خوارزمية SHA 256

تُعد SHA-256 دالة تجزئة تشفيرية تُستخدم على نطاق واسع في مجال البلوك تشين والعملات الرقمية، حيث تحول البيانات المُدخلة مهما كان طولها إلى مُلخّص ثابت بطول ٢٥٦ بت (٣٢ بايت). وتُعتبر هذه الخوارزمية عنصراً أساسياً في شبكة بيتكوين وفي العديد من شبكات البلوك تشين الأخرى، إذ توفر ضمانات أمنية جوهرية للتحقق من سلامة البيانات وآلية إثبات العمل في التعدين. وتبرز أهميتها في خصائصها التي تجمع بين الأمان العالي، والإخراج الحتمي، ومقاومة التلاعب، ما يجعلها جزءاً تقنياً لا غنى عنه في التواقيع الرقمية والتحقق من العمليات وآليات إجماع البلوك تشين.

الخلفية: منشأ SHA-256

تنتمي SHA-256 إلى عائلة SHA-2 (خوارزمية التجزئة الآمنة ٢)، وقد طورتها وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) ونشرتها رسمياً في عام ٢٠٠١ بواسطة المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) كمعيار فدرالي لمعالجة المعلومات (FIPS PUB 180-4). وتم تصميمها لمعالجة نقاط الضعف في خوارزمية SHA-1، وحققت انتشاراً واسعاً عقب ظهور بيتكوين في ٢٠٠٩.

في تاريخ تطور تقنية البلوك تشين، كان اختيار ساتوشي ناكاموتو لخوارزمية SHA-256 كخوارزمية تجزئة لبيتكوين قراراً محورياً أسهم في تأصيل أمن العملات الرقمية الحديثة. هذا القرار لم يضمن فقط سلامة العمليات، بل حدد أيضاً آلية إثبات العمل في التعدين، وجعل من SHA-256 واحدة من أكثر الخوارزميات التشفيرية شهرة في القطاع.

آلية العمل: كيفية أداء SHA-256

تعمل دالة التجزئة SHA-256 وفق خطوات أساسية تشمل:

١. تحضير البيانات: حشو الرسالة لتصبح مضاعفاً لـ ٥١٢ بت وإضافة معلومة الطول
٢. التهيئة: تعيين ٨ قيم ابتدائية (H0-H7) بطول ٣٢ بت لكل منها
٣. معالجة الرسالة: تقسيم الرسالة إلى كتل بحجم ٥١٢ بت، ومعالجة كل كتلة عبر ٦٤ دورة ضغط
٤. عمليات حسابية ثنائية: إجراء وظائف منطقية وتدوير وإضافات معيارية في كل جولة
٥. توليد التجزئة: إخراج قيمة تجزئة نهائية بحجم ٢٥٦ بت (٣٢ بايت) ممثلة بالنظام الست عشري

أما في تطبيقات البلوك تشين، فتتميز SHA-256 بالخصائص التالية:

١. دالة باتجاه واحد: يستحيل استرجاع البيانات الأصلية من قيمة التجزئة
٢. إخراج حتمي: نفس الإدخال يعطي دائماً نفس الإخراج
٣. تأثير الانهيار: التغيير الطفيف في الإدخال يؤدي إلى اختلاف كبير في الإخراج
٤. مقاومة التصادم: من شبه المستحيل وجود مدخلين مختلفين ينتجان نفس قيمة التجزئة

هذه المزايا تجعل SHA-256 الخيار الأمثل لآلية إثبات العمل في بيتكوين وسائر العملات الرقمية، إذ يبحث المعدنون عن قيم تجزئة تبدأ بعدد محدد من الأصفار في البداية، وذلك عبر محاولات متكررة، وهو ما يشكّل صميم صعوبة التعدين.

المخاطر والتحديات المرتبطة بـ SHA-256

رغم اعتبارها آمنة حالياً، تواجه SHA-256 بعض المخاطر والتحديات المحتملة:

١. تهديد الحوسبة الكمومية: تطور الحوسبة الكمومية نظرياً قد يعجّل الهجمات على SHA-256 ويضعف أمانها
٢. مركزية التعدين: ظهور أجهزة ASIC المخصصة للتعدين أدى إلى تركّز قوة التجزئة، مما أثر في لا مركزية الشبكة
٣. استهلاك الطاقة: آلية إثبات العمل عبر SHA-256 تتطلب طاقة كهربائية عالية، ما يثير تساؤلات حول الاستدامة البيئية
٤. متطلبات الأمان المستقبلية: مع تقدم القدرات الحسابية، قد يصبح الانتقال إلى خوارزميات تجزئة أكثر قوة أمراً ضرورياً
٥. قيود الأداء: حساب SHA-256 يستغرق وقتاً نسبياً، ما قد يحد من كفاءتها في سيناريوهات الأداء الفائق

وللتعامل مع هذه التحديات، بدأت مشاريع بلوك تشين حديثة باستكشاف خوارزميات تجزئة وآليات إجماع بديلة مثل إثبات الحصة (PoS) أو تحمل الخطأ البيزنطي العملي (PBFT)، لتقليل الاعتماد على إثبات العمل باستخدام SHA-256.

تظهر أهمية SHA-256 في موقعها المحوري كطبقة أمان أساسية للعملات الرقمية وتقنية البلوك تشين، فهي تضمن سلامة البيانات وعدم قابليتها للتغيير، وتحافظ على توافق الشبكة عبر آلية إثبات العمل. وبرغم الانتقادات المتعلقة بالكفاءة الحسابية واستهلاك الطاقة، فإن قوة SHA-256 التشفيرية وموثوقيتها تظل أساس أمن البلوك تشين الحالي. ومع تطور تقنيات التشفير، قد تظهر خوارزميات أكثر كفاءة أو أماناً، إلا أن مساهمة SHA-256 في تاريخ العملات الرقمية ستبقى حاضرة.