أكبر تحديات إدارة البيتكوين: دور المفاتيح السرية وBIP39

القيمة الجوهرية للبيتكوين تتركز في كيفية إدارة المفتاح الخاص بشكل مناسب. إذا فقدت هذا المفتاح، فإنك تفقد حق الوصول إلى البيتكوين أيضًا. المقولة المشهورة “بدون مفتاح، لا عملة” ترمز إلى السيادة الذاتية للبيتكوين.

أين يوجد البيتكوين

النقطة التي يصعب على غير المطلعين على التقنية فهمها هي، أين يوجد البيتكوين “فعليًا”. من المنظور العام، يمكن تصور أن المحفظة هي صندوق يخزن الأموال. لكن في الواقع، المحفظة لا تحتفظ بالبيتكوين نفسه، بل تحتفظ فقط بالمفتاح الخاص.

حقيقة البيتكوين هي مجرد إدخال بيانات على بلوكشين يستضيفه جميع المشاركين في الشبكة. استخدام البيتكوين يعني اقتراح تحديث البيانات المسجلة على البلوكشين. المفتاح الخاص هو أداة تثبت أن الشخص الذي يملك المفتاح هو الوحيد الذي يمكنه الموافقة على تحديث البيانات تلك.

ماهية المفتاح الخاص: رقم كبير جدًا

المفتاح الخاص هو في النهاية رقم كبير جدًا يتكون من 256 بت من الأصفار والأحاد. في الشكل الثنائي، يكون على النحو التالي:

1110001011011001011110111100000101000000100010011110101110110101110111001111111111111010101110100101110100111010011100101001 101111010001100001111101011110011010010111100110111010000011011011011100011010001100011110100011000111101101001001111011010101010110011011010

هذه العشوائية الهائلة هي أساس أمان المحفظة. عدد التركيبات الممكنة للمفتاح الخاص يساوي تقريبًا عدد الذرات في الكون المرئي. لذلك، إذا تم توليده بشكل عشوائي حقًا، فإن المفتاح الخاص يكون آمنًا جوهريًا.

تمثيلات متعددة للمفتاح الخاص

نفس المفتاح الخاص يمكن تمثيله بصيغ مختلفة.

بالنظام الست عشري: E2D97BC144089EBB5773FFABA5D3A729BD187D79A5E6E836DC68C7A24F6AB36A

وفي صيغة استيراد المحفظة (WIF): 5KYC9aMMSDWGJciYRtwY3mNpeTn91BLagdjzJ4k4RQmdhQvE98G

كانت صيغة WIF معيارًا لتبادل المفاتيح الخاصة في بدايات البيتكوين، حيث كان المستخدمون يولدون مفتاحًا خاصًا واحدًا ويستخرجون منه المفتاح العام.

آلية توليد المفتاح العام

عملية إنشاء المفتاح العام من المفتاح الخاص تعتمد بشكل أساسي على عملية ضرب رقم كبير جدًا. يستخدم البيتكوين التشفير المنحني الإهليلجي Secp256k1، الذي يتضمن نقطة خاصة تسمى “نقطة الإنشاء” أو G. هذه النقطة ضرورية لإنشاء المفاتيح والتوقيعات.

نقطة الإنشاء G هي: G = 02 79BE667E F9DCBBAC 55A06295 CE870B07 029BFCDB 2DCE28D9 59F2815B 16F81798

بضرب المفتاح الخاص في نقطة الإنشاء، يتم تحديد نقطة جديدة على الرسم البياني، وهي المفتاح العام. هذه النقطة لها علاقة رياضية بالمفتاح الخاص.

المفتاح العام غير المضغوط: 04C0E410A572C880D1A2106AFE1C6EA2F67830ABCC8BBDF24729F7BF3AFEA06158F0C04D7335D051A92442330A50B8C37CE0EC5AFC4FFEAB41732DA5108261FFED

لتحسين الكفاءة، يمكن ضغط المفتاح العام، بحيث يتم الاحتفاظ فقط بالإشارة إلى إحداثيات x و y.

آلية توقيع المعاملات

توقيع المعاملة باستخدام المفتاح الخاص يتضمن عملية ضرب أيضًا. يقوم المحفظل بإنشاء رقم عشوائي (نونس)، ويستخدم المفتاح الخاص وهاش المعاملة لحساب توقيع (قيمتان r و S).

هذا التوقيع يتيح لأي شخص التحقق من أن التوقيع صادر عن مالك المفتاح الخاص، دون الكشف عنه. إن تأكيد حق استخدام البيتكوين يعتمد جوهريًا على عملية ضرب الأرقام الكبيرة، وهي عملية رياضية.

BIP39: حل أكثر ودية للمستخدم

ما ورد حتى الآن قد يكون مرهقًا لمن ليس على دراية بالتقنية. الأرقام الثنائية، الست عشرية، إحداثيات المنحنى — كلها تتطلب فهمًا فوريًا. خاصة، النسخ الاحتياطي الآمن للمفتاح الخاص يمثل تحديًا كبيرًا للمستخدمين.

للتعامل مع ذلك، تم تطوير طريقة أكثر بديهية وأمانًا، وهي عبارة النيمونيك (عبارات التذكير).

