کاربرد بلاک چین در ذخیره‌سازی اطلاعات؛ سلام بر حریم خصوصی واقعی

اطلاعات شخصی خود از جمله عکس، فیلم، موسیقی و … را کجا ذخیره می‌کنید؟ احتمالاٌ شما هم احساس کرده‌اید که با رشد فناوری، حجم اطلاعات ما با سرعتی نجومی در حال افزایش است و فضاهای ذخیره‌سازی بزرگ‌ و بزرگ‌تر می‌شوند. از زمانی که سرورهای ابری روی کار آمدند، تحولات زیادی در ذخیره‌سازی داده‌هایمان صورت گرفته است. سرورهای ابری می‌توانند سابقه کاملی از هر اطلاعاتی که در زندگی داریم، از عکس‌ها و ویدئوهای شخصی گرفته تا اسناد و فایل‌های کاری را ذخیره کنند. در نگاه اول، این‌طور به نظر می‌رسد که با وجود این سرورها زندگی ما آسان‌تر شده است، اما پشت این راحتی و مشتری مداری، یک سری تهدیدات هم وجود دارند. در مطلبی که سایت کوین تلگراف به تازگی منتشر کرده، نقشی که بلاک چین در بهبود روش‌های ذخیره‌سازی داده‌ها در آینده خواهد داشت بررسی شده است.

ذخیره‌سازی داده‌ها به شکل متمرکز مزایای خاص خودش را دارد. به عنوان مثال سرعت و دسترس‌پذیری آن بالاتر است، توان اجرایی آن بیشتر است و معمولا با تأخیر کمی صورت می‌گیرد. اما در کنار این مزایا، معایبی هم دارد که نمی‌توان از آنها چشم‌پوشی کرد.

شرکت‌های بزرگ ذخیره‌سازی ابری مانند گوگل و آمازون که بر این صنعت تسلط یافته‌اند، اغلب مظنون به همکاری با مقامات دولتی هستند و احتمال اینکه داده‌های خصوصی ما را در اختیار آنها قرار دهند زیاد است. خیلی هم راحت می‌توانند این کار را انجام دهند، زیرا فایل‌های کاربران رمزگذاری نمی‌شوند، ذخیره آنها در یک مکان ثابت صورت می‌گیرد و بنابراین در برابر هر گونه دستکاری آسیب‌پذیر هستند. علاوه بر این، احتمال هک شدن سرورهای متمرکز زیاد است و ممکن است به از دست رفتن اطلاعات خصوصی هزاران کاربر بینجامد.

در چنین محیطی، دولت‌ها می‌توانند دسترسی به برخی از مطالب را به هر دلیل محدود کنند، همان‌طور که مقامات ترکیه در سال ۲۰۱۷ سایت ویکی‌پدیا را در این کشور مسدود کردند. چین حتی از آن هم فراتر رفت و محبوب‌ترین رسانه‌ها اجتماعی جهان، فضاها‌ی ذخیره‌سازی ابری و پلتفرم‌های ویدئویی را در این کشور مسدود و به جای آنها نمونه‌های بومی را جایگزین کرد.

در مقابل، روش ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز ایمن‌تر بوده و تمرکز اصلی آن بر حفظ حریم خصوصی است.

در روش غیرمتمرکز، داده‌های کاربر روی یک سرور متمرکز واحد ذخیره نمی‌شود. به جای آن، فایل‌ها به چند بخش تقسیم می‌شوند و هر یک به سرورها یا کامپیوترهای مختلفی که اصطلاحا نود (Node) نام دارد، ارسال می‌شوند. در نتیجه امکان کنترل و نظارت روی داده‌های کاربر از جایی بیرون از شبکه وجود ندارد. با این حال، ذخیره‌سازی غیرمتمرکز داده‌ها هم با محدودیت‌هایی مواجه است.

علاقه‌مندان به بلاک چین ادعا می‌کنند این فناوری می‌تواند همه چیز از امور بانکی گرفته تا مراقبت‌های بهداشتی، سیستم رأی‌گیری و جمع‌آوری کمک‌های مالی یا جذب سرمایه را بهبود بخشد. آیا این امر می‌تواند درباره ذخیره‌سازی داده‌ها هم درست باشد و آیا بلاک چین قادر است صنعت ذخیره‌سازی ابری داده‌ها را بهبود بخشد؟ این را زمان مشخص خواهد کرد و اگرچه راه‌حل‌های متعددی پیشنهاد شده است، هنوز برای نتیجه‌گیری زود است.

ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز چگونه انجام می‌شود؟

سامانه‌های ذخیره‌سازی ابری، داده‌ها را روی سرورهای از راه دور که از طریق اینترنت قابل‌دسترسی هستند و به آنها ابر گفته می‌شود، ذخیره می‌کنند. نگهداری این سرورها به عهده ارائه‌دهندگان سرور ابری است. در روش ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز، برخلاف سرورهای ابری سنتی، اطلاعات مشتریان در یک سرور متمرکز خاص نگهداری نمی‌شود. به جای آن، از نودهای مختلفی که در سراسر جهان هستند و هر یک مستقل از دیگری عمل می‌کنند، استفاده می‌شود. این نودها از سوی یک نهاد واحد میزبانی نمی‌شوند و هیچ ارائه‌دهنده خدماتی توانایی کنترل آنها را ندارد. هر کسی می‌تواند یک نود را اجرا کند.

ماجرا از کجا آغاز شد؟

حدود ۲۰ سال پیش پروتکل بیت تورنت (BitTorrent) روی کار آمد که برای اشتراک‌گذاری همتا به همتای فایل‌ها طراحی شده بود. کاربران بیت تورنت فایل‌های متنوعی از جمله موسیقی، فیلم و فایل‌های متنی را دانلود و در فضای ذخیره‌سازی کامپیوتر خودشان ذخیره می‌کنند، سپس می‌توانند این فایل‌ها را با دیگران هم به اشتراک بگذارند. به کاربری که فایل را در اختیار دارد سید (seed) گفته می‌شود. فایل‌ها در بیت تورنت رمزگذاری نمی‌شوند، اما به قطعاتی کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و کاربران مختلف (سیدرها یا به اشتراک گذارنده‌ها) می‌توانند هر قطعه را دانلود کنند. از این لحاظ درست مانند فضای ابری غیرمتمرکز کار می‌کند.

پروتکل سیستم اشتراک فایل میان سیاره‌ای (InterPlanetary File System) یا به اختصار IPFS هم نمونه دیگری در سیر تکاملی ذخیره‌سازی غیرمتمرکز است. این پروتکل در سال ۲۰۱۵ شروع به کار کرد و بعدها پایه و اساس شکل‌گیری برخی از روش‌های ذخیره‌سازی غیرمتمرکز مبتنی بر بلاک چین از جمله فایل کوین (FileCoin) شد.

پروتکل IPFS مانند HTTP، یک پروتکل ابَررسانه‌ای برای وب بوده که هدف از طراحی آن انتقال داده‌ها بین کاربران و سرورها در اینترنت است، با این تفاوت که به جای یک سرور مرکزی با تعداد زیادی نود کار می‌‌کند. هنگامی که فایلی را در شبکه IPFS آپلود می‌کنید، آن فایل به چند بخش تقسیم می‌شود که هر بخش را یک بلاک می‌نامند. هر یک از بلاک‌ها یک هش مخصوص دریافت می‌کند. این بلاک‌ها را می‌توانید از طریق هش یا اسمشان به شکل یک فایل پیدا و بازیابی کنید. این کار با استفاده از روش آدرس‌دهی مبتنی بر محتوا صورت می‌گیرد که با روش آدرس‌دهی مبتنی بر موقعیت مکانی در HTTP متفاوت است.

راهکارهای برون زنجیره‌ای و درون زنجیره‌ای

پروتکل‌های بیت تورنت و IPFS هر دو با مشکلات و چالش‌هایی روبه‌رو هستند و نمی‌توان آنها را کامل و ایده‌آل دانست. با ظهور فناوری بلاک چین، بسیاری از توسعه‌دهندگان در سراسر جهان به ایده استفاده از آن برای بهبود ذخیره‌سازی داده‌ها علاقه‌مند شدند. راهکارهای ابری غیرمتمرکز مبتنی بر بلاک چین درست روی اصول راهکارهای قبلی بنا شده‌اند، اما هدف آنها بهبود حریم خصوصی، افزایش امنیت و کنترل کاربران روی داده‌های خودشان است. یکی از ویژگی‌های متمایز این روش‌ها که در روش‌های قبلی دیده نمی‌شود، رمزگذاری داده‌هاست. هنگامی که یک فایل را در شبکه آپلود می‌کنید، شبکه به شکل خودکار فایل را رمزگذاری می‌کند. هر گاه به فایل‌تان نیاز داشتید، می‌توانید با استفاده از کلید رمزنگاری به آن دسترسی پیدا کنید. هیچ‌کس بدون کلید نمی‌تواند به فایل شما دسترسی پیدا کند و آن را بخواند.

