سازماندهی مجدد بلاکچین یکی از مفاهیم فنی و ریشه‌ای در دنیای ارزهای دیجیتال است. فناوری بلاکچین پیچیدگی‌های زیادی دارد که باعث ایجاد قابلیت‌ها و البته نقطه‌ضعف‌هایی شده است. شاید جالب باشد که بدانید ممکن است در یک شبکه بلاکچین به یکباره دو دستگی به وجود آید. در این حالت شبکه باید خیلی سریع یکپارچگی خود را مجدداً به دست آورد و محاسبات اشتباه را جبران کند. در این مقاله به بررسی سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین و راهکارهای شبکه‌ها برای حفظ یکپارچگی خواهیم پرداخت.
سازماندهی مجدد بلاکچین چیست؟
سازماندهی مجدد بلاکچین (chain reorganization) که به اختصار با عبارت reorg نمایش داده می‌شود، زمانی اتفاق می‌افتد که یک بلاک از زنجیره اصلی حذف شود تا فضایی برای زنجیره‌ای طولانی‌تر ایجاد شود.
فناوری بلاکچین قابلیت‌های زیادی دارد اما بدون محدودیت نیست. یکی از مهم‌ترین نقطه‌ضعف‌های بلاکچین تضاد بلاک (block conflict) است. این نقص زمانی رخ می‌دهد که دو بلاک به طور همزمان ایجاد می‌شوند. نتیجه این اتفاق بروز یک فورک در بلاکچین خواهد بود.
در حال حاضر از قانون طولانی‌ترین زنجیره (LCR) برای حل این تعارض استفاده می‌کنند. طبق این قانون اگر چندین بلاک ایجاد شود، فقط طولانی‌ترین زنجیره اعتبار خواهد داشت. در نتیجه تمام نودها ملزم به رعایت پروتکلی هستند که گسترده‌ترین زنجیره را معیار قرار می‌دهد. از آنجایی که تراکنش‌های ایجادشده در سمت اشتباه فورک باید وارد بلاک‌های جدید شوند، یک چرخه سازماندهی مجدد بلاکچین آغاز می‌گردد. نتیجه این اتفاق تأخیر در پردازش تراکنش‌های منتقل‌شده خواهد بود.
سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین ممکن است در شبکه‌های مشهور و بزرگی مثل بیت کوین و اتریوم هم اتفاق بیفتد. در این حالت دو نودی که بلاک‌های جدید را ایجاد کرده‌اند داده‌های خود از دفتر کل توزیع را به‌روز می‌کنند. اگر این اتفاق رخ دهد، نودی که زنجیره کوتاه‌تری را تولید کرده است، باید عملیات reorg را انجام دهد. بازیابی زنجیره‌ای (Chain rearrangement) تضمین می‌کند تمام نودهای شبکه یک کپی کامل از داده‌های دفتر کل توزیع در اختیار دارند.
سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین چگونه انجام می‌شود؟
حمله سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین به یک تقسیم آنچین اشاره دارد که طبق آن نودها با وجود ادامه یافتن زنجیره قدیمی، بلاک‌هایی را از یک زنجیره جدید دریافت می‌کنند.
در اواخر می ۲۰۲۲ زنجیره Ethereum Beacon دچار یک سازماندهی مجدد بلاکچین شد. نتیجه این اتفاق ایجاد یک بحران امنیتی به نام chain organization بود. به علت این اتفاق روند فعالیت اعتبارسنج‌های لایه دوم اتریوم (Eth2) دچار اختلال شد. این حمله سازماندهی مجدد هفت بلاکی نام گرفت.
