آموزش ساخت بلاکچین، چگونه شبکه Blockchain بسازیم؟

ساخت بلاکچین شاید کار پیچیده‌ای به نظر برسد، اما با شناخت بخش‌های اصلی این فناوری و کمی برنامه‌نویسی می‌توانید یک شبکه آزمایشی ایجاد کنید. برای این کار باید بدانیم بلاک‌ها چطور ساخته می‌شوند، تراکنش‌ها چطور ثبت می‌شوند و اعضای شبکه چطور اطلاعات را تایید می‌کنند. البته ساخت یک بلاکچین ساده با راه‌اندازی شبکه‌ای امن و قابل‌استفاده در دنیای واقعی فرق دارد. در این مقاله، مراحل ساخت یک بلاکچین ساده را با استفاده از پایتون بررسی می‌کنیم و توضیح می‌دهیم که برای راه‌اندازی یک شبکه واقعی به چه ابزارها، زیرساخت‌ها و امکاناتی نیاز دارید.

پیش‌نیازهای ساخت بلاکچین چیست؟

بلاکچین یک نوع دفتر کل توزیع‌شده است که اطلاعات را در مجموعه‌ای از بلاک‌های مرتبط نگهداری می‌کند. هر بلاک معمولاً شامل اطلاعات تراکنش‌ها، زمان ثبت، هش بلاک قبلی و داده‌های اعتبارسنجی می‌شود. هش خروجی یک تابع رمزنگاری است که اطلاعات را به رشته‌ای با طول ثابت تبدیل می‌کند. حتی تغییر کوچکی در داده‌های ورودی معمولاً باعث ایجاد هشی کاملاً متفاوت می‌شود.

در شبکه بلاکچین، رایانه‌هایی به اسم نود (Node) وظیفه نگهداری یا بررسی اطلاعات را بر عهده دارند. سازوکار اجماع هم مشخص می‌کند که اعضای شبکه چطور درباره وضعیت معتبر زنجیره توافق کنند. برای ساخت بلاکچین به ابزارها و دانش زیر نیاز دارید:

همچنین باید نوع بلاکچین را انتخاب کنید. شبکه عمومی مشارکت آزاد را امکان‌پذیر می‌کند، اما در شبکه خصوصی یا مجوزدار، دسترسی اعضا محدود است. شبکه ترکیبی هم می‌تواند ویژگی‌های هر دو ساختار را داشته باشد.

آموزش ساخت بلاکچین با پایتون

یکی از روش‌های یادگیری بلاکچین، ساخت یک شبکه ساده با پایتون است. در این پروژه اول زنجیره بلاک‌ها را ایجاد می‌کنیم و بعد قابلیت ثبت تراکنش، محاسبه هش و اضافه کردن بلاک جدید را به آن اضافه می‌کنیم.

مرحله اول: نصب ابزارهای موردنیاز

اول پایتون و VS Code را نصب کنید. بعد پوشه پروژه را بسازید و با دستورهای زیر محیط مجازی ایجاد کنید:

python3 -m venv .venv

source .venv/bin/activate

pip install flask requests

دستور فعال‌سازی مربوط به لینوکس و macOS است. در ویندوز باید از دستور مناسب ترمینال استفاده کنید. Flask برای ایجاد API و ارتباط کاربران با برنامه کاربرد دارد.

مرحله دوم: ایجاد ساختار بلاکچین

فایلی به اسم blockchain.py ایجاد کنید. در این فایل، کلاسی به نام Blockchain تعریف می‌شود که بلاک‌ها و تراکنش‌ها را مدیریت می‌کند. هر بلاک از چند بخش تشکیل می‌شود:

اول فهرستی برای نگهداری بلاک‌ها و فهرست دیگری برای تراکنش‌های در انتظار ایجاد کنید. بعد اولین بلاک را بسازید که Genesis Block نام دارد. این بلاک نقطه شروع زنجیره است و معمولاً مقادیر اولیه مشخصی دارد.

مرحله سوم: محاسبه هش و ثبت تراکنش

در مرحله بعد باید تابعی برای محاسبه هش بلاک تعریف کنید. الگوریتم SHA-256 یکی از گزینه‌های رایج برای این کار است.

این تابع اطلاعات بلاک را به قالبی مشخص تبدیل می‌کند و هش آن را محاسبه می‌کند. بعد باید تابع ثبت تراکنش را ایجاد کنید. هر تراکنش آزمایشی می‌تواند شامل آدرس فرستنده، گیرنده و مقدار انتقال باشد. تراکنش اول در فهرست انتظار قرار می‌گیرد و موقع ساخت بلاک جدید به زنجیره اضافه می‌شود. البته این نمونه هنوز موجودی حساب‌ها یا اعتبار امضای دیجیتال را بررسی نمی‌کند.

مرحله چهارم: پیاده‌سازی اثبات کار

برای ساخت بلاک جدید می‌توان از نسخه ساده الگوریتم اثبات کار استفاده کرد. در این روش، برنامه مقدارهای مختلفی را آزمایش می‌کند تا هشی با شرایط مشخص پیدا شود.