نقطه مشترک روش‌های مبتنی بر بلاک چین و پروتکل‌های بیت تورنت و IPFS، شاردینگ (Sharding) است. به زبان ساده، شاردینگ همان فرایند تقسیم فایل به قطعاتی کوچک‌تر است که امکان ذخیره هر قطعه را در نودهای مختلف فراهم می‌کند. هیچ کامپیوتری به تنهایی نمی‌تواند کل فایل شما را در اختیار داشته باشد، بلکه فقط می‌تواند بخشی از آن را نگه دارد. از هر یک از قطعات، یک نسخه دیگر هم ایجاد می‌شود که به این فرایند افزونگی داده‌ها می‌گوییم. افزونگی داده‌ها به ما اطمینان می‌دهد که اگر یک نود خاص مشکلی پیدا کند، آن قطعه را می‌توان در نودهای دیگر یافت و بنابراین هیچ فایلی خراب نمی‌شود.

دو رویکرد کاملا متفاوت در راهکارهای بلاک چینی ذخیره‌سازی داده‌ها وجود دارد: رویکرد برون زنجیره‌ای و رویکرد درون زنجیره‌ای.

در رویکرد درون زنجیره‌ای، تمام داده‌های کاربران در هر بلاک از بلاک چین ذخیره می‌شوند. مزیت آشکار این روش این است که حتی در صورتی که حمله‌ای رخ دهد، می‌توان داده‌ها را مجددا بازیابی و همگام‌سازی کرد. اما عیب کار اینجاست که نگهداری نودهای کامل با مشکلاتی همراه است، زیرا هر نود کامل باید شامل همه داده‌های بارگذاری شده باشد که هزینه بسیار زیادی بر می‌دارد. همچنین بلاک چین برای ذخیره کل فایل‌های کاربران به اندازه کافی مقیاس‌پذیر نیست. هر نودِ در حال اجرا باید یک نسخه از همه داده‌های آپلودشده کاربران را نگه دارد و همه نودها باید به شکل مداوم با یکدیگر همگام‌سازی شوند. اگر هر کاربر فقط چند مگابایت داده آپلود کند، شبکه اشباع خواهد شد. علاوه بر این، هزینه کارمزدهای شبکه بسیار بالا خواهد رفت. این مشکل به «باد کردن بلاک چین» یا به اصطلاح «نفخ بلاک چین» معروف است. به همین دلیل است که تقریبا همه روش‌های ذخیره‌سازی داده‌ها در بازار برون زنجیره‌ای هستند.

در رویکر برون زنجیره‌ای، تلاش بر این است که با ذخیره نکردن داده‌های کاربران در بلاک چین مشکل مقیاس‌پذیری را حل کنند. برای این کار کافی است صرفا فراداده (metadata) را روی زنجیره ذخیره کرده و از بلاک چین برای کمک به اکوسیستم این پلتفرم استفاده کنیم. نقطه‌ضعف آشکار روش‌های برون زنجیره‌ای امنیت پایین آنهاست. اگر به یک سرور متمرکز که داده‌ها روی آن ذخیره شده است حمله شود، تنها چیزی که باقی خواهد ماند، فراداده است و همه داده‌های اصلی به طور کامل از دست خواهد رفت. اگرچه روش‌های برون زنجیره‌ای مقرون به صرفه‌تر هستند و کاربردهای زیادی دارند، اما این چالش‌ها هم در آنها وجود دارد.

برای حل نقاط ضعف سیستم‌های برون زنجیره‌ای، افرادی تحت عنوان ماینر (Miner)، دیسک سخت کامپیوترشان را برای ذخیره فایل‌های کاربران دیگر در اختیار شبکه قرار می‌دهند و در ازای آن پاداش می‌گیرند. از بلاک چین هم برای کمک به ایجاد این بازار بین ماینرها و کاربران استفاده می‌شود. متقاعد کردن کاربران برای ذخیره داده‌های فردی دیگر در فضای ذخیره‌سازی کامپیوترشان و برای اجرای نودها ممکن است کمی دشوار باشد، اما این کار برای مقیاس‌پذیری اکوسیستمِ روش برون زنجیره‌ای ضروری است. بلاک چین هم به ابرهای غیرمتمرکز آن کمک می‌کند. چنین پلتفرمی معمولاً از ارز دیجیتال اختصاصی خودش به عنوان انگیزه استفاده می‌کند. به این ترتیب کاربران تشویق می‌شوند تا فضای اضافی دیسک کامپیوترشان را اجاره بدهند. این کار به رشد این اکوسیستم که در آن نیازی به اعتماد نیست، کمک می‌کند.