سازماندهی مجدد هفت بلاکی (Seven-block reorganization) به حملاتی گفته می‌شود که در آن قبل از مشخص شدن خطای شبکه، هفت بلاک به فورک ایجادشده اضافه می‌شود. سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین زمانی رخ خواهد داد که برخی نودهای اعتبارسنج سریع‌تر از دیگر نودها عمل کنند. در طول این حمله نودهای سریع‌تر نمی‌توانند توافق کنند که کدام بلاک باید پردازش شود. بنابراین به روند اضافه کردن بلاک‌های جدید به زنجیره ادامه می‌دهند. در نهایت نودهای سریع با ایجاد بلاک بعدی، زنجیره کوتاه‌تر را ترک خواهند کرد.
برای مثال ماینرهای x و y ممکن است هر دو یک بلاک را به طور همزمان استخراج کنند اما به دلیل نحوه تقسیم بلاک‌ها در شبکه همتا به همتا (peer to peer) تعدادی از نودهای شبکه، بلاک x و تعدادی دیگر بلاک y را در ابتدا مشاهده می‌کنند.
اگر دو بلاک دارای سختی شبکه برابری باشند، یک دوراهی در شبکه ایجاد می‌شود و کاربران می‌توانند به صورت تصادفی یک بلاک را انتخاب کنند. زمانی که ماینر سوم (z)، بلاکی را پس از بلاک x یا y استخراج می‌کند، معمولاً دوراهی از بین می‌رود و بلاک دیگر به فراموشی سپرده می‌شود. اینجا است که chain reorganization رخ می‌دهد.
در مثال سازماندهی مجدد زنجیره در شبکه Beacon اتریوم، نودهای جدید ۱۲ ثانیه سریع‌تر از اعتبارسنج‌های بلاک 3,887,074 عمل کردند. عملیات reorg در زنجیره اتریوم زمانی اتفاق می‌افتد که ماینرها سریع‌تر از اعتبارسنج‌ها بلاک‌های جدید را ایجاد می‌کنند. در نتیجه اعتبارسنج‌ها در انتخاب بلاک بعدی دچار تردید می‌شوند.
پرستون ون لون (Preston Van Loon)، یکی از توسعه‌دهنده‌های اصلی اتریوم، اظهار کرد که سازماندهی مجدد بلاکچین اتریوم به دلیل استقرار فورک Proposer Boost است که هنوز به طور کامل در شبکه منتشر نشده است. او همچنین اعلام کرد chain reorganization یک تقسیم‌بندی غیرقابل پیش‌بینی از نرم‌افزار به‌روزشده کلاینت شبکه است و نه نشانه‌ای از انتخاب فورک اشتباه.
چگونه یک بلاکچین همبستگی خود را حفظ می‌کند؟
نانس (nonce) هش رمزنگاری را زمانی که اولین بلاک زنجیره تشکیل می‌شود، تولید می‌کند. تا زمانی که بلاک جدید استخراج نشده باشد، داده موجود در بلاک‌های قدیمی در حالت امضاشده قرار خواهند داشت و به طور برگشت‌ناپذیر با نانس و تابع هش هماهنگ می‌شوند. یک هدر و چندین تراکنش در هر بلاک گنجانده شده است. در نهاست یک خروجی هش با تعداد مشخصی از تراکنش‌های یک بلاک تولید و به هدر بلاک اضافه خواهد شد.
پس از تولید اولین بلاک معتبر، هر بلاک جدید باید به خروجی هش هدر بلاک قدیمی دسترسی داشته باشد. بدین ترتیب بلاک‌های جدید با استفاده از هدر بلاک قبلی به زنجیره شبکه متصل می‌شوند و با بلاک‌های پیشین پیوند برقرار می‌کنند. نتیجه این اتفاق ایجاد یک زنجیره داده (data chain) از بلاک‌های مختلف است.
تأثیر سازماندهی مجدد زنجیره چیست؟
سازماندهی مجدد بلاکچین هزینه‌های نودها را افزایش می‌دهد، کاربران را به زحمت می‌اندازد و باعث ایجاد خسارت‌های مالی در تراکنش‌های غیرمتمرکز می‌شود. به علاوه امکان حمله ۵۱ درصد نیز افزایش پیدا می‌کند.
