كيف تعمل المعاملة الأساسية لبيتكوين؟

تفكيك معاملة البيتكوين: حجر الأساس لنقل القيمة الرقمية

يعمل البيتكوين في جوهره وفق نظام بسيط ولكنه مصمم ببراعة لنقل القيمة. وخلافاً للأنظمة المصرفية التقليدية حيث تمتلك الحسابات أرصدة، يعمل البيتكوين أشبه بنظام نقد رقمي، حيث يتم تتبع كل وحدة قيمة من خلال سلسلة من المعاملات. هذه الآلية الأساسية، والتي غالباً ما يشار إليها باسم "المعاملة الأساسية" (base transaction)، هي حجر الزاوية الذي بنيت عليه شبكة البيتكوين بأكملها. إن فهم كيفية هيكلة هذه المعاملات والتحقق من صحتها وتسجيلها أمر بالغ الأهمية لاستيعاب مبادئ الأمان والنزاهة والتشغيل لأول وأكبر عملة مشفرة في العالم.

نموذج مخرجات المعاملات غير المنفقة (UTXO): النقد الرقمي في العمل

لفهم كيفية عمل معاملات البيتكوين، يجب أولاً فهم مفهوم مخرجات المعاملات غير المنفقة، أو ما يعرف بـ UTXO. يمثل هذا النموذج تحولاً جذرياً عن الأنظمة التقليدية القائمة على الحسابات، وهو عنصر مركزي في تصميم البيتكوين.

تخيل النقد المادي في محفظتك: أنت لا تملك "رصيد حساب" نقدي؛ بدلاً من ذلك، أنت تمتلك أوراقاً نقدية محددة بفئات متفاوتة (مثل ورقة من فئة 10 دولارات، وورقة من فئة 20 دولاراً). عندما تريد دفع ثمن شيء ما، فإنك تستخدم هذه الأوراق النقدية المحددة. إذا كان ثمن السلعة 15 دولاراً ودفعت بورقة من فئة 20 دولاراً، فستسترد 5 دولارات كـ "باقي" (change) – وهي ورقة نقدية جديدة.

يعمل نموذج UTXO في البيتكوين بشكل مشابه:

• لا توجد أرصدة حسابات: تقنياً، لا تحتفظ محافظ البيتكوين بـ "رصيد" بالمعنى التقليدي. بدلاً من ذلك، تدير المحافظ مجموعة من الـ UTXOs التي يمكن "إنفاقها" بواسطة المفاتيح الخاصة للمحفظة.
• وحدات قيمة منفصلة: يمثل كل UTXO مبلغاً محدداً وغير منفق من البيتكوين كان مخرجاً (output) من معاملة سابقة. إنه يشبه ورقة نقدية أو عملة معدنية رقمية.
• إنفاق الـ UTXOs: عندما تبدأ معاملة، تختار محفظتك واحداً أو أكثر من الـ UTXOs التي تملكها لتغطية المبلغ الذي ترغب في إرساله. يتم استهلاك هذه الـ UTXOs المختارة بالكامل كـ "مدخلات" (inputs) لمعاملتك الجديدة.
• إنشاء UTXOs جديدة: تقوم المعاملة بعد ذلك بإنشاء UTXOs جديدة كمخرجات:
  • UTXO واحد للمستلم، يحتوي على المبلغ الذي أرسلته.
  • اختيارياً، UTXO آخر ("مخرج الباقي" أو change output) يُرسل يعود إلى محفظتك لأي مبلغ متبقي من الـ UTXOs المستهلكة والذي لم يُرسل إلى المستلم أو يُدفع كرسوم.

يوفر نموذج UTXO العديد من المزايا، بما في ذلك تعزيز الخصوصية (حيث لا ترتبط المعاملات صراحةً بحسابات المستخدمين، بل بالمفاتيح العامة فقط)، وتحسين الأمان ضد الإنفاق المزدوج، وقابلية توسع أكبر من خلال المعالجة المتوازية للمعاملات. وهو يضمن محاسبة كل وحدة بيتكوين وتتبعها من أصلها (التعدين) عبر تاريخ معاملاتها بالكامل.

تشريح معاملة البيتكوين

كل معاملة بيتكوين هي هيكل بيانات يتكون من عدة مكونات رئيسية. يضمن هذا الهيكل إمكانية نقل القيمة والتحقق منها بأمان عبر الشبكة.

مدخلات المعاملة (Transaction Inputs)

تحدد المدخلات من أين يأتي البيتكوين الذي يتم إنفاقه. يشير كل مدخل إلى UTXO محدد من معاملة سابقة.

