كيف تعمل معاملة Zcash المحمية فعليًا

بحث أصلي من Annkkitaaa

الفكرة الحدسية قبل الرياضيات: شرح عملي للمدفوعات الخاصة من دون صيغ

السلسلة: Zcash من المبادئ الأولى . المقال 0 . المرساة الجمهور: مبتدئون تمامًا. لا يُفترض أي إلمام بالتشفير، أو البلوكشين، أو الرياضيات. ما الذي ستخرج به: نموذج ذهني صحيح لكيفية إخفاء Zcash لمن دفع لمن، وكم كان المبلغ، مع الاستمرار في تمكين العالم كله من التحقق من أنه لم يتم تزوير أي أموال أو إنفاقها مرتين.

كل مقال لاحق في هذه السلسلة يقرّب العدسة إلى جزء واحد من الآلة التي أنت على وشك التعرف عليها. لذلك إذا بدت لك كلمة هنا تقريبية أو غير دقيقة تمامًا، فهذا جيد. فهذه إشارة إلى أننا سنعود إليها ونشرحها كما ينبغي.

---

1. لماذا ينبغي أن تهتم؟

تخيّل أن كشف حسابك البنكي مُعلّق بمسمار على جدار في ساحة البلدة. إلى الأبد. يمكن لأي شخص (مالك منزلك، أو صاحب عملك، أو غريب، أو صاحب عمل مستقبلي، أو حكومة) أن يقرأ كل دفعة إيجار، وكل فاتورة طبية، وكل تبرع، وكل فنجان قهوة، وأن يتتبع بدقة إلى من أرسلت المال ومن الذي أرسل المال إليك.

هذا ليس افتراضًا كابوسيًا من خيال مظلم. هذا تقريبًا هو الشكل الذي تعمل به Bitcoin.

غالبًا ما تُوصَف Bitcoin بأنها "مجهولة الهوية"، لكنها ليست كذلك. إنها مستعارة الهوية: اسمك ليس موجودًا في السجل، لكن كل معاملة، وكل مبلغ، وكل رابط بين العناوين هو أمر عام ودائم. لقد وُجد مجال كامل يُسمى "تحليل السلاسل" فقط من أجل إزالة هذا الستار الرقيق من الاستعارة وربط العناوين بأشخاص حقيقيين. وما إن يرتبط أحد عناوينك بك، ينكشف تاريخك المالي بالكامل.

تم بناء Zcash للإجابة عن سؤال خادع الصعوبة:

هل يمكن أن نمتلك مالًا خاصًا بالكامل، يُخفي المُرسل والمُستقبل والمبلغ، مع الاستمرار في السماح لأي شخص بالتحقق من أن القواعد قد تم الالتزام بها؟

هذان الهدفان يتعارضان مع بعضهما. فالسجل العام قابل للتحقق لأن الجميع يستطيعون رؤيته. أما الخصوصية فتعني أن لا أحد يستطيع رؤيته. فكيف يمكن للعامة التحقق من شيء لا يُسمح لهم بالنظر إليه؟

حل هذه المفارقة هو القصة الكاملة لهذه السلسلة. فلنبدأ.

---

2. يوجد عالمان داخل Zcash

قبل أي شيء آخر، دعنا نوضح سوء فهم شائعًا: Zcash ليست "العملة الخاصة". إنها عملة توفّر الخصوصية كخيار. لقد بدأت حياتها في الأصل كتفرع من Bitcoin، وتحمل نظامين متوازيين على نفس البلوكشين.

بل ويمكن للأموال أن تعبر الحدود بينهما: نقل الأموال إلى داخل العالم المحمي يسمى shielding، وإعادتها إلى الخارج يسمى deshielding.

العالم الشفاف هو "Bitcoin التي لديك بالفعل فكرة عامة عنها". أما العالم المحمي فهو الذي يحتوي على كل ذلك التشفير الجميل، وهو العالم الوحيد الذي تهتم به هذه السلسلة.

---

3. الفكرة الحدسية: أظرف مختومة على لوحة عامة

إليك الصورة الذهنية الوحيدة التي ينبغي حملها معك خلال بقية المقال. سنعود إليها باستمرار.

تخيّل وجود لوحة إعلانات عامة ضخمة يراها كل من على الأرض في جميع الأوقات.

