امضای اشنور (Schnorr Signature) چیست؟ راهنمای جامع نحوه عملکرد و تاثیر در شبکه بیت کوین

وقتی قصد دارید یک تراکنش چندامضایی (Multisig) انجام دهید یا دارایی خود را از طریق یک قرارداد هوشمند منتقل کنید، سیستم‌های قدیمی تک‌تک امضاهای دخیل در تراکنش را به‌طور مجزا روی شبکه ثبت می‌کنند. این فرآیند به معنای اشغال فضای بیشتر در بلاک‌ها و در نتیجه، پرداخت کارمزدهای سنگین‌تر توسط شماست. از طرف دیگر، ثبت جداگانه امضاها باعث می‌شود هر کسی در شبکه بتواند ببیند دقیقا چه کسانی این تراکنش را تایید کرده‌اند؛ موضوعی که حریم خصوصی مالی شما را به‌راحتی نقض می‌کند. در این مقاله، مکانیزم دقیق امضای اشنور را بررسی می‌کنیم تا ببینیم این فناوری چگونه با قابلیت «تجمیع کلیدها» مشکل کارمزدهای بالا و حفظ حریم خصوصی را حل کرده است و چرا شبکه بیت کوین برای موفقیت آپدیت تپروت به آن نیاز حیاتی داشت.

پیش‌نیاز یادگیری: امضای دیجیتال در بلاک چین

برای درک فناوری جدید و جذابی مانند امضای اشنور، ابتدا باید قدمی به عقب برداریم و به فونداسیون یا پایه‌ی اصلی شبکه‌های رمزارزی نگاهی بیندازیم. در دنیای بلاک چین، هیچ بانک یا مدیر مرکزی وجود ندارد که هویت شما را تایید کند. پس چگونه شبکه متوجه می‌شود که شما واقعا صاحب یک بیت کوین هستید و حق دارید آن را خرج کنید؟ پاسخ این سوال در مفهومی به نام امضای دیجیتال نهفته است.

امضای دیجیتال دقیقا چه کاری در تراکنش‌های رمزارزی انجام می‌دهد؟

بیایید با یک مثال ساده شروع کنیم. در سیستم بانکی سنتی، وقتی شما یک چک را صادر می‌کنید، در پایین آن یک امضای فیزیکی می‌زنید. کارمند بانک با تطبیق دادن این امضا با نمونه امضای ثبت‌شده‌ی شما، مطمئن می‌شود که چک معتبر است. امضای دیجیتال دقیقا همین کار را در دنیای رمزارزها انجام می‌دهد، با این تفاوت که به جای جوهر و کاغذ، از علم رمزنگاری (دانش ایمن‌سازی اطلاعات از طریق فرمول‌های ریاضی) استفاده می‌کند.

در سیستم‌های مبتنی بر بلاک چین، هر کاربر دارای دو کلید ریاضی مرتبط به هم است: کلید خصوصی (رمز عبور فوق‌محرمانه‌ی شما که برای دسترسی به دارایی‌ها استفاده می‌شود) و کلید عمومی (مانند شماره حساب بانکی شما که دیگران برای واریز وجه به آن نیاز دارند). زمانی که می‌خواهید مقداری رمزارز برای شخص دیگری بفرستید، با استفاده از کلید خصوصی خود، یک فرمول ریاضی می‌سازید که به تراکنش شما متصل می‌شود. این همان امضای دیجیتال شماست.

به طور کلی، امضای دیجیتال سه وظیفه‌ی بسیار مهم را بر عهده دارد:

• اثبات مالکیت: به شبکه‌ی بلاک چین ثابت می‌کند که شما صاحب واقعی کلید خصوصی هستید، بدون اینکه نیاز باشد خود کلید خصوصی را به کسی نشان دهید.
• جلوگیری از دستکاری: امضای دیجیتال مانند یک مهروموم محکم روی پاکت نامه‌ی شماست. اگر شخصی در مسیر انتقال، حتی یک صفر به مبلغ تراکنش شما اضافه کند، این مهروموم می‌شکند و شبکه بلافاصله تراکنش را باطل می‌کند.
• غیرقابل انکار بودن: وقتی تراکنشی را با کلید خصوصی خود امضا می‌کنید، دیگر نمی‌توانید در آینده ادعا کنید که من این تراکنش را انجام نداده‌ام؛ زیرا آن امضا فقط و فقط توسط کلید خصوصی شخص شما قابل تولید است.

چرا شبکه‌های بلاک چینی به ارتقای سیستم‌های امضا نیاز دارند؟

با توجه به توضیحات بالا، شاید این سوال برایتان پیش بیاید که اگر امضاهای دیجیتال فعلی تا این حد عالی کار می‌کنند، چرا باید به دنبال ارتقای آن‌ها باشیم؟ واقعیت این است که سیستم‌های سنتی مانند الگوریتم ECDSA (سیستم امضای استانداردی که شبکه بیت کوین از روز اول برای تایید تراکنش‌ها از آن استفاده می‌کرد) با وجود امنیت بالا، بی‌نقص نیستند و با گذشت زمان، نقاط ضعف آن‌ها برای شبکه‌های شلوغ نمایان شده است.

برای درک این نیاز، بیایید به محدودیت‌های سیستم‌های فعلی نگاهی بیندازیم:

• اشغال فضای زیاد در بلاک‌ها: در شبکه‌ی بیت کوین، هر بلاک فضای ذخیره‌سازی محدودی دارد. وقتی شما از یک کیف پول چند امضایی (حسابی که برای انجام تراکنش به تایید همزمان چند نفر نیاز دارد) استفاده می‌کنید، سیستم سنتی مجبور است امضای هر فرد را جداگانه در بلاک ثبت کند. این کار فضای بسیار زیادی را اشغال می‌کند و باعث می‌شود ظرفیت شبکه‌ی ما سریع‌تر پر شود.
• افزایش کارمزدها: در دنیای بلاک چین، شما بر اساس حجم داده‌های تراکنش خود کارمزد پرداخت می‌کنید. ثبت جداگانه‌ی چندین امضا در سیستم‌های قدیمی به معنای حجم بالاتر فایل تراکنش و در نتیجه، پرداخت هزینه‌ی بیشتر توسط شماست.
• کندی در تایید تراکنش‌ها: نودها (کامپیوترهای داوطلب و متصل به شبکه که وظیفه‌ی بررسی و تایید تراکنش‌ها را بر عهده دارند) در سیستم‌های قدیمی مجبورند هر امضا را یکی‌یکی و به صورت خطی بررسی کنند. وقتی ترافیک شبکه بالا می‌رود، این بررسی‌های تک‌به‌تک به یک گلوگاه تبدیل شده و سرعت شبکه را به شدت پایین می‌آورند.
• ضعف در حریم خصوصی: یکی از بزرگترین مشکلات سیستم‌های گذشته این است که هر کسی با نگاه کردن به تاریخچه‌ی شبکه می‌تواند متوجه شود که یک تراکنش خاص، از نوع چند امضایی بوده و دقیقا چه کسانی آن را امضا کرده‌اند. این شفافیت بیش از حد، برای سازمان‌ها و افرادی که به حریم خصوصی مالی نیاز دارند، یک نقطه‌ی ضعف بزرگ محسوب می‌شود.

همین مشکلات و محدودیت‌ها باعث شد تا توسعه‌دهندگان به فکر یک راهکار بهینه‌تر بیفتند؛ راهکاری که بتواند حجم داده‌ها را کاهش دهد، حریم خصوصی را حفظ کند و سرعت را بالا ببرد. این دقیقا همان نقطه‌ای است که فناوری پیشرفته‌ای به نام امضای اشنور برای حل این چالش‌ها وارد میدان می‌شود.

امضای اشنور - Schnorr Signature چیست؟

اکنون که با نقش حیاتی امضاهای دیجیتال آشنا شدیم، زمان آن رسیده است که به سراغ ستاره‌ی اصلی این مقاله یعنی امضای اشنور برویم. این فناوری به ظاهر پیچیده، در واقع یک راهکار ریاضی بسیار ظریف و هوشمندانه برای حل مشکلات سیستم‌های قدیمی است.

آشنایی با مفهوم امضای اشنور به زبان ساده

امضای اشنور یک روش پیشرفته و بسیار کارآمد برای تولید امضای دیجیتال است که به دلیل سادگی، امنیت بالا و سرعت فوق‌العاده‌اش در دنیای رمزنگاری تحسین می‌شود. برای درک بهتر این مفهوم، بیایید از یک مثال روزمره استفاده کنیم.

فرض کنید شما و سه نفر از اعضای خانواده‌تان یک حساب بانکی مشترک دارید و قانون حساب این است که برای برداشت پول، به امضای هر چهار نفر روی برگه‌ی درخواست نیاز است. در سیستم‌های سنتی (مانند الگوریتم‌های قدیمی بلاک چین)، بانک یک فرم چهار صفحه‌ای به شما می‌دهد و هر فرد باید در یک صفحه‌ی جداگانه امضای خود را ثبت کند. کارمند بانک هم مجبور است هر چهار امضا را تک‌به‌تک با سیستم چک کند. این کار هم کاغذ زیادی مصرف می‌کند و هم زمان‌بر است.

اما امضای اشنور مانند یک مهر جادویی عمل می‌کند. این سیستم به شما اجازه می‌دهد که امضای دیجیتال هر چهار نفر را در خارج از دید کارمند بانک باهم ترکیب کرده و تنها یک امضای واحد و نهایی روی یک تکه کاغذ کوچک تولید کنید. وقتی این امضای ترکیبی به شبکه‌ی بلاک چین ارسال می‌شود، شبکه با یک بار نگاه کردن به آن متوجه می‌شود که هر چهار نفر با این تراکنش موافق بوده‌اند.

این سیستم مزایای بسیار جالبی خلق می‌کند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• تولید یک امضای واحد: فرقی نمی‌کند یک نفر تراکنش را تایید کرده باشد یا صد نفر؛ در نهایت فقط یک امضا به شبکه ارسال می‌شود.
• کاهش حجم اطلاعات: چون فقط یک امضا ثبت می‌شود، فایل تراکنش جای بسیار کمتری در شبکه‌ی ما می‌گیرد.
• حفظ حریم خصوصی: هیچ‌کس در شبکه‌ی بلاک چین نمی‌تواند تشخیص دهد که این امضای واحد، کار یک نفر بوده یا ترکیبی از امضای چندین نفر است.

تاریخچه کوتاه از کلاوس اشنور و دلیل تاخیر در استفاده از این فناوری (پایان حق اختراع یا Patent)

شاید برای شما هم این سوال منطقی پیش آمده باشد که اگر امضای اشنور تا این حد قدرتمند و کارآمد است، چرا ساتوشی ناکاموتو (خالق ناشناس بیت کوین) از همان روز اول در سال 2008 از آن استفاده نکرد و به سراغ سیستم‌های ضعیف‌تر رفت؟ داستان این تاخیر طولانی، ریشه در قوانین کپی‌رایت دارد.

الگوریتم اشنور در سال 1989 توسط یک ریاضیدان و رمزنگار برجسته‌ی آلمانی به نام کلاوس اشنور (Claus Schnorr) اختراع شد. او پس از این اختراع مهم، تصمیم گرفت آن را به عنوان یک حق اختراع یا Patent (سندی قانونی که حق انحصاری استفاده و درآمدزایی از یک اختراع را برای مدت معینی به مخترع می‌دهد) ثبت کند. این یعنی هیچ‌کس در دنیا نمی‌توانست بدون اجازه‌ی رسمی کلاوس اشنور و پرداخت هزینه‌ی لایسنس، از این فرمول ریاضی در نرم‌افزارهای خود استفاده کند.

زمانی که شبکه‌ی بیت کوین در حال طراحی و برنامه‌نویسی بود، حق اختراع اشنور به تازگی در حال انقضا بود. از آنجایی که این فناوری برای سال‌ها در انحصار بود، هنوز به عنوان یک استاندارد عمومی و متن‌باز (نرم‌افزاری که کدهای آن رایگان است و برای استفاده در دسترس همه قرار دارد) در بین برنامه‌نویسان آزمایش و بررسی نشده بود.