1. معرف المعاملة (TXID) للمخرج السابق: معرف فريد (hash) للمعاملة التي أنشأت الـ UTXO الجاري إنفاقه.
2. فهرس المخرجات (Vout): رقم يشير إلى المخرج المحدد من تلك المعاملة السابقة الذي يتم إنفاقه (حيث يمكن أن تحتوي المعاملة على مخرجات متعددة).
3. نص فك القفل (ScriptSig): هذا هو الجزء الحاسم الذي يثبت الملكية ويفوض الإنفاق. بالنسبة لمعاملة قياسية من نوع "الدفع لهش المفتاح العام" (P2PKH)، يحتوي ScriptSig عادةً على:
   • التوقيع الرقمي: يتم إنشاؤه بواسطة المفتاح الخاص للمرسل، حيث يوقع على "هش" لبيانات المعاملة الحالية. يثبت هذا أن المرسل صرح بالمعاملة دون الكشف عن مفتاحه الخاص.
   • المفتاح العام: مشتق من المفتاح الخاص للمرسل. تستخدم الشبكة هذا للتحقق من التوقيع الرقمي مقابل هش المفتاح العام المضمن في نص القفل الخاص بالـ UTXO السابق.

مخرجات المعاملة (Transaction Outputs)

تحدد المخرجات إلى أين يذهب البيتكوين وتحت أي ظروف يمكن إنفاقه في المستقبل.

1. القيمة: كمية البيتكوين (بالساتوشي، وهي أصغر وحدة في البيتكوين) المرسلة إلى هذا المخرج.
2. نص القفل (ScriptPubKey): يُعرف أيضاً باسم "شرط الإنفاق"، يحدد هذا النص البرمجي الشروط التي يجب استيفاؤها لإنفاق هذا المخرج في معاملة مستقبلية. بالنسبة لمخرج P2PKH القياسي، فإنه يحتوي عادةً على هش المفتاح العام للمستلم. ولإنفاق هذا المخرج، يجب على المستلم تقديم توقيع رقمي تم إنشاؤه بواسطة المفتاح الخاص المطابق لهش المفتاح العام هذا، بالإضافة إلى مفتاحه العام.

حقول المعاملة الأخرى

بالإضافة إلى المدخلات والمخرجات، تتضمن معاملة البيتكوين معلومات حيوية أخرى:

• رقم الإصدار: يشير إلى إصدار هيكل بيانات المعاملة، مما يسمح بترقيات البروتوكول المستقبيلة.
• وقت القفل (nLocktime): حقل اختياري يحدد وقتاً أو ارتفاع كتلة معيناً لا يمكن قبله إضافة المعاملة إلى الكتلة. يمكن استخدام هذا للعقود المرتبطة زمنياً. تعني قيمة وقت القفل 0 أن المعاملة يمكن تضمينها فوراً.
• بيانات الشاهد (Witness Data): بالنسبة للمعاملات التي تستخدم بروتوكول الشاهد المنفصل (SegWit)، يتم تخزين بيانات التوقيع في هيكل منفصل، مما يساعد في تحسين مساحة الكتلة وإصلاح مشكلات تطوع المعاملات (malleability).

يتم بعد ذلك إجراء تشفير (hashing) لهيكل بيانات المعاملة بالكامل لإنتاج معرف المعاملة (TXID)، وهو معرف فريد لتلك المعاملة المحددة.

إنشاء وبث المعاملة

عندما تقرر إرسال البيتكوين، يقوم برنامج محفظتك بعدة خطوات حاسمة في الخلفية:

1. اختيار الـ UTXO: تمسح محفظتك سجل الكتل (blockchain) لتحديد جميع الـ UTXOs التي يمكن إنفاقها بواسطة مفاتيحك الخاصة. ثم تختار مزيجاً من هذه الـ UTXOs التي تساوي قيمتها الإجمالية المبلغ الذي ترغب في إرساله أو تزيد عنه، بالإضافة إلى أي رسوم معاملة.
2. إنشاء المخرجات:
   • يتم إنشاء مخرج أساسي لعنوان المستلم، يحتوي على مبلغ البيتكوين المحدد.
   • إذا تجاوزت القيمة الإجمالية للـ UTXOs المختارة المبلغ المرسل بالإضافة إلى الرسوم، يتم إنشاء "مخرج باقي" (change output). يرسل هذا المخرج المتبقي إلى عنوان جديد تتحكم فيه محفظتك، مما يعزز الخصوصية من خلال عدم إعادة استخدام العناوين.
3. حساب رسوم المعاملة: الفرق بين القيمة الإجمالية للمدخلات والقيمة الإجمالية للمخرجات (المستلم + الباقي) يصبح رسوم المعاملة، التي يجمعها المعدن الذي يدرج المعاملة في الكتلة. غالباً ما تقدر المحافظ الرسوم بناءً على ازدحام الشبكة وحجم بيانات المعاملة.
4. التوقيع الرقمي: يجب التوقيع رقمياً على كل مدخل في المعاملة بواسطة المفتاح الخاص المطابق للمفتاح العام الذي يتحكم في الـ UTXO المعني. تستخدم عملية التوقيع هذه خوارزمية التوقيع الرقمي للمنحنى الإهليلجي (ECDSA)، مما يؤدي إلى إنشاء توقيع فريد لكل مدخل بناءً على بيانات المعاملة. يثبت هذا التوقيع أن المالك صرح بالإنفاق دون الكشف عن مفتاحه الخاص.
5. تجميع المعاملة: يتم تجميع كل هذه المكونات – المدخلات المختارة، المخرجات المنشأة، التوقيعات، والحقول الأخرى – في هيكل بيانات معاملة كامل.
6. البث: يتم بعد ذلك بث المعاملة التي تم بناؤها وتوقيعها بالكامل إلى شبكة البيتكوين.

التحقق من صحة المعاملة: حراس الشبكة

عند تلقي معاملة مبثوثة، تبدأ عقد البيتكوين الكاملة (full nodes) على الفور عملية تحقق صارمة قبل ترحيلها إلى العقد الأخرى. هذا التحقق متعدد الخطوات أمر بالغ الأهمية للحفاظ على نزاهة الشبكة ومنع المعاملات غير الصالحة أو الخبيثة.

إليك كيف تتحقق العقد من صحة المعاملة:

1. الفحوصات النحوية والهيكلية:

   • التنسيق: هل المعاملة منسقة بشكل صحيح وفقاً لقواعد بروتوكول البيتكوين؟
   • الحجم: هل تلتزم بحدود الحجم الأقصى؟
   • الإصدار: هل رقم الإصدار صالح؟
   • نطاقات القيم: هل جميع القيم (المدخلات والمخرجات) ضمن النطاقات الصالحة (ليست سالبة، ولا تتجاوز إجمالي معروض البيتكوين)؟
   • عدد التوقيعات: هل عدد التوقيعات صحيح لنوع النص البرمجي المستخدم؟

2. وجود وحالة الـ UTXO المشار إليه:

   • غير منفق: لكل مدخل، يجب أن يكون الـ UTXO المشار إليه موجوداً، والأهم من ذلك، يجب أن يكون غير منفق. هذا هو الدفاع الأساسي ضد الإنفاق المزدوج. تتحقق العقد من نسختها المحلية من مجموعة الـ UTXO (قاعدة بيانات لجميع المخرجات غير المنفقة حالياً).
   • النضج: إذا كان الـ UTXO عبارة عن مكافأة تعدين (coinbase reward)، فيجب أن يكون قد نضج (عادةً 100 كتلة) قبل أن يمكن إنفاقه.

3. التحقق من النص البرمجي (Script Verification):

   • لكل مدخل، تقوم العقدة بتنفيذ عملية تحقق من النص البرمجي. حيث تجمع بين ScriptSig (من المدخل) و ScriptPubKey (من الـ UTXO المشار إليه). يتم تنفيذ هذا النص البرمجي المجمع بواسطة مفسر نصوص البيتكوين (Bitcoin Script interpreter).
   • يجب أن تكون نتيجة النص البرمجي "صحيحة" (TRUE) حتى يكون مدخل المعاملة صالحاً. هذا هو المكان الذي يتم فيه التحقق من التوقيع الرقمي مقابل هش المفتاح العام المحدد في نص قفل الـ UTXO، مما يثبت التفويض.

4. فحوصات اتساق القيمة:

   • المدخلات مقابل المخرجات: يجب أن يكون مجموع كل قيم البيتكوين في المدخلات أكبر من أو يساوي مجموع كل القيم في المخرجات.
   • لا إنشاء لبيتكوين جديد: لا يمكن إنشاء بيتكوين جديد من فراغ. الفرق بين المدخلات والمخرجات هو رسوم المعاملة، التي تذهب إلى المعدن.