• استلام المال يعني أن شخصًا ما يثبت ظرفًا مختومًا معتمًا على اللوحة. داخل الظرف يوجد كمية المال التي يحتويها وسر لا يستطيع قراءته إلا المستلم، لأن الظرف مقفل بمفتاح ذلك المستلم الشخصي. يرى العالم كله أن ظرفًا قد ظهر. ولا يستطيع أحد غير المالك رؤية ما بداخله.

• اللوحة لا تكف إلا عن النمو. لا تُنزع الأظرف أبدًا ولا تُمحى. بل تُثبَّت أظرف جديدة فوقها، إلى الأبد.

• إنفاق المال يعني الوقوف خلف ستار، وإثبات "أنا أملك أحد الأظرف غير المنفقة على هذه اللوحة، ويحق لي فتحه"، ثم إسقاط رمز إبطال فريد في صندوق "المنفَق" العام وتثبيت أظرف جديدة لمن تدفع لهم.

ذلك الطقس الصغير (تثبيت رمز إبطال، وتثبيت أظرف جديدة، وكل ذلك من خلف ستار) هو دفعة Zcash. وكل ما عدا ذلك مجرد تفاصيل.

والآن دعنا نعطي تلك العناصر أسماءها الحقيقية.

---

4. الأسماء الخمسة

هذه المصطلحات الخمسة هي المفردات الكاملة لـ Zcash المحمية. تعلّمها باعتبارها قصة، لا باعتبارها مسردًا، وسترسخ في ذهنك.

إذا لم تتذكر شيئًا آخر من هذا المقال، فتذكر هذا الجدول. فكل ما يلي هو مجرد تفسير لسبب وجوب أن يُصاغ كل جزء بهذه الطريقة.

---

5. لماذا صيغ كل جزء بالشكل الذي هو عليه

هذا هو الجزء الذي تتجاوزه معظم الشروحات، وهو بالضبط الجزء الذي يفصل بين "لقد حفظت بعض الكلمات" و"أنا أفهم التصميم." كل واحد من الأجزاء الخمسة موجود لحل مشكلة محددة واحدة.

التزام الملاحظة: إخفاء المحتوى، مع جعل التزوير مستحيلاً

يمكن فتح ظرف عادي بالبخار. أما التزام الملاحظة المشفّر فلا يمكن ذلك. تخيّله ظرفًا مختومًا سحريًا، معتمًا بالكامل، وله قوتان خارقتان:

• الإخفاء: النظر إلى الظرف المختوم لا يخبرك بأي شيء عن المبلغ أو المالك في داخله.
• الربط: بمجرد ختمه، لا يمكن تبديل المحتويات. لا يمكنك لاحقًا الادعاء بأن الظرف كان يحتوي على مبلغ مختلف.

كيف يمكن لختم أن يحقق الأمرين معًا في الوقت نفسه؟ هذا سؤال حقيقي وله جواب. وهو موضوع المقالة 3 (الالتزامات). في الوقت الحالي، تقبّل الظرف بوصفه سحريًا وواصل التقدّم.

المُبطِل: الجزء الذكي فعلًا

عندما تنفق ملاحظة، فإنك تنشر المُبطِل الخاص بها، أي "رمز الإبطال." يُحتسب هذا الرمز انطلاقًا من الملاحظة نفسها و مفتاحك السري. وهذه الوصفة تمنح ثلاث خصائص في آن واحد، وكل واحدة منها مهمة:

1. لا يستطيع إنشاءه إلا المالك. تحتاج إلى المفتاح السري لاحتسابه، لذلك لا يستطيع أحد إنفاق ملاحظاتك نيابةً عنك.
2. يكون دائمًا الرمز نفسه لملاحظة معيّنة. إذا حاولت إنفاق الملاحظة نفسها مرتين فستنتج رمز الإبطال نفسه تمامًا في المرتين، وسيكون الصندوق العام لـ "المنفَق" يحتويه بالفعل. تُرفض عملية الإنفاق المزدوج.
3. لا يستطيع أحد تتبّعه عكسيًا إلى ظرفه. يبدو رمز الإبطال غير مرتبط تمامًا بالظرف الذي أتى منه.

هذه الخاصية الثالثة هي قلب خصوصية Zcash، وتستحق قسمًا مستقلًا أدناه.