به همین دلیل، ساتوشی ناکاموتو تصمیم گرفت ریسک نکند و از الگوریتم جایگزینی به نام الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) استفاده کند. الگوریتم جایگزین هم کاملا رایگان بود و هم به طور گسترده در سیستم‌های امنیتی آن زمان تست شده بود. سال‌ها طول کشید تا پس از پایان یافتن محدودیت‌های قانونی حق اختراع کلاوس اشنور، متخصصان دنیای رمزارز بتوانند این الگوریتم را بهینه‌سازی کرده و در نهایت، آن را به عنوان یک ارتقای بزرگ و انقلابی به شبکه‌های غیرمتمرکز معرفی کنند.

امضای اشنور چگونه کار می‌کند؟ (بررسی مکانیزم‌ها)

حالا که با کلیات امضای اشنور آشنا شدیم، وقت آن است که آستین‌ها را بالا بزنیم و نگاهی به موتورخانه‌ی این فناوری بیندازیم. شاید در نگاه اول، کلمات تخصصی این بخش کمی ترسناک به نظر برسند، اما به هیچ وجه جای نگرانی نیست؛ ما قرار است این مکانیزم‌های پیچیده را به ساده‌ترین شکل ممکن و با مثال‌های روزمره با هم بررسی کنیم تا دقیقا متوجه شوید این سیستم چگونه کار می‌کند.

مفهوم تجمیع کلیدها - Key Aggregation در امضای اشنور

یکی از جذاب‌ترین و مهم‌ترین ویژگی‌های امضای اشنور، قابلیتی به نام تجمیع کلیدها است. برای درک این ویژگی، یک گاوصندوق بزرگ را تصور کنید که سه قفل مجزا دارد و سه شریک تجاری هر کدام کلید یکی از این قفل‌ها را در دست دارند. در سیستم‌های قدیمی، برای باز کردن این گاوصندوق، هر سه نفر باید کلیدهای خود را یکی‌یکی وارد قفل‌ها می‌کردند و سیستم باید هر سه قفل را جداگانه بررسی می‌کرد.

اما تجمیع کلیدها در شبکه‌ی رمزارزها کار بسیار هوشمندانه‌تری انجام می‌دهد. این فناوری به شرکا اجازه می‌دهد که کلیدهای عمومی (همان شماره حساب‌های آشکار در شبکه) و امضاهای خود را در پس‌زمینه با هم ترکیب کنند و در نهایت یک امضای واحد و یک کلید عمومی جدید بسازند. به زبان ساده، سیستم اشنور چندین امضا را می‌گیرد، آن‌ها را با هم جمع می‌کند و در نهایت فقط یک امضا را به شبکه‌ی بلاک چین تحویل می‌دهد.

این کار سه فایده‌ی بسیار مهم برای ما دارد:

• کاهش چشمگیر کارمزد: چون به جای ثبت مثلا ده امضا، فقط یک امضا ثبت می‌شود، حجم فایل تراکنش شما پایین می‌آید و در نتیجه هزینه‌ی بسیار کمتری به شبکه می‌پردازید.
• پنهان کردن هویت شرکا: شبکه فقط یک امضای نهایی را می‌بیند و هرگز متوجه نمی‌شود که این تراکنش توسط یک نفر انجام شده یا پنج نفر آن را تایید کرده‌اند.
• صرفه‌جویی در فضای بلاک: داده‌های کمتری در بلاک‌های شبکه‌ی ما ذخیره می‌شود و شبکه می‌تواند سبک‌تر و روان‌تر به کار خود ادامه دهد.

خاصیت خطی بودن Linearity در رمزنگاری به چه معناست؟

شاید بپرسید که سیستم اصلا چگونه می‌تواند چند امضای مختلف را با هم ترکیب کند؟ پاسخ این سوال در یک ویژگی جالب ریاضی به نام خاصیت خطی بودن نهفته است. در علم رمزنگاری (دانش تامین امنیت اطلاعات از طریق فرمول‌های پیچیده‌ی ریاضی)، خطی بودن به این معناست که شما می‌توانید عملیات ریاضی را روی داده‌ها انجام دهید و نتیجه‌ی نهایی همچنان ساختاری معتبر و منطقی داشته باشد.

بیایید این مفهوم را با ترکیب رنگ‌ها در دنیای واقعی مقایسه کنیم. اگر شما رنگ زرد و آبی را با هم ترکیب کنید، رنگ جدیدی به نام سبز به دست می‌آورید. رنگ سبز خودش یک رنگ کاملا مستقل و زیباست، اما در دل خود ویژگی‌های رنگ زرد و آبی را پنهان کرده است.

در امضای اشنور هم دقیقا همین اتفاق می‌افتد. وقتی چند کاربر امضاهای خود را با هم جمع (ترکیب) می‌کنند، یک امضای کاملا جدید تولید می‌شود. به لطف خاصیت خطی بودن، این امضای جدید برای سیستم کاملا معتبر و قابل خواندن است. در حالی که در سیستم‌های قدیمی، اگر دو امضا را با هم ترکیب می‌کردید، نتیجه‌ی کار چیزی شبیه به یک فایل خراب و بی‌معنی می‌شد و شبکه بلافاصله آن را رد می‌کرد.

اعتبارسنجی دسته‌ای - Batch Validation و تاثیر آن بر سرعت شبکه

یکی دیگر از شاهکارهای امضای اشنور، قابلیت اعتبارسنجی دسته‌ای است. برای درک این ویژگی، یک سالن کنسرت بزرگ را در نظر بگیرید. در روش سنتی، نگهبان دم در باید بلیت تک‌تک افراد را به صورت جداگانه و یکی‌یکی بررسی کند تا اجازه دهد وارد سالن شوند. این کار باعث ایجاد یک صف طولانی و کند شدن شدید روند ورود به سالن می‌شود. سیستم‌های قدیمی بلاک چین دقیقا همین‌طور کار می‌کردند؛ نودها (کامپیوترهای متصل به شبکه‌ی بلاک چین که وظیفه‌ی بررسی و تایید اطلاعات را بر عهده دارند) مجبور بودند تک‌تک امضاها را جداگانه بررسی و تایید کنند.