با توجه به اینکه یک فورک جدید در شبکه ایجاد می‌شود، به‌روزرسانی‌ها نیاز به حافظه و توان عملیاتی دارند. در نتیجه هزینه‌های فنی شبکه بیشتر می‌شود. از طرفی برخی تراکنش‌ها باید مجدداً ثبت شوند. بنابراین برخی کاربران باید مدت بیشتری را در انتظار تأیید تراکنش‌ها سپری کنند. بروز چنین اتفاقاتی باعث ایجاد اختلال و بی‌نظمی در شبکه‌ها و به تبع آن صرافی‌های رمزارزی می‌شود.
سازماندهی مجدد بلاکچین احتمال شکست تراکنش‌های دیفای (DeFi) را به علت بروز خطای انسانی افزایش می‌دهد. نتیجه این اتفاق بازدهی کمتر معاملات رمزارزی خواهد بود. در زمان سازماندهی مجدد بلاکچین، هکرها و مهاجمان سایبری می‌توانند با در اختیار گرفتن کنترل چندین بلاک، یک حمله ۵۱ درصدی را شکل دهند. در حالت عادی مهاجمان باید بلاک‌های زیادی را تحت سلطه خود داشته باشند اما سازماندهی مجدد یک فرصت عالی برای این مجرمان است. هر چه reorg بیشتر اتفاق بیفتد، کار هکرها آسان‌تر خواهد شد.
سازماندهی مجدد، نقطه‌ضعف بلاکچین‌های PoS
بلاکچین‌هایی که با الگوریتم اثبات سهام (PoS) فعال هستند، نسبت به بلاکچین‌های اثبات کار (PoW)، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. با این حال بلاکچین‌های اثبات سهام هم معایبی دارند. یکی از مهم‌ترین نقطه‌ضعف‌های این بلاکچین‌ها ایجاد هزینه‌ها و ریسک بیشتر در زمان سازماندهی مجدد زنجیره است.
در ابتدا استقبال گسترده‌ای از شبکه‌های PoS صورت گرفت. هر کاربری با سرمایه اندک می‌توانست وارد فرآیند اعتبارسنجی شبکه شود. از طرفی فعالیت در این شبکه‌ها نیاز به سخت‌افزارهای پردازشی خاصی نداشت. این اتفاق یک گام مثبت در جهت تمرکززدایی محسوب می‌شود. این در حالی است که بلاکچین‌های اثبات کار به سمت تمرکزگرایی حرکت می‌کنند؛ زیرا خرید تجهیزات و استفاده از آن پردردسر و گران شده است و روزبه‌روز شانس افراد عادی برای ورود به این شبکه‌ها کمتر می‌شود.
حالا مشخص شده که شبکه‌های اثبات سهام مشکلاتی در زمینه سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین دارند. اعتبارسنج‌های این شبکه‌ها هیچ سرمایه خاصی را صرف عملیات استخراج نمی‌کنند. به همین علت تضمینی از بابت تعهد به تاریخچه بلاکچین وجود ندارد. در طرف مقابل ماینرهای اثبات کار مبالغ سنگینی را صرف خرید دستگاه‌های استخراج کرده‌اند و به همین دلیل به تاریخچه شبکه و زنجیره اصلی وفادار خواهند ماند.
خلاصه مطلب
سازماندهی مجدد بلاکچین به فرآیندی گفته می‌شود که از ایجاد فورک در اثر استخراج یک بلاک توسط دو ماینر به صورت همزمان جلوگیری می‌کند. در این حالت زنجیره بلندتر به عنوان معیار استخراج در نظر گرفته می‌شود و زنجیره کوتاه‌تر حذف می‌شود. سازماندهی مجدد زنجیره در بلاکچین باعث حفظ یکپارچگی شبکه می‌شود اما هزینه‌های فنی، عملیاتی و امنیتی زیادی دارد. بلاکچین‌هایی که از الگوریتم PoS استفاده می‌کنند، ضعف بیشتری در مقابل این مشکل خواهند داشت.