برای مثال، می‌توان تعیین کرد که هش باید با چهار صفر آغاز شود. برنامه تا یافتن مقدار مناسب، محاسبات را تکرار می‌کند.

بعد از پیدا شدن پاسخ، بلاک جدید ساخته می‌شود و به زنجیره اضافه خواهد شد. این روش برای آموزش مناسب است، اما الگوریتم‌های شبکه‌های واقعی پیچیدگی بیشتری دارند.

مرحله پنجم: ایجاد API و اجرای شبکه

در فایلی به نام main.py با استفاده از Flask سه مسیر تعریف کنید:

• /transactions/new برای ثبت تراکنش جدید

• /mine برای اجرای فرایند ساخت بلاک

• /chain برای مشاهده زنجیره

بعد برنامه را اجرا کنید:

python3 main.py

اگر سرور روی پورت ۵۰۰۰ اجرا شود، با مراجعه به آدرس http://127.0.0.1:5000/chain می‌توانید اطلاعات بلاک‌ها را مشاهده کنید. برای آزمایش، یک تراکنش با درخواست POST ثبت کنید و بعد مسیر ساخت بلاک را اجرا کنید. 

چگونه یک شبکه بلاکچین واقعی راه‌اندازی کنیم؟

ساخت بلاک‌ها با پایتون تنها مرحله ابتدایی است. برای ایجاد شبکه‌ای که چند کاربر یا سازمان بتوانند به آن متصل شوند، باید ارتباط نودها، مدیریت هویت، اعتبارسنجی و هماهنگی اطلاعات هم پیاده‌سازی شود.

اول هدف پروژه را مشخص کنید. کاربردهای بلاکچین در پرداخت، ثبت مالکیت، مدیریت هویت و زنجیره تأمین متفاوت هستند و هر پروژه به معماری خاصی نیاز دارد.

یکی از ابزارهای توسعه شبکه‌های سازمانی، Hyperledger Fabric است. این چارچوب متن‌باز امکان ایجاد بلاکچین‌های مجوزدار را فراهم می‌کند و می‌توان دسترسی اعضا را براساس نقش آن‌ها تنظیم کرد. مراحل راه‌اندازی شبکه واقعی عبارت‌اند از:

استفاده از چارچوب‌های آماده معمولاً ساده‌تر از برنامه‌نویسی تمام اجزای شبکه از صفر است.

هزینه‌ها و چالش‌های ساخت بلاکچین

هزینه ساخت بلاکچین به نوع شبکه، تعداد نودها، پیچیدگی قراردادهای هوشمند و امکانات امنیتی بستگی دارد. یک نمونه آموزشی را می‌توان با ابزارهای رایگان ساخت، اما توسعه شبکه تجاری به زیرساخت و تخصص بیشتری نیاز دارد.

مهم‌ترین چالش‌ها شامل امنیت، مقیاس‌پذیری، مدیریت کلیدهای خصوصی، هزینه نگهداری و هماهنگی اعضای شبکه هستند. همچنین ساخت بلاکچین لزوماً به معنی ساخت ارز دیجیتال نیست؛ توسعه توکن و طراحی آن مراحل جداگانه‌ای دارند.

برای درک کاربردهای بلاکچین در بازار کریپتو می‌توان نحوه ثبت و تایید تراکنش‌های BTC و بقیه رمزارزها را بررسی کرد. برای مثال، کاربران موقع انتقال رمزارز از کیف پول شخصی به صرافی ارز دیجیتالی مثل نوبیتکس، با مفاهیمی مثل آدرس شبکه، کارمزد انتقال و تأیید تراکنش آشنا می‌شوند. 

قبل از اجرای پروژه هم باید بررسی کرد که آیا بلاکچین نسبت به پایگاه داده معمولی مزیت مشخصی دارد یا خیر.

ساخت بلاکچین با شناخت بلاک‌ها، توابع هش، تراکنش‌ها و سازوکار اجماع شروع می‌شود. پایتون و Flask ابزارهای مناسبی برای ایجاد یک شبکه آموزشی هستند و امکان ثبت تراکنش، محاسبه هش و ساخت بلاک را فراهم می‌کنند. با این حال این برنامه‌ها به‌تنهایی شبکه‌ای غیرمتمرکز و امن ایجاد نمی‌کنند.

برای راه‌اندازی بلاکچین واقعی باید ارتباط نودها، اعتبارسنجی تراکنش‌ها، مدیریت هویت و امنیت شبکه هم پیاده‌سازی شود. چارچوب‌هایی مثل Hyperledger Fabric می‌توانند توسعه شبکه‌های سازمانی را راحت‌تر کنند. در نهایت، روش ساخت بلاکچین باید براساس هدف پروژه، هزینه‌ها و مزیت آن نسبت به راهکارهای موجود مشخص شود.