اما اعتبارسنجی دسته‌ای، روش کار را کاملا تغییر می‌دهد. با این فناوری، نگهبان کنسرت دستگاهی دارد که می‌تواند بلیت صد نفر را به صورت همزمان اسکن کرده و در یک صدم ثانیه تایید کند که آیا همه‌ی بلیت‌ها معتبر هستند یا خیر.

در شبکه‌ی بلاک چین، این ویژگی شگفت‌انگیز به نودها اجازه می‌دهد که هزاران امضای اشنور را در یک دسته (Batch) جمع‌آوری کنند و همه‌ی آن‌ها را با یک فرمول ریاضی به صورت همزمان تایید کنند. تاثیر این کار بر سرعت شبکه بی‌نظیر است؛ زیرا:

• زمان بررسی اطلاعات و تایید تراکنش‌ها به شدت کاهش می‌یابد.
• توان پردازشی و انرژی بسیار کمتری از کامپیوترهای شبکه‌ی ما گرفته می‌شود.
• شبکه‌ی رمزارزی می‌تواند تعداد تراکنش‌های بسیار بیشتری را در یک ثانیه پردازش کند و جلوی ترافیک و کندی شبکه در زمان‌های شلوغی بازار گرفته می‌شود.

مقایسه امضای Schnorr با الگوریتم سنتی ECDSA

تا اینجا متوجه شدیم که امضای اشنور چه مکانیزم هوشمندانه‌ای دارد. اما برای اینکه ارزش واقعی این نوآوری را درک کنیم، بهترین راه این است که آن را در کنار رقیب قدیمی و سرسخت خود یعنی الگوریتم ECDSA (الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی) قرار دهیم. تصور کنید می‌خواهیم یک ماشین کلاسیک و قابل اعتماد را با یک خودروی اسپرت و مدرن مقایسه کنیم. هر دو ما را به مقصد می‌رسانند، اما تجربه‌ی سفر، میزان مصرف انرژی و امنیت آن‌ها در جاده‌های شلوغ کاملا متفاوت است.

تفاوت در حجم فایل و بهینه‌سازی فضای ذخیره‌سازی بلاک

یکی از بزرگترین تفاوت‌های این دو سیستم، در مدیریت اندازه‌ی فایل‌هاست. در دنیای رمزارزها، هر کیلوبایت اطلاعاتی که وارد شبکه‌ی بلاک چین می‌شود، هزینه‌بر است.

در الگوریتم سنتی ECDSA، اگر شما بخواهید یک تراکنش مشترک با چهار نفر دیگر انجام دهید، سیستم باید پنج امضای مجزا را در شبکه‌ی خود ثبت کند. این کار دقیقا شبیه به این است که برای ارسال یک پیام تبریک از طرف پنج نفر، پنج نامه‌ی جداگانه با پنج پاکت و تمبر مختلف پست کنید! این فرآیند باعث می‌شود ظرفیت ذخیره‌سازی بلاک (فضای محدودی که هر بلوک برای نگهداری اطلاعات و تاریخچه‌ی تراکنش‌ها دارد) به سرعت پر شود.

اما امضای اشنور با استفاده از ویژگی تجمیع کلیدها، تمام این امضاها را در قالب یک امضای واحد بسته‌بندی می‌کند. یعنی هر پنج نفر پیام تبریک خود را روی یک برگه‌ی واحد امضا می‌کنند و فقط هزینه‌ی یک پاکت پستی را می‌پردازند. این کار باعث آزاد شدن فضای شبکه‌ی تراکنش‌ها، سبکی بلاک‌ها و کاهش چشمگیر هزینه‌ای می‌شود که شما به عنوان کارمزد پرداخت می‌کنید.

مقایسه سطح امنیت و حل مشکل شکل‌پذیری تراکنش

از نظر امنیت پایه‌ی رمزنگاری، هر دو الگوریتم بسیار قدرتمند هستند و هک کردن آن‌ها با کامپیوترهای امروزی تقریبا غیرممکن است. اما الگوریتم سنتی یک نقطه‌ی ضعف آزاردهنده به نام مشکل شکل‌پذیری تراکنش - Transaction Malleability (امکان تغییر دادن شناسه یا ظاهر فیزیکی تراکنش پیش از تایید نهایی در شبکه، بدون اینکه در مبلغ انتقال یا آدرس گیرنده تغییری ایجاد شود) داشت.

برای درک این باگ امنیتی، یک بسته‌ی پستی را تصور کنید. شما بسته را به اداره‌ی پست تحویل می‌دهید تا برای دوستتان ارسال شود. سارقان نمی‌توانند محتوای داخل بسته یا آدرس گیرنده را عوض کنند، اما می‌توانند بارکد رهگیری روی جعبه را پیش از رسیدن به مقصد مخدوش کرده یا تغییر دهند. بسته در نهایت به دست دوست شما می‌رسد، اما سیستم‌های خودکار اداره‌ی پست به دلیل تغییر بارکد، دچار سردرگمی می‌شوند و ممکن است فورا اخطار خطا صادر کنند.

در شبکه‌ی بیت کوین، این باگ باعث می‌شد قراردادهای هوشمند و برنامه‌های لایه‌ی دوم (شبکه‌های جانبی که برای افزایش سرعت روی بلاک چین اصلی ساخته می‌شوند) نتوانند به درستی و با امنیت کامل کار کنند. خوشبختانه، الگوریتم اشنور با ساختار ریاضی شفاف و نفوذ ناپذیر خود، مشکل شکل‌پذیری را برای همیشه حل کرده است. در این سیستم جدید، هیچ‌کس نمی‌تواند حتی یک نقطه از شناسه‌ی تراکنش شما را تغییر دهد و این موضوع، پلتفرم بسیار امن‌تری را برای توسعه‌دهندگان ایجاد کرده است.