5. فحص وقت القفل: إذا تم تحديد nLocktime، فلا يمكن إدراج المعاملة في كتلة إلا بعد أن يتجاوز ارتفاع الكتلة الحالي أو الوقت قيمة nLocktime.

فقط بعد اجتياز كل هذه الفحوصات تعتبر المعاملة صالحة. يتم بعد ذلك إضافة المعاملات الصالحة إلى مجمع الذاكرة (mempool) الخاص بالعقدة وترحيلها إلى العقد المتصلة الأخرى.

الإدراج في كتلة: الطريق إلى التأكيد

تنتظر المعاملات التي تم التحقق من صحتها في مجمع الذاكرة (mempool) ليتم إدراجها في كتلة. وهنا يأتي دور تعدين البيتكوين:

1. اختيار المعدن: يراقب معدنو البيتكوين باستمرار مجمع الذاكرة، ويختارون المعاملات لتضمينها في الكتلة الجديدة التي يحاولون تعدينها. يعطي المعدنون الأولوية للمعاملات ذات الرسوم الأعلى لكل بايت، لأن هذا يزيد من مكافأتهم المحتملة.
2. بناء الكتلة: يجمع المعدن كتلة مرشحة تحتوي على ترويسة (مع تفاصيل مثل هش الكتلة السابقة، والطابع الزمني، والهدف الصعوبة، وجذر ميركل للمعاملات) والمعاملات المختارة.
3. إثبات العمل (Proof-of-Work): يقوم المعدن بعد ذلك بعمل حسابي مكثف، محاولاً العثور على "نونس" (nonce) - وهو رقم عشوائي - والذي عندما يتم دمجه مع بيانات ترويسة الكتلة وتشفيره، ينتج نتيجة أقل من هدف الصعوبة الحالي للشبكة. هذا هو "إثبات العمل" (PoW).
4. نشر الكتلة: بمجرد أن يجد المعدن "نونس" صالحاً، يقوم ببث الكتلة التي تم تعدينها حديثاً إلى الشبكة.
5. التحقق من صحة الكتلة: تتلقى العقد الأخرى الكتلة وتتحقق بسرعة من صحتها:
   • هل تحتوي ترويسة الكتلة على إثبات عمل صالح؟
   • هل جميع المعاملات داخل الكتلة صالحة بشكل فردي وغير منفقة؟
   • هل تلتزم الكتلة بجميع قواعد التوافق (مثل حد حجم الكتلة، معاملة الـ coinbase الصالحة)؟
6. التأكيد: إذا كانت الكتلة صالحة، تضيفها العقد إلى نسختها من سجل الكتل. في هذه المرحلة، تتلقى المعاملات داخل تلك الكتلة "تأكيدها" الأول. ومع تعدين المزيد من الكتل فوق هذه الكتلة، تكتسب المعاملة تأكيدات إضافية، مما يجعلها غير قابلة للإلغاء وآمنة بشكل متزايد. عادةً ما ينتظر التجار والمنصات عدداً معيناً من التأكيدات (مثلاً 6 تأكيدات) قبل اعتبار المعاملة نهائية.

رسوم المعاملات: وقود الشبكة

رسوم المعاملات جزء لا يتجزأ من نظام البيتكوين البيئي، وتخدم غرضين أساسيين:

1. تحفيز المعدنين: تعوض الرسوم المعدنين عن جهودهم الحسابية وتؤمن الشبكة. بدون الرسوم، سيكون لدى المعدنين حافز أقل لمعالجة المعاملات بمجرد أن تتلاشى مكافأة الكتلة في النهاية.
2. منع إغراق الشبكة (Spam): تردع الرسوم الجهات الخبيثة عن إغراق الشبكة بعدد هائل من المعاملات الصغيرة غير ذات الأهمية الاقتصادية التي من شأنها استهلاك موارد الشبكة.

لا تعتمد رسوم المعاملات على مبلغ البيتكوين الذي يتم تحويله، بل على حجم بيانات المعاملة (بالبايت) وازدحام الشبكة الحالي. تحسب المحافظ عادةً الرسوم بناءً على معدل "ساتوشي لكل بايت". عندما تكون الشبكة مشغولة، يميل هذا المعدل إلى الارتفاع حيث يتنافس المستخدمون على مساحة الكتلة من خلال تقديم رسوم أعلى.

مثال توضيحي: أليس تدفع لبوب

دعونا نتتبع معاملة بسيطة: تريد أليس إرسال 0.5 بيتكوين إلى بوب.

