المعاملات. تعمل حسابات Schnorr على تكثيف المعاملات في أحجام (تخزين) أصغر ، وبالتالي تقليل مقدار المساحة التي تشغلها معاملة واحدة عند إضافتها إلى كتلة. بعد ذلك ، يمكن لعمال المناجم إضافة المزيد من المعاملات إلى قفل واحد وزيادة السرعة الإجمالية لمعالجة المعاملات على الشبكة. في المقابل ، سيتم تخفيض رسوم المعاملات على شبكة Bitcoin مع حل مشكلات التحجيم.

التوقيع المتعدد (تجميع التوقيع)

مع ECDSA، التوقيع الرقمي النموذجي ينطوي فقط على مفتاح عام واحد، لذلك عندما ينطوي التحويل على أطراف متعددة ومفاتيح متعددة، يتم إنشاء توقيعات متعددة، ما يعادل عدد المفاتيح المعنية. تتميز توقيعات Schnorr بميزة تعرف باسم الخطية، مما يجعل من الممكن دمج تحويل ينطوي على مفاتيح عامة متعددة (أطراف) لإنتاج توقيع رقمي واحد. يبدو أن هذه التحويلات التي تنطوي على أطراف متعددة مثل أي تحويل آخر. من وجهة نظر الخصوصية، هذا تحسين. في السابق، كانت التحويلات متعددة التوقيع تأخذ مساحة أكبر وكان من السهل التمييز بينها وبين التحويلات العادية ذات المفتاح الواحد. ولكن مع MuSig، تبدو جميع التحويلات على الشبكة متشابهة ولا يمكن التمييز بينها.

تمهيد الطريق للتحقق الجماعي على شبكة البيتكوين من خلال المعاملات ذات التوقيع المتعدد. وبشكل عادي، يتم التحقق من كل توقيع وكل معاملة بعد الآخر. وغالبًا ما يكون العملية مكلفة من حيث الوقت والموارد. نظرًا لأن المعاملات ذات التوقيع المتعدد تُنفذ من خلال تجميع جميع المفاتيح العامة المعنية، يمكن لعقد البيتكوين التحقق من التواقيع على شكل دفعات، مما يقلل من الوقت والطاقة الحوسبية المستخدمة للتحقق من معاملة واحدة فقط.

شنور والخصوصية

تقدم توقيعات Schnorr دعمًا كبيرًا للخصوصية داخل شبكة البيتكوين. أحد مزاياها الرئيسية هو القدرة على التحقق بكفاءة من عدة توقيعات في دفعة ودمجها في توقيع واحد. من خلال تقليل حجم المعاملات، تساعد توقيعات Schnorr في إخفاء عدد المشاركين في عملية متعددة التوقيع، مما يعزز الخصوصية والسرية في العمليات التجارية.

تزيد توقيعات Schnorr أيضًا من مقاومة بيتكوين للهجمات التي تستهدف التشويه. توقيعات Schnorr غير قابلة للتشويه، مما يعني أن طرفًا ثالثًا لا يمكنه تعديلها دون إبطال التوقيع. تحافظ هذه الخاصية على سلامة المعاملات، مما يعزز الخصوصية والأمان.

لماذا انتظر بيتكوين طويلاً لتنفيذ شنور؟

من المدهش أن تكون تواقيع Schnorr قد وجدت منذ الثمانينيات، عندما تم إنشاؤها بواسطةClaus Peter Schnorr, رياضي ومشفر ألماني. بعد اختراع نظام توقيع رقمي أبسط، قام ببراءة اختراعه، محددًا استخدام فكرته. ومع ذلك، انتهت صلاحية البراءة في عام 2008 ولم تُجَدَّد.

ومع ذلك، عند اختراع بيتكوين في عام 2009، ساتوشي ناكاموتواختار ECDSA, خيار أكثر تعقيدًا ولكنه مفتوح المصدر. تمت الموافقة على ECDSA في ذلك الوقت واستخدامها أكثر من توقيعات Schnorr، بسبب انتهاء صلاحية براءة اختراع الأخيرة حديثًا. علاوة على ذلك، كان ECDSA مدعومًا بواسطة OpenSSL، مكتبة تشفيرية على أساسها تم بناء كود Bitcoin.

لذلك، استمر بيتكوين في تنفيذ ECDSA كنظام توقيع رقمي لها دون حجج داخلية حتى عام 2014 عندما تم اقتراحه على منتدى Bitcoin Talk. قام المساهمون الأساسيون في Bitcoin Core Pieter Wuille، Jonas Nick، وTim Ruffing في النهاية بصياغة اقتراح لتحسين بيتكوين يسلط الضوء على كيفية تناسب توقيعات Schnorr في شبكة بيتكوين. تم وضع اقتراحهم لاحقًا تحت عنوان BIP 340 وتم تضمينه في ترقية Taproot لعام 2021.

استنتاج

سنور هو نظام توقيع متعدد الأطراف يتيح إتمام معاملات بيتكوين بأقل بيانات مقارنة بالنظام التقليدي للتوقيع (ECDSA). سنور لا يحسن فقط قابلية التوسع والخصوصية لاستخدام التوقيع المتعدد الأطراف، كما هو موضح سابقًا، ولكنه يتيح أيضًا تنفيذ BIPs أخرى، مما قد يمهد الطريق لتطويرات مستقبلية مثل العقود الذكية في بيتكوين.