جدول مقایسه‌: اشنور در برابر الگوریتم نسل قبل

برای مرور سریع‌تر مفاهیمی که با هم یاد گرفتیم، در جدول زیر می‌توانید تفاوت‌های کلیدی این دو فناوری را در یک نگاه مقایسه کنید. این جدول به شما کمک می‌کند تا برتری‌های الگوریتم جدید را به شکلی ساختاریافته‌تر و ساده‌تر به خاطر بسپارید:

ویژگی مورد بررسی	الگوریتم سنتی ECDSA	الگوریتم امضای اشنور Schnorr
حجم داده تراکنش	بالا (نیاز به ثبت تک‌تک امضاها)	پایین (تجمیع تمام امضاها در یک امضا)
حریم خصوصی	پایین (تراکنش‌های چند امضایی کاملا مشخص هستند)	بسیار بالا (تراکنش چند امضایی شبیه تراکنش عادی به نظر می‌رسد)
مشکل شکل‌پذیری	آسیب‌پذیر (امکان تغییر شناسه تراکنش پیش از تایید)	مقاوم (حل کامل باگ شکل‌پذیری تراکنش)
سرعت تایید شبکه	کندتر (بررسی جداگانه هر امضا)	سریع‌تر (امکان اعتبارسنجی دسته‌ای امضاها)

مهم‌ترین مزایای امضای اشنور برای شبکه‌های غیرمتمرکز

تا این بخش از مقاله با مکانیزم‌های درونی امضای اشنور و تفاوت‌های آن با سیستم‌های گذشته آشنا شدیم. اما برای یک کاربر عادی یا یک سرمایه‌گذار در بازار رمزارزها، این پیچیدگی‌های ریاضی چه سود و منفعت ملموسی به همراه دارد؟ چرا شبکه‌های بزرگی مانند بیت کوین حاضر شدند برای اضافه کردن این ویژگی، ساختار خود را به‌روزرسانی کنند؟ در این بخش، مهم‌ترین دستاوردها و مزایای این فناوری را با زبانی ساده بررسی می‌کنیم.

افزایش مقیاس‌پذیری و کاهش چشمگیر کارمزدها

مقیاس‌پذیری (توانایی یک شبکه برای مدیریت و پردازش همزمان تعداد بسیار زیادی از تراکنش‌ها بدون کند شدن یا قطعی) یکی از بزرگترین چالش‌های دنیای بلاک چین است. امضای اشنور با استفاده از ترفند تجمیع کلیدها، نقش یک ناجی را برای حل این مشکل بازی می‌کند.

تصور کنید شبکه‌ی بلاک چین مانند یک اتوبوس است و هر تراکنش یک مسافر محسوب می‌شود. در سیستم‌های قدیمی، تراکنش‌های چند امضایی مانند مسافرانی بودند که چندین چمدان بزرگ به همراه داشتند و فضای زیادی از اتوبوس را اشغال می‌کردند. این کار باعث می‌شد جای کمتری برای بقیه‌ی مسافران بماند و در نتیجه، قیمت بلیت (کارمزد تراکنش) برای همه گران‌تر شود.

اما امضای اشنور تمام این امضاها و داده‌های اضافه را در یک بسته‌ی کوچک و واحد خلاصه می‌کند. با این کار، فضای بسیار زیادی در بلوک‌های شبکه آزاد می‌شود. این آزادسازی فضا دو فایده‌ی عالی برای کاربران دارد:

• کاهش هزینه‌ی تراکنش: از آنجایی که داده‌ی کمتری به شبکه ارسال می‌کنید، کارمزد بسیار پایین‌تری می‌پردازید.
• ظرفیت بالاتر شبکه: شبکه‌ی ما می‌تواند تراکنش‌های بیشتری را در هر بلوک جای دهد و در نتیجه، افراد بیشتری می‌توانند همزمان و بدون مشکل از شبکه استفاده کنند.

ارتقای بی‌نظیر حریم خصوصی کاربران در تراکنش‌های پیچیده

حفظ حریم خصوصی در شبکه‌های عمومی بلاک چین همیشه یک دغدغه‌ی بزرگ بوده است. در شبکه‌ای مانند بیت کوین، تمام اطلاعات تراکنش‌ها به صورت شفاف در دسترس همه قرار دارد. در سیستم‌های قبلی، اگر شما از یک حساب مشترک یا کیف پول چندامضایی برای انتقال وجه استفاده می‌کردید، هر کسی می‌توانست با بررسی شبکه متوجه شود که این تراکنش توسط چند نفر تایید شده است. این موضوع برای کسب‌وکارها و شرکت‌هایی که می‌خواستند ساختار مالی آن‌ها مخفی بماند، یک ضعف بزرگ بود.

امضای اشنور این مشکل را به زیبایی حل کرده است. به دلیل خاصیت خطی بودن که در بخش‌های قبل توضیح دادیم، وقتی چندین امضا با هم ترکیب می‌شوند، امضای نهایی دقیقا شبیه به یک امضای معمولی و یک‌نفره به نظر می‌رسد. به زبان ساده‌تر، چه یک نفر تراکنش را تایید کرده باشد و چه صد نفر عضو یک هیئت مدیره آن را امضا کرده باشند، از دید ناظران بیرون از شبکه، همه چیز فقط یک تراکنش ساده و معمولی به نظر می‌رسد. این ویژگی، حریم خصوصی کاربران را به سطح کاملا جدیدی ارتقا می‌دهد.

تسریع در پردازش و تایید بلوک‌های جدید

سرعت تایید تراکنش‌ها برای کاربران بازارهای مالی اهمیت حیاتی دارد. شما نمی‌خواهید برای انتقال سرمایه‌ی خود ساعت‌ها منتظر بمانید. همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، فناوری اشنور دارای قابلیتی به نام اعتبارسنجی دسته‌ای است که تاثیر مستقیمی روی سرعت شبکه دارد.

• کاهش بار محاسباتی: کامپیوترهای تاییدکننده‌ی شبکه (نودها) دیگر نیازی ندارند وقت خود را برای بررسی تک‌تک امضاها تلف کنند. آن‌ها می‌توانند صدها امضا را به صورت یکجا و با یک محاسبه‌ی ریاضی ساده تایید کنند.
• جلوگیری از ترافیک شبکه: در زمان‌هایی که بازار به شدت نوسانی است و همه در حال خرید و فروش ارزهای دیجیتال هستند، این سرعت در بررسی اطلاعات باعث می‌شود شبکه‌ی ما دچار گرفتگی و تاخیر نشود و تراکنش‌ها با جریانی روان و سریع به مقصد برسند.