پس از ائتلاف شرکت بیت تورنت با پروژه ارز دیجیتال ترون، سکه اختصاصی بیت تورنت با نماد BTT معرفی شد. کاربرد اصلی این سکه پاداش به کاربران برای نگهداری و توزیع فایل‌ها یا همان عمل سید است، اما کاربردهای دیگری از جمله پرداخت هزینه برای محتوا، پرداخت دستمزد به تولیدکنندگان محتوا و جذب سرمایه‌های جمعی هم دارد.

در شبکه فایل کوین، از بلاک چین برای برقراری ارتباط بین کاربرانی که نیاز به ذخیره داده‌هایشان دارند و کاربرانی که فضای اضافی دارند (ماینرها) استفاده می‌شود. مشتری پیشنهادی را به بلاک چین ارسال می‌کند و هنگامی که یک ماینر درخواست را پذیرفت، طرفین برگه معامله را امضا می‌کنند. در انتها ماینر تعدادی سکه به عنوان پاداش دریافت می‌کند.

مزایای بلاک چین برای ذخیره‌سازی

در مقایسه با سرورهای ابری متمرکز سنتی مانند آمازون و گوگل درایو، ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز مبتنی بر بلاک چین دارای چندین مزیت مهم است.

امنیت

ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز مبتنی بر بلاک چین، حفظ و انتقال اطلاعات را ایمن‌تر می‌سازد. فایل‌ها با کلیدهای خصوصی رمزگذاری می‌شوند که سبب می‌شود هیچ‌کس نتواند بدون کلید به آنها دسترسی پیدا کند. همچنین فایل‌ها به قطعاتی تقسیم می‌شوند که به نگهداری آنها در نودهای مختلف کمک می‌کند و بنابراین هیچ نگرانی از بابت نقطه خرابی نخواهیم داشت. اگر یک سرور متمرکز خراب شود، احتمالا دیگر به داده‌هایمان دسترسی نخواهیم داشت، اما اگر یک نود مشخص مشکلی پیدا کند، جای فایل‌هایمان امن است.

تغییرناپذیری

از آنجا که هیچ نهاد مرکزی وجود ندارد، کسی نمی‌تواند فایل شما را از بین ببرد، دسترسی شما به فایل‌تان را محدود کند یا برای سانسور در آن تغییراتی ایجاد کند. هش فایل در دفتر کل نگه داشته می‌شود.

هزینه کمتر

در حالی‌که محصولات ذخیره‌سازی ابری متمرکز مانند سرویس ذخیره‌سازی ساده آمازون (Amazon S۳)، گوگل وان (Google One) و دراپ باکس (Dropbox) برای هر گیگابایت فضا ماهانه به ترتیب ۰٫۰۲۳ دلار، ۰٫۰۲ دلار و ۰٫۰۰۵ دلار مطالبه می‌کنند، رقبای آنها با استفاده از بلاک چین همین فضا را با کارمزدی حدود ۰٫۰۰۲ دلار ارائه می‌دهند.

پاداش برای ذخیره‌سازی

تعدادی از پروژه‌های ابری غیرمتمرکز از بلاک چین و نیز از ارزهای دیجیتال مخصوص خودشان برای انگیزه دادن به کاربران استفاده می‌کنند. افرادی که فضای ذخیره‌سازی اضافی دارند (به عنوان مثال دیسک، دیسک سخت یا مراکز داده‌ای که از آنها استفاده نمی‌کنند) می‌توانند آنها را اجاره بدهند و در عوض پاداش دریافت کنند. پلتفرم‌های ذخیره‌سازی ابری بلاک چینی، کاربرانی را که تمایل دارند فضای ذخیره‌سازی اضافی خودشان را به اشتراک بگذارند به کاربرانی که به آن فضاها نیاز دارند مرتبط می‌کنند و موقعیتی برد – برد ایجاد می‌شود.

راهکارهای موجود

همان‌طور که گفتیم، روش‌های برون زنجیره‌ای از بلاک چین برای اهداف مختلف و نه ذخیره خود محتوا استفاده کرده‌اند. ذخیره‌سازی داده‌ها روی بلاک چین محدودیت‌های خاصی دارد و یکی از مهم‌ترین آنها مشکل مقیاس‌پذیری است که احتمالا با آن مواجه خواهیم شد. در مقایسه با سیستم‌های پرداخت سنتی، بلاک چین‌ها می‌توانند فقط تعداد محدود و نسبتا کمی از تراکنش‌ها را بررسی کنند. در زمان‌های اوج مصرف، این امر به سرریز شدن شبکه (بارگذاری بیش از حد اطلاعات در شبکه یا اورلود)، تأخیر در بررسی تراکنش‌ها و افزایش کارمزدهای شبکه می‌انجامد. با افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها در چنین شرایطی، این امر به معضلی بزرگ تبدیل خواهد شد.