برهان المعرفة الصفرية: الستار نفسه

كل شيء يحدث خلف ستار، وما تقدّمه للعالم بعد ذلك هو برهان معرفة صفرية، وهو نوع من الشهادات غير القابلة للتزوير. وهو يشهد بصمت على كل ما يلي دفعة واحدة:

• الظرف الذي أنفقه مثبت فعلًا على اللوح (إنها ملاحظة حقيقية وموجودة)،
• أنا مخوّل فعلًا بفتحه (أمتلك المفتاح الصحيح)،
• رمز الإبطال الخاص بي محسوب بشكل صحيح (لا غش في فحص الإنفاق المزدوج)،
• أظرفي الجديدة تحتوي بالضبط على مقدار المال نفسه الذي كان في الظرف القديم: لم يُنشأ أي مال من العدم.

المعجزة هي أن البرهان لا يكشف أيًا من هذه الحقائق. لا المبلغ، ولا العناوين، ولا أي ظرف هو المقصود. إنه يكتفي بإقناعك بأن كل العبارات أعلاه صحيحة. وكيف يكون ذلك ممكنًا أصلًا هو موضوع المقالة 5 (براهين المعرفة الصفرية)، الذروة في هذه السلسلة.

---

6. حياة ملاحظة واحدة

الملاحظة تولد، ثم تعيش على اللوح، وفي النهاية تموت، والأهم من ذلك أن ولادتها وموتها يبدوان غير مرتبطين لأي شخص يراقب.

---

7. دفعة مالية من البداية إلى النهاية

لنشاهد Alice تدفع إلى Bob، مع تمييز كل خطوة عامة وخاصة.

لاحظ هذا اللاتناظر الذي يجعل الخصوصية تعمل:

• ملاحظة Alice القديمة تموت عبر مُبطِل في صندوق المنفَق.
• ملاحظة Bob الجديدة تولد عبر التزام جديد على اللوح.
• بالنسبة إلى كل من يراقب، لا يوجد بين هذين الحدثين أي ارتباط مرئي. يبرد أثر المال وينقطع تتبعه.

كيف يعرف Bob أصلًا أنه تلقى دفعة؟ ملاحظته مشفّرة إلى مفتاحه. وهو يمسح اللوح باستمرار، ولا تنفتح له إلا الأظرف الخاصة به، كما لو أنه يملك المفتاح الوحيد الذي يلائم مجموعة محددة من الأقفال. الآلية الكامنة وراء ذلك هي مفاتيح العرض، وهو موضوع لاحق.

---

8. ما الذي يراه العالم وما الذي يبقى مخفيًا

هذا هو حل المفارقة الواردة في القسم 1. فالعامة يتحققون من القواعد لا من المحتويات. لم تعد قابلية التحقق والخصوصية في صراع، لأن برهان المعرفة الصفرية يتيح لك فحص الأولى من دون المساس بالثانية.

---

9. جوهر الأمر: لماذا لا يمكن ربط الظرف ورمز الإبطال

إذا فهمت هذه الفكرة الواحدة، فأنت تفهم لماذا يتمتع Zcash بالخصوصية. اقرأها ببطء.

• يُثبَّت الظرف (الالتزام) على اللوح عندما تولد الملاحظة.
• ويُلقى رمز الإبطال (المُبطِل) في الصندوق عندما تُنفَق تلك الملاحظة نفسها، وربما بعد أشهر.
• ويُنتجان عبر وصفتين سريتين مختلفتين، ولا توجد رياضيات عامة تحوّل أحدهما إلى الآخر.

لذلك يرى المراقب الخارجي سيلًا من الأظرف التي تظهر وسيلًا من رموز الإبطال التي تظهر، لكنه لا يستطيع مطابقتها ببعضها. لا يمكنه أن يقول: "رمز الإبطال الذي أُلقي اليوم يقابل الظرف الذي ثُبّت في مارس الماضي." هذا الرابط موجود فقط داخل المعرفة السرية لمالك الملاحظة، ويؤكد برهان المعرفة الصفرية أن الرابط صحيح من دون كشفه.

هذا الرابط المقطوع هو الشيء الذي تتغذى عليه شركات تحليل السلاسل في Bitcoin، وهو الشيء الذي يتعمد Zcash قطعه.

اختبر حدسك: لو كان المُبطِلات تُحتسب بدلًا من ذلك فقط من الملاحظة نفسها (من دون أي مفتاح سري)، فأي واحدة من الخصائص الثلاث في القسم 5 كانت ستنهار، ولماذا كان ذلك سيدمّر الخصوصية بهدوء؟ (الإجابة في النهاية.)