تسهیل پیاده‌سازی قراردادهای هوشمند پیشرفته

قراردادهای هوشمند (کدهای برنامه‌نویسی شده‌ای که روی بلاک چین قرار می‌گیرند و به صورت خودکار شرایط یک توافق مالی را بدون نیاز به واسطه اجرا می‌کنند) قلب تپنده‌ی سیستم‌های مالی غیرمتمرکز یا دیفای (DeFi) هستند.

در گذشته، به دلیل وجود باگ‌های امنیتی مانند شکل‌پذیری تراکنش در الگوریتم‌های قدیمی، نوشتن و اجرای قراردادهای هوشمند پیچیده روی شبکه‌هایی مانند بیت کوین بسیار سخت و خطرناک بود؛ زیرا هکرها می‌توانستند با تغییر دادن جزئیات ظاهری تراکنش، سیستم‌های خودکار را فریب دهند.

امضای اشنور یک فونداسیون بسیار مستحکم و نفوذ ناپذیر از نظر ریاضی ایجاد کرده است. با رفع کامل مشکل شکل‌پذیری، توسعه‌دهندگان اکنون می‌توانند با خیال راحت برنامه‌های مالی پیشرفته، سیستم‌های وام‌دهی و کانال‌های پرداخت سریع را بر بستر شبکه پیاده‌سازی کنند. در واقع، این فناوری راه را برای توسعه‌ی نسل جدیدی از خدمات مالی دیجیتال که هم امن‌تر و هم کارآمدتر هستند، هموار کرده است.

آیا Schnorr Signature معایب و محدودیت‌هایی هم دارد؟

هیچ فناوری جدیدی در دنیای رمزارزها بی‌نقص نیست. با وجود تمام مزایای فوق‌العاده‌ای که در بخش‌های قبلی بررسی کردیم، اضافه کردن امضای اشنور به یک شبکه‌ی در حال کار، چالش‌ها و دردسرهای خاص خودش را دارد. در این بخش، با نگاهی واقع‌بینانه به محدودیت‌ها و موانع اجرای این سیستم می‌پردازیم تا تصویر کامل‌تری از این نوآوری داشته باشیم.

پیچیدگی‌ها و ریسک‌های ارتقای شبکه‌های بلاک چینی موجود (Hard Fork یا Soft Fork)

ارتقای یک شبکه‌ی بلاک چینی که میلیاردها دلار سرمایه در آن در حال گردش است، دقیقا شبیه به تعویض موتور یک هواپیمای مسافربری در حال پرواز است! شما نمی‌توانید شبکه را خاموش کنید، کدها را تغییر دهید و دوباره آن را روشن کنید. برای ایجاد تغییرات اساسی در بلاک چین، شبکه‌ها باید از فرآیندی به نام فورک یا انشعاب استفاده کنند. این انشعاب‌ها معمولا به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• انشعاب سخت یا Hard Fork (یک به‌روزرسانی بزرگ و اجباری که با نسخه‌های قبلی شبکه ناسازگار است و می‌تواند باعث دو تکه شدن شبکه و ایجاد دو ارز جداگانه شود).
• انشعاب نرم یا Soft Fork (یک به‌روزرسانی سازگار با گذشته که قطعی کمتری دارد و کاربران قدیمی همچنان می‌توانند بدون مشکل با شبکه کار کنند).

پیاده‌سازی امضای اشنور نیازمند تغییرات بسیار عمیقی در هسته‌ی مرکزی شبکه است. برای مثال، توسعه‌دهندگان شبکه‌ی بیت کوین سال‌ها زمان صرف کردند تا بتوانند این فناوری را از طریق یک انشعاب نرم به نام تپروت (Taproot) با موفقیت و بدون خطر دو تکه شدن شبکه اجرا کنند. این پیچیدگی بالا باعث می‌شود که بسیاری از شبکه‌های کوچک‌تر، توان فنی یا جرات لازم برای اعمال چنین تغییر بزرگ و پر ریسکی را نداشته باشند.

نیاز به تایید کلید عمومی و تغییرات در زیرساخت کیف پول‌ها

دومین چالش بزرگ امضای اشنور، به مسائل امنیتی در زمان ترکیب امضاها و نیاز به تغییرات نرم‌افزاری برمی‌گردد. زمانی که قرار است چند کلید عمومی (شماره حساب‌های آشکار در شبکه) با هم ترکیب شوند تا یک امضای واحد بسازند، خطر خاصی به نام حمله کلید مخرب یا Rogue Key Attack (نوعی کلاهبرداری که در آن یک هکر با دستکاری و جعل کردن کلیدهای عمومی در فرآیند تجمیع، کنترل امضای نهایی را به دست می‌گیرد و دارایی‌ها را می‌دزدد) سیستم را تهدید می‌کند.

برای جلوگیری از این مشکل، سیستم اشنور یک شرط مهم قرار داده است: هر کاربر قبل از شرکت در فرآیند تجمیع امضا، باید به شبکه ثابت کند که واقعا مالک آن کلید عمومی است. این فرآیند تایید، نیازمند محاسبات ریاضی اضافی در پس‌زمینه است.

علاوه بر این، برای اینکه من و شما به عنوان کاربران عادی بتوانیم از امضای اشنور استفاده کنیم، تمام ارائه‌دهندگان خدمات ارزی باید زیرساخت نرم‌افزاری خود را تغییر دهند. این موضوع به معنای طی کردن مراحل زیر است:

• صرافی‌های ارز دیجیتال باید کدهای خود را برای پشتیبانی از این استانداردهای جدید بازنویسی کنند.
• توسعه‌دهندگان کیف پول‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری باید آپدیت‌های جدیدی برای هماهنگی با آدرس‌های سازگار با اشنور منتشر کنند.