1. مسح محفظة أليس: تحدد محفظة أليس أن لديها اثنين من الـ UTXOs:

   • UTXO أ: 0.3 بيتكوين (من معاملة سابقة مع تشارلي)
   • UTXO ب: 0.4 بيتكوين (من معاملة سابقة مع ديفيد)
   • إجمالي المتاح للإنفاق: 0.7 بيتكوين

2. اختيار الـ UTXO: لإرسال 0.5 بيتكوين، تحتاج محفظتها لتغطية هذا المبلغ بالإضافة إلى الرسوم. فتقرر استخدام UTXO ب (0.4 بيتكوين) و UTXO أ (0.3 بيتكوين)، بإجمالي 0.7 بيتكوين.

3. بناء المعاملة:

   • المدخلات:
     • المدخل 1: يشير إلى UTXO أ (0.3 بيتكوين)، ويتضمن توقيع أليس لـ UTXO أ.
     • المدخل 2: يشير إلى UTXO ب (0.4 بيتكوين)، ويتضمن توقيع أليس لـ UTXO ب.
   • المخرجات:
     • المخرج 1: 0.5 بيتكوين إلى هش المفتاح العام لبوب.
     • المخرج 2 (الباقي): تحسب أليس الرسوم. إذا كان معدل الشبكة يتطلب رسوم 0.0001 بيتكوين لهذا الحجم، فإن: 0.7 بيتكوين (المدخلات) - 0.5 بيتكوين (لبوب) - 0.0001 بيتكوين (الرسوم) = 0.1999 بيتكوين. يتم إرسال هذا المبلغ (0.1999 بيتكوين) مرة أخرى إلى عنوان جديد تتحكم فيه محفظة أليس.

4. التوقيع والبث: تقوم محفظة أليس بتوقيع المعاملة تشفيراً، ثم تبثها إلى شبكة البيتكوين.

5. تحقق الشبكة: تتلقى العقد الكاملة المعاملة:

   • تتحقق من أن UTXO أ و UTXO ب موجودان وغير منفقين بالفعل.
   • تنفذ النصوص البرمجية، وتتحقق من توقيعات أليس مقابل هشور المفاتيح العامة في نصوص القفل الأصلية لـ UTXO أ و ب.
   • تتحقق من أن المدخلات (0.7) >= المخرجات (0.5 + 0.1999). الفرق هو الرسوم الضمنية.
   • إذا نجحت جميع الفحوصات، تُضاف المعاملة إلى مجمع الذاكرة (mempool).

6. التعدين والتأكيد: يختار معدن هذه المعاملة لكتلة جديدة. بعد العثور على إثبات عمل صالح، تُضاف الكتلة إلى سجل الكتل. تتلقى معاملة أليس تأكيدها الأول، ويمتلك بوب الآن 0.5 بيتكوين كـ UTXO جديد.

القوة الدائمة لنموذج معاملات البيتكوين

يوفر تصميم آلية معاملات البيتكوين الأساسية، المتمحورة حول الـ UTXO والتحقق التشفيري القوي، مزايا جوهرية تدعم قيمته المقترحة:

• الأمان: تضمن التوقيعات الرقمية وآلية إثبات العمل أن المعاملات مصرح بها حقاً وغير قابلة للإلغاء عملياً بمجرد تأكيدها، مما يمنع الاحتيال والإنفاق المزدوج.
• اللامركزية: لا يمكن لأي كيان واحد الموافقة على المعاملات أو رفضها من جانب واحد. تتحقق عقد الشبكة بشكل مستقل وفقاً لقواعد متفق عليها.
• الشفافية وقابلية التدقيق: على الرغم من استخدام أسماء مستعارة، يتم تسجيل كل معاملة علناً على سجل الكتل، مما يسمح لأي شخص بالتحقق من حركة القيمة.
• منع الإنفاق المزدوج: إن نموذج UTXO والتحقق الشامل من المخرجات غير المنفقة يجعل من الصعب للغاية إنفاق نفس البيتكوين مرتين، وهي مشكلة كانت متأصلة في العملات الرقمية قبل البيتكوين.

إن هذا التناغم الدقيق بين اختيار الـ UTXO، وتنفيذ النصوص البرمجية، والتوقيع التشفيري، والتحقق اللامركزي يضمن أن تكون كل معاملة بيتكوين سجلاً آمناً وقابلاً للتحقق وغير قابل للتغيير لنقل القيمة، مما يشكل العمود الفقري المرن لشبكة البيتكوين بأكملها.