---

10. إخلاء مسؤولية صريح

هذا نموذج ذهني، وليس المواصفة. ولإبقائه مناسبًا للمبتدئين، قمنا بتبسيط عدة أمور واقعية بهدوء: مرّ Zcash بعدة تصاميم محمية مختلفة (Sprout، ثم Sapling، والآن Orchard)؛ ويمكن للمعاملات الحقيقية أن تنفق وتُنشئ عدة notes دفعة واحدة؛ و"اللوح" هو تقنيًا نوع محدد من الأشجار، وليس لوحة دبابيس حرفية؛ كما أن توازن القيمة يُفرَض باستخدام بعض الضبط المحاسبي التشفيري الإضافي. لا يغيّر أيّ من هذه التفاصيل القصة التي تعلّمتها للتو؛ بل يصقلها. سنعيد الدقة تدريجيًا، مقالًا بعد مقال، وسنوضح ذلك بجلاء كلما فعلنا.

يكسب المحتوى التعليمي الجيد الثقة عندما يصرّح بما تركه خارجًا. وهذا القسم هو ذلك الوعد.

---

11. الحلقات التي فتحناها (خريطتك لهذه السلسلة)

كل عبارة "سنعود إلى هذا" أعلاه هي خيط. إليك أين يُغلق كل واحد منها:

---

12. الخلاصة

• Bitcoin شفاف؛ أما Zcash فيقدّم عالمًا محميًا تُخفى فيه هوية المرسل والمستقبل والمبلغ.
• التناقض الظاهري (خاص ومع ذلك قابل للتحقق علنًا) هو بيت القصيد كله، ويمكن حله.
• الدفعة المحمية تتكون من خمس قطع متشابكة: note (العملة)، وnote commitment (الظرف المختوم)، وnote commitment tree (اللوح العام)، وnullifier (رمز الإبطال الذي يمنع الإنفاق المزدوج)، وzero-knowledge proof (الستار الذي يثبت الصحة من دون أن يكشف شيئًا).
• ترتكز الخصوصية في النهاية على رابط واحد مقطوع: لا أحد من الخارج يستطيع وصل ولادة note (commitment) بموتها (nullifier).
• يتحقق العموم من القواعد، لا من المحتويات أبدًا.

أصبحت الخريطة الآن بين يديك. وما تبقى من السلسلة يملأ تفاصيلها.

---

مسرد المصطلحات

---

الأسئلة الشائعة

هل Zcash خاص دائمًا؟ لا. تنطبق الخصوصية على العالم المحمي (z.../u... addresses). أما المعاملات الشفافة (t...) فهي عامة، مثل Bitcoin.

إذا كان كل شيء مخفيًا، فما الذي يمنع شخصًا ما من طباعة أموال مجانية؟ برهان المعرفة الصفرية. فهو يفرض رياضيًا أن تكون مخرجات كل معاملة مدعومة بمدخلات حقيقية وغير منفقة، مع إبقاء المبالغ سرية.

هل يمكن إنفاق note نفسها مرتين؟ لا. إنفاق note ينشر nullifier الخاص بها؛ وأي محاولة ثانية ستنشر nullifier المطابق نفسه، وهو موجود بالفعل في سلة "المنفَق"، لذلك ترفضه الشبكة.

هل يمكن للجهات الخارجية ربط مرسل بمستقبل؟ لا. لا يمكن لأي شخص مطابقة commitment (ولادة note) مع nullifier (وفاة note) من دون المعرفة السرية الخاصة بالمالك.

---

إجابة اختبار الحدس (القسم 9)

لو كان nullifier يُحتسب فقط من note، من دون مفتاح سري، لكان أي شخص قادرًا على حسابه، مما يكسر الخاصية رقم 1 (أن المالك وحده يستطيع الإنفاق). والأسوأ من ذلك أن nullifier سيصبح عندها قابلًا للاشتقاق مباشرة من المعلومات العامة عن note، وهو ما قد يتيح للمراقبين ربط nullifier مرة أخرى بـ commitment الخاص بها، فيكسر الخاصية رقم 3 ويفكك خصوصية النظام كله بهدوء. المفتاح السري هو ما يجعل رمز الإبطال في آنٍ واحد حكرًا عليك وحدك وغير قابل للربط.

---

ما التالي

المقال 1 . الحقول المنتهية: ذلك النظام العددي الغريب والجميل حيث تلتف الحسابات "دائريًا"، والسبب الذي يجعل كل قطعة من التشفير في هذه السلسلة تعيش هناك. سنبدأ، كما نفعل دائمًا، بالحدس، ومن دون صيغ حتى تصبح مستحقة.

جزء من سلسلة Zcash from First Principles لـ ZecHub. مرخّص تحت CC BY-SA 4.0.