از آنجایی که هماهنگ کردن تمام این شرکت‌ها و پلتفرم‌ها در سراسر جهان کار بسیار کند و زمان‌بری است، پذیرش و استفاده‌ی عمومی از امضای اشنور به سال‌ها زمان نیاز دارد و یک‌شبه اتفاق نمی‌افتد.

انقلاب امضای اشنور در شبکه بیت کوین

شاید هیچ شبکه‌ای به اندازه‌ی بیت کوین از ظهور امضای اشنور سود نبرده باشد. این پادشاه ارزهای دیجیتال، با وجود امنیت بی‌نظیر و تاریخچه‌ی درخشانش، همیشه از نظر سرعت و انعطاف‌پذیری مورد انتقاد قرار می‌گرفت. اما اضافه شدن امضای اشنور به کدهای این شبکه، شبیه به نصب یک موتور توربو روی یک ماشین کلاسیک و قدرتمند بود. در این بخش بررسی می‌کنیم که این فناوری چگونه توانست جان تازه‌ای به شبکه‌ی بیت کوین ببخشد.

چرا شبکه بیت کوین به الگوریتم اشنور نیاز حیاتی داشت؟

برای درک این نیاز، باید به ساختار اولیه‌ی شبکه‌ی بیت کوین نگاه کنیم. بیت کوین شبیه به یک گاوصندوق فوق‌امنیتی است که قوانین بسیار سخت‌گیرانه‌ای برای ورود و خروج پول دارد. بلوک‌های این شبکه فضای بسیار محدودی دارند (تنها حدود یک مگابایت) و الگوریتم قدیمی امضا یعنی ECDSA، بخش بزرگی از این فضای ارزشمند را اشغال می‌کرد.

زمانی که کاربران می‌خواستند تراکنش‌های پیچیده‌تری انجام دهند، مثلا از کیف پول‌های چندامضایی برای امنیت بیشتر سرمایه‌ی خود استفاده کنند، شبکه‌ی بیت کوین مجبور بود امضای تک‌تک آن افراد را در بلوک ثبت کند. این موضوع باعث ایجاد دو مشکل بزرگ می‌شد:

• ترافیک و کارمزد بالا: پر شدن سریع بلوک‌ها به این معنا بود که کاربران برای تایید شدن تراکنش خود باید با یکدیگر رقابت می‌کردند و کارمزدهای بسیار بالاتری به ماینرها (دستگاه‌های پردازش‌گر شبکه) می‌پرداختند.
• لو رفتن استراتژی‌های مالی: ساختار قدیمی به شکلی بود که وقتی یک تراکنش پیچیده انجام می‌دادید، تمام شرایط و امضاهای آن تراکنش به صورت کاملا شفاف در تاریخچه‌ی شبکه ثبت می‌شد. این یعنی هر کسی می‌توانست ببیند که شما سرمایه‌ی خود را در چه نوع قراردادی و با چه کسانی شریک شده‌اید.

امضای اشنور دقیقا همان قطعه‌ی گمشده‌ای بود که شبکه‌ی بیت کوین برای رفع این ترافیک آزاردهنده و پنهان کردن اطلاعات خصوصی کاربرانش به آن نیاز داشت.

نقش کلیدی امضای اشنور در موفقیت آپدیت تپروت

اگر اخبار دنیای رمزارزها را دنبال کرده باشید، احتمالا نام آپدیت تپروت (یکی از بزرگترین و مهم‌ترین به‌روزرسانی‌های تاریخ شبکه‌ی بیت کوین که در اواخر سال 2021 با هدف افزایش حریم خصوصی و قابلیت اجرای قراردادهای پیچیده انجام شد) را شنیده‌اید. اما چیزی که شاید ندانید این است که قهرمان پنهان و موتور محرک این آپدیت بزرگ، همان امضای اشنور بود.

آپدیت تپروت قصد داشت شبکه‌ی بیت کوین را برای اجرای قراردادهای هوشمند و تراکنش‌های پیچیده آماده کند، اما بدون ویژگی تجمیع کلیدها در امضای اشنور، این کار عملا غیرممکن بود. اشنور به تپروت این قدرت را داد که تمام شرط و شروط‌های یک قرارداد پیچیده و چندین امضای مختلف را با هم ترکیب کند و آن‌ها را به شکل یک تراکنش کاملا عادی و ساده به شبکه بفرستد.

به زبان ساده‌تر، به لطف همکاری تپروت و اشنور، امروز وقتی شما یک تراکنش پیچیده‌ی تجاری روی شبکه‌ی بیت کوین انجام می‌دهید، از دید بقیه‌ی افراد حاضر در شبکه، این تراکنش هیچ تفاوتی با یک انتقال پول ساده بین دو نفر ندارد. این یک پیروزی بزرگ برای حفظ حریم خصوصی کاربران بود.

آینده بیت کوین پس از پذیرش کامل امضاهای اشنور

همان‌طور که قبلا اشاره کردیم، پذیرش و استفاده‌ی عمومی از یک فناوری جدید در دنیای بلاک چین زمان‌بر است و تمام کیف پول‌ها و صرافی‌ها باید خود را با آن تطبیق دهند. اما با فراگیر شدن تدریجی این استاندارد، آینده‌ی شبکه‌ی بیت کوین بسیار روشن‌تر و هیجان‌انگیزتر از گذشته خواهد بود.

در سال‌های آینده، به لطف امضای اشنور شاهد تغییرات زیر خواهیم بود:

• رشد چشمگیر شبکه‌ی لایتنینگ: شبکه‌ی لایتنینگ (یک سیستم جانبی و لایه دوم که روی بیت کوین ساخته شده تا تراکنش‌های روزمره و خرد را در کسری از ثانیه و تقریبا رایگان انجام دهد) با استفاده از امضای اشنور می‌تواند کانال‌های پرداخت خود را ارزان‌تر، امن‌تر و بسیار خصوصی‌تر از قبل مدیریت کند.
• ورود قدرتمند بیت کوین به دنیای دیفای: تا پیش از این، شبکه‌هایی مانند اتریوم میزبان اصلی سیستم‌های مالی غیرمتمرکز بودند؛ اما حالا بیت کوین به لطف سبکی و انعطاف‌پذیری امضای اشنور، می‌تواند میزبان قراردادهای هوشمند پیچیده، سیستم‌های وام‌دهی و صرافی‌های غیرمتمرکز باشد، آن هم با امنیتی که هیچ شبکه‌ی دیگری توان رقابت با آن را ندارد.
• حفاظت در برابر اسپم‌ها: با فشرده شدن اطلاعات و یکپارچه شدن امضاها، ارسال تراکنش‌های هرزنامه (اسپم) برای کند کردن شبکه بسیار سخت‌تر و پرهزینه‌تر خواهد شد و پایداری شبکه‌ی بیت کوین در برابر حملات مخرب افزایش چشمگیری خواهد یافت.