ما هي عبارة النيمونيك في BIP39

المشكلة الأساسية مع عبارة النيمونيك هي صعوبة نسخ وتدوين رقم 256 بت المكون من أصفار وأحاد بشكل دقيق. خطأ واحد بسيط يمكن أن يجعل النسخة الاحتياطية غير صالحة تمامًا:

1110001011011001011110111100000101000000100010011110101110110101110111001111111111111010101110100101110100111010011100101001 101111010001100001111101011110011010010111100110111010000011011011011100011010001100011110100011000111101101001001111011010101010110011011010

بدلاً من ذلك، كانت هناك حاجة لتمثيل أكثر سهولة للفهم من قبل البشر، بدلاً من سلسلة الأرقام المعقدة.

مثال على عبارة النيمونيك: تتبع تحديث غضب حمار تذكّر لابتوب إصلاح تفاصيل تقسيم حزن دهون

هذه تتكون من 12 كلمة فقط، مما يجعل التعامل معها أسهل بكثير. كيف يتم تحويل مجموعة عشوائية من 1 و 0 إلى كلمات ذات معنى؟

آلية ترميز BIP39

كما هو الحال مع الأرقام الثنائية والست عشرية، يتم استخدام مخطط ترميز. كل كلمة في عبارة النيمونيك تمثل مجموعة معينة من الأرقام الثنائية، ويتم ربطها بكلمة.

تم اعتماد معيار ترميز موحد في BIP39، حيث يتم ربط كل كلمة في القاموس المخصص، بترتيب أبجدي، برقم ثنائي من 00000000001 إلى 11111111111.

أمثلة على خريطة الكلمات:

• تتبع: 11101001001
• تحديث: 10110110001
• غضب: 01011110011
• حمار: 01000001001
• تذكّر: 10110101110
• لابتوب: 01111101000
• إصلاح: 10110100010
• تفاصيل: 00111100010
• تقسيم: 11010010001
• حزن: 01100110100
• دهون: 00010011110
• سبب: 01010011011

وفي الشكل الثنائي: 11101001001 10110110001 01011110011 01000001001 10110101110 01111101000 10110100010 00111100010 11010010001 01100110100 00010011110 01010011011

2048 كلمة ونظام 11 بت

في BIP39، هناك 2048 كلمة، وكل كلمة تمثل رقمًا ثنائيًا من 11 بت. هذا يسهل على المستخدم التعامل مع المفاتيح الخاصة.

عند توليد رقم عشوائي للمفتاح الخاص، يقسمه المحفظ إلى أجزاء من 11 بت، ويطابق كل جزء مع كلمة من قاموس النيمونيك. هكذا، يتم تحويل رقم كبير إلى سلسلة كلمات يمكن قراءتها بسهولة، مما يقلل من خطر الأخطاء عند النسخ أو الإدخال.

آلية التحقق (الـ Checksum)

عند ملاحظة التشفير الثنائي، نلاحظ أن الكلمة الأخيرة تتكون من 8 بت فقط، وهو رمز التحقق (الـ checksum) لضمان صحة العبارة.

عند توليد المفتاح الخاص، لا يتم تخصيص عدد البتات الكافي لتمثيل 12 أو 24 كلمة بشكل دقيق. يقوم المحفظ بحساب هاش للرقم، ويضيف بعض البتات من بداية الهاش إلى نهاية المفتاح الخاص، لضمان أن الكلمة الأخيرة يمكن تمثيلها بشكل صحيح.

هذه الكلمة التحقق تتيح التحقق رياضيًا من صحة النسخة الاحتياطية. إذا أدخل المستخدم عبارة نيمونيك خاطئة، فإن التحقق لن يتطابق. كل عبارة نيمونيك (12 أو 24 كلمة) لها عدة كلمات تحقق صالحة، لكن إذا لم تتطابق الكلمة الأخيرة مع التحقق، يُعتبر أن العبارة غير صالحة.

بدلاً من كتابة الأرقام الثنائية مباشرة، هذا النهج البسيط والرياضي يضمن الأمان.

اختيار الكلمات

تم اختيار 2048 كلمة في قائمة BIP39 بعناية، بحيث لا تتشابه أول أربعة أحرف بينها، لتقليل احتمالية الخلط والأخطاء عند النسخ، ولحماية النسخ الاحتياطي للمفتاح الخاص.

من عبارة النيمونيك إلى عدة أزواج مفاتيح

عملية توليد عدة مفاتيح خاصة وعامة من عبارة نيمونيك واحدة بسيطة جدًا.

يتم هاش عبارة النيمونيك باستخدام SHA512، وينتج عنها 512 بت من الهاش. الجزء الأول من الهاش يستخدم كمفتاح خاص، والجزء الثاني يُستخدم كمؤشر أو مع المفتاح الخاص أو العام، لإنشاء أزواج مفاتيح جديدة. تكرار هذه العملية يتيح استنتاج عدد لا نهائي من المفاتيح الخاصة والعامة من عبارة نيمونيك واحدة.

الابتكار الذي قدمه BIP39

هذه الآليات تتيح إدارة المفاتيح الخاصة بشكل بسيط وآمن، مع تقليل خطر فقدان الأصول بسبب أخطاء. وكل ذلك يتم عبر الرياضيات بشكل كامل.

يمكن الآن فهم سبب تسمية البيتكوين بـ “المال المحمي رياضيًا” بشكل أوضح. BIP39 هو اختراع مهم في نظام البيتكوين، حيث يدمج الأمان الرياضي مع سهولة الاستخدام، وهو من إنجازات بيئة البيتكوين الحيوية.