در حال حاضر، روش‌های متفاوتی برای ذخیره‌سازی داده‌ها وجود دارد که ادعا می‌کنند می‌توانند مسئله مقیاس‌پذیری را حل کنند. هر چند بیشتر آنها هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند. یکی از این راهکارها آی اِل کوین (ILCoin) و پروتکل ریفت (RIFT) آن است که به گفته شرکت توسعه‌دهنده آن در حال حاضر در شبکه اصلی‌اش پیاده‌سازی شده است. پروتکل ریفت یک روش چند لایه است که در آن هر بلاک استخراج شده، حاوی بلاک‌های کوچک‌تری موسوم به مینی بلاک است که آنها هم به نوبه خود داده‌های کاربران را نگه می‌دارند. توسعه‌دهندگان آی ال کوین می‌گویند که سایز بلاک آنها در مجموع بیش از ۵ گیگابایت خواهد بود که این اندازه بلاک بزرگ‌ترین اندازه بلاکی است که رقبای آن توانسته‌اند ارائه کنند. طبق گفته تیم پروژه، با حل مشکلات مربوط به روش «اولین ورودی، اولین خروجی» و مسیر باریک ورود و خروج داده‌ها، پروتکل ریفت می‌تواند کاری کند که اندازه شبکه به شکل بالقوه نامحدود باشد.

توسعه‌دهندگان آی ال کوین ادعا می‌کنند که پروتکل ریفت فرصت‌های زیادی را برای ذخیره‌سازی ایمن و شفاف هر گونه محتوای دیجیتال روی بلاک چین ایجاد می‌کند. تا کنون ذخیره مقادیر زیادی از داده‌ها به روش درون زنجیره‌ای به دلیل باد کردن بلاک چین ممکن نبود. تیم آی ال کوین اظهار داشتند که به لطف اصول همگام‌سازی و معماری مینی بلاک، این کار به زودی در راهکار ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز مبتنی بر بلاک چین آنها ممکن خواهد شد که راه‌اندازی آن برای اواخر سال جاری برنامه‌ریزی شده است. بدیهی است اجرای یک نود کامل برای پلتفرم ذخیره‌سازی درون زنجیره‌ای بسیار پرهزینه خواهد بود، بنابراین توسعه‌دهندگان آی ال کوین وعده داده‌اند که مانند رقبای برون زنجیره‌ای با سکه‌های اختصاصی این پلتفرم به شرکای آینده‌شان پاداش دهند.

هر دو راهکار ذخیره داده‌ها به روش سنتی و ابرهای غیرمتمرکز، مزایا و معایب خودشان را دارند. سرورهای ابری سنتی سرعت بالاتر و دسترسی سریع‌تری دارند اما داده‌های کاربران را رمزگذاری نکرده و آنها را در یک مکان ثابت ذخیره می‌کنند که این امر امنیت و حریم خصوصی داده‌ها را تهدید می‌کند. ذخیره‌سازی ابری داده‌ها به شکل غیرمتمرکز امنیت و حریم خصوصی اطلاعات کاربران را با رمزگذاری فایل‌ها و شاردینگ بهبود می‌بخشد، اما سرعت آنها بسیار پایین‌تر است. به علاوه راهکارهای بلاک چینی برای ذخیره‌سازی ابری غیرمتمرکز هنوز نتوانسته‌اند توانایی خودشان را برای پشتیبانی از تعداد زیاد کاربران که برای اکوسیستم ضروری است نشان دهند و این به عنوان مانعی بر سر راه سیستم‌های توزیع شده باقی مانده است. علاوه بر آن، ذخیره‌سازی غیرمتمرکز می‌تواند برون زنجیره‌ای یا درون زنجیره‌ای باشد. راهکارهای برون زنجیره‌ای با موفقیت از باد کردن بلاک چین جلوگیری می‌کنند اما امنیتشان کمتر است، چرا که داده‌ها روی خود بلاک چین ذخیره نمی‌شوند. از آن طرف راه‌حل‌های درون زنجیره‌ای ایمن‌تر هستند، اما هزینه آنها بالاتر است و به بلاک‌های بزرگ‌تری هم نیاز دارند.

با این اوصاف، باید صبر کنیم و ببینیم با گذشت زمان کدام یک از این راه‌حل‌ها موفقیت‌آمیز خواهند بود.