کاربرد امضای اشنور در سایر شبکه‌ها و پروژه‌های دیفای DeFi

درست است که نام امضای اشنور در سال‌های اخیر بیشتر با شبکه‌ی بیت کوین گره خورده است، اما این فناوری شگفت‌انگیز فقط محدود به پادشاه رمزارزها نیست. هر جا که نیاز به امنیت، سرعت و کاهش هزینه‌ها باشد، پای این الگوریتم جذاب به میان می‌آید. امروزه پروژه‌های دیفای DeFi (سیستم‌های مالی غیرمتمرکز که خدماتی مانند وام‌دهی، سپرده‌گذاری و صرافی را بدون نیاز به بانک یا واسطه‌ها انجام می‌دهند) و شبکه‌های بلاک چینی مدرن، به شدت به دنبال استفاده از قابل

یت‌های اشنور هستند تا تجربه‌ی کاربری بهتری را رقم بزنند.

وضعیت استفاده از اشنور در سایر بلاک چین‌ها (مانند شبکه Nervos و غیره)

بسیاری از شبکه‌های بلاک چینی جدید از همان ابتدا یا در مسیر توسعه‌ی خود، متوجه برتری‌های قاطع امضای اشنور نسبت به سیستم‌های قدیمی شدند و منتظر نماندند تا فقط بیت کوین از آن استفاده کند. یکی از مثال‌های بارز در این زمینه، شبکه‌ی نروس Nervos Network (یک شبکه‌ی بلاک چینی چندلایه‌ی پیشرفته که روی ارتباط راحت شبکه‌ها با یکدیگر تمرکز دارد) است.

توسعه‌دهندگان در شبکه‌ی نروس به جای استفاده از روش‌های سنگین و قدیمی، الگوریتم اشنور را برای ساختار پایه‌ی خود انتخاب کرده‌اند. دلیل این انتخاب بسیار منطقی و ساده است: آن‌ها می‌خواستند پایگاه داده‌ی شبکه‌ی خود را تا حد امکان سبک و چابک نگه دارند. با استفاده از قابلیت تجمیع در این امضا، شبکه‌ی نروس می‌تواند حجم بسیار بیشتری از تراکنش‌ها را با کارمزد بسیار کمتر پردازش کند و در عین حال، حریم خصوصی کاربرانش را در بالاترین سطح ممکن نگه دارد. این موفقیت چشمگیر باعث شده تا سایر شبکه‌های مبتنی بر قراردادهای هوشمند نیز به فکر مهاجرت به این استاندارد بی‌نظیر بیفتند.

تاثیر این فناوری بر اوراکل‌ها و قراردادهای هوشمند

شاید یکی از جذاب‌ترین و کاربردی‌ترین اثرات امضای اشنور، تاثیری باشد که روی عملکرد Oracle (سرویس‌هایی که اطلاعات مهم دنیای واقعی مانند قیمت لحظه‌ای طلا، دلار یا حتی وضعیت آب‌وهوا را به درون شبکه‌ی بلاک چین می‌آورند) می‌گذارد.

شبکه‌های معروفی مانند چین لینک - Chainlink برای اینکه قیمت دقیق و غیرقابل دستکاری یک دارایی را به قراردادهای هوشمند بدهند، اطلاعات را از ده‌ها منبع و کامپیوتر مختلف جمع‌آوری می‌کنند. در حالت عادی، هر کدام از این منابع باید داده‌ی خود را جداگانه امضا کرده و به شبکه بفرستند. این کار دقیقا مثل این است که برای تایید صحت یک خبر، ده نفر بخواهند ده نامه‌ی جداگانه با هزینه‌ی پست مجزا برای شما ارسال کنند که فرآیندی بسیار گران و کند است.

اما با استفاده از فناوری اشنور تغییرات شگفت‌انگیزی رخ می‌دهد:

• کاهش هزینه‌ی ورود اطلاعات: تمام آن ده‌ها منبع مختلف می‌توانند امضاهای خود را با هم ترکیب کرده و تنها یک امضای واحد و کوچک به شبکه ارسال کنند که هزینه‌ی ثبت داده‌ها را به شدت پایین می‌آورد.
• سرعت بالاتر به‌روزرسانی: چون حجم اطلاعات ارسالی کم می‌شود، اوراکل‌ها می‌توانند قیمت دارایی‌ها را با سرعت بسیار بیشتری در شبکه به‌روزرسانی کنند که این موضوع برای جلوگیری از ضرر معامله‌گران در زمان نوسانات بازار بسیار حیاتی است.
• اجرای ارزان‌تر قراردادها: قراردادهای هوشمندی که روی این داده‌ها کار می‌کنند، به جای بررسی ده‌ها امضای مختلف، فقط یک امضا را پردازش می‌کنند که این کار باعث می‌شود اجرای توافق‌های مالی پیچیده، به انرژی و کارمزد کمتری نیاز داشته باشد.

در نهایت، اشنور به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا پیچیده‌ترین قراردادهای هوشمند را با ظاهری ساده و کارمزدی مقرون‌به‌صرفه روی شبکه‌ها اجرا کنند. این یعنی در آینده‌ی نزدیک، استفاده از خدمات دیفای برای همه‌ی ما سریع‌تر، ارزان‌تر و بسیار امن‌تر خواهد شد.

منابع:

Cryptobriefing

Nervos

Chain.Link